现代特种加工技术的发展及其应用.docx

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现代特种加工技术的发展及其应用

摘要………………………………………………………………………3

关键词……………………………………………………………………4

特种加工技术的慨况……………………………………………………4

特种加工的分类表格……………………………………………………5

各类特种加工技术的基本原理…………………………………………6

特种加工对材料可加工性和结构公艺性的影响………………………8

特种加工技术特点………………………………………………………8

特种加工技术发展趋势…………………………………………………9

特种加工技术的应用前景……………………………………………..10

参考文献………………………………………………………………..10

特种加工技术的发展及其应用

摘要：

传统的机械加工有着非常悠久的历史，从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，在这段长达150多年的日子里都是靠机械切削加工，人们也没有产生特种加工的迫切要求，也没有发展特种加工的充分条件。

人们的思想一直还局限在自古以来传统的机械能量和切削力来除去多余的金属，以达到加工要求这一框框之。

直到1943年前联鲍.洛.拉扎林柯夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因，开创和发明了电火花加工方法，人类才首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。

第二次世界大战以后，特别是进入20世纪40年代以来，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门要求尖端科学技术产品向搞精度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，他们所使用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂…对机械制造部门提出了新的要求：

解决各种难以切削材料的加工问题，解决各种特殊复杂表面的加工问题，解决各种超精度、光整或者具有特殊要求的零件的加工问题。

要解决这些问题传统的工艺很难实现，于是人们开始探索这种用软的工具加工硬的材料，不仅用机械能而且还采用电、化学、光、声等能量用来进行加工。

这类新的加工方法统称为特种加工，它们与切削加工的不同本质特点是：

1）不是主要依靠机械能，而是主要用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。

2）工具硬度可以低于被加工的材料硬度。

3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。

特种加工的分类没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式分为：

电火花加工，电化学加工，激光加工，电子束加工，离子束加工，等离子弧加工，超声加工，化学加工，快速成形。

现在这些加工工艺正在被广泛的应用。

本文主要讲述特种加工的慨况，具体分类，对材料可加工性和结构公艺性的影响及各种加工的定义及其特点特种加工的发展史以及未来特种加工的发展趋势。

关键词：

特种加工、慨况、分类、特点、现状、发展、应用前景

特种加工技术的慨况：

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。

特种加工的分类表格：

特种加工方法

能量来源及形式

作用原理

英文缩写

电火花加工

电火花成形加工

电能、热能

熔化、气化

EDM

电火花线切割加工

电能、热能

熔化、气化

WEDM

电化学加工

电解加工

电化学能

金属离子阳极溶解

ECM

电解磨削

电化学、机械能

阳极溶解、磨削

EGM

电解研磨

电化学、机械能

阳极溶解、磨削

ECH

电镀

电化学

金属离子阴极沉积

EFM

涂镀

电化学

金属离子阴极沉积

EPM

激光加工

激光切割、打孔

光能、热能

熔化、气化

LBM

激光打标记

光能、热能

熔化、气化

LBM

激光处理、表面改性

光能、热能

熔化、相变

LBT

电子束加工

切割、打孔、焊接

电能、热能

熔化、气化

EBM

离子束加工

蚀刻、镀覆、注入

电能、动能

原子碰撞

IBM

等离子弧加工

切割

电能、热能、

熔化、气化

PAM

超声加工

切割、打孔、雕刻

声能、机械能

磨料高频撞击

USM

化学加工

化学铣削

化学能

腐蚀

CHM

化学抛光

化学能

腐蚀

CHP

光刻

光、化学能

光化学腐蚀

PCM

快速成型

液相固化法

光、化学能

增料法加工

SL

粉末烧结法

光、热能

SLS

纸片叠层法

光、机械能

LOM

熔丝堆积法

电、热、机械能

FDM

各类特种加工技术的基本原理：

1、电火花加工：

电火花加工的原理是基于工具和工件正、负电极之间脉冲性火花放电时间的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

2、电火花线切割加工原理：

电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线做电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电、“以不变应万变”切割成形，可切割成形二位、三维多维表面。

