第一篇：特種加工課程感想

離畢業的日子越來越近，找工作的步伐也越來越急促了，因而上課的課程越來越緊張。本學期學習了《特種加工》這門課程，雖然它只作為考查課，但其實對它并不是很陌生。因為在之前的課程學習及相關的實習中都會有一定的認識，只是沒有那么全面、系統地學習。

經過這三十幾個課時對特種加工的學習，我有一定的收獲。在我學習它之前我本以為電火花加工就是特種加工，其實它只是特種加工的一種方法，還有其它的加工方法，如激光加工、超聲加工、水射流切割加工、電子束和離子束加工等。他們都有著共同的加工特點：①不用機械能；②非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸；③微細加工，工件表面質量高；④不存在加工中的力應變或熱應變；⑤兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合成新的復合加工。

由特種加工上述的特點，其對機械制造和結構工藝性具有重大影響，主要表現在：

①改變了零件的傳統工藝路線。如切削工序，應安排在淬火熱處理工序之前進行。但因為特種加工基本上不受工件硬度的影響，所以特種加工不受淬火的影響，可任意安排。

②縮短了新產品的試制周期。在新產品試制時，如采用光電、數控電火花線切割，便可直接加工出各種標準和非標準直齒輪、各種復雜的二次曲面體零件等，從而大大地縮短了試制周期。

③影響產品零件的結構設計。例如花鍵孔、齒輪的齒根部分，為了減少應力集中應設計制成小圓角。如果采用電解加工，此類結構設計時可簡化。

④重新衡量傳統結構工藝性的好壞。對于電火花穿孔、電火花線切割工藝來說，加工方孔和加工圓孔的難易程度是一樣的。

通過本課程的學習，我也了解到了我國近年來在特種加工技術方面做了大量的研究工作，也取得了一些成就，但是由于多方面原因，導致了我國的特種加工技術與世界先進水平相比，還存在相當大的差距。因而我思考著應該有以下幾方面問題在影響著：①基礎性的研究不足，影響到了更深入的研究工作；②我國的機械行業精度等級跟不上，導致了其市場競爭能力不強；③我國的仿造技術強，引進技術卻缺乏了自身的創新性；④加工技術低，導致了低水平的生產，質量和可靠性難以保證；⑤價格的不良競爭，產生了加工成本的昂貴，影響了其整個行業的發展。

綜上，特種加工技術在機械制造中發揮著重要作用，已成為現代制造技術不可分割的重要組成部分。隨著科學技術和現代工業的發展，特種加工必將不斷完善和迅速發展，因此我國的特種加工技術必須經得起歲月的考驗，不斷的提高生產精度，保證其質量和可靠度，向國外的先進技術看齊的同時，也要發揮自身的有利條件進行創新發展。

以上便是我學習了《特種加工》該課程的一些收獲以及個人的一些思考。

第二篇：《特種加工》課程教學大綱

《特種加工》課程教學大綱

課程中文名稱：特種加工

課程英文名稱：Non-Traditional Machining 課程類別：專業核心課程 課程編號：0400051221 課程歸屬單位：機械工程學院 制訂時間：2015年11月10日

一、課程的性質、任務 1．課程性質和任務

本課程是高等工業院校機械專業的重要專業技術課程。本課程的目的及任務是：

（1）使學生了解與常規切削加工方法不同的一些特種加工新工藝。懂得可以用電、化學、熱、光、聲等能的形式加工材料。

（2）使學生基本掌握電火花成型加工、線切割加工和電化學加工的基本原理，機床結構，工藝規律、特點和應用范圍。

（3）使學生了解超聲加工、激光加工、電子束和離子束加工的基本原理、基本設備、工藝規律、特點和應用。

（4）使學生了解其他的特種加工方法和特殊、復雜、典型難加工零件的特種加工技術。（5）培養學生對物理、化學、電工、液壓、機械等多門課程各種學科知識的綜合應用能力，鞏固并深化前期課程。

通過本課程的學習使學生具有能合理選擇加工方法的基礎知識，提高其解決工藝難題的能力，以適應當今社會制造業發展的需求。

2．教學要求

（1）要求課堂講解內容簡練、清晰，概念正確，突出重點、難點，取舍得當，舉例合適。（2）嚴格遵守教學大綱要求組織教學內容。

（3）作業是檢驗學生學習情況的重要教學環節，為了幫助學生掌握課程的基本內容，適當安排一定數量的分析討論案例的作業。

3．適用專業

機械設計制造及其自動化專業、其他與機械相近專業。

4．本門課程與其它課程的關系

本課程是機械加工工藝課程的延續，在學完專業基礎課后講授。先修課程有機械制圖、機械設計、機械制造技術基礎、工程材料及成形技術基礎等。

5．學分、學時數

本課程學分數為2學分。教學總教學學時為36學時，其中理論教學30學時，實驗教學6學時。

6．推薦教材

《特種加工》（第5版），劉晉春、白基成、郭永豐主編，北京：機械工業出版社，2008年3月。

7．推薦參考書

1.精密與特種加工，張建華主編，機械工業出版社；版日期: 2011年6月。

2.精密和超精密加工技術，袁哲俊、王先逵主編，機械工業出版社出版，1999年7月第1版。

3.精密加工技術實用手冊，王先逵主編，機械工業出版社，2001年3月第1版。4.《精密與特種加工》，王貴成等編，武漢理工大學出版社，2001年。5.《精密和超精密加工技術》，袁哲俊等編，機械工業出版社，1999年。6.《特種加工》，劉晉春等編，機械工業出版社，第4版，2004年。

8．主要教學方法和多媒體教學要求：

（1）主要教學方法

ppt課堂講授與實驗相結合。（2）多媒體教學要求

把ppt理論教學與動畫演示相結合，在教學中ppt要盡量避免文字化，要生動、形象，使學生通過圖片、聲音等比較直觀的方式掌握知識。

二、各章教學內容和要求

1、課堂講授內容（30學時）：

緒論（2學時）基本內容：

1、特種加工技術的產生及發展

2、特種加工方法與分類

3、特種加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響 教學重點和難點： 重點：特種加工的定義 難點：特種加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響 教學要求：

1、掌握特種加工的定義，了解特種加工方法與分類

2、了解特種加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響 第一章 電火花加工（8學時）基本內容：

