第一篇：特種陶瓷工藝與性能小論文

特種陶瓷工藝與性能

摘 要：陶瓷是在國民經濟中有很多重要用途的無機非金屬材料。雖然我國陶瓷近十幾年有了很快的發展，但因為很多科學、技術方面上的制約，我國陶瓷生產工藝特別是特種陶瓷工藝水平還是落后很多。因此，本文對我國陶瓷生產工藝的現狀進行了資料查詢與相關調研及分析、建議，希望對我國陶瓷生產能有一些借鑒。

關鍵詞：陶瓷產品

生產工藝

坯料

燒結

一、陶瓷的定義

傳統意義上的陶瓷指的是陶器和瓷器，加工的主要原料是黏土，再加上一些其他礦物原料，在經過揀選、粉碎、混練、煅燒等工序制后制得的產品。一般認為陶瓷是各種無機非金屬材料的通稱。而如今特種陶瓷的發展，對陶瓷的行業又有了一次新的提升和擴展?，F在，所謂陶瓷通常是普通陶瓷和特種陶瓷的合稱。

我國是陶瓷生產大國，陶瓷生產有悠久歷史和 輝煌成就。我國最早燒制的是陶器。由于古代 人民經過長期實踐，積累經驗，在原料的選擇 和精制、窯爐的改進及燒成溫度的提高，釉的 發展和使用有了新的突破，實現陶器到瓷器的 轉變。陶瓷工業的新工藝、新技術、新設備層出不窮。

二、陶瓷生產的工藝流程

原料的選取和坯料的制備是陶瓷生產工藝的基礎，直接影響到后來陶瓷產品的質量，而陶瓷生產工藝對陶瓷產品而言，是制造過程，也是陶瓷產品性能優化過程。陶瓷生產工業中，使用的原料品種很多。從它們的來源來分，一種是天然礦物原料，一種是通過化學方法加工處理的化工原料。陶瓷原料主要來自巖石，而巖石大體都是由硅和鋁構成的。陶瓷生產工藝一般分為：

1.一般陶瓷生產工藝：

坯料?原料進廠?淘洗?適量配料?球磨細碎?除鐵?過濾（一系列分化處理）?干燥?修坯?索燒?精修?施釉?白瓷檢選?彩繪裝飾?彩燒?彩瓷檢選?成品?包裝?出廠

釉料?精選?淘洗?重量配料?球磨細碎?除鐵?過濾?成品釉?施釉?白瓷檢選 彩繪裝飾?彩燒?彩瓷檢選?成品 ?包裝?出廠

原料工序：坯釉原料進廠后，經過精選、淘洗，根據生產配方稱量配料，入球磨細碎，達到所需細度后，除鐵、過篩，然后根據成型方法的不同，機制成型用泥漿壓濾脫水，真空練泥，備用；對于化漿工藝，把泥漿先壓濾脫水，后通過加入解凝劑化漿，除鐵、過篩后備用；對注漿成型用泥漿，進行真空處理后，成為成品漿，備用。

成型工序：分為滾壓成型和注漿成型。然后干燥、修坯，備用。

燒成工序：在取得白坯后，入窯素燒，經過精修、施釉，進行釉燒，對出窯后的白瓷檢選，得到合格白瓷。

彩烤工序：對合格白瓷進行貼花、鑲金等步驟后，入烤花窯燒烤，開窯后進行花瓷的檢選，得到合格花瓷成品。

包裝工序：對花瓷按照不同的配套方法、各種要求進行包裝，即形成本公司的最終產品，發貨或者入庫。2.日用陶瓷生產工藝（1）、機壓成形工藝流程

泥料?切泥片?壓坯?帶模干燥?脫模?坯體干燥?磨坯?捺水施內釉?捺外水沾外釉?取釉?掃灰檢驗?裝匣?燒成。（2）注漿成形工藝流程

泥料化漿?高位漿桶?注漿?添漿?倒出余漿?帶模干燥?起坯?利假口?坯體干燥?湯釉? 接把嘴 ?補外水?沾釉?掃灰檢驗? 裝匣

日用瓷坯體施釉方法通常有兩種：一是對未經燒制的生坯施釉，然后坯釉一次宜選用自動噴釉機施釉，其主要過程為：生坯干燥→坯體預熱→自動噴釉→二次燒成；另一種是在經素燒后的素坯上施釉，再進行釉燒。

三、我國陶瓷產業的基本狀況

陶瓷的使用，在我國9000~10000年以前就開始了，隨歷史的前進，陶瓷生產在我國也隨著一起發展起來，并有著當時世界頂尖的水平。但是如今，由于歷史等各種因素的影響，中國陶瓷生產工藝相比歐美等科技發達國家，下面我就相關資料查詢結果來說明我國陶瓷產業現狀。

從目前我國陶瓷市場的相關動態與現狀，可以看出，隨著我國在近些年來經濟、科技、文化的水平提升，我國陶瓷生產已然形成以建筑瓷、衛生瓷、日用瓷、工藝美術瓷以及工業特種瓷為主的產業體系，并且傳統工藝陶瓷在做工和外觀上相當之高，如唐山陶瓷“三絕”：噴彩、雕金和曜變釉。

現在中國陶瓷發展已經可以分為十大產區，各個產區也有自己的特色，如上海一帶為代表的華東臺資或合資企業，在有釉制品特別是釉面磚方面占有優勢，在企業管理方面獨樹一幟，四川夾江產區以紅坯體特有的制造方法，曾產生了相當可觀的生產量，號稱西部瓷都等等。這些地方大多擁有從原材料供應到展覽銷售等成熟的產業配套環節。因此，產業集群以特有的群體競爭優勢和集聚發展的規模效應，使產業集中化、網絡化和植根化，使得其他地方的陶瓷企業進入難度和成本加大。

而與陶瓷產業配套的產業也有著快速發展，如陶瓷機械、耐火材料及花紙等配套產業在眾多高校中都有與之相關的研究方向和研究項目，為陶瓷產業的發展提供了強有力的支持。

技術是陶瓷企業的核心競爭力。目前各陶瓷企業均意識到這一點，不斷加強對技術研究的投資力度，建立與生產相配套的研發中心，強化企業的自主技術創新。目前，已經有眾多陶瓷企業獲得了ISO9000族國際質量管理體系認證證書。

雖然陶瓷制品是我國出口創匯的主要產品之一，但我國現在只是世界上生產制造藝術陶瓷第一大國，卻不是藝術陶瓷強國，從國內大多數企業還是依靠國外技術在國內制造的情況看，我國陶瓷生產還存在著很多問題。接下來讓我分析這些主要問題。

四、我國陶瓷生產存在的主要問題

第一個問題顯然是技術創新方面上，我國陶瓷生產水平跟不上發達國家的水平。盡管大多陶瓷企業將自主技術創新放在企業發展的重要戰略位置，但是技術創新的力度仍然有所欠缺，技術人才的缺乏和技術人才質量上不足，使得新技術很難在生產中使用和開發出來，直接影響到我國陶瓷生產的水平。

