第一篇：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

[1] 百度學科關于特種加工的論文 [2] 百度文科

[3] 張紋，蔣維波.特種加工技術的應用與發展趨勢 [J].農業裝備技術，2006，32（3）：24-25 [4] 趙萬生.特種加工技術 [M ].北京:高等教育出版社, 2001.[5] 蘇士達,黃晨華,蔡小夢,等.超聲波加工與放電加工的幾種復合 [6 ] 黃春峰.鈑金工藝中的激光加工技術[ J].模具技術，1999（6）：48 ~ 55 [7 ] 陳明君.脆性材料塑料域的超精密加工方法[ J].航空 精密制造技術，2001（2），10 ~ 12 4 5

第二篇：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：

[1]李勇，龔姍姍，陳旭鵬，等．陣列微細型孔的電化學加工工藝：中國，ZL200510073178．x[P]．2005—11—23．..[5]李獲．電化學原理[M]．北京：北京航空航天大學出版社，1999． [6]賈夢秋，楊文勝．應用電化學[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[7]王建業，徐家文．電解加工原理和應用[M]．北京：國防工業出版社，2001.[8]李小海，王振龍，趙萬生．其于多功能平臺的微細電解加工加工工藝[J]．上海交通大學學報，2006，40(6)：909—913.[9]王明環，朱獲，徐惠字．微螺旋電極在改善微細電解加工性能中的應用[J]．機械科學與技術，2006，25(3)：348—351．..[l1]徐惠宇．微細電解加工系統及其相關工藝的研究[D]．南京：南京航空航天大學，2004．

[12]王明環．微細電解加工實驗研究[D]．南京：南京航空航天大學，2007．

第三篇：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、工具損耗率較小（可補償）。

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。快走絲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。

第四篇：特種加工總結論文

特種加工技術概論

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能等各種能量進行材料加工的重要工藝方法。本文簡介了電火花加工，電化學加工，超聲波加工等各種不同的特種加工技術，并介紹了特種加工技術的特點及未來發展方向趨勢。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 離子束加工 超聲波加工 快速成形

Abstract: Special processing technology is direct with electricity, heat, etc.Various kinds of energy to achieve material cutting processing method, is difficult to cutting materials, surface, fine surface, the factors of low stiffness parts and mould processing key process method.This paper introduces the electrical discharge machining, electrochemical machining, ultrasonic machining and different kinds of special processing technology, and introduced the special processing technology characteristics and the future development direction.Key Words: Special processing;edm;Electrochemical machining Ion beam processing;Ultrasonic machining;Rapid forming

0.引言：

由于材料科學、高新技術的發展和新產品更新換代日益加快，當今產品又要求具有很高的性價比。為此，各種新材料、新結構、形狀復雜的精密機械零件大量涌現。于是一種本質上區別于傳統加工的特種加工便應運而生。特種加工對材料可加工性和結構工藝性的影響主要表現在以下幾個方面：（1）提高了材料的可加工性（2）改變了零件的典型工藝路線（3）改變了試制新產品的模式（4）對產品零件的結構設計帶來了很大的影響（5）重新審視了傳統的結構工藝性（6）特種加工已經成為微細加工和納米加工的主要手段。1.電火花加工

電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸形狀及表面質量預定的加工要求。按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，電火花加工工藝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、電火花放電沉積與刻字六大類。

1.1 電火花放電沉積的基本原理與特點 電火花放電沉積的原理是利用脈沖電路的充放電原理，采用導電材料(硬質合金、石墨、合金鋼、鋁和銅等)作為工具電極(陽極)，在空氣或特殊的氣體中使之與被強化的金屬工件(陰極)之間產生火花放電。當工具電極與工件達到某個距離電場強度足以使介質電離擊穿時兩者之間就產生火花放電，使電極端部與工件表面微區發生熔化甚至氣化，熔融金屬在熱作用，電磁力和機械力的作用下沉積在工件表面。電極與工件的放電間隙頻繁發生變化，電極與工件間不斷發生火花放電，從而實現放電沉積。