1、電火花加工的基本原理及其分類

2、電火花加工的機理

3、電火花加工中的一些基本規律

4、電火花加工用脈沖電源

5、電火花加工的自動進給調節系統

6、電火花加工機床

7、電火花穿孔成形加工 教學重點和難點：

重點：電火花加工的基本原理、機理及基本規律 難點：電火花加工的機理及自動進給調節系統

教學要求：使學生掌握電火花成型加工的基本原理及機理，機床結構，工藝規律等內容。第二章 電火花線切割加工（4學時）基本內容：

1、電火花線切割加工原理、特點及其應用范圍

2、電火花線切割加工設備

3、電火花線切割控制系統

4、影響線切割工藝指標的因素 教學重點和難點：

重點：電火花線切割加工原理、加工設備 難點：電火花線切割控制系統 教學要求：

1、了解電火花線切割加工的的機理

2、掌握電火花線切割加工中的一些基本規律

3、掌握電火花線切割控制系統 第三章 電化學加工（6學時）基本內容：

1、電化學加工原理及分類

2、電解加工

3、電鑄、涂鍍及復合鍍加工 重點與難點：

重點：電化學加工的基本規律 難點：提高電解加工精度的途徑 教學要求：

1、了解電化學反應過程

2、了解電解加工過程及其特點

3、了解電鑄及電刷鍍加工 第四章 激光加工（2學時）基本內容：

1、激光加工的原理和特點

2、激光加工的設備

3、激光加工工藝及應用 重點與難點：

重點：激光加工的原理和特點 難點：激光工作原理 教學要求：

1、了解激光原理與特點

2、了解材料加工用激光器

3、了解激光切割和打孔技術

4、了解激光焊接技術

第五章 電子束和離子束加工（2學時）基本內容：

1、電子束加工

2、離子束加工 重點與難點：

重點：電子束加工和離子束加工設備和應用實例 難點：電子束加工和離子束加工的基本原理 教學要求：

1、了解電子束加工的基本原理與特點

2、了解離子束加工的基本原理與特點 第六章 超聲加工（4學時）基本內容：

1、超聲加工的基本原理和特點

2、超聲加工設備及其組成部分

3、超聲加工速度、精度、表面質量及其影響

4、超聲加工的應用 重點與難點：

重點：超聲加工設備及其組成部分 難點：超聲波特性及其加工的基本原理 教學要求：

1、了解超聲波特性及其加工的基本原理

2、了解超聲加工設備及其組成部分

3、了解超聲加工的應用 復習（2學時）

2、課帶實驗的教學內容（6學時）：（實驗大綱另行制訂）

實驗一電火花加工實驗（2學時）實驗二電火花線切割實驗（4學時）

三、考核方式

1、明確考查或考試方式

閉卷考試

2、明確成績設定比例及設定原因

成績評定：期末考試成績占總評成績的70%，平時成績占總評成績的30 %；平時成績的構成及比例為：實驗報告占30%，考勤占30%，作業占 30%，課堂表現10%。

期末總評成績＝（平時成績×30%）+（期末成績×70%）。

成績設定原因：該門課程的學習是一個有一定時間長度的過程，學生期末總評成績不能單單根據期末考試成績來定，而應根據學生在該門課程的整個學習過程的表現來綜合評定。

制訂人（簽名）： 審核意見：

審核人（簽名）：年月日

第三篇：特種加工學習感想

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特種加工論文

（論新形勢下我國機械制造行業）

特種加工的發展

姓名: *** 專業: 機械設計制造及其自動化 班級: 機電*** 學號: 0000000000

×××××× 學 院 摘要

隨著科學技術的不斷進步，對精度、效率、質量的要求愈來愈高,高精度與高效率成為超精密加工永恒的主題。精密和超精密加工，是現代機械制造業最主要的發展方向之一,在提高機電產品的性能、質量和發展高新技術中起著至關重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。在不久的將來，超精密加工勢必將向著高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工藝整合化、在線加工檢測一體化、綠色化等方向發展。為適應這一要求，面對愈來愈強韌的材料性能、愈來愈高的精度要求以及愈來愈嚴格的表面完整性，很多特種加工技術隨之應運而生。而電火花加工就是其中一種。本文將以特種加工最普遍應用的電火花加工為例，介紹現代生產制造行業精密加工與超精密加工的發展概況。

關鍵字： 現代 精密和超精密 特種加工 電火花 發展概況

abstract

With the continuous progress of science and technology of precision, efficiency, quality of the increasingly high demand, high precision and high efficiency has become the eternal theme of the ultra precision machining.The precision and ultra precision machining, is one of the most important development of modern machinery manufacturing industry, to improve the performance of mechanical and electrical products, quality and development plays a vital role high and new technology, and has become a key technology to obtain success in international competition.In the near future, there will be ultra precision machining with high precision, high efficiency, large-scale, miniaturized, intelligent, technology integration, online processing and testing integration, green and other directions.In order to meet this demand, face The material performance of more and more strong, the accuracy of the increasingly high demand, more and more strict surface integrity, a lot of special processing technology came into being.And the electrical discharge machining is one of them.This paper will take EDM machining is the most widely applied as an example, introduce the modern manufacturing industry and the development of precision machining overview of ultra precision machining.Key words:

modern

precision and ultra precision machining

non-traditional machining

EDM

development

引言

隨著科學技術的不斷進步，對精度、效率、質量的要求愈來愈高,高精度與高效率成為超精密加工永恒的主題。精密和超精密加工，是現代機械制造業最主要的發展方向之一,在提高機電產品的性能、質量和發展高新技術中起著至關重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。

1.1機械制造加工

通常來說，按制造加工精度劃分，機械制造加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個階段。目前，精密加工是指加工精度為Ra1~0.1μｍ，表面粗糙度為Ra0.1~0.01μｍ的加工技術，但這個界限是隨著加工技術的進步而不斷變化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。精密加工包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術。傳統的精密加工方法有砂帶磨削、精密切削、珩磨、精密研磨與拋光等。

目前超精密加工日趨成熟，已形成系列，它包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨、超精密特種加工等。盡管超精密加工迄今尚無確切的定義，但是它仍然在向更高的層次發展。超精密加工將向高精度、高效率、大型化、微型化、智能化、工藝整合化、在線加工檢測一體化、綠色化等方向發展。在不久的將來，精密加工也必將實現精密化、智能化、自動化、高效信息化、柔性化、集成化。創新思想及先進制造模式的提出也必將為精密與超精密技術發展提供策略。環保化也是機械制造業發展的必然趨勢。

隨著IT相關產業的發展，近年來，光學和電子工業所用裝置的零部件產品的需求急速增長，這種增長刺激了微細形狀及高精度加工技術的迅速發展。其中，微細孔加工技術的開發應用尤其引人注目。微細孔加工早已在印刷電路板等加工中加以應用，包括鋼材在內的多種被加工材料，均可用鉆頭進行小直徑加工。目前，小直徑孔加工中，利用鉆頭切削的直徑最小可至φ50μm左右。小于φ50μm的孔則多采用電加工來完成。為了抑制毛刺的產生，許多研究者提出可采用超聲波振動切削的方式。目前，正在探索一種應用范圍廣而且工藝合理的超聲波振動切削模式，其中包括研究機床的適應特性等內容。隨著這些問題的順利解決，今后可望更好地實現直徑更小的微小深孔加工，加工精度會更高。

1.2 特種加工

隨著航空航天工業、核能工業、電子工業以及汽車工業的迅速發展，很多產品均要求在高溫、高壓、高速或腐蝕環境下長期而可靠地工作。為適應這一要求，各種新結構、新材料與復雜的精密零件大量出現，其結構形狀愈來愈復雜，材料性能愈來愈強韌，精度要求愈來愈高，表面完整性愈來愈嚴格，很多特種加工技術隨之應運而生。

特種加工是指那些不屬于傳統加工工藝范疇的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用機械能切除多余材料的傳統加工方法。特種加工是近幾十年發展起來的新工藝,是對傳統加工工藝方法的重 要補充與發展,目前仍在繼續研究開發和改進。直接利用電能、熱能、聲能、光能、化學能和電化學能，有時也結合機械能對工件進行的加工。特種加工中以采用電能為主的電火花加工和電解加工應用較廣，泛稱電加工。

特種加工亦稱“非傳統加工”或“現代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。

1.2.1特種加工的優勢

與傳統機械加工方法相比，特種加工方法具有許多獨到之處:(1)加工范圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料。