其次是陶瓷生產環境污染嚴重，能耗高。由于陶土資源過度開采以及一些不合理的開發技術和手段，造成能源消費較高，節能減排壓力大。而且陶瓷行業本身就是屬于高能耗、高污染行業,生產過程中的廢氣、廢水、廢渣、粉塵等對環境造成嚴重污染。這種生產情況不僅導致國內礦產資源、能源過度消耗,阻礙了我國陶瓷行業的可持續發展，還對我們生活環境有著嚴重的影響。

再就是行業利潤水平低，產品低質化嚴重。我國雖是一個陶瓷生產大國,，產品以中低檔為主，附加值較低，在國際市場售價不高。陶瓷產能過剩，供大于求導致產品利潤不高。

最后要說的問題是部分陶瓷企業大而不強，競爭優勢不明顯。這些企業經營機制不靈活，讓然延續傳統的經營管理模式，難以跟得上當前市場激烈競爭的步伐；因此，經營機制僵化和競爭優勢定位不明確是導致部分陶瓷企業大而不強的主要原因，也是陶瓷產業發展過程中面臨的重要問題。

五、我國陶瓷產業的對策建議

現在社會生活水平在不斷的提高中，因而產品的第一要素就是與消費潮流相呼應，所以產品創新是我國陶瓷。工藝技術不斷創新，有效降低生產成本。

陶瓷企業在廠址選擇、空間布置、廠內運輸線路的安排等方面力求合理，盡量減少運輸量；實現陶瓷企業運輸操作機械化、自動化，減輕工人的工作強度

減少或消除作業中的多余和無效時間，增加基本作業時間的比重。在保證產品質量的前提下，開發新技術，提高企業管理水平，縮短陶瓷產品的生產周期。

陶瓷生產過程的專業化和協作水平較低。所以，當今階段仍然需要我們的努力，完善陶瓷工藝，制備新型功能型陶瓷。

參考文獻：

① 肖漢寧.高朋召高性能結構陶瓷及其應用，北京:化學工業出版社，2006.② 張云宏.陶瓷工藝技術.北京：化學工業出版社，2006.③ 王零森.特種陶瓷.長沙：中南大學工業出版社，2000.④ 謝志鵬.結構陶瓷.北京：清華大學出版社，2001.

第二篇：特種加工小論文

特種加工論文

院系：機電工程學院

數控快走絲電火花線切割加工工藝分析

摘要：電火花線切割加工是一種能加工復雜截面的技術，只有工藝合理，才能高效率地加工精密模具零件，文章主要敘述了電火花線切割加工的步驟和特點，最后重點提出在加工過程中遇到的常見問題的處理方法。

關鍵詞：電火花線切割、加工原理、加工工藝、常見問題處理

電火花線切割加工（Wire Cut EDM,簡稱WEDM）是在電火花加工基礎上于2050年代末最早在前蘇聯發展起來的一中新的工藝方式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割，故成為電火花線切割，有時簡稱線切割。它在對一些難切削的材料、特殊及復雜形狀的零件的加工上較傳統的切削加工方法具有明顯的優勢，因此被廣泛應用于模具、工具、航空航天等制造加工領域。目前國內外的線切割機已占電加工機床的60%以上。

一、線切割加工的原理

電火花線切割加工的基本原理是利用工具電極（鉬絲）和工件兩極之間脈沖放電時產生的電腐蝕現象對工件進行脈沖火花放電、切割成形。

如圖為快走絲電火花線切割工藝及裝置的示意圖。利用細鉬絲(電鍍絲)作工具電極進行切割，貯絲筒使鉬絲作正反向交替移動，加工能源由脈沖電源供給。在電極絲和工件之間澆注工作液介質，工作臺在水平面兩個坐標方向各自按預定的控制程序，根據火花間隙狀態作伺服進給移動，從而合成各種曲線軌跡，把工件切割成形。

二、電火花線切割加工的特點

電火花線切割加工過程的工藝，與其它的特種加工方法比較，有共性也有自己的特性。

1、工具電極為順電極走絲軸線方向移動著的線狀電極。

2、工具與工件在兩個水平方向同時有相對伺服進給運動。

3、直接利用線狀的電極絲作電極，不需要制作成形的工具電極，大大降低了成形工具電極的設計和制造費用。

4、可加工形狀復雜的和難加工的工件，也可加工貴重金屬。

5、利用電蝕加工原理，電極絲與工件不直接接觸，兩者之間的作用很小，故而電極絲、夾具不需要太高的強度。

6、電極絲材料不必比工件材料硬，可以節約輔助時間和刀具費用。

7、直接利用電、熱能進行加工，可以方便的對加工參數進行調整，有利于加工精度的提高，便于實現加工過程的自動化。

8、工作液一般采用水基乳化液或純水，不會引燃起火，容易實現安全無人運轉。

9、工具損耗率較?。裳a償）。

三、數控電火花線切割加工的應用

電火花線切割是一種應用機械能以外的能量形式特種加工方式。它可加工任何導電的金屬材料，如硬質合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、鈦合金等。但主要適用于切割各種沖模、塑料模、粉末冶金模等二維及三維直紋面組成的模具及零件，可直接切割各種樣板、磁鋼、硅鋼片沖片，也常用于鉬、鎢、半導體材料或貴重金屬的切割。

高速走絲線切割機床適用于加工各種復雜形狀的沖模及單件齒輪、花鍵、尖角窄縫類零件，也由于它將新的能量形式直接作用于材料，使得加工產生了諸多特點，為新產品試制、精密零件加工及模具制造等開辟了一條新的工藝途徑。主要有以下幾個方面。

1、模具加工：

適用于加工各種形狀的沖模。調整不同的間隙補償量，只需一次編程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等?？熳呓z電火花線切割機的模具配合間隙、加工精度通常都能達到0.01～0.02mm的要求。此外，還可加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等通常帶錐度的模具。

2、新產品試件的加工：

以往試制新產品的關鍵零部件時，必須先設計、制造相應的刀、夾、量具和模具，以及二次工裝，現在采用數控電火花線切割，可以直接加工出各種標準的和非標準的直齒輪（包括非圓齒輪、非漸開線齒輪），微型電動機定子、轉子硅鋼片，各種變壓器鐵心，各種特殊、復雜的二次曲面體零件。這樣可以省去設計和制造相應的刀、夾、量具、模具及二次工具，大大縮短了試制周期。另外修改設計、變更加工程序比較方便，加工薄件時還可多片疊在一起加工。

3、難加工零件的加工：

加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，這就使得高硬度、高強度、高韌性等難加工材料的加工變得容易，大大提高了材料的可加工性。而材料的可加工性也不再與硬度、強度、韌性、脆性等成直接、正比關系。

4、貴重金屬的下料：

在加工過程中，由于電極絲比較細，切縫很窄，且工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，只對工件材料進行“套料”加工，實際金屬去除量很少，材料的利用率很高，所以適合用于切割貴重金屬。

四、數控電火花線切割的加工工藝

1、工件材料的選擇：

對不經鍛打、不淬火材料，在線切割加工前最好采用低溫回火消除內應力，因為如果工件的內應力沒有得到消除，在切割時，有的工件會開裂，把鉬絲碰斷；有的會使間隙變形，把鉬絲夾斷或彈斷。如淬火后T8鋼在線切割加工中及易引起斷絲盡量少用。切割厚鋁材料時，由于排屑困難，導電塊磨損較大，注意及時更換。

