特种加工技术的现状及发展趋势.doc

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1、特种加工方法的现状及发展趋势叶坤（1.佳木斯大学 材料科学与工程学院，黑龙江省佳木斯市，154000）摘 要: 全面介绍了特种加工技术的类型及发展现状, 指出了其优势和存在的问题; 阐述了电火花加工、电解加工、电子束加工、超声波加工、激光加工、化学机械复合加工、 水喷射加工等加工方法; 探讨了各种加工方法的工作要素、加工特点及应用; 最后, 指出了 特种加工的发展趋势。 关键词: 特种加工;电火花加工;电解加工;电子束加工;超声波加工 引言：特种加工(又称非传统加工)是二次世界大战后发展起来的一类有别于传统切削与磨削加 工方法的总称。特种加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施

2、加在工 件被加工的部位上,从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等;特种加工方法可以完成传 统加工方法难以实现的加工, 如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温材料和工程陶瓷、 磁性材料等难加工材料的加工以及精密、微细、复杂形状零件的加工等。1 特种加工技术的特点:加工方法主要不是依靠机械能, 而是用其他能量(如电 能、光能、声能、热能、化学能等)去除材料。传统加工方法要求刀具的硬度必须大于工件 的硬度, 即“以硬切软;而对于特种加工,由于工具不受显著切削力的作用,特种加工对工具和 工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。加工没有明显的切削力作用,一般不会产生加工 硬化现象, 又由于工件加工部位

3、变形小,发热少,或发热仅局限于工件表层加工部位,工件热 变形小,由加工产生的应力也小,易于获得好的加工质量,且可在一次安装中完成工件的粗、精 加工。特种加工中能量易于转换和控制,有利于保证加工精度和提高效率。特种加工方法 的材料去除速度一般低于常规加工方法,这也是目前常规加工方法在机械加工中仍占主导地 位的主要原因。 2 特种加工技术分类 特种加工有多种分类方法:如按加工过程材料增减可分为去除加工、结合加工和变形加工 等;按作用能源可分为机械能、热能、化学能、复合能等。 2.1 电火花加工 电火花加工的工作原理; 是利用工具电极与工件电极之间的火花放电:产生瞬时高温将金 属熔化,电火花加工过程

4、可分为四个阶段: 介质电离、被击穿, 形成放电通路;形成火花 放电,工件电极产生熔化、气化; 热膨胀;抛出蚀除物;间隙介质消电离(恢复绝缘状态)。 电火花加工的工作要素包括电极材料、工作液、放电间隙、脉冲宽度与间隔等。2.2 电解加工 电解加工的工作原理 是工件接阳极,工具(铜或不锈钢) 接阴极,两极间加624V 的直流 电压,极间保持0.11mm的间隙。在间隙处通以660m/s高速流动的电解液,形成极间导电通 路,工件表面材料不断溶解,其溶解物及时被电解液冲走。工具电极不断进给,以保持极间间 隙。 电解加工的特点是:不受材料硬度的限制,能加工出任何高硬度、高韧性的导电材料, 并能以简单的进给

5、运动一次加工出形状复杂的形面和型腔。电解加工比电火花加工的形面 和型腔效率高510倍。加工过程中阴极损耗小。加工表面质量好,无毛刺、无残余应力和 变形层。加工设备投资较大, 有污染, 需防护。 2.3 电子束加工 电子束加工的工作原理是在真空条件下,利用电流加热阴极发射电子束,经控制栅极初步 聚焦后, 由加速阳极加速, 通过透镜聚焦系统进一步聚焦, 使能量密度集中在直510um 的 斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上,被冲击点处形成瞬时高温(在几分之一微秒 时间内升高至几千摄氏度),工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。电子束加工的特点及 应用是: 电子束束径最小可达0.010.005

6、 mm,长度可达束径的几十倍,故可加工微细深孔 和窄缝。材料适应性广,原则上各种材料均可加工,特别适用于加工特硬、难熔金属和非金 属材料。加工速度较高,切割1mm 厚的钢板, 切割速度可达240mm/min。在真空中加工,无 氧化,特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。加工设备较复杂,投资较大, 多用于微细加工。 2.4 超声波加工 超声波加工的工作原理;是利用超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超 声频电振荡, 通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。此时振幅一般较小,再通过振 幅扩大棒( 变幅杆),使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.010.15mm。利用工具

7、端面的 超声( 1625kHz)振动,使工作液(普通水)中的悬浮磨粒(碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石 粉)对工件表面产生撞击抛磨,实现加工。 超声波加工的特点及应用:适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料, 如玻璃、陶 瓷、半导体、宝石、金刚石等。可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。被加工表面 无残余应力, 无破坏层, 加工精度较高, 尺寸精度可达0. 010. 05 mm。加工过程受力小, 热影响小,可加工薄壁、薄片等易变形零件。单纯的超声波加工,加工效率较低。采用超声 复合加工(如超声车削、超声磨削、超声电解加工、超声线切割等),可显著提高加工效 率。 2.5 激光加工 激光是一种受激辐

8、射而得到的加强光。其基本特征是: 强度高,亮度大; 波长频率确定, 单色性好,相于性好, 相干长度长, 方向性好,几乎是一束平行光。由激光器发出的激光, 经 光学系统聚焦后,照射到工件表面上,光能被吸收,转化为热能,使照射斑点处局部区域温度迅 速升高,此处材料被熔化、气化而形成小坑。由于热扩散,使斑点周围材料熔化,小坑内材料蒸 气迅速膨胀, 产生微型爆炸,将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波,于是在加 工表面上打出一个上大下小的孔。 3 特种加工技术的发展趋势 特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分, 随着难加工材料、特殊结构零件需求的 日益增加, 特种加工技术近十几年来得到了快速

9、发展,在世界范围内越来越受到人们的重视, 发挥的作用也越来越大。特种加工采用不同的能量形式加工零件,相对于传统的切削加工技术, 特种加工普遍具有以柔克刚、加工力影响较小等优势。为进一步提高特种加工技术水平及扩 大其应用范围,当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点:1) 采用自动化技术。2) 趋 向精密化研究。3)开发新工艺方法及复合工艺。4)污染问题是影响和限制有些特种加工应用、 发展的严重障碍。5) 进一步开拓特种加工技术。细微化是特种加工技术发展的重要趋势,由 于当前的工业产品越来越追求小型化和微型化,微细结构和微细零件的加工需求不断增长,同 时带动了各种制造技术向小型化、微细化发展。

10、比如细微的电火花加工、微细电化学加工、 微细的激光加工、微细离子束加工等技术可以实现很小尺度内的加工, 这些技术在国内外都 发展得很快而且得到越来越广泛的应用。 参考文献 1 孔庆华. 特种加工M . 上海: 同济大学出版社, 2003. 2 刘振辉, 杨嘉楷. 特种加工M . 重庆: 重庆大学出版社, 2000. 3 余承业. 特种加工新技术M . 北京: 国防工业出版社, 2003. 4 张广文, 曾庆良, 陈玉良. 绿色切削加工技术的研究J . 轻工机械, 2004(2) : 55- 57. 5 刘晋春, 赵家齐, 赵万生. 特种加工M . 北京: 机械工业出版社, 2004. 6 赵万

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