(2)易于加工復雜型面、微細表面以及柔性零件。

(3)易獲得良好的表面質量，熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區等均比較小。

(4)各種加工方法易復合形成新工藝方法，便于推廣應用。

1.2.2特種加工的特點

1、機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。

2、非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性較差的元件及彈性元件得以加工。

3、微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

4、不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩定性好。

5、兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

6、特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。

1.2.3特種加工的方法

特種加工工藝是直接利用各種能量，如電能、光能、化學能、電化學能、聲能、熱能及機械能等進行加工的方法。

1、“以柔克剛”，特種加工的工具與被加工零件基本不接觸，加工時不受工件的強度和硬度的制約，故可加工超硬脆材料和精密微細零件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。

2、加工時主要用電、化學、電化學、聲、光、熱等能量去除多余材料，而不是主要靠機械能量切除多余材料。

3、加工機理不同于一般金屬切削加工，不產生宏觀切屑，不產生強烈的彈、塑性變形，故可獲得很低的表面粗糙度，其殘余應力、冷作硬化、熱影響度等也遠比一般金屬切削加工小。

4、加工能量易于控制和轉換，故加工范圍廣，適應性強。

現代的發展以及新型結構材料和高精密復雜結構的大批采用，進一步加劇了加工工藝性的惡化，傳統加工方法難以達到高精度、高質量、高效率和低成本綜合技巧與經濟指標請求，因而需要進一步開發和利用新型特種加工技巧和及其復合工藝。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、復合加工等已成為國內外國防工業和機械工業著力發展的特種加工技巧，受到先進工業國家的工業部門的廣泛關注。而電火花加工也逐漸在我國國內機械制造加工行業得到了越來越普遍的應用。

1.3 電火花加工

1.3.1 電火花加工的定義

電火花是一種自激放電，其特點如下： 火花放電的兩個電極間在放電前具較高的電壓，當兩電極接近時，其間介質被擊穿后，隨即發生火花放電。伴隨擊穿過程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。火花通道必須在維持暫短的時間（通常為10-7-10-3s）后及時熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉換的熱能來不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。利用火花放電時產生的腐蝕現象對材料進行尺寸加工的方法，叫電火花加工。電火花加工是在較低的電壓范圍內，在液體介質中的火花放電。

1.3.2 電火花加工的特點

電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業生產的發展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現。具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，這就使得傳統的機械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進一步發展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應生產發展的需要，并在應用中顯示出很多優異性能，因此，得到了迅速發展和日益廣泛的應用。

1.脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。

2.脈沖放電持續時間極短，放電時產生的熱量傳導擴散范圍小，材料受熱影響范圍小。

3.加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。

4.可以改革工件結構，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。

1.3.3電火花加工分類

按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同,大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強化與刻字六大類。前五類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；后者則屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質。以上方法中以電火花成形加工和電火花線切割應用最為廣泛。

1）電火花成形加工

該方法是通過工具電極相對于工件作進給運動，將工件電極的形狀和尺寸復制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。

a、電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。

b、電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發展了高速小孔加工，取得良好的社會經濟效益。典型機床有D7125,D7140等電火花穿孔成形機床。

2）電火花線切割加工

該方法是利用移動的細金屬絲作工具電極，按預定的軌跡進行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發展低速走絲線切割，高速走絲時，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強度鉬絲，往復運動速度為8～10m/s。低速走絲時，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運動。線切割時，電極絲不斷移動，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達1.6 或更小。

目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復雜型孔、型面和窄縫、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料，試制電機、電器等產品等。典型機床有DK7725,DK7740數控電火花線切割機床。

3）其他電火花加工方式

剩下的電火花加工方式應用較少，不是主流。包括：

（1）電火花內孔、外圓和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉絲模、擠壓模、微型軸承內環、鉆套等和加工外圓、小模數滾刀等。典型機床有D6310電火花小孔內圓磨床等。

（2）電火花同步共軛回轉加工：用于加工各種復雜型面的零件，如高精度的異形齒輪，精密螺紋環規，高精度、高對稱度、表面粗糙度值小的內、外回轉體表面等。典型機床有JN-2,JN-8內外螺紋加工機床。

（3）電火花高速小孔加工：用于加工線切割穿絲預孔，深徑比很大的小孔，如噴嘴等。典型機床有D703G電火花高速小孔加工機床。

（4）電火花表面強化、刻字：用于電火花刻字、打印記。典型設備有D9105電火花強化機等。

1.3.4電火花加工用途

目前電火花加工已廣泛應用于模具制造、航天航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車、輕工業等行業，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題，加工范圍已達到小到幾微米的小孔、軸、縫，大到幾米的超大型模具和零件。

電火花加工的主要用途可以概括為以下幾項：（1）用于模具生產中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業的主導加工方 法，推動了模具行業的技術進步。

（2）可以用于制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。

（3）加工小孔、畸形孔以及在硬質合金上加工螺紋螺孔。（4）在金屬板材上切割出零件。（5）加工窄縫。

（6）磨削平面和圓面。

（7）其它（如強化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加 工型面復雜的零件等）。

總結

毋庸置疑，我國的制造業發展現已進入了高速發展階段，中國民營企業也已具備足夠的經濟實力來使企業邁向現代化，諸如各種特種加工技術的先進設備的引進和大量專業人才的涌入使許多沿海地區的制造業水平迅速提高。特種加工技術在制造業領域占有重要的地位,是實現難加工材料,復雜零件精密加工的有效手段。隨著國家決策的科學化、民主化進程不斷深入，各類技術與設備的不斷精進，相信我國的制造業會更快速、更健康地發展。

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第四篇：特種加工技術課程論文

《特種加工技術》課程論文

摘要：特種加工方法，是難切削材料、復雜型面、精細表面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了特種加工技術的特點、類別，并分別較深入地介紹了激光加工、電火花加工、電火花線切割加工技術的技術特點，原理和最新進展。并預測今后特種加工的發展方向，最后給予特種加工技術展望。

關鍵詞：特種加工；電火花加工；電火花線切割加工；激光加工

前言

近年來，計算機技術、微電子技術、自動控制技術、國防軍工和航空航天技術發展迅速，與此同時，高度、高韌性、高強度和高脆性等難切削材料的應用日益廣泛，制造精密細小、形狀復雜和結構特殊工件的求也在日益增加。社會需求與技術進步的結合促使特種加工技術不斷進步和快速發展。所謂特種加工，是一種利用化學能、電能、聲能、機械能以及光能和熱能對金屬或非金屬材料進行加工的方法。其工作原理不同于傳統的機械切削方法，即加工過程中工件與所用工具之間沒有明顯的切削力，工具材料的硬度也可低于工件材料的硬度。特種加工技術在國內外各行各業的應用中取得了巨大成效，它們有著各自的特點，特殊材料或特殊結構工件的加工工藝性發生了根本變化，解決了傳統加工方法所遇到的各種問題，已經成為現代工業領域中不可缺少的重要加工手段和關鍵制造技術。[1]特種加工的特點

特種加工與一般機械切削加工相比，有其獨特的優點，在某種場合上，它是一般機械切削加工的補充，擴大了機械加工的領域。它具有以下較為突出的特點。

（1）不用機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。

（2）非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

（3）微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。

（4）不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩定性好。

（5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

（6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。

特種加工的分類

與其它先進制造技術一樣，特種加工正在研究、開發推廣和應用之中，具有很好的發展潛力和應用前景。依據加工能量的來源及作用形式列舉各種常用的特種加工方法。特種加工按照所利用的能量形式來分類，具體如下:（1）電、熱能 電火花加工、電子束加工、等離子加工。（2）電、機械能 離子束加工。

