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XX大学2012～2013学年冬季学期研究生课程考试

课程名称：

课程编号：

论文题目:

特种加工技术相关

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评阅日期:

特种加工技术相关

摘要：

进入二十世纪以来，伴随高硬度、高韧性、高强度、高脆性等一些难加工材料的出现以及一些制造精密、细小、形状复杂和结构特殊的零件的需要，特种加工作为先进制造技术中的重要的一部分，对制造业的作用显得日益重要。

本文基于特种加工的概念、研究现状、发展趋势、应用分析、特点、方法简介几个方面论述了特种加工在机械生产中的重要位置。

关键词：

特种加工；研究现状；发展历程；应用分析；特点；方法简介

SpecialProcessingTechnologyRelated

Abstract:

Sincethebeginningofthetwentiethcentury,accompaniedbytheemergenceofanumberofdifficulttomachinematerialsofhighhardness,hightoughness,highstrength,highbrittlenessandmanufactureofprecision,small,complexshapeandstructureofthespecialparts.Asadvancedmanufacturingtechnologiesimportantpartoftheroleofmanufacturing,specialprocessingisbecomingincreasinglyimportant.Thispaperbasedontheconceptofspecialprocessing,research,developmenttrends,analysis,features,methodsIntroductiondiscussesseveralaspectsofanimportantpositioninthemechanicalproductionofspecialprocessing.

Keywords:

Specialprocessing;Research;Developmentprocess;Applicationanalysis;Feature;Briefintroduction

特种加工技术是指不仅利用机械能，而且更主要是利用其他能量（电、化学、光、声）来去除工件上多余材料的一种新的加工方法。

这类加工过程中，工具与工件之间不存在显著的机械切削加工方法有质的区别。

特种加工过程中，工具与工件之间不存在显著的机械切削力，工具硬度可以低于被加工材料的硬度。

因此，特种加工可解决传统加工方法难以解决的问题。

一、研究现状

特种加工如电解加工具有加工速度快,表面质量好,阴极工具无损耗等特点,20世纪60～70年代发展很快,之后随着产品的更新换代加快,生产批量减少,应用减少,其发展也随之缓慢。

但是由于电解加工的独特优越性和科研人员的努力,电解加工在某些加工领域重新得到了发展。

目前最好的加工精度达0.03～0.05mm,加工间隙为0.03～0.05mm,表面粗糙度为Ra0.4～0.2μm,当前电解加工研究及应用主要有以下几方面:

（1）高频、窄脉冲：

该加工采用微秒级脉宽,频率达10kHz，电流可达1000A，其加工精度、表面质量、加工效率和加工稳定性等，比低频脉冲电流电解加工明显提高，目前已有少数单位进行了应用研究。

由于大功率IGBT元件在高频电解脉冲电源中的应用获得了成功，因此，进一步促进了电解加工、电解磨削、及电解抛光等应用的发展。

（2）高速、高压小间隙电解加工：

该加工采用0.05～0.1mm小加工间隙，电解液压力2.5～3MPa，电解液流速在30m/s以上,每平方米的电流密度达数百安培。

如北京首都航天机械公司工艺研究所，采用此工艺进行整体叶轮等截面叶片型面套料式电解加工，达到了先进的工艺指标，叶型加工精度达±0.05mm，加工速度为5～9mm/min,表面粗糙度Ra21.25μm。

用此方法加工难切削材料和铝合金叶轮等零件比数控铣削加工更有竞争力，今后定会得到更广泛的应用和发展。

（3）复合电解加工：

采用电解能量和其它加工能量相复合，共同对被加工件进行材料去除的方法称为复合电解加工，如电解超声机械复合磨削与抛光、电解磁力复合研磨、电解电火花复合加工等。

复合加工充分利用了多种能量的复合作用。

据实验，加工速度比单一的电解能量显著提高，因而复合加工得到了应用和发展。

如大连理工大学在这方面进行了成功的研究和推广应用，其电解机械复合抛光不锈钢、碳钢零件的平面和内外圆旋转面，从原始的Ra为几个μm抛光到准镜面Ra为0.2～0.3μm,或镜面Ra为0.1μm的表面粗糙度。

西安工业学院进行的磁场复合电解加工，利用叠加的平行电场方向的永磁场来改变电解加工间隙的电场和流场的分布，提高了电解加工复制精度。

西北工业大学进行的电解电火花复合加工和电解放电超声复合加工研究,在加工速度和加工表面粗糙度方面都取得了明显提高。

二、发展历程

特种加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。

为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。

例如，各种难切削材料的加工；各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工；薄壁、弹性元件等刚度、特殊零件的加工等。

