特种加工技术研究现状及发展趋势.docx

1、特种加工技术研究现状及发展趋势摘 要: 全面介绍了特种加工技术的类型及发展现状, 指出了其优势和存在的问题; 阐述了电火花加工、电解加工、电子束加工、超声波加工、激光加工、化学机械复合加工、水喷射加工等加工方法; 探讨了各种加工方法的工作要素、加工特点及应用; 最后, 指出了特种加工的发展趋势。关键词: 特种加工;电火花加工;电解加工;电子束加工;超声波加工1引言特种加工(又称非传统加工)是二次世界大战后发展起来的一类有别于传统切削与磨削加工方法的总称。特种加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上,从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等;特种加工方法可以

2、完成传统加工方法难以实现的加工, 如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温材料和工程陶瓷、磁性材料等难加工材料的加工以及精密、微细、复杂形状零件的加工等。2 特种加工技术特种加工有多种分类方法:如按加工过程材料增减可分为去除加工、结合加工和变形加工等;按作用能源可分为机械能、热能、化学能、复合能等。2.1 电火花加工电火花加工的工作原理; 是利用工具电极与工件电极之间的火花放电:产生瞬时高温将金属熔化,电火花加工过程可分为四个阶段: 介质电离、被击穿, 形成放电通路;形成火花放电,工件电极产生熔化、气化; 热膨胀;抛出蚀除物;间隙介质消电离(恢复绝缘状态)。电火花加工的工作要素包括电极材料、工

3、作液、放电间隙、脉冲宽度与间隔等。对工具电极的基本要求是导电、损耗小、易加工。常用的工具电极材料有紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等,其中又以紫铜和石墨最为常用。工作液是电火花加工中必不可少的介质,其主要功用是压缩放电通道区域,提高放电能量密度和加速蚀除物的排出。常用的工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。合理的放电间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙, 在加工过程中, 需采用自动调节器控制机床进给系统,并带动工具电极缓慢向工件进给。2.1.1电火花成形加工主要指孔加工和型腔加工。电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、喷丝孔等。型腔加工包括锻模、压铸模、挤压模、塑料模等型腔加工,

4、以及叶轮、叶片等曲面加工。2.1.2 电火花线切割用连续移动的钼丝( 或铜丝)做工具阴极,工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内做互相垂直方向的移动,可切割出二维图形。丝架也可做小角度摆动,可切割出斜面。电火花线切割广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的冲模、样板、各种形状复杂的板类零件、窄缝、栅网等。电火花线切割加工按走丝速度可分为快走丝和慢走丝两类。快走丝速度一般为l0m/s, 电极丝可往复移动,并可以循环反复使用( 使用一段时问后需进行更换).慢走丝速度为28m/min,单向运动,电极丝一次性使用。慢走丝线切割走丝平稳,无振动,电极丝损耗小,加工精度高。2.2 电子束加工电子束加工的工作原

5、理是在真空条件下,利用电流加热阴极发射电子束,经控制栅极初步聚焦后, 由加速阳极加速, 通过透镜聚焦系统进一步聚焦, 使能量密度集中在直510um 的斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上,被冲击点处形成瞬时高温(在几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度),工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。电子束加工的特点及应用是: 电子束束径最小可达0.010.005 mm,长度可达束径的几十倍,故可加工微细深孔和窄缝。材料适应性广,原则上各种材料均可加工,特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。加工速度较高,切割1mm 厚的钢板, 切割速度可达240mm/min。在真空中加工,无氧化,特别适于加工高

6、纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。加工设备较复杂,投资较大,多用于微细加工。2.3超声波加工超声波加工的工作原理;是利用超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡, 通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。此时振幅一般较小,再通过振幅扩大棒( 变幅杆),使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.010.15mm。利用工具端面的超声( 1625kHz)振动,使工作液(普通水)中的悬浮磨粒(碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石粉)对工件表面产生撞击抛磨,实现加工。2.4激光加工激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征是: 强度高,亮度大; 波长频率确定, 单色性好,相于性好, 相

7、干长度长, 方向性好,几乎是一束平行光。由激光器发出的激光, 经光学系统聚焦后,照射到工件表面上,光能被吸收,转化为热能,使照射斑点处局部区域温度迅速升高,此处材料被熔化、气化而形成小坑。由于热扩散,使斑点周围材料熔化,小坑内材料蒸气迅速膨胀, 产生微型爆炸,将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波,于是在加工表面上打出一个上大下小的孔。2.5水喷射加工水喷射加工(Water Jet Machining)又称水射流加工或水刀加工,它是利用超高压水射流及混合于其中的磨料对材料进行切割、穿孔和表面材料去除等加工。其加工机理综合了由超高速液流冲击产生的穿透割裂作用和由悬浮于液流中磨料的游离磨削

8、作用。水喷射加工具有如下特点: 可加工各种金属和非金属材料; 切口平整,无毛边和飞刺,可用于去除阀体、孔缘、沟槽、螺纹、交叉孔上的毛刺;切削时无火花,无热效应产生, 也不会引起工件材料组织变化, 适于易燃易爆物件加工; 加工洁净,不产生烟尘或有毒气体。水刀切割加工速度极高, 尺寸精度、加工的质量较高,不需要第二次加工。同样也可以不用担心水的加工影响材料的含水量,极高的速度几乎不能让水分留下。操作程序简单易行, 编辑程序可以随时调用, 有记忆功能。水刀的一般零配件使用寿命较长,机械可使用时间长, 相对成本较低。水刀切割时不会产生灰尘及有毒气体, 可提供一个较为清洁及安全的工作环境, 更重要的是,

9、水刀是以水作为切割的刀具,不用像其它的切削刀具需要刃磨,它是一把永不磨损型的刀具, 因此水刀以其独特的优势,在未来的各种加工制造中, 一定会有更广泛的应用前景。3 特种加工技术的发展趋势特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分, 随着难加工材料、特殊结构零件需求的日益增加, 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主要包括以下几点:1) 采用自动化技术。2)

10、 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.