2、切割路線的選擇（多次切割）：

為了獲得較高的加工精度，可以考慮在快走絲線切割機床采用多次切割工藝。

采用多次切割工藝時，第一次切割主要進行高速穩定切割，因此可選用高峰值電流；第二次切割的主要任務是修光。應選擇較小的脈沖電流和脈沖寬度。

3、穿絲孔和電極絲切入位置的選擇：

對于不同的工件，加工穿絲孔的位置不同。在切割中、小孔形凹形類工件時，穿絲孔應位于凹形的中心位置，既便于穿絲孔加工位置準確，又便于控制坐標軌跡的計算；在切割凸形或大孔形凹形類工件時，穿絲孔應設置在加工起點附近，以縮短無用切割行程，同時應便于簡化有關軌跡控制的計算。穿孔絲也可選在距離型孔邊緣2～5mm處,如圖所示。加工凸模時，為減小變形，電極絲切割時的運動軌跡與運動邊緣的距離應大于5mm。

4、電參數的選擇：

對加工質量具有明顯影響的電參數主要包括脈沖電流、脈沖寬度、脈沖間隔、運絲速度等，通常需要在保證表面質量、尺寸精度的前提下，盡量提高加工效率。

脈沖電源是影響加工表面質量的重要因素。減小單個脈沖能量可以改善表面粗糙度。決定單個脈沖能量的因素主要是脈沖寬度和脈沖電流。因此采用小的脈沖寬度和脈沖電流可獲得良好的表面粗糙度。但是單個脈沖能量越小，切割速度越慢，如果脈沖電流太小，將不能產生放電火化，不能正常切割。一般來講，精加工時，脈沖寬度可在20μs內選擇；中加工時，可在20μs～60μs內選擇。

脈沖間隔對切割速度影響較大，而對表面粗糙度影響較小。脈沖間隔越小，單位時間放電加工的次數越多，因而切割速度也越高。實際上，脈沖間隔不能太小，否則放電產物來不及被沖刷掉，放電間隙不能充分消電離，加工不穩定，容易燒傷工件或斷絲。對于厚度較大的工件，應適當加大脈沖間隔，以充分消除放電產物，形成穩定切割。一般脈沖間隔在10μs～250μs范圍內基本上能適應各種加工條件，進行穩定加工。

5、其它非電參數的選擇：

對于快走絲線切割，廣泛采用直徑為0.06～0.20mm的鉬絲，因它耐耗損、抗拉強度高、絲質不易變脆且較少斷絲。提高電極絲的張力可減輕絲振的影響，從而提高精度和切割速度。采用恒張力裝置可以在一定程度上改善張力的波動。電極絲的直徑決定了切縫寬度和允許的峰值電流，最高切割速度一般都是用較粗的絲實現的。隨著走絲速度的提高，在一定范圍內，加工速度也在提高。提高走絲速度有利于電極絲把工作液帶入較厚的工件放電間隙中，有利于電蝕物的排除和放電加工的穩定。但走絲速度過高，將加大機械振動、降低精度和切割速度，表面粗糙度也惡化，并容易造成斷絲，所以一般以小于10m/s為宜。

五、常見問題的處理

數控電火花線切割加工中，電極絲的損耗或斷絲嚴重影響其連續自動操作的進行。尤其是在高速走絲的線切割機床，它的電極絲主要是采用鉬絲，電極絲運動速度快，通常為8～1０m/s，而且是雙向往返循環運行。在加工過程中隨著電極絲損耗的增加，切縫越來越窄，不僅會使加工面的尺寸誤差增大，而且很容易發生斷絲。如果在切割工件過程中多次斷絲，不僅會造成一定的經濟損失，而且會帶來重新繞絲的麻煩；不僅耽誤時間，而且會在工件上產生斷絲痕跡，影響精度和加工表面的質量，嚴重的會造成工件報廢。

造成電極絲折斷的原因包括：電極絲損耗過度；運絲絲杠螺母副間隙太大；工件端面切割條件惡劣；工作液選用不當或者太臟；選擇脈沖電流、脈沖寬度過大；電極絲老化，抗拉力不夠；導輪或導輪軸承磨損；進給速度過大；工件變形導致切縫變窄等。因此，為了防止出現斷絲故障，需要選擇合適的電參數、定期更換工作液、定期更換導輪、定期更換電極絲、穩定裝夾工件并選擇合理的切割路線等。

1、電極絲的損耗：

線切割加工中，在工件材料被蝕除、切割成型的同時，電極絲也會被放電腐蝕，即電極絲發生損耗。電極絲使用的時間較長時，絲徑變細且布滿顯微放電凹坑、抗拉強度下降，最終發生斷裂。一般來說，為避免損耗過度導致斷裂，在測量絲徑比新絲減少0.03～O.05mm時，應及時更換新絲。

2、鉬絲的松緊程度：

如果鉬絲安裝太松，則鉬絲抖動厲害，不僅會造成斷絲，而且由于鉬絲的抖動直接影響工件表面粗糙度。但鉬絲也不能安裝得太緊，太緊內應力增大，也會造成斷絲，因此鉬絲在切割過程中，其松緊程度要適當，新安裝的鉬絲，要先緊絲再加工，緊絲時用力不要太大。鉬絲在加工一段時間后，由于自身的拉伸而變松。當伸長量較大時，會加劇鉬絲振動或出現鉬絲在貯絲筒上重疊。使走絲不穩而引起斷絲。應經常檢查鉬絲的松緊程度，如果存在松弛現象，要及時拉緊。

3、鉬絲安裝：

鉬絲要按規定的走向繞在貯絲筒上，同時固定兩端。繞絲時，一般貯絲筒兩端各留10mm，中間繞滿不重疊，寬度不少于貯絲筒長度的一半，以免電機換向頻繁而使機件加速損壞，也防止鉬絲頻繁參與切割而斷絲。機床上鉬絲引出處有擋絲棒，擋絲棒是由兩根紅寶石制成的導向立柱，擋絲棒不像導輪那樣作滾動運動，它們直接與鉬絲接觸，作滑動摩擦。因此磨損很快，使用不久柱體與鉬絲接觸的地方就會形成深溝，必須及時檢查并進行翻轉和更換，否則會出現疊絲斷絲。

4、運絲機構：

線切割機的運絲機構主要是由貯絲筒、線架和導輪組成。當運絲機構的精度下降時（主要是傳動軸承），會引起貯絲筒的徑向跳動和軸向竄動。貯絲筒的徑向跳動會使電極絲的張力減小，造成絲松，嚴重時會使鉬絲從導輪槽中脫出拉斷。貯絲筒的軸向竄動會使排絲不勻，產生疊絲現象。貯絲筒的軸和軸承等零件常因磨損而產生間隙，也容易引起絲抖動而斷絲，因此必須及時更換磨損的軸和軸承等零件。貯絲筒換向時，如沒有切斷高頻電源，會導致鉬絲在短時間內溫度過高而燒斷鉬絲，因此必須檢查貯絲筒后端的行程開關是否失靈。要保持貯絲筒、導輪轉動靈活，否則在往返運動時會引起運絲系統振動而斷絲。繞絲后空載走絲檢驗鉬絲是否抖動。貯絲筒后端的限位擋塊必須調整好，避免貯絲筒沖出限位行程而斷絲。擋絲裝置中擋塊與快速運動的鉬絲接觸、摩擦，易產生溝槽并造成夾絲拉斷，因此也需及時更換。導輪軸承的磨損將直接影響導絲精度，此外，當導輪的V型槽、寶石限位塊、導電塊磨損后產生的溝槽，也會使電極絲的摩擦力過大，易將鉬絲拉斷。這種現象一般發生在機床使用時間較長、加工工件較厚、運絲機構不易清理的情況下。因此在機床使用中應定期檢查運絲機構的精度，及時更換易磨損件。