1.2 極性效應

在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現象叫做極性效應。因此，當采用窄脈沖、精加工時應選用正極性加工；當采用長脈沖、粗加工時，應采用負極性加工，此時可得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。從提高加工生產率和減小工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗，因此，電火花加工一般采用單向脈沖電源。1.3 電火花加工中電極損耗分析與解決措施

電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的影響, 這些干擾因素直接或間接地影響著加工質量。在電火花加工過程中電極損耗分為絕對損耗和相對損耗。造成電極損耗的原因有：小面積精加工，加工件結構尺寸偏小，加工時間過長，電極裝夾不當等因素。因此為了減少電極的損耗一般有以下方法：（1）有效排除電蝕物（2）電極材料和加工參數的合理選用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。電火花加工電極損耗和變形是一個復雜的過程。為了降低電極損耗程度, 減少變形, 除了充分利用放電過程的極性效應和吸附效應外, 同時也要選用適宜的電極材料, 并且在實際的加工過程中要根據具體的加工對象實施一定的加工技巧和選擇合適的加工參數。1.4 電火花加工的發展趨勢

電火花線切割加工技術在相當長的時間里間都是采用精規準參數進行一次切割成型,其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾。中國特有的高速走絲電火花線切割機長期存在的加工質量問題, 可以采用多次切割工藝來解決。現目前中速走絲電火花線切割機是一種價格較低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走絲與慢走絲的一種機床,具有很好的發展前景。

2.電化學加工

電化學加工是利用電化學反應（或稱電化學腐蝕）對金屬材料進行加工的方法。與機械加工相比，電化學加工不受材料硬度、韌性的限制，已廣泛用于工業生產中。常用的電化學加工有電解加工、電磨削、電化學拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。近期,電化學加工工藝技術研究涉及的方向主要集中在超純水電解加工、微細加工、加工間隙的檢測與控制、數字化設計與制造技術等重點領域。

2.1 電解加工的優缺點

（1）加工范圍廣不受金屬材料本身力學性能的限制（2）電解加工的生產效率高（3）可以達到較好的表面粗糙度（4）加工過程中陰極工具在理論上不會損耗（5）加工過程中沒有切削力可以不會產生殘余應力和變形。但是任何一種加工方式都有它的弊端，在電化學加工過程中也有缺點和其局限性：（1）不易達到較高的加工精度和加工穩定性（2）電極工具的設計和修正比較麻煩（3）電極加工的附屬設備較多。（4）電解產物需要進行妥善的處理，否則將污染環境。

2.2 未來展望

近階段,電解加工的研究重點及應用領域主要會集中在以下幾個方向:(1)電化學微精加工的深入研究電化學加工技術具有加工機理的獨特優勢以及在微精甚至在納米加工領域進一步研究探索的空間,但還必須在自身工藝規律認識和完善的基礎上不斷創新。具體應關注: ①進一步完善硬件系統,如微進給系統及微控工作臺的性能及可靠性的提升;加工過程自動檢測與適應控制研發的深化;②微精加工機理的研究，尤其是中、高頻率脈沖電流條件下,微精加工電化學反應系統動力學等方面的深入研究。(2)脈沖電源的深化研發微秒級脈沖電源的工程化完善以及在工業領域的大力推廣應用。納秒級脈沖電源、群脈沖電源、逆變式脈沖電源的性能完善。(3)理論成果向實際應用的轉化。諸如加工間隙的檢測與控制、陰極數字化設計、電解加工過程的模擬與仿真等均是電化學加工的關鍵技術,不能僅僅在各種基金支持下獲得理論成果即束之高閣,而應盡快由實驗室向工業生產現場轉移。

3.離子束加工

聚焦離子束技術是一種集形貌觀測、定位制樣、成分分析、薄膜淀積和無掩膜刻蝕各過程于一身的新型微納加工技術。離子束納米加工,具有傳統加工方法無可比擬的優勢而逐漸成為新一代精加工方法，在微納米加工、操縱以及器件的研制等方面具有重要應用。納米測量學在納米科技中起著信息采集和分析的不可替代的重要作用,納米加工是納米尺度制造業的核心,發展納米測量學和納米加工的一個重要方法就是電子束與離子束技術。