（3）電、化學能 電解加工、電解拋光。

（4）電、化學能、機械能 電解磨削、陽極機械磨削。（5）光、熱能 激光加工。

（6）化學能 化學加工、化學拋光。（7）聲、機械能 超聲加工。

（8）機械能 磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。

目前，生產實用中應用最廣的是電火花加工、電火花線切割加工、激光加工、超聲加工和電化學加工技術。

電火花加工

電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。1.電火花加工的工作原理

進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產生火花放電。

電火花加工

在放電的微細通道中瞬時集中大量的熱能，溫度可高達一萬攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面上便留下一個微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態。

緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產生火花放電，重復上述過程。這樣，雖然每個脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產率。

電火花加工

在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進給，最后便加工出與工具電極形狀相對應的形狀來。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式，就能加工出各種復雜的型面。

工具電極常用導電性良好、熔點較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無損耗。

工作液作為放電介質，在加工過程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點較高、性能穩定的介質，如煤油、去離子水和乳化液等。

2.電火花加工的主要特點

①能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件；

②加工時無切削力；

③不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；

④工具電極材料無須比工件材料硬；

⑤直接使用電能加工，便于實現自動化；

⑥加工后表面產生變質層，在某些應用中須進一步去除；

⑦工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩。

電火花加工的主要用途是：①加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；②加工各種硬、脆材料如硬質合金和淬火鋼等；③加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；④加工各種成形刀具、樣板和螺紋環規等工具和量具。

3.電火花加工的應用領域及最新進展

它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發展了高速小孔加工，取得良好的社會經濟效益。當前，電火花加工機的各項工藝指標均已達到很高的水平，機床具有了優越的性能與強大的功能。在這種情況下，進一步發展就應該呈現出新的特點。電加工技術的發展趨勢歸納為五化：精密微細化、智能化、個性化、綠色環保化和高效化[2]。

研究表明，對于同一種金屬材料，在電火花加工時，存在一個最佳脈沖參數組合。所謂最佳脈沖參數，是指在一定的表面粗糙度和工具電極損耗的前提下能獲得的最高生產率。即隨著加工電流的改變，存在一個最佳的加工電流值，低于或者超過這個最佳值，都會降低加工速度；在其它電規準不變的情況下，隨著脈沖寬度的改變，也存在一個最佳的脈寬值，低于或者超過這個最佳脈寬值，都會降低電火花加工的速度。脈間減小，脈寬系數增大，加工速度提高。當設定的極間距離比常用的加工條件窄時，放電產生的加工液沸騰、氣化膨脹使得放電通道周圍介質可獲得較大的流速，有效地利用這種原理，將加工屑、析碳等從極間排出去。這樣做可減小脈沖間隔時間，增加放電頻率，促進放電生成物的排出，提高加工效率。上海交通大學系統地研究了使用該方法的放電加工特性，在峰值電流為60A，脈沖寬度為200μs，脈寬系數為80%，平均極間距為47μm時，即使不采用定時抬刀，仍然可以將放電生成物順利排極間，從而實現高效率放電加工[3]。

采用工作液中加入氣體的方式，以提高電火花加工效率是近幾年的研究熱點之一。日本的M.Kunieda 等采用水作工作液，并向工作液中通入氧氣，可以觀察到更大的放電凹坑和更加頻繁的放電，加工速度也相應提Kunieda 等又以氧氣作工作介質，研究了氣中放電三維銑削加工，最大加工效率達12.2mm3/min，是同樣加工條件下普通電加工銑削效率的6倍[4]。此外，利用非燃性工作液或在工作液中加入添加劑的電火花加工可成倍提高加工速度。日本的三菱電機公司、Sodick 公司相繼開發了利用水基工作液的電火花成形加工機，在水基工作液中加工鋼材，在相同的平均加工電流下，其加工速度比煤油工作液高出2～3 倍。

日本的國枝正典等人，在研究電火花加工放電位置檢測技術的基礎上，進行了放電位置的可控性研究。其試驗原理基于對放電等效回路的分析，可以在納秒數量級內獲得優先擊穿的幾率[5]。這一研究進展對于電火花加工 的過程控制可能帶來非常深刻的影響，很有可能將過去被動的控制策略變成為主動控制策略，從而不必依賴延長放電停歇時間來保證間隙消電離，避免放電集中導致的拉弧等有害放電。這樣不僅可以保證加工更加穩定，而且可以大幅度提高加工效率。

為實現高效電火花加工，全面推動電火花加工設備的技術進步，在采用先進控制系統的同時，機床結構的設計也需要進一步完善，其研究進展主要表現在以下幾方面：以往直線電機主要用在加工中心上。目前，直線電機在沙迪克公司生產的EDM和WEDM機床上已廣泛使用。直線電機的使用，滿足了EDM加工高速響應的特別要求。最大驅動力高達3000N，速度可100m/min，最大加速度達1g 以上。能消除由于電蝕產物未排除而發生的集中放電，二次放電間隙不均勻等現象也得到極大的抑制，從而改善了加工質量，提高了加工效率[6]。在驅動方式上，過去常以滾珠絲杠驅動工作臺。近年來，不斷探索采用新型的驅動方式，如具有快速響應的電磁式線性驅動裝置、壓電元件和磁致伸縮振子驅動裝置等的應用已成為一種發展趨勢，這些都有利于電火花加工速度的提高[7]。

在工作液循環過濾系統設計中，優化結構設計，最大限度地發揮工作液在加工過程中的輔助功能，以獲得生產率最高的最佳加工效果。在這方面應敢于創新并進行相應的實驗嘗試，不斷改進優化設計方法，通過將研究成果應用于生產實踐，全面提高電火花加工的加工性能。比如蘇州電加工機床研究所葉軍所長等人發明設計的一種高效放電銑削加工的高效冷卻及排出蝕除物方法，其特征在于加工中將浸泡冷卻、內沖液冷卻及排出蝕除物、外包液冷卻及排出蝕除物三種冷卻方式有機組合，有效地解決了高效放電銑削加工中冷卻和排除蝕除物的難題，對高效放電銑削加工工藝的發展和應用具有實際意義[8]。

綜上所述，加工過程的高效化就是提高電火花加工的效率，它不僅體現在單位放電脈沖蝕除材料量的大小上，而且體現在采用新型高效的加工工藝和改進電火花加工控制系統、工作液循環系統、機床結構等對電火花加工放電效果的影響上。電火花加工中，在保證加工精度的前提下，應提高粗、精加工效率，同時應減少輔助加工時間，包括編程時間、工件裝夾時間、維修時間等。

電火花線切割加工技術

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。

1.電火花線切割加工的基本原理

工件安裝在工作臺上，工作臺通常由X軸和Y 軸電動機驅動。工具電極（電極絲）為直徑0.02～ 0.3毫米的金屬絲，由走絲系統帶動電極絲沿其軸向移動。走絲方式有兩種：①高速走絲，速度為9～10米/秒，采用鉬絲作電極絲,可循環反復使用；②低速走絲，速度小于10米/分，電極絲采用銅絲，只使用一次。脈沖電源加在工件與電極絲之間，一般工件接正極，電極絲接負極。工件與電極絲之間用噴嘴噴入工作液(乳化液、去離子水等)。控制系統根據預先輸入的工作程序輸出相應的信息，使工作臺作相應的移動，工件與電極絲靠近。當兩者接近到適當距離時(一般為0.01～0.04毫米)便產生火花放電，蝕除金屬。金屬被蝕除后工件與電極絲之間的距離加大，控制系統根據這一距離的大小和預先輸入的程序，不斷地發出進給信號，使加工過程持續進行。2.電火花線切割加工的主要特點