5、工件裝夾：

雖然線切割加工過程中工件受力極小，但仍需牢固夾緊工件，防止加工過程中因工件位置變動造成斷絲。同時要避免由于工件的自重和工件材料的彈性變形造成的斷絲。在加工厚重工件時，可在加工快要結束時，用磁鐵吸住將要下落的工件，或者人工保護下落的工件，使其平行緩慢下落從而防止斷絲。結論

本文對快走絲電火花線切割加工的原理、特點、應用、工藝等做了詳細的介紹，并結合電極絲的損耗及斷裂等常見的問題作出分析，對電火花線切割加工工藝的理解有一定的幫助。

參考文獻

[1]劉晉春、趙家齊、趙萬生.特種加工（第4版），機械工業出版社，2007年1月。

[2]單巖、夏天.數控線切割加工，北京.機械工業出版社，2004。[3]王彤，張新服.絲速對高速走絲氣中線切割加工的影響，機械工程師，2004(5): 10～11。

[4]蔡樂安.連續加工中線切割工作液對加工的影響.電加工與模具，2002(4): 21～24。

[5]李明奇，朱林逋，李明輝等.高速走絲電火花線切割加工多次切割工藝的研究及應用.電加工與模具，2003(4): 45～47。

第三篇：特種焊接論文

激光焊和電子束焊接

學 院：材 料 科 學 與 工 程 學 院

專 業：金 屬 材 料 科 學 與 工 程

姓 名：黎 琦

學 號：20100800411

激光焊和電子束焊接

摘要： 本文通過對特種焊接方法中的激光焊和電子束焊接兩種方法的原理、特點、設備、工藝及應用等方面的簡介，讓大家對特種焊接技術得到一個完整的認識。在焊接這個領域中，特種焊接技術是在近年來得到高速的發展。它不僅給焊接技術的發展帶來巨大的推動力，也對許多相關產業產生相當深遠的影響

關鍵詞：焊接技術 發展

日新月異

1.引言 焊接作為先進制造技術的重要組成部分在國民經濟的發展和國家建設中發揮了重要的作用。焊接技術的優秀成果在航空、核能、船舶、電力、電子、海洋鉆探、高程建筑等領域得到廣泛的應用。隨著科學技術的發展和技術的進步，焊接已經逐漸脫離了單純工藝和技術的層面而走向科學的范疇，并且在與其他科學知識的不斷碰撞和交融中，展現出來旺盛的生命力。新材料的不斷產生、新能源的不斷開發和新結構的不斷涌現，對焊接技術提出了新的挑戰。由此傳統的焊接技術以滿足不了工程的應用，隨著材料和技術的發展，焊接技術也得到了發展，越來越多的焊接方法得到應用——特種焊接。

2.激光焊

2.1激光焊的基本原理（1）激光焊接的基本過程

使用經光學系統聚焦后具有高功率密度的激光束照射到焊接材料表面，利用材料對光能的吸收來對其進行加熱、熔化，再經過冷卻結晶而形成焊接接頭的一種熔化焊過程。（2）激光焊機理

按激光器輸出能量的方式不同，激光焊分為脈沖激光焊和連續激光焊，按激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分為傳熱焊和深熔焊。1）激光傳熱焊

采用的激光器光斑上的功率密度小于105W時，激光將金屬表面加熱到熔點與沸點之間，焊接時，金屬材料表面將所吸收的激光能轉變為熱能，是金屬表面溫度升高而熔化，然后通過熱傳導方式把熱能傳向金屬內部，使熔化區逐漸擴大，凝固后形成焊點或焊縫，其熔深輪廓近似為半球形。

特點是：激光光斑上的功率密度小，很大一部分光被金屬表面所反射，光的吸收率較低，焊接熔深淺，焊接速度慢。主要用于薄、小零件的焊接加工。2）激光深熔焊

當激光光斑上的功率密度足夠大時（大于等于106W/cm2）,金屬在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高到沸點，是金屬熔化和汽化。當金屬汽化時，所產生的金屬蒸汽以一定的速度離開熔池，金屬蒸汽的溢出對熔化的液態金屬產生一個附加壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，在激光光斑下產生一個凹坑。當光束在小孔底部繼續加熱汽化時，所產生的金屬蒸汽一方面壓迫坑底的液態金屬是小坑進一步加深，另一方面，向坑外飛出的蒸汽將熔化的的金屬擠向熔池四周。這個過程連續進行下去，便在液態金屬中形成一個細長的空洞。當光束能力所產生的金屬蒸汽的反沖壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續加深，形成一個深度穩定的孔而進行焊接，因此稱之為激光深熔焊。（3）激光焊過程中的幾種效應

小孔效應、等離子體屏蔽效應、等離子體的負面效應、壁聚焦效應、凈化效應

2.2激光焊接的設備組成

激光器、光學系統、激光加工機、輻射參數傳感器、工藝介質輸送系統、工藝參數傳感器、控制系統、準直用He-Ne激光器

其中激光焊接設備主要由激光器、導光系統、焊接機和控制系統組成。2.3激光焊接的工藝特點

按焊接熔池形成的機理區分，激光焊接有兩種基本模式：熱導焊和深熔焊，前者所用激光功率密度較低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，僅達到表面熔化，然后依靠熱傳導向工件內部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。后者激光動車密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫（圖1）。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機械制造領域，除了那些微薄零件之外，一般應選用深館焊。

深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體，在激光作用下發生電離，從而在小孔內部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產生，研究它們與焊接規范及焊縫質量之間的關系，和利用這些特征信號對激光焊接過程及質量進行監控，具有十分重要的理論意義和實用價值。

由于經聚焦后的激光束光斑?。?.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104W/cm2）高幾個數量級，因而激光焊接具有傳統焊接方法無法比擬的顯著優點：加熱范圍小，焊縫和熱影響區窄，接頭性能優良；殘余應力和焊接變形小，可以實現高精度焊接；可對高熔點、高熱導率，熱敏感材料及非金屬進行焊接；焊接速度快，生產率高；具有高度柔性，易于實現自動化。

激光焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產生X射線，更適合生產中推廣應用。激光焊接實際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術發展的主流。

2.4激光焊接在工業中的應用情況（1）激光焊接在國外汽車工業中的應用 1）白車身激光焊接

汽車工業中的在線激光焊接大量用在白車身沖壓零件的裝配和連接上。主要應用包括車頂蓋激光焊、行李箱蓋激光釬焊及車架激光焊接。

另一項比較重要的車身激光焊接應用,是車身結構件（包括車門、車身側圍框架及立柱等）的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高車身強度,并可解決一些部位難以實施常規電阻點焊的難題。2）不等厚激光拼焊板

