几种常见的特种加工技术.doc

1、几 种 常 见 的 特 种 加 工 技 术丁 瑞南 京 师 范 大 学 20100501摘要：传统的机械加工技术不能满足人们的加工要求，通过人类的探索和研究，找到了可以提高加工精度的特殊方法-特种加工方法。本文简要介绍特种加工技术的特点及发展趋势， 分别介绍电火花加工、电化学加工等加工技术的工作原理及应用。关键字：特种加工、工作原理、应用Abstract： Because the traditional mechanical processing technology can not meet the processing requirements. Through the humans ex

2、ploration and research, found it can improve the machining accuracy of special methods of special machining method. This paper describes the characteristics of special processing techniques and development trend, were introduced electrical discharge machining, electrochemical machining, and other te

3、chniques machinery manufacturing industry applications.概 述 ：特 种 加 工 是 指 那 些 不 属 于 传 统 加 工 工 艺 范 畴 的 加 工 方 法 ,它 不 同 于 使 用刀 具 、 磨 具 等 直 接 利 用 机 械 能 切 除 多 余 材 料 的 传 统 加 工 方 法 。 特 种 加 工 是 近几 十 年 发 展 起 来 的 新 工 艺 ,是 对 传 统 加 工 工 艺 方 法 的 重 要 补 充 与 发 展 ,目前 仍 在 继 续 研 究 开 发 和 改 进 。 直 接 利 用 电 能 、 热 能 、 声 能 、 光

4、能 、 化 学 能和 电 化 学 能 ， 有 时 也 结 合 机 械 能 对 工 件 进 行 的 加 工 。 特 种 加 工 中 以 采 用 电 能为 主 的 电 火 花 加 工 和 电 解 加 工 应 用 较 广 ， 泛 称 电 加 工 。特 种 加 工 亦 称 “非 传 统 加 工 ”或 “现 代 加 工 方 法 ”， 泛 指 用 电 能 、 热能 、 光 能 、 电 化 学 能 、 化 学 能 、 声 能 及 特 殊 机 械 能 等 能 量 达 到 去 除 或 增 加 材料 的 加 工 方 法 ， 从 而 实 现 材 料 被 去 除 、 变 形 、 改 变 性 能 或 被 镀 覆 等 。

5、20 世 纪 40 年 代 发 明 的 电 火 花 加 工 开 创 了 用 软 工 具 、 不 靠 机 械 力 来 加 工硬 工 件 的 方 法 。 50 年 代 以 后 先 后 出 现 电 子 束 加 工 、 等 离 子 弧 加 工 和 激 光 加工 。 这 些 加 工 方 法 不 用 成 型 的 工 具 ， 而 是 利 用 密 度 很 高 的 能 量 束 流 进 行 加 工 。对 于 高 硬 度 材 料 和 复 杂 形 状 、 精 密 微 细 的 特 殊 零 件 ,特 种 加 工 有 很 大 的 适 用性 和 发 展 潜 力 ,在 模 具 、 量 具 、 刀 具 、 仪 器 仪 表 、 飞

6、 机 、 航 天 器 和 微 电 子元 器 件 等 制 造 中 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。特 种 加 工 的 发 展 方 向 主 要 是 ： 提 高 加 工 精 度 和 表 面 质 量 ， 提 高 生 产 率 和自 动 化 程 度 ， 发 展 几 种 方 法 联 合 使 用 的 复 合 加 工 ， 发 展 纳 米 级 的 超 精 密 加 工等 。电 火 花 ：利 用 电 火 花 加 工 原 理 加 工 导 电 材 料 的 特 种 加 工 。 又 称 电 蚀 加 工 。 电 火 花加 工 主 要 用 于 加 工 各 种 高 硬 度 的 材 料 （ 如 硬 质 合 金 和 淬 火

7、钢 等 ） 和 复 杂 形 状的 模 具 、 零 件 ， 以 及 切 割 、 开 槽 和 去 除 折 断 在 工 件 孔 内 的 工 具 （ 如 钻 头 和 丝锥 ） 等 。 电 火 花 加 工 机 床 通 常 分 为 电 火 花 成 型 机 床 、 电 火 花 线 切 割 机 床 和 电 火 花磨 削 机 床 ， 以 及 各 种 专 门 用 途 的 电 火 花 加 工 机 床 ， 如 加 工 小 孔 、 螺 纹 环 规 和异 形 孔 纺 丝 板 等 的 电 火 花 加 工 机 床 。激 光 加 工 技 术 ：国 外 激 光 加 工 设 备 和 工 艺 发 展 迅 速 ， 现 已 拥 有 10