電火花線切割加工除具有電火花加工的基本特點外，還有一些其他特點： ①不需要制造形狀復雜的工具電極，就能加工出以直線為母線的任何二維曲面。

②能切割0.05毫米左右的窄縫。

③加工中并不把全部多余材料加工成為廢屑，提高了能量和材料的利用率。④在電極絲不循環使用的低速走絲電火花線切割加工中，由于電極絲不斷更新，有利于提高加工精度和減少表面粗糙度。

⑤電火花線切割能達到的切割效率一般為20～60毫米2/分，最高可達300毫米2/分；加工精度一般為±0.01～±0.02毫米，最高可達±0.004毫米；表面粗糙度一般為Rα2.5～1.25微米,最高可達Rα0.63微米；切割厚度一般為40～60毫米，最厚可達600毫米。

3.電火花線切割加工的應用領域及研究進展

電火花線切割加工主要用于模具制造，在樣板、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料的加工中也得到日益廣泛的應用。此外，在試制電機、電器等產品時，可直接用線切割加工某些零件，省去制造沖壓模具的時間，縮短試制周期。近年來電火花線切割加工無論在加工過程控制,還是改進加工工藝方面都取得了許多新的進展。主要表現在突破了許多傳統觀念的束縛,產生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和檢測方式,這些進展既提高了加工質量,也提高了加工效率,不僅可在去離子水中加工,也可在其他混粉電介質溶液中加工,大大擴展了這一技術的應用領域。

對于電火花線切割加工,特別是加工階梯狀的工件,斷絲和加工不穩定始終是降低加工效率的主要因素。傳統的方法是針對工件最薄處來設置加工參數,然而,這樣雖然降低了斷絲的可能性并保持了

穩定的加工,卻大大降低了加工速度。因為很難在線得到工件的厚度并設置合適的加工參數,因此發展了許多近似數學模型來估計工件的厚度。這些模型表示了放電能量和材料去除率之間的關系,其中模型系數通過大量的實驗獲得。然而這樣的靜態數學模型只適用于加工厚度逐漸變化的工件,對于厚度突然增加或者減少的工件卻不適用。為此,一個多輸入的動態和隨機模型被用來描述平均間隙電壓,放電頻率和機床進給速度之間的關系[9-10 ]。對于iso 能量型的電火花線切割機床,有研究者提出了特定放電能量的概念。電火花加工過程涉及許多因素,從放電能量的觀點看,每一個放電都是一個能量輸出,能量分布在工件、電極絲以及在材料去除中的有效能量消耗上。它受許多因素的影響,比如:工件和電極絲之間的間隙、噴流壓力、電介質的導電性以及放電持續時間等;對于典型波形的放電電壓和電流,可計算出單次放電能量以及單位時間內的放電能量。考慮到放電過程中的非正常放電(電弧放電或短路)以及實際用于材料去除的能量所占總能量的比率,可得出有效放電功率;而被定義為去除單位體積材料的特定放電能量,不但與有效放電功率有關,還受到間隙寬度、工件高度以及電極絲進給速度的影響。因此,可得出材料去除量與放電頻率之間關系的等式。其中的系數與文獻[9]中不同,前者與放電持續時間、特定放電能量、放電效率、間隙寬度以及正常放電比率有關,而后者只是放電頻率的函數,當工件高度改變時加工特性也發生改變,因此在估計到工件高度之前,很難得到正確的厚度辨識系數。由于影響高度辨識參數的值涉及許多變量且數量龐大,很難在線全部檢測到,所以為了簡化厚度辨識過程,首先用文獻[9]中等式辨識出工件厚度,然后乘上一個修正因子,就得到了最終辨識工件厚度,而修正因子是初始辨識到的工件厚度的函數。實踐證明[11] ,這種辨識工件厚度的方法是可行的、精確的,辨識誤差小于1 mm ,并能很快完成。

在電火花線切割加工過程中,雖然電極絲被施加了特定的張力以盡量保持電極絲的直線性,但由于絲的柔韌性,不可避免地會在加工過程中產生一定的延遲,特別是在絲的中部。文獻[12]提出了一種結合攝像機和CCD 的技術來測量電極絲經過工件時的偏差,這樣,就可建立電極絲的偏差模型,用合適的方法來控制拐角切割,提高零件的加工精度。

在電火花線切割加工中,放電間隙狀態對于伺服控制以及脈沖電源的自適應控制是一個很重要的依據。目前廣泛應用的固定閥值法很難用來測量非矩形間隙電壓波形,文獻[13]提出了浮動閥值法來檢測間隙電流和測量與間隙峰值電流成比例變化的電壓閥值,這樣就可以在線實時地區分3 種不同的放電狀態(開路、放電和短路)。

激光機工

激光加工是20世紀60年代發展起來的。它擴展了光為人類服務的領域，加深了人類對光的認識。激光加工在再制造業同樣有其不可替代的地位。激光加工用于再制造業是由相變硬化發展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂層發展到復合涂層及陶瓷涂層，從而使得激光表面加工技術成為再制造的一項重要手段。它主要是采用高功率激光器及其系統。但目前我國激光在此領域的應用技術尚不成熟。主要表現為：高檔激光加工系統少； 主力激光器不過關；微細激光加工裝備缺口較大；而這些領域我國的生產加工企業正在積蓄力量穩步進入，國內應用市場有很大發展空間。國內各類制造業接受了激光加工技術，使他們的產品加快產品更新的速度。

1.激光機工的基本原理

激光加工技術是利用激光束與物質相互作用的特性對材料（包括金屬與非金 屬）的原理進行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一種加工新技術，涉 及到光、機、電、材料及檢測等多門學科。

公認的激光加工原理是兩種：分別為激光熱加工和光化學加工(又稱 冷加工)。激光熱加工指當激光束照射到物體表面時，引起快速加熱，熱力把對 象的特性改變或把物料熔解蒸發。熱加工具有較高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射區域內產生熱激發過程，從而使材料表面（或涂層）溫度上升，產生變態、熔融、燒蝕、蒸發等現象

光化學加工指當激光束加于物體時，高密度能量光子引發或控制光化學反應的加工過程.冷加工具有很高負荷能量的（紫外）光子，能夠打斷材料（特別是有機材料）或周圍介質內的化學鍵，至使材料發生非熱過程破壞。這種冷加工在激光標記加工中具有特殊的意義，因為它不是熱燒蝕，而是不產生“熱損傷”副作用的、打斷化學鍵的冷剝離，因而對被加工表面的里層和附近區域不產生加熱或熱變形等作用

2.激光加工的特點

①由于激光加工熱影響區域小，光束方 向性好，其幾乎可以加工任何材料。常用來進行選擇性加工，精密加工。

②由于激光加工是無接觸式加工，工具不會與工件的表面 直接磨察產生阻力，所以激光加工的速度極快、加工對象受熱影響的范圍較小而 且不會產生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移動速度均可調節，因此激光加工 可應用到不同層面和范圍上。