对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工。

于是，人们一方面通过研究高效加工的刀具和刀具材料、自动优化切削参数、提高刀具可靠性和在线刀具监控系统、开发新型切削液、研制新型自动机床等途径，进一步改善切削状态，提高切削加工水平，并解决了一些问题；另一方面，则冲破传统加工方法的束缚，不断地探索、寻求新的加工方法，于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生，并不断获得发展。

后来，由于新颖制造技术的进一步发展，人们就从广义上来定义特种加工，即将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。

（l）广泛采用自动化技术。

利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制,建立特种加工的CAD/CAM系统。

这是当前特种加工的主要发展趋势。

（2）开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法。

如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率。

另外还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平

（3）考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的“三废”转化问题，向“绿色”工业及可持续发展工业转化。

广泛采用自动化技术、利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制，建立特种加工的系统，这是当前特种加工的主要发展趋势，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率，另外还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平。

考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的“三废”转化问题，向“绿色”工业及可持续发展工业转化。

三、应用分析

特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，对新型武器装备的研制和生产，起到举足轻重的作用。

随着新型武器装备的发展，国内外对特种加工技术的需求日益迫切。

不论飞机、导弹，还是其它作战平台都要求降低结构重量，提高飞行速度，增大航程，降低燃油消耗，达到战技性能高、结构寿命长、经济可承受性好。

为此，上述武器系统和作战平台都要求采用整体结构、轻量化结构、先进冷却结构等新型结构，以及钛合金、复合材料、粉末材料、金属间化合物等新材料。

特种加工技术在生产应用中有很多种类,根据其工作机理大致可以分为以下四种类别：

（1）电气特种加工电气特种加工是利用金属在直流电场和电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成型加工的一种方法。

通常称为电化学加工电解加工。

它有电解液冲刷加工、成型管电解加工、电化学抛光、电解磨削、电化学削平加工等方法。

它适用于磨削、成型、去毛刺、车削、抛光、复杂型腔、型面及型孔等加工范畴。

（2）机械特种加工不同于传统切削加工方法，而是用机械能或间接用声能、热能、电化学能进行加工。

可分磨料流动加工、磨料喷射加工、高速流体加工、阳极机械切割、低应力磨削、热辅助加工、超声波加工、全成型加工等方法。

它适用于切割、穿孔、研磨、去毛刺、蚀刻、磨削、拉削、铿削和套料等加工范畴。

（3）化学特种加工化学特种加工是利用化学溶液酸、碱、盐等对金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状的一种加工方法。

分为化学加工、光化学加工和热化学加工等。

主要有化学铣切加工、照相制版加工、光刻加工、刻蚀加工和爆炸加工等方法。

（4）热特种加工热特种加工是用电子束、激光束、等离子束、电火花放电产生热量来熔蚀金属而达到加工目的。

它有电子束加工、电火花磨削、电火花成型加工、电火花切割、电火花线切割、激光加工、离子束加工、等离子弧加工等方法。

它适用于打孔、成型、磨削、车削、切割、开割、划线等加工范畴。

四、特点

直接利用电能、光能、声能或几种能量的复合形式去除金属材料；一般不受工件材料机械物理性能的限制；不产生金属宏观切削，不产生强烈的弹性和塑性变形，可获得很低的表面粗糙度；加工过程中无明显的机械力；可在加工过程中实现能量转换或组合，便于实现控制和操作自动化，适合于二维或三维复杂面、微细表面、微小孔、窄缝和低刚度零件的加工。

与传统的切削加工相比，特种加工的特点是：

①加工过程不再主要依靠机械能，而是直接或复合利用其它能量完成工件的加工；②加工所用工具材料的硬度可以大大低于被加工材料的硬度，有时甚至无需使用工具即可完成对工件的加工；③加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力。

特种加工主要应用的范围有：

①加工各种难切削材料。

②加工各种特殊复杂表面。

③加工各种超精、光整或具有特殊要求的零件。

由于特种加工是利用热能、化学能、电化学能来加工零件，加工时工具与工件基本不接触，没有机械力，与被加工零件材料的强度、硬度、韧性等机械性能无关，所以它对零件制造的工艺流程产生了影响，并进而影响到零部件的结构设计，产品的生产制造周期，随着新型工程材料的不断问世，特种加工把机械制造水平推向新的高度，进入更广泛领域，在机械制造业中显示出巨大的优势。

主要包括以下几个方面：

（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关。

有些加工方法，如激光加工、电火花加工、化学加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度、强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触。

因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

（3）微细加工，工件表面质量高。

有些特种加工,如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都很微细，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力