4.超聲波加工

超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。其加工原理是超聲波發生器將工頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩，換能器將超聲頻電振蕩轉變為超聲機械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲加工的主要特點：不受材料是否導電的限制；工具對工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強度、韌性越大則越難加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。4.1 高效超聲波光整技術原理

高效超聲波光整技術是利用超聲波振動冷壓加工原理。它是將一臺高效超聲波表面光整設備裝于車床刀架上，利用工件的回轉，磨頭對零件表面作高頻率短促的往復振動沖擊運動，以一定的沖擊力敲擊被加工表面的加工方法。其冷壓加工是充分利用金屬的塑性，使零件的表面層金屬在外力作用下產生細微塑性殘余變形，從而達到改變其表面性能，形狀和尺寸的目的。

5.快速成形

快速成形技術的基本原理是基于“離散—堆積”的成形方法, 借助三維CAD 軟件, 或用實體反求方法采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息, 從而獲得目標原型的概念并以此建立數字化描述CAD 模型, 之后經過一定的轉換或修改, 將三維虛擬實體表面轉換為用一系列三角面片逼近的表面, 生成面片文件, 再按虛擬三維實體某一方向將CAD 模型離散化, 分解成具有一定厚度的層片文件, 由三維輪廓轉換為近似的二維輪廓, 然后根據不同的快速成形工藝對文件進行處理, 對層片文件進行檢驗或修正并生成正確的數控加工代碼, 通過專用的CAM 系統控制材料有規律地、精確地疊加起來(堆積)而成一個三維實體制件,快速成形技術的成形方法多達十余種,目前應用較多的有立體光固化法，選擇性激光燒結、分層實體制造、熔積成形等。這些工藝方法都是在材料疊加成形的原理基礎上,結合材料的物理化學特性和先進的工藝方法而形成的,它與其他學科的發展密切相關。

5.1 快速成形技術特點:(1)制造快速(2)技術高度密集(3)自由成形制造(4)制造過程高柔度性(5)可選材料的廣泛性(6)廣泛的應用領域(7)突出的技術經濟效益

5.2 快速成形制造技術的發展趨勢

最近隨著新材料技術、新工藝及信息網絡化等方面的進步，許多新快速成型制造技術不斷涌現并應用在各領域，主要出現在快速模具，納米制造、仿生制造和集成制造等領域。

6.磨料水射流切割技術

隨著我國經濟的迅猛發展,各行各業對切割技術的需求越來越大,對切割質量的要求也越來越高。水射流都已成為新型的切割加工方法之一。水射流切割分為純水射流切割和磨料水射流切割兩種。純水射流切割是以純水作為能量載體, 其結構簡單,噴嘴磨損慢, 但切割能力差。磨料水射流切割以水和磨料的混合液作為能量載體, 切割能力強,能切割幾乎所有的材料,其卓越的應用效果越來越被人們

7.液中放電成形加工

液中放電成形加工：它是利用液電效應對金屬進行沖壓成形的工藝方法。當高壓脈沖放電在液體中發生時，液體內會產生強烈的爆炸，其沖擊壓力可達102～104M Pa，這就是所謂的液電效應，也叫電水錘效應。該法具有成形速度高，可用于高強高硬的金屬材料；工件回彈小，加工精度高；能同時完成拉伸、沖孔、剪切、壓印、翻邊等多種工序等優點。該法適合形狀復雜及高強高硬金屬工件的沖壓成形。液電沖壓成形法在國外的機械加工行業中已有應用，并已有這種成形設備的系列產品面世。

8.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: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,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。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, 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。

9.結束語

特種加工技術涵蓋了機械、材料等技術,是一門綜合的科學加工技術其發展異常迅速。加工尺度的微細化,加工方法的復合化和加工過程的自動化,已成為特種加工技術研究發展的熱點。隨著科學技術的飛速發展, 特種加工必將不斷完善和迅速發展, 特種加工必將成為推動科學技術和現代制造工業發展的中堅力量。