3.激光加工的應用領域及研究進展

國內工業激光設備企業和研制生產概況自上世紀90年代開始，隨著市場經濟快速發展，國內出現了許多從事研制、生產和經營激光器和激光加工設備的公司。按現代企業制度建立 的這些新興公司（企業），經營理念完全定位于市場經濟，在市場中找生機，發揮企業優勢，擇優而用，滿足用戶要求,通過融資，壯大財力,吸納海內外技術優勢，通過各種渠道，形成 自家的技術優勢和服務于用戶的產品優勢。激光加工的應用現狀 激光加工的應用現狀激光加工是激光應用最有發展前途的領域，現在已開發出20 多種激光加工技術。激光 的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質、形狀、尺寸和加工環境的自由度都很 大，特別適用于自動化加工。激光加工系統與計算機數控技術相結合可構成高效自動化加工設備，已成為企業實行適 時生產的關鍵技術，為優質、高效和低成本的加工生產開辟了廣闊的前景。目前已成熟的激 光加工技術包括：激光切割技術、激光焊接技術、激光打標技術、激光快速成形技術、激光 打孔技術、激光去重平衡技術、激光蝕刻技術、激光微調技術、激光存儲技術、激光劃線技 術、激光清洗技術、激光熱處理和表面處理技術。

由于激光可以通過聚焦而獲得高密度能量(106～108 J / cm2),瞬間可使任何固體材料熔化甚至蒸發,因此從理論上說可以用來加工任何種類的固體材料。事實上,激光一經發明,人們首先想到用其來對寶石這類采用常規方法難以加工的材料進行孔加工。目前,激光已經廣泛用于各類材料的孔加工和切割,如進行木模板的激光切割和石油管道的激光切縫等。

激光焊接與常規焊接方法相比,具有如下一系列優點[14]:利用激光的高密度能量,可對高熔點、難熔金屬或兩種不同金屬材料進行焊接,也可對非金屬材料進行焊接(如玻璃的焊接);加熱速度快,作用時間短,熱影響區小,熱變形可以忽略;屬于非接觸焊接,無機械應力和機械變形;激光焊接裝置容易與計算機聯機;可在大氣中焊接,無污染等。因此,激光焊接在工業上獲得廣泛應用。激光表面改性技術包括:激光表面相變硬化、激光表面合金化與熔覆、激光表面非晶化與微晶和激光沖擊強化等[15]。利用激光表面改性技術可以極大地提高零件表面的機械、物理和化學性質,現在已經廣泛應用于工業生產。

例如經激光表面硬化的AISI1045 鋼樣品,其表面硬度HRC 為55 ,磨損10 h 后所產生的質量損耗為0.6～1.4 mg;而在相同試驗條件下,未經處理的AISI1045 鋼的硬度HRC 僅為35 ,質量損耗為4.18 mg ,經激光表面硬化后的樣品耐磨性能提高3～6 倍。在我國,激光表面硬化已廣泛應用于汽車缸套、活塞環、曲軸、凸輪軸及錠桿等易損件的處理加工中,特別是對小汽車缸套的熱處理已取得明顯經濟效益, 經激光表面硬化的汽車缸套可提高使用壽命2～3 倍。

激光刻蝕在微電子行業可用于半導體器件和芯片的加工,也可用于精密光學器件的加工,如用激光刻蝕加工半導體芯片和三維光柵。利用激光的高密度能量,可對硬脆性難加工材料進行激光銑削加工(如利用脈沖激光銑削加工硬質合金和氧化鋁陶瓷)。利用脈沖激光還可以對軋輥進行毛化,經過毛化的軋輥軋制的汽車簿板具有著油漆牢固的特點[16];另外還可以利用激光對鋼套等零件進行毛化,大大提高其耐磨壽命。

自20 世紀90 年代初美國3D Systems 公司開發出世界首臺商品化的快速成形系統裝置以來,快速成形技術得到蓬勃發展。快速成形(Rapid Pro2totyoing ,簡稱RP)通過材料堆積,快速、精密地制造出實際零件,它體現了計算機輔助設計、數控、激光加工、新材料等學科和技術的綜合利用[17]。它不需要借助其他設備和工具,迅速和精確地制造出復雜的工模具、模型和工藝品。激光快速成形技術主要有激光層疊法、粉末燒結法、光固化法等。

早在1977 年,美國麻省理工學院材料科學與工程系科學家Haggerty 博士就發明了陶瓷粉末的激光合成法[18],現已發展到廣泛利用激光來制造金屬和非金屬材料納米粉。激光清洗可使物體表面污垢通過吸收光能而蒸發去除,或在表面產生力學共振而使污垢凝結脫落。激光清洗可用來清洗微電子芯片、設備的剝漆,以及對古董、字畫進行除垢等。

特種加工存在的問題

雖然特種加工已解決了傳統切削加工難以加工的許多問題，在提高產品質量、生產效率和經濟效益上顯示出很大的優越性，但目前它還存在不少亟待解決的問題。

（1）不少特種加工的機理（如超聲、激光等加工）還不十分清楚，其工藝參數選擇、加工過程的穩定性均需進一步提高。

（2）有些特種加工（如電化學加工）加工過程中的廢渣、廢氣若排房不當，會產生環境污染，影響工人健康。

（3）有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生產率有待提高。

（4）有些特種加工（如激光加工）所需設備投資大、使用維修費高，亦有待進一步解決。

特種加工的發展趨勢

廣泛采用自動化技術、利用計算機實現對特種加工設備的控制系統、電源系統的自動控制，建立特種加工的系統，這是當前特種加工的主要發展趨勢，開發由不同特種加工技術復合而成的加工方法，如電解電火花加工、電解電弧加工等復合加工，以揚長避短提高經濟效益和生產率，另外還應著重于新的工藝方法的研究，不斷提高加工工藝水平。考慮到一些特種加工技術對環境的污染問題，必須要著重解決廢渣、廢氣、廢液的“三廢” 轉化問題，向“綠色” 工業及可持續發展工業轉化。

參考文獻

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第五篇：特種加工課程論文 2（最終版）

特 種 加 工 論 文

題目：特種加工技術發展現狀與展望

序號：64 姓名： 鄭偉 學號：100163135 專業： 機械設計制造及其自動化 班級：機電二班

特種加工技術發展現狀與展望

摘要

特種加工技術在國際上被稱為21世紀的技術，對新型武器裝備的研制和生產，起到舉足輕重的作用。本文分別從激光加工技術、電子束加工技術、離子束及等離子加工技術、電加工技術幾方面介紹了國外的發展現狀，同時提出了國內相應領域的技術發展方向。

關鍵詞：特種加工；高能束流；激光技術；發展趨勢

特種加工亦稱“非傳統加工”或“現代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法。本文所述的特種加工技術主要是指激光加工技術、電子束加工技術、離子束及等離子加工技術和電加工技術等。

隨著新型武器裝備的發展，國內外對特種加工技術的需求日益迫切。不論飛機、導彈，還是其它作戰平臺都要求降低結構重量，提高飛行速度，增大航程，降低燃油消耗，達到戰技性能高、結構壽命長、經濟可承受性好。為此，上述武器系統和作戰平臺都要求采用整體結構、輕量化結構、先進冷卻結構等新型結構，以及鈦合金、復合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。

為此，需要采用特種加工技術，以解決武器裝備制造中用常規加工方法無法實現的加工難題，所以特種加工技術的主要應用領域是：

難加工材料，如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強鋼、復合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強度、高熔點材料。

難加工零件，如復雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。低剛度零件，如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。

以高能量密度束流實現焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細加工。1 先進制造技術的特點 1.1 是面向21世紀的技術

先進制造技術是制造技術的最新發展階段，是由傳統的制造技術發展起來的，既保持了過去制造技術中的有效要素，又要不斷吸收各種高新技術成果，并滲透到產品生產的所有領域及其全部過程。先進制造技術與現代高新技術相結合而產生了一個完整的 2 技術群，它是具有明確范疇的新的技術領域，是面向21世紀的技術。1.2 是面向工業應用的技術

