第一篇：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

第二篇：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。

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第三篇：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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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。