8、0kW 的 大 功 率 二 氧 化碳 激 光 器 、 kW 级 高 光 束 质 量 的 Nd:YAG 固 体 激 光 器 ， 有 的 可 配 上 光 导 纤 维 进行 多 工 位 、 远 距 离 工 作 。 激 光 加 工 设 备 功 率 大 、 自 动 化 程 度 高 ， 已 普 遍 采 用CNC 控 制 、 多 坐 标 联 动 ， 并 装 有 激 光 功 率 监 控 、 自 动 聚 焦 、 工 业 电 视 显 示等 辅 助 系 统 。 激 光 制 孔 的 最 小 孔 径 已 达 0.002mm， 已 成 功 地 应 用 自 动 化 六 坐 标 激 光 制孔 专 用 设 备 加 工 航 空

9、发 动 机 涡 轮 叶 片 、 燃 烧 室 气 膜 孔 ， 达 到 无 再 铸 层 、 无 微裂 纹 的 效 果 。 激 光 切 割 适 用 于 由 耐 热 合 金 、 钛 合 金 、 复 合 材 料 制 成 的 零 件 。目 前 薄 材 切 割 速 度 可 达 15m/min， 切 缝 窄 ， 一 般 在 0.1 1mm 之 间 ， 热 影 响区 只 有 切 缝 宽 的 10% 20%， 最 大 切 割 厚 度 可 达 45mm， 已 广 泛 应 用 于 飞 机 三维 蒙 皮 、 框 架 、 舰 船 船 身 板 架 、 直 升 机 旋 翼 、 发 动 机 燃 烧 室 等 。 电 子 束 加

10、工 技 术 ：电 子 束 加 工 技 术 在 国 际 上 日 趋 成 熟 ， 应 用 范 围 广 。 国 外 定 型 生 产 的40kV 300kV 的 电 子 枪 (以 60kV、 150kV 为 主 )， 已 普 遍 采 用 CNC 控 制 ， 多坐 标 联 动 ， 自 动 化 程 度 高 。 电 子 束 焊 接 已 成 功 地 应 用 在 特 种 材 料 、 异 种 材 料 、空 间 复 杂 曲 线 、 变 截 面 焊 接 等 方 面 。 目 前 正 在 研 究 焊 缝 自 动 跟 踪 、 填 丝 焊 接 、非 真 空 焊 接 等 ， 最 大 焊 接 熔 深 可 达 300mm， 焊 缝

11、 深 宽 比 20： 1。 电 子 束 焊 已用 于 运 载 火 箭 、 航 天 飞 机 等 主 承 力 构 件 大 型 结 构 的 组 合 焊 接 ， 以 及 飞 机 梁 、框 、 起 落 架 部 件 、 发 动 机 整 体 转 子 、 机 匣 、 功 率 轴 等 重 要 结 构 件 和 核 动 力 装置 压 力 容 器 的 制 造 。 如 ： F-22 战 斗 机 采 用 先 进 的 电 子 束 焊 接 ， 减 轻 了 飞 机重 量 ， 提 高 了 整 机 的 性 能 ； “苏 -27”及 其 它 系 列 飞 机 中 的 大 量 承 力 构 件 ，如 起 落 架 、 承 力 隔 框 等 ，

12、 均 采 用 了 高 压 电 子 束 焊 接 技 术 。等 离 子 束 及 等 离 子 体 加 工 技 术 ：表 面 功 能 涂 层 具 有 高 硬 度 、 耐 磨 、 抗 蚀 功 能 ， 可 显 著 提 高 零 件 的 寿 命 ，在 工 业 上 具 有 广 泛 用 途 。 美 国 及 欧 洲 国 家 目 前 多 数 用 微 波 ECR 等 离 子 体 源来 制 备 各 种 功 能 涂 层 。 等 离 子 体 热 喷 涂 技 术 已 经 进 入 工 程 化 应 用 ， 已 广 泛 应用 在 航 空 、 航 天 、 船 舶 等 领 域 的 产 品 关 键 零 部 件 耐 磨 涂 层 、 封 严