先進制造技術并不限于制造過程本身，它涉及到產品從市場調研、產品開發及工藝設計、生產準備、加工制造、售后服務等產品壽命周期的所有內容，并將它們結合成一個有機的整體。先進制造技術的應用特別注意產生最好的實際效果，其目標是為了提高企業競爭和促進國家經濟和綜合實力的增長。目的是要提高制造業的綜合經濟效益和社會效益。

1.3 是駕馭生產過程的系統工程

先進制造技術特別強調計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現代系統管理技術在產品設計、制造和生產組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它要不斷吸收各種高新技術成果與傳統制造技術相結合，使制造技術成為能駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統工程。1.4 是面向全球競爭的技術

20世紀 80年代以來，市場的全球化有了進一步的發展，發達國家通過金融、經濟、科技手段爭奪市場，傾銷產品，輸出資本。隨著全球市場的形成，使得市場競爭變得越來越激烈，先進制造技術正是為適應這種激烈的市場競爭而出現的。因此，一個國家的先進制造技術，它的主體應該具有世界先進水平，應能支持該國制造業在全球市場的競爭力。

1.5 是市場競爭三要素的統一

在20世紀 70年代以前，產品的技術相對比較簡單，一個新產品上市，很快就會有相同功能的產品跟著上市。因此，市場競爭的核心是如何提高生產率。到了20世紀80年代以后，制造業要贏得市場競爭的主要矛盾已經從提高勞動生產率轉變為以時間為核心的時間、成本和質量的三要素的矛盾。先進制造技術把這三個矛盾有機結合起來，使三者達到了統一。研究現狀

新材料成形加工技術的研究開發，是近二、三十年來材料科學技術領域最為活躍的方向之一。先進制備與成型加工技術的出現與應用，加上了新材料的研究開發、生產和應用進程，促成了諸如微電子和生物醫用材料等新興產業的形成，促進了現代航天航空，交通運輸，能源環保等高技術產業的發展。

先進工業國家對材料制備與成型加工技術的研究開發十分重視。美國制定了“為了 工業材料發展計劃”，其核心是開放先進的制備與成型加工技術，提高材料性能，降低生產成本，滿足未來工業發展對材料的需求。德國開展的“21世紀新材料研究計劃”將材料制備與成型加工技術列為六個重點內容之一。在歐盟的“第六框架”計劃中，先進制備技術時新材料領域的研究重點之一。日本在20世紀90年代后期，先后實施了“超級金屬”、“超鋼鐵”計劃，重點是發展先進的制備加工技術，精確控制組織，大幅度提高材料的性能，達到減少材料用量、節省資源和能源的目的。同時開展本科學領域色前沿和基礎研究，并綜合利用相關學科基礎理論和科技發展成果，提供預備新材料的新原理新方法，也是材料科學與工程學科自身發展的需求。

一大批先進技術和工藝不斷發展和完善，并逐步獲得實際應用，如快速凝固、定向凝固、連續鑄軋、連續鑄擠、精密鑄造、半固態加工、粉末注射成型、陶瓷膠態成型、熱等靜壓、無模成型、微波燒結、離子束制備、激光快速成型、激光焊接、表面改性等，促進了傳統材料的升級換代，加速了新材料的研究開發、生產和應用，解決了高技術領域發展對特種高性能材料的制備加工與組織性能精確控制的急需。

現在將主要的先進材料加工技術分別介紹如下： 1.快速凝固

快速凝固技術的發展，把液態成型加工推進到遠離平衡的狀態，極大地推動了非晶、細晶、微晶等非平衡新材料的發展。傳統的快速凝固追求高的冷卻速度而限于低維材料的制備，如非晶絲材、箔材的制備。近年來快速凝固技術主要在兩個方面得到發展：①利用噴射成型、超高壓、深過冷，結合適當的成分設計，發展體材料直接成型的快速凝固技術；②在近快速凝固條件下，制備具有特殊取向和組織結構的新材料。目前快速凝固技術被廣泛地用于非晶或超細組織的線材、帶材和體材料的制備與成型。2.半固態成型

半固態成型包括半固態流變成型和半固態觸變成形兩類：前者是將制備的半固態漿料直接用于成型，如壓鑄成型（稱為半固態流變壓鑄）；后者是對制備好的半固態坯料進行重新加熱，使其達到半熔融狀態，然后進行成型，如擠壓成型（稱為半固態觸變擠壓）。3.無模成型

為了解決復雜形狀或深殼件產品沖壓、拉深成型設備規模大、模具成本高、生產工藝復雜、靈活度低等缺點，滿足社會發展對產品多樣性（多品種、小規模）的需求，20世紀80年代以來，柔性加工技術的開發受到工業發達國家的重視。典型的無模成型技 術有增量成型、無摸拉拔、無模多點成型、激光沖擊成型等。4.超塑性成型技術

超塑性成型加工技術具有成型壓力低、產品尺寸與形狀精度高等特點，近年來發展方向主要包括兩個方面：一是大型結構件、復雜結構件、精密薄壁件的超塑性成型，如鋁合金汽車覆蓋件、大型球罐結構、飛機艙門，與盥洗盆等；二是難加工材料的精確成形加工，如鈦合金、鎂合金、高溫合金結構件的成形加工等。5.金屬粉末材料成型加工

粉末材料的成型加工是一種典型的近終形、短流程制備加工技術，可以實現材料設計、制備預成型一體化；可自由組裝材料結構從而精確調控材料性能；既可用于制備陶瓷、金屬材料，也可制備各種復合材料。它是近20年來材料先進制備與成型加工技術的熱點與主要發展方向之一。粉末材料成型加工技術的研究重點包括粉末注射成型膠態成型、溫壓成型及微波、等離子輔助低溫強化燒結等。6.陶瓷膠態成型

在圍繞著提高陶瓷胚體均勻性和解決陶瓷材料可靠性的問題，開發了多種原位凝固成型工藝，凝膠注模成型工藝、溫度誘導絮凝成形、膠態振動注模成形、直接凝固注模成形等相繼出現，受到嚴重重視。原位凝固成形工藝被認為是提高胚體的均勻性，進而提高陶瓷材料可靠性的唯一途徑，得到了迅速的發展，已逐步獲得實際應用。7.激光快速成型

采用該技術的成形件完全致密且具有細小均勻的內部組織，從而具有優越的力學性能和物理化學性能，同時零件的復雜程度基本不受限制，并且可以縮短加工周期，降低成本。目前發達國家已進入實際應用階段，主要應用于國防高科技領域。激光加工技術 2.1 現狀

國外激光加工設備和工藝發展迅速，現已擁有100kW的大功率CO2激光器、kW級高光束質量的Nd:YAG固體激光器，有的可配上光導纖維進行多工位、遠距離工作。激光加工設備功率大、自動化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐標聯動，并裝有激光功率監控、自動聚焦、工業電視顯示等輔助系統。

激光制孔的最小孔徑已達0.002mm，已成功地應用自動化六坐標激光制孔專用設備加工航空發動機渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達到無再鑄層、無微裂紋的效果。激光切割適用于由耐熱合金、鈦合金、復合材料制成的零件。目前薄材切割速度可達15m/min，切縫窄，一般在0.1～1mm之間，熱影響區只有切縫寬的10%～20%，最大切割厚度可達45mm，已廣泛應用于飛機三維蒙皮、框架、艦船船身板架、直升機旋翼、發動機燃燒室等。