車身制造采用不等厚激光拼焊板可減輕車身重量、減少零件數量、提高安全可靠性及降低成本。3）齒輪及傳動部件焊接

20世紀80年代末,克萊斯勒公司的Kokomo分公司購進九臺6kWCO2激光器,用于齒輪激光焊接,生產能力提高40%。90年代初,美國三大汽車公司投入40多臺激光器用于傳動部件焊接。奔馳公司經研究利用激光焊接代替電子束焊接,因為前者焊縫熱影響區小。美國福特汽車公司用4。7kWCO2激光器焊接車輪鋼圈,鋼圈厚1mm,焊接速度為2。5m/min。該公司還采用帶有視覺系統的激光焊接機,將六根軸與鍛壓出來的齒輪焊在一起,成為轎車自動變速器的齒輪架部件,生產率為200件/h。

（2）光纖激光焊在造船及海洋工程方面的應用

目前,許多輪船都是先制造出許多獨立的局部組件結構單元,再在水中的船臺上一個個進行組裝。采用激光焊技術制造海洋建筑物局部組件非常合適,因為它結合了焊接切割自動化技術與激光技術。與弧焊方法相比,采用該技術可以大大提高生產率。

造船中,采用光纖激光技術,可以無需進行焊接邊緣預處理和焊前或焊后熱處理就能將部件焊接在一起。與弧焊相比,激光焊的焊接接頭窄,熱影響區小,而且沒有傳統弧焊方法中出現的由于弧吹或電極磨損引起的焊接缺陷。所以,接頭采用光纖激光焊,可以實現新的焊接結構設計,這在以前是不可能實焊接接頭比弧焊焊接接頭更加經濟, 質量更好。

（3）激光焊在飛機制造中的應用

激光束焊具有能量密度高,熱影響區小,空間位置轉換靈活,可在大氣環境下焊接,焊接變形極小等優點。它主要應用于飛機大蒙皮的拼接以及蒙皮與長桁的焊接,以保證氣動面的外形公差。另外在機身附件的裝配中也大量使用了激光束焊接技術,如腹鰭和襟翼的翼盒,結構不再是應用內肋條骨架支撐結構和外加蒙皮完成,而是應用了先進的鈑金成形技術后,采閑激光焊接技術在三維空間完成焊接拼合,不僅產品質量好,生產效率高,而且工藝再現性好,減重效果明顯。

近年來激光焊也多見于薄壁零件的制造中,如進氣道、波紋管、輸油管道、變截面導管和異型封閉件。這些零件的傳統焊接方法多采用微弧等離子弧焊,或者是小電流鎢極氬弧焊。隨著鈦合金材料的大量使用,即便采用了這些低線能量的焊接技術,仍然由于薄壁材料引起的焊接變形超出公差范圍和焊接缺陷的無法修復等原因,導致傳統焊接工藝面臨淘汰的命運。激光束焊接配以局部保護措施,[4]非常適合焊接薄壁鈦合金殼體零件。（4）復合激光焊的應用

復合激光焊技術結合了激光焊和傳統氣體保護焊（GMAW）兩者的優點,激光焊能在較小的熱輸入量和小的焊接熱影響區（HAZ）情況下獲得較大的熔深；所附加的氣保焊（GMAW）可以大大擴展接頭根部間隙的大小,改善表面狀態和雜質的允許量；提高根部間隙填充和成形質量以及加強對焊接冶金的控制。（5）激光焊在醫學上的應用

激光焊是用激光來加熱, 所以它可以穿透透明介質, 能夠焊到透明介質容器的里邊去。這是其他焊接方法難以做到的。這種方法也被利用到醫學里邊,比方講我們有些患者視網膜脫落,視網膜是在眼球的后面,視網膜脫落以后眼睛就會失明?，F在就用激光的辦法,透過眼球焊到眼球后面,把這個視網膜和眼球焊起來。這個已經是很成功的手術了

3.電子束焊接

3.1電子束焊接的基本原理

電子束焊接的工作原理是:在真空條件下。從電子槍中發射的電子束在高電壓(通常為20～300kV)加速下,通過電磁透鏡聚焦成高能量密度的電子束。當電子束轟擊工件時,電子的動能轉化為熱能,焊區的局部溫度可以驟升到6000℃以上。使工件材料局部熔化實現焊接。3.2 電子束焊接特點

由于高能量密度的電子束流集中作用的結果,使電子束焊接熔池“小孔”形成機理與其他熔化焊有所不同。電子束焊接過程是,高壓加速裝置形成的高功率電子束流,通過磁透鏡會聚,得到很小的焦點(其功率密度可達104~109W/cm2),轟擊置于真空或非真空的焊件時,電子的動能迅速轉變為熱能,熔化金屬,實現金屬焊接的目的。電子束焊接的特點可概括如下:

(1)電子束斑點直徑小,加熱功率密度大,焊接速度快,熱影響區小;

(2)可獲得深寬比大的焊縫,焊接厚件時可以不開坡口一次成形;(3)多數構件是在真空條件下焊接,焊縫純潔度高;

(4)規范參數易于調節,工藝適應性強;

(5)適于焊接多種金屬材料;

(6)焊接熱輸入低,焊接熱變形小。但是電子束焊接方法也有一些不足,如:

(1)電子束焊機結構復雜,控制設備精度高,所需費用高;

(2)焊接前對接頭加工、裝配要求嚴格,以保證接頭位置準確、間隙小而且均勻;

(3)真空電子束焊接時,被焊工件尺寸和形狀常常受到工作室的限制,每次裝卸工件要求重新抽真空;

(4)冷卻過程中快速凝固,引起焊接缺陷,如氣孔、焊接脆性等;

(5)電子束易受雜散電磁場的干擾,影響焊接質量;

(6)電子束焊接時產生的X射線需要嚴加防護,以保證操作人員的健康和安全。

3.3.電子束焊接的分類

1）、根據焊件所處真空度的差異可分為:

（1)高真空電子束焊接(真空度為10-4～10-1Pa):該方法電子散射小,作用在工件上的功率密度高,穿透深度大,焊縫深

寬比大,適宜于活性金屬、難熔金屬及質量要求高的工件焊接,應用最為廣泛。

（2)低真空電子束焊接(真空度為10-1～10Pa)。與高真空電子束焊相比,電束較寬,工作距離較大,真空系統簡單,生產效率高,成本低。減弱了焊接時金屬的蒸發等。

（3)非真空電子束焊接(無真空工作室):在大氣壓力的環境中焊接,電束散射寬,焊縫較寬、深寬比小,可焊大尺寸的工件。焊接時,束流進入大氣前先經過充滿氦的氣室,而后與氦氣一起進入大氣。

2）、根據電子槍加速電壓又可分為:

(1)高壓電子束焊接:加速電壓大于120千伏,束斑直徑小,功率密度大,工作距離長,焊縫的深寬比大,焊縫精密,變形小,適用于單道焊縫的大厚度板材和難熔、熱敏材料的焊接。