參考文獻: [ 1 ] 孔慶華.特種加工[M ].上海:同濟大學出版社, 2003.[ 2 ] 趙萬生.特種加工技術[M ].北京:高等教育出版社, 2001.[ 3 ] 張紋,蔣維波.特種加工技術的應用與發展趨勢[ J ].農業裝備技術, 2006, 32(3): 24225.[ 4 ] 顧文琪,馬向國,李文萍.聚焦離子束微納加工技術[M].北京:北京工業大學出版社,2006.12.[ 5 ] 曹鳳國.超聲加工技術[ M].北京: 化學工業出版社, 2005 [ 6 ] 張遼遠.現代加工技術[ M].北京: 機械工業出版社, 2002 [ 7 ] 曹煒,曾忠,李合生.快速成形技術及其發展趨勢[ J ].機械設計與制造, 2006(5).[ 8 ] 陳曉華.快速成形技術[ J ].電氣制造, 2006(3).[ 9 ] 華林, 王華昌.激光切割和水切割技術[J ].機械制造, 1996(2).[ 10 ] 薛勝雄, 黃汪平.機械, 1999(1).我國高壓水射流設備的發展動向[J ].流體

第五篇：特種加工技術論文

特種加工技術概論

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能等各種能量進行材料加工的重要工藝方法。本文簡介了電火花加工，電化學加工，超聲波加工等各種不同的特種加工技術，并介紹了特種加工技術的特點及未來發展方向趨勢。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 離子束加工 超聲波加工 快速成形

一.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。

二.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。

三.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、電化學加工、離子束加工、超聲加工、磨料水射流切割技術和液中放電成形加工。1.電火花加工

電火花加工的原理是基于工具和工件之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸形狀及表面質量預定的加工要求。按

工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同，電火花加工工藝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、電火花放電沉積與刻字六大類。

1.1 電火花放電沉積的基本原理與特點

電火花放電沉積的原理是利用脈沖電路的充放電原理，采用導電材料(硬質合金、石墨、合金鋼、鋁和銅等)作為工具電極(陽極)，在空氣或特殊的氣體中使之與被強化的金屬工件(陰極)之間產生火花放電。當工具電極與工件達到某個距離電場強度足以使介質電離擊穿時兩者之間就產生火花放電，使電極端部與工件表面微區發生熔化甚至氣化，熔融金屬在熱作用，電磁力和機械力的作用下沉積在工件表面。電極與工件的放電間隙頻繁發生變化，電極與工件間不斷發生火花放電，從而實現放電沉積。1.2 極性效應

在電火花放電加工過程中，無論是正極還是負極，都會受到不同程度的電蝕。這種單純由于正、負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現象叫做極性效應。因此，當采用窄脈沖、精加工時應選用正極性加工；當采用長脈沖、粗加工時，應采用負極性加工，此時可得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。從提高加工生產率和減小工具損耗的角度來看，極性效應愈顯著愈好，故在電火花加工中必須充分利用。當用交變的脈沖電流加工時，單個脈沖的極性效應便相互抵消，增加了工具的損耗，因此，電火花加工一般采用單向脈沖電源。1.3 電火花加工中電極損耗分析與解決措施

電火花在整個加工過程中要受到各種干擾因素的影響, 這些干擾因素直接或間接地影響著加工質量。在電火花加工過程中電極損耗分為絕對損耗和相對損耗。造成電極損耗的原因有：小面積精加工，加工件結構尺寸偏小，加工時間過長，電極裝夾不當等因素。因此為了減少電極的損耗一般有以下方法：（1）有效排除電蝕物（2）電極材料和加工參數的合理選用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。電火花加工電極損耗和變形是一個復雜的過程。為了降低電極損耗程度, 減少變形, 除了充分利用放電過程的極性效應和吸附效應外, 同時也要選用適宜的電極材料, 并且在實際的加工過程中要根據具體的加工對象實施一定的加工技巧和選擇合適的加工參數。