3、电化学加工：

电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。

4、激光加工：

聚焦后，激光加工的功率密度可以达到一千万~十亿W每平方厘米。

光能转化为热能，几乎可以融化、气化任何材料。

5、电子束加工：

电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间，其能量的大部分转变为热能，使被冲击的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。

6、离子束加工：

离子束加工的原理和电子束加工基本相同，也是在真空条件下，将离子产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。

不同的是离子带整点，其质量比电子大数千、数万倍，所以一旦离子加速到较高的速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。

7、超声波的机械振动经变幅杆放大后即传给工具，使磨粒和工作液以一定的能量冲击工件，并加工出一定的尺寸和形状。

特种加工对材料可加工性和结构公艺性的影响：

（1）提高了材料的可加工性。

（2）改变了零件的典型工艺路线。

（3）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响。

（4）对传统的结构工艺的好与坏，需要重新衡量。

（5）特种加工改变了试制新产品的模式。

（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。

特种加工技术特点：

1.以柔克刚不受材料硬度限制。

特种加工技术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、等离子弧加工、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.用简单运动加工复杂型面。

特种加工技术已经成为复杂型面的主要加工手段。

只需简单地进给运动即可加工出三维复杂形面的。

3.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。

4.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是微细进行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。

5.可以获得有益的表面质量。

由于特种加工过程中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、残余应力、冷作硬化以及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小尺寸稳定性更高。

6.两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工其综合加工效果明显且便于推广应用围。

7.特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。

特种加工技术发展趋势：

1、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（如超声、激光等加工）,进而建立特种加工的CAD/CAM与FMS（FlexibleManufacturingSystem,柔性制造系统）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。

2、趋向精密化研究。

高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展,对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。

为适应这一发展趋势,特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视,因此,大力开发用于超精加工的特种加工技术（如等离子弧加工等）已成为重要的发展方向。

3、开发新工艺方法及复合工艺。

为适应产品的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,尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工,如工程瓷、复合材料以及聚晶金刚石等。

特种加工技术的应用前景：

特种加工在我们现在的社会发展生产中有着极其重要的作用很多传统方法无法加工的结构和材料通过特种加工技术才能被我们利用它促进了社会工业的发展例如飞机、航空发动机、航空电子及仪表设备以及其他高技巧兵器设备的工作条件随着性能的进步而不断恶化。

为此高性能的飞机、航空发动机等高新兵器设备必须不断发展和采用新结构和新材料。

现代高性能的飞机和航空发动机上大批采用了钛合金、复合材料、粉末冶金和定向凝固高温合金材料。

在高性能战斗机上钛合金用量已经达到30%以上如F-22战斗机钛合金用量已经达到36%碳纤维加强树脂基复合材料用量达到25%而且先进复合材料的用量在先进战斗机上有不断增加的趋势。

预计到2020年的高性能航空发动机的结构材料中超级合金、粉末冶金和定向凝固合金的结构重量约占55%复合材料用量约占20%钛合金重量约占10%高强度结构钢用量占15%瓷材料占2%。

航空发动机的热端部件将持续发展高温高强高韧合金特别是各向异性的超级耐热合金、热障瓷涂层材料、瓷结构材料。

涡轮叶片已广泛采用定向凝固、单晶合金、快速凝固合金、粉末冶金合金和瓷材料正在研制瓷和瓷基复合材料的涡轮叶片。

为了进步和确保现代飞机和航空发动机的性能、可靠性和严格的质量请求采用了大批的新型结构。

如根据高性能航空发动机对结构效率的请求发动机的结构产生了重大变更大批采用整体结构、蜂窝结构、钣金焊接结构和复杂的冷却结构。

推重比20的发动机将采用整体鼓筒式全复合材料压气机转子结构以减轻结构重量新材料和新结构的大批采用使得高性能飞机、航空发动机等现代兵器设备的可加工性和可生产性急剧恶化对制造技巧提出更加苛刻的请求。

许多新型材料和新型结构采用惯例加工方法是难以加工甚至是根本无法加工的而这个时候特种加工技术就起到了不可替代的重要作用

参考文献：

【1】辽远现代加工技术：

机械工业，2002

【2】晋春特种加工：

机械工业，2008

【3】建华精密与特种加工技术：

机械工业，2003

【4】主编白基成,郭永丰,晋春特种加工技术：

工业大学，2006