(2)中壓電子束焊接:加速電壓范圍為40～100千伏,滿足除極薄材料外的一般厚度材料的焊接,可用局部真空室滿足大型件的焊接。

(3)低壓電子束焊接:加速電壓低于40千伏,功率密度小,工作距離短,焊縫稍寬,畸變稍大,適用于焊縫深寬比小的薄板焊接。3）、按電子束對材料的加熱機制分

(1)熱傳導焊接:作用在工件表面的功率密度<105W/cm2,電子束轉化的熱能通過熱傳導使工件熔化,熔化金屬不產生顯著的蒸發。

(2)深熔焊接:作用在工件表面的功率密度>105W/cm2,金屬被熔化并伴有強烈的蒸發,形成熔池小孔,電子束穿入小孔內部與金屬直接作用,焊縫深寬比大。3.4 電子束焊接的工藝

電子束焊接是一種利用電子束作為熱源的焊接工藝。電子束發生器中的陰極加熱到一定的溫度時逸出電子，電子在高壓電場中被加速，通過電磁透鏡聚焦后，形成能量密集度極高的電子束，當電子束轟擊焊接表面時，電子的動能大部分轉變為熱能，使焊接件的結合處的金屬熔融，當焊件移動時，在焊件結合處形成一條連續的焊縫。對于真空電子束焊機，要焊接的工件置于真空室中，一般裝夾在可直線移動或旋轉的工作臺上。焊接過程可通過觀察系統觀察。3.5電子束焊接在工業上的應用:

1）、飛機和航天飛行器

電子束已被用來將鈦鍛件焊接成新型直升機的轉翼,現代戰斗機的機翼箱等。發動機上一些其他部件如透平罩、壓縮機箱體以及飛機的燃料驅動系統和著陸起落架等也都采用了電子束焊接。

由于電子束焊接的變形和熱影響區小,已被用于航天飛機發動機的裝配焊接,如主燃燒室、熱氣歧管、高(低)壓燃料渦輪泵、高(低)壓氧化劑渦輪泵、燃料預燃燒室、氧化劑預燃燒器等間的焊接。2）、發電設備

電子束焊接以其獨有的優點正在發電設備的制造方面取代傳統的焊接方法。如美國、日本等國家都已使用真空電子束焊接取代埋弧焊工藝焊接汽輪機定子和汽輪機導向葉片。使用埋弧焊需要幾天才能完成的焊接,使用電子束焊接后僅需幾個小時就能完成。3）、汽車工業

使用電子束焊接方法焊接汽車后橋,省去了坡口的制作的準備。由于在真空條件下施焊,電子束焊接大大地清除了產生氣孔、裂紋、夾渣等這些缺陷的可能,強度得到了保證,獲得了極佳的經濟效益。此外,真空電子束焊接還用來焊接汽車驅動輪、扭矩變換器、行星齒輪支座、飛輪、滑叉等,都取得了前所未有的效果。4）、電子元器件

隨著現代工業對電子線路和元器件的要求越來越高,電子束焊在電子行業發揮著越來越重要的作用。真空電子束用來焊接密封晶體管已取代釬代焊焊接晶體管連接接頭。有些電子線路和元器件要求其焊縫在焊完后繼續保持在真空密封裝置內,焊縫不得有腐蝕性雜質,電子束焊接正是滿足這種要求的最有效方法。5）、機械基礎件

電子束也用來焊接有特殊要求的機械基礎件,如軸、軸承、齒輪、金屬帶鋸、雙金屬帶等。對于硬度極高的金屬的切斷,使用電子束,可將高速鋼型材焊在柔韌的載體帶上。適當選擇高速鋼型材寬度,使得銑鋸齒時,齒間,即斷裂危險區位于柔韌性載體帶上,這樣,就能使高速鋼齒尖達到最佳硬度,帶鋸能在最佳經濟效益下實現最大負荷。6）、核工業產品

電子束焊接最早應用于核工業產品部件,近些年來,在這一領域得到更充分的發展。如:一種核工業多種用途的真空電子束焊機,在離子推進系統中,它應用于難熔、耐蝕金屬的焊接和不同金屬之間的連接,焊縫無裂紋和泄漏,變形也相當小。4.結束語

學習特種焊接后，總體感覺這些焊接方法優于傳統的焊接方法，適應于要求高，難用一般方法焊接的焊件焊接。廣泛的應用于航空航天、石油化工、宇航等領域。由于新材料的不斷出現，科技的不斷發展，新的焊接方法將不斷的出現，日新月異。

第四篇：特種加工論文

特種加工技術的現代應用及其發展研究

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲能、光化學能或者復合能實現材料切削的加工方法，是難切削材料、復雜型面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了概念、特點、分類以及近些年應用于特種加工的一些新方法、新工藝。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 高能束流加工 超聲波加工 復合加工

1、特種加工技術的特點

現代特種加工（SP，SpciaI Machining）技術是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量或其復合以實現材料切除的加工方法。與常規機械加工方法相比它具有許多獨到之處。

1.1以柔克剛。因為工具與工件不直接接觸，加工時無明顯的強大機械作用力，故加工脆性材料和精密微細零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用簡單運動加工復雜型面。特種加工技術只需簡單的進給運動即可加工出三維復雜型面。特種加工技術已成為復雜型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因為特種加工技術主要不依靠機械力和機械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學和電化學能去除金屬和非金屬材料。它們瞬時能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時或局部熔化，以強力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學性能無關，故可以加工各種超硬超強材料、高脆性和熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空產品結構材料的加工。

1.4可以獲得優異的表面質量。由于在特種加工過程中，工件表面不產生強烈的彈、塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度。熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區及毛刺等表面缺陷均比機械切削表面小。各種加工方法可以任意復合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優越性，便于擴大應用范圍。

由于特種加工技術具有其它常規加工技術無法比擬的優點，在現代加工技術中，占有越來越重要的地位。許多現代技術裝備，特別是航空航天高技術產品的一些結構件，如工程陶瓷、渦輪葉片、燃燒室的三維型腔、型孔的加工和航空陀 螺、傳感器等精細表面尺寸精度達0.001Pm 或納米（nm）級精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特種加工技術不可。如今，特種加工技術的應用已遍及到各個加工領域。

2、特種加工的幾種方法及分類

2.1電火花加工（也叫放電加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一種電加熱加工過程。它是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中，工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極，加上電壓，因電極之間的放電效應，產生火花放電對金屬產生腐蝕來進行加工。由于電極之間工件材料的微小體積上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸發。總能量的一部分也釋放到工具電極上造成工具磨損。因此，工具電極磨損和加工精度低是電火花加工的重要問題也是研究發展工作的主攻方向。

電火花加工方法，按其加工過程中工具與工件相對運動的方式和加工用途的不同，可分為電火花穿孔和成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花同步回轉加工及電火花強化與刻字等幾大類。電火花加工這種工藝方法在航空工業中直接進入產品加工的比重是比較小，大多數用于工具和非標準設備制造。它已廣泛用于加工各種模具、曲面零件、異形孔和盲孔，用電火花切割可切割沖模，二次曲面或空間曲面的零件，用電火花鏜、磨可加工高精度的小孔、外圓、內外螺紋和齒輪等。如今，電火花加工和線切割電火花加工技術和設備都取得了長足的進步，無論從設備自動化完備程度、加工精度、效率和功能都有很大改觀。