13、涂 层 、 热 障涂 层 和 高 温 防 护 层 等 方 面 。超 声 波 加 工 技 术 ：超 声 波 加 工 基 本 原 理 ： 在 工 件 和 工 具 间 加 入 磨 料 悬 浮 液 , 由 超 声 波 发生 器 产 生 超 声 振 荡 波 , 经 换 能 器 转 换 成 超 声 机 械 振 动 , 使 悬 浮 液 中 的 磨 粒不 断 地 撞 击 加 工 表 面 , 把 硬 而 脆 的 被 加 工 材 料 局 部 破 坏 而 撞 击 下 来 。 在 工 件表 面 瞬 间 正 负 交 替 的 正 压 冲 击 波 和 负 压 空 化 作 用 下 强 化 了 加 工 过 程 。 因 此 ,超

14、声 波 加 工 实 质 上 是 磨 料 的 机 械 冲 击 与 超 声 波 冲 击 及 空 化 作 用 的 综 合 结 果 。 在 传 统 超 声 波 加 工 的 基 础 上 发 展 了 旋 转 超 声 波 加 工 , 即 工 具 在 不 断 振动 的 同 时 还 以 一 定 的 速 度 旋 转 , 这 将 迫 使 工 具 中 的 磨 粒 不 断 地 冲 击 和 划 擦 工件 表 面 , 把 工 件 材 料 粉 碎 成 很 小 的 微 粒 去 除 , 以 提 高 加 工 效 率 。 超 声 波 加 工 精 度 高 , 速 度 快 , 加 工 材 料 适 应 范 围 广 , 可 加 工 出 复

15、杂 型腔 及 型 面 , 加 工 时 工 具 和 工 件 接 触 轻 , 切 削 力 小 , 不 会 发 生 烧 伤 、 变 形 、残 余 应 力 等 缺 陷 , 而 且 超 声 加 工 机 床 的 结 构 简 单 , 易 于 维 护 。特 种 加 工 的 发 展 趋 势 ：特 种 加 工 技 术 近 十 几 年 来 得 到 了 快 速 发 展 ， 在 世 界 范 围 内 越 来 越 受 到 人们 的 重 视 ， 发 挥 的 作 用 也 越 来 越 大 。 特 种 加 工 采 用 不 同 的 能 量 形 式 加 工 零 件 ，相 对 于 传 统 的 切 削 加 工 技 术 ， 特 种 加 工

16、普 遍 具 有 以 柔 克 刚 、 加 工 力 影 响 较 小等 优 势 。 为 进 一 步 提 高 特 种 加 工 技 术 水 平 及 扩 大 其 应 用 范 围 ， 当 前 特 种 加 工技 术 的 发 展 趋 势 8-11主 要 包 括 以 下 几 点 ：（ 1） 采 用 自 动 化 技 术 ；（ 2） 趋 向 精 密 化 研 究 ；（ 3） 开 发 新 工 艺 方 法 及 复 合 工 艺 ；（ 4） 污 染 问 题 是 影 响 和 限 制 有 些 特 种 加 工 应 用 、 发 展 的 严 重 障 碍 ；（ 5） 进 一 步 开 拓 特 种 加 工 技 术 。细 微 化 是 特 种 加

17、 工 技 术 发 展 的 重 要 趋 势 ， 由 于 当 前 的 工 业 产 品 越 来 越 追求 小 型 化 和 微 型 化 ， 微 细 结 构 和 微 细 零 件 的 加 工 需 求 不 断 增 长 ， 同 时 带 动 了各 种 制 造 技 术 向 小 型 化 、 微 细 化 发 展 。 比 如 细 微 的 电 火 花 加 工 、 微 细 电 化 学加 工 、 微 细 的 激 光 加 工 、 微 细 离 子 束 加 工 等 技 术 可 以 实 现 很 小 尺 度 内 的 加 工 ，这 些 技 术 在 国 内 外 都 发 展 得 很 快 而 且 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 。参

18、考 文 献 ：1孔 庆 华 .特 种 加 工 M.上 海 :同 济 大 学 出 版 社 ,2003.2刘 振 辉 ,杨 嘉 楷 .特 种 加 工 M.重 庆 :重 庆 大 学 出 版 社 ,2000.3余 承 业 .特 种 加 工 新 技 术 M.北 京 :国 防 工 业 出 版 社 ,2003.4张 广 文 ,曾 庆 良 ,陈 玉 良 .绿 色 切 削 加 工 技 术 的 研 究 J.轻 工 械 ,2004,(2):55-57. 5刘 晋 春 ,赵 家 齐 ,赵 万 生 .特 种 加 工 M.北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2004.6赵 万 生 .特 种 加 工 技 术 M.北 京 :高 等 教 育 出 版 社 ,2001.