1.4 電火花加工的發展趨勢

電火花線切割加工技術在相當長的時間里間都是采用精規準參數進行一次切割成型,其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾。中國特有的高速走絲電火花線切割機長期存在的加工質量問題, 可以采用多次切割工藝來解決。現目前中速走絲電火花線切割機是一種價格較低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走絲與慢走絲的一種機床,具有很好的發展前景。2.電化學加工

電化學加工是利用電化學反應（或稱電化學腐蝕）對金屬材料進行加工的

方法。與機械加工相比，電化學加工不受材料硬度、韌性的限制，已廣泛用于工業生產中。常用的電化學加工有電解加工、電磨削、電化學拋光、電鍍、電刻蝕和電解冶煉等。近期,電化學加工工藝技術研究涉及的方向主要集中在超純水電解加工、微細加工、加工間隙的檢測與控制、數字化設計與制造技術等重點領域。

2.1 電解加工的優缺點

（1）加工范圍廣不受金屬材料本身力學性能的限制（2）電解加工的生產效率高（3）可以達到較好的表面粗糙度（4）加工過程中陰極工具在理論上不會損耗（5）加工過程中沒有切削力可以不會產生殘余應力和變形。但是任何一種加工方式都有它的弊端，在電化學加工過程中也有缺點和其局限性：（1）不易達到較高的加工精度和加工穩定性（2）電極工具的設計和修正比較麻煩（3）電極加工的附屬設備較多。（4）電解產物需要進行妥善的處理，否則將污染環境。

2.2 未來展望

近階段,電解加工的研究重點及應用領域主要會集中在以下幾個方向:(1)電化學微精加工的深入研究電化學加工技術具有加工機理的獨特優勢以及在微精甚至在納米加工領域進一步研究探索的空間,但還必須在自身工藝規律認識和完善的基礎上不斷創新。具體應關注: ①進一步完善硬件系統,如微進給系統及微控工作臺的性能及可靠性的提升;加工過程自動檢測與適應控制研發的深化;②微精加工機理的研究，尤其是中、高頻率脈沖電流條件下,微精加工電化學反應系統動力學等方面的深入研究。(2)脈沖電源的深化研發微秒級脈沖電源的工程化完善以及在工業領域的大力推廣應用。納秒級脈沖電源、群脈沖電源、逆變式脈沖電源的性能完善。(3)理論成果向實際應用的轉化。諸如加工間隙的檢測與控制、陰極數字化設計、電解加工過程的模擬與仿真等均是電化學加工的關鍵技術,不能僅僅在各種基金支持下獲得理論成果即束之高閣,而應盡快由實驗室向工業生產現場轉移。

3.離子束加工

聚焦離子束技術是一種集形貌觀測、定位制樣、成分分析、薄膜淀積和無掩膜刻蝕各過程于一身的新型微納加工技術。離子束納米加工,具有傳統加工方法無可比擬的優勢而逐漸成為新一代精加工方法，在微納米加工、操縱以及器件的研制等方面具有重要應用。納米測量學在納米科技中起著信息采集和分析的不可替代的重要作用,納米加工是納米尺度制造業的核心,發展納米測量學和納米加工的一個重要方法就是電子束與離子束技術。4.超聲波加工

超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。其加工原理是超聲波發生器將工頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩，換能器將超聲

頻電振蕩轉變為超聲機械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振產生超聲波振動，迫使磨料懸浮液高速地不斷撞擊、拋磨被加工表面使工件成型。超聲加工的主要特點：不受材料是否導電的限制；工具對工件的宏觀作用力小、熱影響小，因而可加工薄壁、窄縫和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或強度、韌性越大則越難加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度應比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以與其他多種加工方法結合應用，如超聲振動切削、超聲電火花加工和超聲電解加工等。4.1 高效超聲波光整技術原理

高效超聲波光整技術是利用超聲波振動冷壓加工原理。它是將一臺高效超聲波表面光整設備裝于車床刀架上，利用工件的回轉，磨頭對零件表面作高頻率短促的往復振動沖擊運動，以一定的沖擊力敲擊被加工表面的加工方法。其冷壓加工是充分利用金屬的塑性，使零件的表面層金屬在外力作用下產生細微塑性殘余變形，從而達到改變其表面性能，形狀和尺寸的目的。5.快速成形