2.2電解加工（ECM，Electrochemical Machining）屬于電化學加工范疇，它是利用金屬在電解液中發生“陽極溶解”的原理，將零件加工成形的。加工時，工件接直流電源的正極（陽極），按要求形狀制成的工具接負極（陰極），具有一定壓力的電解液從兩極間隙中迅速流過，于是工件表面的金屬按工具陰極的形狀迅速溶解，并隨即被高速的電解液沖走，這種加工方法沒有機械加工中切削力和切削熱的作用，也沒有電火花加工中的熱影響，在航空工業中，發動機新結構、新材料構件廣泛利用電解加工，如鈦合金零件、高溫渦輪深細冷卻孔、整體渦輪和葉輪以及大型環形殼體件的內外旋轉表面、中小型支承件、盤形件腹板、特形孔均可采用電解加工。如今，電解加工技術已成為研制先進的航空發動機的關鍵制造技術之一。

電解加工的發展趨勢：進一步拓寬電解加工的應用范圍，提高加工精度，降低加工成本，提高生產率，建立電解加工柔性制造系統（FMS），開展計算機數 2 控仿形電解加工技術研究，開展理論研究和建立過程模型。

2.3復合加工（CM，Combined Machinin）是指用多種能量組合進行材料去除的工藝方法，以便能提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和表面完整性。對于陶瓷、玻璃和半導體等高脆性材料，復合加工是經濟、可靠地實現高的成形精度和極低的表面粗糙度（可達10nm），并是使表面和亞表層的晶體結構組織的損傷減少至最低程度的有效方法。復合加工的方法大多是在機械加工的同時，應用流體力學、化學、光學、電力、磁力和聲波等能量進行綜合加工。也有不用常規的加工方法而僅僅依靠化學、光學或液動力等作用的復合加工。復合加工的技術發展趨勢：復合加工是對傳統中常用的單一的機械加工、電加工和激光加工等方法的重要發展和補充。隨著精密機械大量使用脆性材料（如陶瓷、光學玻璃和寶石晶體等）以及電子工業要求超精密的晶體材料（如超大規模集成電路的半導體晶片、電子槍的單晶體LaB4 和藍寶石等），將促使對其他能量形式的加工機理進行深入研究，并發展出多種多樣的適用

于各類特殊需求的最佳復合加工方法。發展虛擬制造技術。在實驗基礎上，應用計算機仿真模擬有限元分析方法來精確優化加工參數。如對脆性材料的物理化學特性多樣的研究，可以開發出對脆性材料進行無微細裂紋且經濟性高的有效的工藝，并可預測出各種不同的復合加工工藝的物理參數和磨料特性下的表面精整質量、形狀精度和材料去除率，以利于對加工過程進行優化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也稱為三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱，其中電子束加工技術改變了原有的設計思想，可將原有的高精度復雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元，精加工和熱處理以后，用電子束將其焊接成整體零件。

2.5超聲波加工 它是利用加工工具的超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法、超聲波加工的尺寸精度可達0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可達0.8 0.1 m，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進行套料切割、開槽和雕刻等，由于超聲波加工的生產效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對較好，所以常用于對工件的拋磨和光整加工。

3、特種加工的發展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍 , 當前特種加工技術的發展趨勢主要包括以下幾點: 3 3.1、采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統、電源系統進行優化 , 加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規律、加工穩定性等深入研究的力度 , 建立綜合工藝參數自適應控制裝置、數據庫等(如超聲、激光等加工), 進而建立特種加工的 CAD /CAM與 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系統)系統 , 使加工設備向自動化、柔性化方向發展 , 這是當前特種加工技術的主要發展方向。

3.2、趨向精密化研究。高新技術的發展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發展 , 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發展趨勢 , 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視 , 因此 , 大力開發用于超精加工的特種加工技術(如等離子弧加工等)已成為重要的發展方向。

3.3、開發新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求 , 需要不斷開發新工藝方法 , 包括微細加工和復合加工 , 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工 , 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。

3.4、污染問題是影響和限制有些特種加工應用、發展的嚴重障礙。加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當 , 會造成環境污染 , 影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢液、廢渣 , 向“ 綠色 ” 加工的方向發展。

3.5進一步開拓特種加工技術。以多種能量同時作用 , 相互取長補短的復合加工技術 , 如電解磨削、電火花磨削、電解放電加工、超聲電火花加工等 ,需要不斷。

參考文獻

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第五篇：特種加工論文

加工間隙內電解產物對微細電解加工

院（系）名稱：

班 級：姓 名： 學 號：

機電工程學院

的影響分析 加工間隙內電解產物對微細電解加工的影響分析

摘要：微細電解加工時，由于間隙微小，生成的電解產物因難以從加工區域中移除而降低了加工速度甚至中斷加工。為保證加工的持續進行，利用工具電極作間歇快速回退是移除間隙內的電解產物、更新電解液的有效途徑之一。論文研究分析了間歇回退加工情況下電解產物移除速率對加工速度的影響，結果表明：加工速度并不隨加工間隙的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)。為兼顧加工效率和加工精度，應以與之對應的間隙值作為實際加工間隙。

Abstract: the subtle electrochemical machining, as the tiny gaps, generated by electrolysis product from processing area to remove and reduce the processing speed and even interrupt processing.To ensure that the ongoing process, using the tool electrode for intermittent fast back is removed in the clearance product, electrolysis update electrolyte one of the effective ways.Paper analyzes the intermittent back under processing product electrolysis rate on the processing speed remove influence, and the results show that: the processing speed is not with the decrease of the machining gap increases and drab, actual processing speed limit(maximum value)there.For both the processing efficiency and machining precision, should be with as the matching gap value as an actual machining gap.關鍵詞：微細電解加工；電解產物；加工速度；間歇回退

電解是基于金屬陽極在電解液中發生電化學溶解的原理，對工件進行減材加工。在電解加工時，工件材料是以離子的形式被蝕除，理論上工件可達到微米甚至納米精度，因此在精密、微細制造領域有著潛在的應用前景。但電解加工時陰、陽極間的電位差在加工間隙中形成的電場使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都會被繼續蝕除，造成雜散腐蝕，這在很大程度上影響了電解加工的精度。因此，約束電場、改善流場是增強電解加工的集中蝕除能力、改善加工精度的基本途徑。為實現較高精度的微細電解加工，某個研究室提出了一種采用工具電極側面絕緣、微小加工間隙伺服控制、高頻窄脈沖電源、非線性低濃度電解液等方法集成的工藝路線，探索微細電解加工達到工業應用要求的可行性。在微細電解加工過程中，加工問隙微小是其最基本的特征，端面和側面的間隙一般在幾十微米以下叫，這樣小的間隙空間使得加工中生成的大量(相對于被蝕除掉的金屬體積)電解產物蓄積在加工區內，導致加工區局部電解液成分、濃度發生很大程度的改變，從而降低加工反應速度甚至中斷加工。由于加工尺寸和間隙微小，常規電解加工時采用的強制沖液更新間隙中電解液的方法在微細電解加工無法應用。為使微細電解加工能持續進行，通過加工間隙伺服控制，利用工具電極間歇回退產生的抽吸作用排出電解產物、更新加工區內部電解液將是一有效可行的技術途徑。l.電解加工的電化學過程分析

