特种加工技术论文

特种加工技术
摘要
特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。

特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。

直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能或几种复合形式直接施加在被加工的部位，从而使工件改变形状、去除材料、改变性能等。

有时也结合机械能对工件进行的加工。

特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

关键词：特种加工电火花加工激光加工技术电化学加工
引言
采用自动化技术，充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统，电源系统进行优化，加大对特种加工的基本原理，加工机理，工艺规律，加工稳定性等深入研究的力度，建立综合工艺参数自适应控制装置，数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM与FMS系统，使加工设备向自动化，柔性化方向发展，这是当前特种加工技术的主要发展方向。

开发新工艺方法及复合工艺。

为适应产品高技术性能要求与新型材料的加工要求，需要不断开发新工艺方法，包括微细加工和复合加工，尤其是高质量，高效率，经济型的复合加工。

1 电火花加工
电火花加工主要是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属。

用以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

研究发现点火放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除，形成放电凹坑。

如图1所示：图1，电火花加工原理示意图
1-工件 2-脉冲电源 3-自动进给调节装置 4-工具 5-工作液 6-过滤器 7-工作液泵
2 电火花加工过程及参数选择
一般认为，点火加工可分为以下四个连续过程：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电极材料的抛处；极间介质的消电离。

电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。

工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～0.05mm）。

当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。

由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。

第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。

如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。

与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。

电火花加工的特点如下：
1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。

不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。

2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。

3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。

工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。

4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

2激光加工技术
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金属）进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。

激光加工技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，它的研究范围一般可分为：
1．激光加工系统。

包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2．激光加工工艺。

包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行穿孔、切割和焊接等的特种加工。

早期的激光加工由于功率较小，大多用于打小孔和微型焊接。

到20世纪70年代，随着大功率二氧化碳激光器、
气体激光器加工原理
高重复频率钇铝石榴石激光器的出现，以及对激光加工机理和工艺的深入研究，激光加工技术有了很大进展，使用范围随之扩大。

数千瓦的激光加工机已用于各种材料的高速切割、深熔焊接和材料热处理等方面。

各种专用的激光加工设备竞相出现，并与光电跟踪、计算机数字控制、工业机器人等技术相结合，大大提高了激光加工机的自动化水平和使用功能。

固体激光器加工原理
从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达10(～10(瓦/厘米)，温度高达1万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化。

激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。

通常用于加工的激光器主要是固体激光器和气体激光器。

激光加工技术主要有以下七点独特的优点：
①使用激光加工，生产效率高，质量可靠，经济效益。

②可以通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工；
③激光加工过程中无“刀具”磨损，无“切削力”作用于工件；
④可以对多种金属、非金属加工，特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料；
⑤激光束易于导向、聚焦实现作各方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工，因此它是一种极为灵活的加工方法；
⑥无接触加工，对工件无直接冲击，因此无机械变形，并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调，因此可以实现多种加工的目的；
⑦激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小，因此，其热影响区小，工件热变形小，后续加工量小；
激光加工技术已在众多领域得到广泛应用，随着激光加工技术、设备、工艺研究的不断深进，将具有更广阔的应用远景。

由于加工过程中输进工件的热量小，热影响区和热变形小；加工效率高，易于实现自动化。

3电化学加工
电化学加工使用硅整流的稳压电源，并以全波整流取代了过去的半波整流，保持5%以内的纹波，不仅提高了加工速度，而且还遏制了间隙内的电弧和防止污物沉积于阴极。

在调压方面，使用了饱和感抗器调压和晶闸管调压两种方式。

前者更适应目前电化学加工的水平。

电源规格分为3档：小型电源，电流为50～500安，用于加工小孔、去除毛刺、抛光和用于中小型的阴极进行电解车削；中型电源，电流为1000～5000安，用于加工中等面积（50～150厘米2）的型孔和型腔；大型电源，电流为10000～40000安，用于加工大型零件，加工面积可达200～1000厘米2或更大一些。

通常使用的电压范围为12～20伏。

对硬质合金、钨、铜、铜锌合金等材料进行电解加工时，要求使用特殊电源。

因为若用普通的直流电源进行加工，则这些材料点格中的某些原子不易离子化，而点格中的另一些原子却受到大量腐蚀。

例如，碳化钨点格中的碳原子，在正电位条件下不能加工掉，而必须有负电位（即电源电流有负半波）；加工铜锌合金用的电源，不但要有负半波，而且对电流的波形，正半波与负半波的间隔和排列方式都有一定的要求。

使用特殊电源也可解决间隙内某些相对惰性离子的积聚以及由此改变间隙电阻和电场分布的问题，从而能有效地提高加工精度。

电化学加工的分类：
1、电解加工
2、导电磨削
3、电化学抛光
4、电镀
5、电刻蚀
6、电解冶炼
电化学加工的特点是，不受工件材料的硬度、强度、韧性的限制，如淬火、不锈钢、耐热合金钢等都可以加工；电解没有宏观切削力，适于加工各种复杂形体及薄壁工件；加工表面无刀痕、飞边、毛刺；复杂型面不需分粗精加工，可在一次进给中完成，所以生产效率高。

电化学加工主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、深小孔及去毛刺乃至热后修型作为传统铣削的最佳替代工艺等方面。

结论
我们从上面可以看出，需要采用特种加工技术，以解决武器装备制造中用常规加工方法无法实现的加工难题，所以特种加工技术的主要应用领域是：
1难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料。

2难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工。

3低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。

4以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。

根据上述现状，今后特种加工技术的发展方向应是：
(1)不断改进、提高高能束源品质，并向大功率、高可靠性方向发展。

(2)高能束流加工设备向多功能、精密化和智能化方向发展，力求达到标准化、系列化和模块化的目的。

扩大应用范围，向复合加工方向发展。

(3)不断推进高能束流加工新技术、新工艺、新设备的工程化和产业化工作。

我想在未来的生产生活的领域中我们会越来越引用这种技术的所以说我们应当重视这个技术的开发与探索，以便在未来中能更好得应用这种技术。