快速成形技術的基本原理是基于“離散—堆積”的成形方法, 借助三維CAD 軟件, 或用實體反求方法采集得到有關原型或零件的幾何形狀、結構和材料的組合信息, 從而獲得目標原型的概念并以此建立數字化描述CAD 模型, 之后經過一定的轉換或修改, 將三維虛擬實體表面轉換為用一系列三角面片逼近的表面, 生成面片文件, 再按虛擬三維實體某一方向將CAD 模型離散化, 分解成具有一定厚度的層片文件, 由三維輪廓轉換為近似的二維輪廓, 然后根據不同的快速成形工藝對文件進行處理, 對層片文件進行檢驗或修正并生成正確的數控加工代碼, 通過專用的CAM 系統控制材料有規律地、精確地疊加起來(堆積)而成一個三維實體制件,快速成形技術的成形方法多達十余種,目前應用較多的有立體光固化法，選擇性激光燒結、分層實體制造、熔積成形等。這些工藝方法都是在材料疊加成形的原理基礎上,結合材料的物理化學特性和先進的工藝方法而形成的,它與其他學科的發展密切相關。5.1 快速成形技術特點:(1)制造快速(2)技術高度密集(3)自由成形制造(4)制造過程高柔度性(5)可選材料的廣泛性(6)廣泛的應用領域(7)突出的技術經濟效益 5.2 快速成形制造技術的發展趨勢

最近隨著新材料技術、新工藝及信息網絡化等方面的進步，許多新快速成型制造技術不斷涌現并應用在各領域，主要出現在快速模具，納米制造、仿生制造和集成制造等領域。6.磨料水射流切割技術

隨著我國經濟的迅猛發展,各行各業對切割技術的需求越來越大,對切割質量的要求也越來越高。水射流都已成為新型的切割加工方法之一。水射流切割分為純水射流切割和磨料水射流切割兩種。純水射流切割是以純水作為能量載

體, 其結構簡單,噴嘴磨損慢, 但切割能力差。磨料水射流切割以水和磨料的混合液作為能量載體, 切割能力強,能切割幾乎所有的材料,其卓越的應用效果越來越被人們

7.液中放電成形加工

液中放電成形加工：它是利用液電效應對金屬進行沖壓成形的工藝方法。當高壓脈沖放電在液體中發生時，液體內會產生強烈的爆炸，其沖擊壓力可達102～104M Pa，這就是所謂的液電效應，也叫電水錘效應。該法具有成形速度高，可用于高強高硬的金屬材料；工件回彈小，加工精度高；能同時完成拉伸、沖孔、剪切、壓印、翻邊等多種工序等優點。該法適合形狀復雜及高強高硬金屬工件的沖壓成形。液電沖壓成形法在國外的機械加工行業中已有應用，并已有這種成形設備的系列產品面世。四.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: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,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。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, 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。五.結束語

特種加工技術涵蓋了機械、材料等技術,是一門綜合的科學加工技術其發展異常迅速。加工尺度的微細化,加工方法的復合化和加工過程的自動化,已成為特種加工技術研究發展的熱點。隨著科學技術的飛速發展, 特種加工必將不斷完善和迅速發展, 特種加工必將成為推動科學技術和現代制造工業發展的中堅力量。參考文獻: [ 1 ] 孔慶華.特種加工[M ].上海:同濟大學出版社, 2003.[ 2 ] 趙萬生.特種加工技術[M ].北京:高等教育出版社, 2001.[ 3 ] 曹鳳國.超聲加工技術[ M].北京: 化學工業出版社, 2005 [ 4 ] 張遼遠.現代加工技術[ M].北京: 機械工業出版社, 2002 [ 5 ] 陳曉華.快速成形技術[ J ].電氣制造, 2006(3).[ 6 ] 華林, 王華昌.激光切割和水切割技術[J ].機械制造, 1996(2).[ 7 ] 薛勝雄, 黃汪平.我國高壓水射流設備的發展動向[J ].流體機械, 1999(1).