激光焊接薄板已相當普遍，大部分用于汽車工業、宇航和儀表工業。激光精微焊接技術已成為航空電子設備、高精密機械設備中微型件封裝結點的微型連接的重要手段。

激光表面強化、表面重熔、合金化、非晶化處理技術應用越來越廣，激光微細加工在電子、生物、醫療工程方面的應用已成為無可替代的特種加工技術。

激光快速成型技術已從研究開發階段發展到實際應用階段，已顯示出廣闊的應用前景。

國內70年代初已開始進行激光加工的應用研究，但發展速度緩慢。在激光制孔、激光熱處理、焊接等方面雖有一定的應用，但質量不穩定。目前已研制出具有光纖傳輸的固體激光加工系統，并實現光纖耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光燒結快速成型原理樣機研制，并采用環氧聚脂和樹脂砂燒結粉末材料，快速成型出典型零件，如葉輪、齒輪。2.2 發展趨勢

激光加工技術今后幾年應結合已取得的預研成果，針對需求，重點開展無缺陷氣膜小孔的激光加工及實時檢控技術、高強鋁(含鋁鋰、鋁鎂)合金的激光焊接技術、金屬零件的激光粉末燒結快速成型技術、激光精密加工及重要構件的激光沖擊強化等項目的研究。實現高溫渦輪發動機氣膜孔無缺陷加工，可使葉片使用壽命達2000小時以上；以焊代替數控加工飛機次承力構件，以及帶筋壁板的以焊代鉚；實現重要零部件的表面強化，提高安全性、可靠性等，從而使先進的激光制造技術在軍事工業中發揮更大的作用。1）無再鑄層、無微裂紋渦輪葉片氣膜孔激光高效加工技術研究；

2）鋁合金、超強鋼、鈦合金、異種材料構件以及大型空間曲面零件的激光焊接工藝研究；

3）三維激光切割工藝規范及表面質量控制技術和在線測量控制技術研究； 4）提高高溫合金、鋁合金等重要部件抗疲勞性能的激光沖擊技術研究； 5）激光快速成型技術研究； 3電子束加工技術 3.1 現狀 電子束加工技術在國際上日趨成熟，應用范圍廣。

國外定型生產的40kV～300kV的電子槍(以60kV、150kV為主)，已普遍采用CNC控制，多坐標聯動，自動化程度高。電子束焊接已成功地應用在特種材料、異種材料、空間復雜曲線、變截面焊接等方面。目前正在研究焊縫自動跟蹤、填絲焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可達300mm，焊縫深寬比20：1。電子束焊已用于運載火箭、航天飛機等主承力構件大型結構的組合焊接，以及飛機梁、框、起落架部件、發動機整體轉子、機匣、功率軸等重要結構件和核動力裝置壓力容器的制造。如：F-22戰斗機采用先進的電子束焊接，減輕了飛機重量，提高了整機的性能；“蘇-27”及其它系列飛機中的大量承力構件，如起落架、承力隔框等，均采用了高壓電子束焊接技術。

國內多種型號的飛機及發動機和多種型號的導彈殼體、油箱、尾噴管等結構件均已采用了電子束焊接。因此，電子束焊接技術的應用越來越廣泛，對電子束焊接設備的需求量也越來越大。

國外的電子束焊機，以德國、美國、法國、烏克蘭等為代表，已達到了工程化生產。其特點是采用變頻電源，設備的體積、噪聲、高壓性能等方面都有很大提高；在控制系統方面，運用了先進的計算機技術，采用了先進的CNC及PLC技術，使設備的控制更可靠，操作更簡便、直觀。

國外真空電子束物理氣相沉積技術，已用于航空發動機渦輪葉片高溫防腐隔熱陶瓷涂層，提高了涂層的抗熱沖擊性能及壽命。電子束刻蝕、電子束輻照固化樹脂基復合材料技術正處于研究階段。3.2 發展趨勢

電子束加工技術今后應積極拓展專業領域，緊密跟蹤國際先進技術的發展，針對需求，重點開展電子束物理氣相沉積關鍵技術研究、主承力結構件電子束焊接研究、電子束輻照固化技術研究、電子束焊機關鍵技術研究等。1）150kV、15kW高壓電子槍及高壓電源的技術研究； 2）電子束物理氣相沉積技術的研究；

3）大厚度變截面鈦合金的電子束焊接技術研究及質量評定； 4）典型復合材料飛機構件的電子束固化工藝研究及其工程化研究； 5）多功能電子束加工技術研究。4 離子束及等離子體加工技術 4.1 現狀 表面功能涂層具有高硬度、耐磨、抗蝕功能，可顯著提高零件的壽命，在工業上具有廣泛用途。

美國及歐洲國家目前多數用微波ECR等離子體源來制備各種功能涂層。等離子體熱噴涂技術已經進入工程化應用，已廣泛應用在航空、航天、船舶等領域的產品關鍵零部件耐磨涂層、封嚴涂層、熱障涂層和高溫防護層等方面。

等離子焊接已成功應用于18mm鋁合金的儲箱焊接。配有機器人和焊縫跟蹤系統的等離子體焊在空間復雜焊縫的焊接也已實用化。微束等離子體焊在精密零部件的焊接中應用廣泛。我國等離子體噴涂已應用于武器裝備的研制，主要用于耐磨涂層、封嚴涂層、熱障涂層和高溫防護涂層等。

真空等離子體噴涂技術和全方位離子注入技術已開始研究，與國外尚有較大差距。等離子體焊接在生產中雖有應用，但焊接質量不穩定。4.2 發展趨勢

離子束及等離子體加工技術今后應結合已取得的成果，針對需求，重點開展熱障涂層及離子注入表面改性的新技術研究，同時，在已取得初步成果的基礎上，進一步開展等離子體焊接技術研究。

1）復雜零件“保形”離子注入與混合沉積技術研究，獲得高密度等離子體方法研究； 2）空間結構焊接工藝參數自適應控制及焊縫自動跟蹤系統研究，以及等離子弧焊過程中變形控制技術研究；

3）等離子噴涂陶瓷熱障涂層結構、工藝及工程化研究； 4）層流湍流自動轉換技術及軸向送粉、三維噴涂技術研究； 5）層流等離子體噴涂系統的研制及其噴涂技術的研究。5 電加工技術 5.1 發展現狀

國外電解加工應用較廣，除葉片和整體葉輪外已擴大到機匣、盤環零件和深小孔加工，用電解加工可加工出高精度金屬反射鏡面。目前電解加工機床最大容量已達到5萬安培，并已實現CNC控制和多參數自適應控制。電火花加工氣膜孔采用多通道、納秒級超高頻脈沖電源和多電極同時加工的專用設備，加工效率2～3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm，通用高檔電火花成型及線切割已能提供微米級加工精度，可加工3μm的微細軸和5μm的孔。精密脈沖電解技術已達10μm左右。電解與電火花復合加工，電解磨削、電火花磨削已用于生產。參 考 文 獻

[1] 張遼遠 現代加工技術 北京：機械工業出版社，2002 [2] 劉晉春 特種加工 北京：機械工業出版社，2004 [3] 張建華 精密與特種加工技術 北京：機械工業出版社，2003 [4] 主編白基成, 郭永豐, 劉晉春 特種加工技術 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2006 [5] 郭東明, 趙福令 面向快速制造的特種加工技術 北京：國防工業出版社，2009