電解加工時，在工件金屬(陽極)和工具電極(陰極)表面分別進行著氧化和還原反應。反應是由發生在電極(這里的電極指的是在電化學反應中作為電子導電相的金屬，而非工具電極)／溶液這兩種導體界面上的一系列性質不同的過程組成，在電化學理論中統稱為“電極過程”。根據電極動力學理論，一般情況下，電極過程大致由下列各單元步驟串聯而成：(1)液相傳質步驟——反應物粒子向電極表面附近液層遷移。

(2)表面前置轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應前的轉化，如反應粒子的吸附、金屬絡離子的解離或其他化學變化。

(3)電化學反應步驟(亦稱電子轉移步驟)反應粒子在電極／溶液界面上得電子或失電子，生成 還原反應和氧化反應產物。

(4)表面隨后轉化步驟——反應粒子在電極表面或表面附近液層進行反應后的轉化，如反應產物從電極表面脫附、復合、分解、歧化或其他化學變化。(5a)新相生成步驟--反應產物生成新相(氣體或固相沉積層)。

(5b)反應后液相傳質步驟——可溶性反應產物從電極表面向溶液內部遷移。

(5b)反應產物移除步驟——可溶性反應產物向溶液內部遷移和產生的新相被從加工間隙中移除。如這些電解產物不能及時有效地被移除掉而蓄積在加工間隙中，其中的金屬沉淀產物還會逐漸在陽極表面沉積，形成一層薄膜，阻礙反應的發生；陰極上生成的氫氣逐漸積聚，這樣不只是減慢了反應速度，甚至可能在陰、陽極問搭成連續的氣泡橋或形成空穴，而使加工中斷。因此，在微小間隙加工時反應產物移除步驟將取代換液良好時的電化學反應步驟而成為加工控制步驟，反應產物的移除(或電解液的更新)速度制約著陽極金屬的實際蝕除速度，成為在微細電解加工中影響實際加工速度的決定性因素。2電解產物移除策略

為了有效地移除電解產物，保證加工的持續進行，常規電解加工主要利用高壓、高速的電解液流動來帶走反應產物(包括反應熱)。但在微細電解加工時，由于電極本身尺寸微小，高沖液壓力可能導致電極發生振動甚至變形；且由于加工間隙微小，電解液沿程壓力損失大，外部沖液對加工區域內部較深處電解液的擾動和更新能力很弱，這在深小孑L加工時尤其明顯。此時僅對加工區進行外部沖液只能移除掉加工區域外部和淺表處的反應產物，加工間隙 內的反應產物仍會蓄積。在微細電解加工時，排出電解產物、更新加工間隙內部電解液的能途徑，一是工具電極高速旋轉’，或是工具電極間歇回退引。電極高速旋轉時，由于電解液具有一定粘性，旋轉電極的邊界將拽引著周圍的流體隨它一起作圓周運動，加強了間隙內電解液的對流，改善了流場。電極旋轉排屑方式適用于單電極圓孑L加工和掃描加工。但由于在電極端部中心處離心力接近零，電解產物無法順利排出，故仍需依賴間歇回退來強化電解液更新“。

電極間歇回退是在加工過程中讓電極按一定時間間隔快速回退，使加工區域內部的壓力驟然降低，形成強烈的抽吸作用，一方面可充分將加工區內的反應產物(包括氣泡)帶出工件表面外，另一方面可迫使周圍新鮮電解液被吸入到加工區內，并可通過熱對流抑制加工區內的溫升。間歇回退方式對單電極和陣列電極加工都適用，在微細電解加工研究中得到了較多的應用。

間歇回退加工過程如圖1所示，首先在回退前切斷加工電源，防止電極在運動過程中對孔側壁二次加工；然后電極逆進給方向快速回退到距離加工表面外一定距離處，使外部電解液將其端部附著的反應物盡量沖走；再根據進給速度計算當前加工位置，電極快速前進到該位置，形成加工間隙，接通電源，繼續加工。在圖1中，T為每次回退(含快退、快進過程)所需時間，由伺服控制裝置的響應速度決定；T，為兩次回退之問的進給加工時間。加工最初時，間隙內是新鮮電解液，電化學反應步驟是加工過程控制步驟；加工一段時間后，隨著電解產物蓄積，間隙內電解液實際電導率降低，電化學反應速度隨之減小，這時反應產物移除步驟成為控制步驟，當反應產物在間隙內積累到一定數量(并不一定需占據全部間隙空間)，加工中斷，此時需回退換液，如此往復。因此間歇回退加工過程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟交替控制，加工速度的計算和優化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。

3間歇回退方式加工速度分析 當加工間隙△很大，在曲線極值點的右側時，隨著△減小，加工速度會逐漸增大，這是由于 陽極金屬蝕除速度。較小，電解產物生成速度較慢，對間隙內加工條件的影響較小，此時電化學反應步驟是加工過程的控制步驟，加工速度主要受影響。當加工間隙減小到極值點附近時，此時加工程實際由電化學反應步驟和反應產物移除步驟混合控制，兩個步驟的潛在反應速度基本相同。當加工間隙△繼續減小，趨近于零時，加工速度隨..△近似呈現線性減小，這是由于在加工間隙很小時，間隙空間內容污(反應產物)能力弱，陽極金屬蝕除速度迅速降低，有效加工時間很短，此時反應產物移除步驟成為加工過程的控制步驟，加工速度主要受電解產物移除速度的影響。在微細加工感興趣的微小加工間隙(△<30 m)內，如圖5所示，當A值很小(=0．0005)時，B值對加工速度的影響很小。這是因為在微小加工間時，產物生成速度快，有效加工時間丁，相對于回退時間丁n而言較小，對加工速度的影響也較小。這意味著，為了達到較好的加工精度，采用小間隙加工時，產物排出困難，A值很小，即便是提高電解液濃度和加工電壓(B值會隨之增大)，對加工速度的改善也非常有限；且較高的電解液濃度和加工電壓會導致集中蝕除能力變弱，加工區域的側面間隙擴大。因此在微小加工間隙時應采用低濃度電解液和低電壓加工，加工速度不會明顯下降，同時能更好地保證加工精度.4結論

在微細電解加工過程中，隨著加工間隙減小，加工區域內電解產物的移除和電解液更新困難，電解產物的移除步驟制約著陽極金屬的實際蝕除速度，逐漸成為加工過程的控制步驟，最終決定了實際加工速度。在微小加工間隙時不能簡單地根據陽極金屬理想蝕除速度公式來確定加工間隙和加工速度等參數，否則會得出與實際情況矛盾的結果。加工速度的計算和優化必須綜合考慮由法拉第電解定律得出的陽極金屬蝕除速度和反應產物的移除速度的影響。為了有效移除電解產物，保證加工的持續進行，可采用工具電極間歇回退加工方式來強化加工間隙內部電解液的更新。間歇回退加工時，實際加工速度并不隨加工間隙..△的減小而單調增大，實際加工速度存在極限值(極大值)，將對應的間隙值作為實際加工間隙，可兼顧加工效率和加工精度。當加工間隙△減小并趨近于零時，由于電解產物的影響，陽極金屬蝕除速度并不會趨于無窮大，實際加工速度將隨△減小反而降低。參考文獻：

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