浅谈特种加工技术和发展和应用

1、 . . . 浅谈特种加工技术与其发展和应用学生： 汪恒 学生学号： 090105045 院 （系）： 工学院机械系 年级专业： 09机电一班 15 / 15浅谈特种加工技术与其发展和应用院 系：工学院机械系 专业名称：机械设计制造与其自动化 班 级：09机电一班 学生学号：090105045 学生：汪恒摘要：现阶段，先进制造技术不断发展，作为先进制造技术中的重要的一部分，特种加工对制造业的作用日益突显。对于工业上的要求在不断的改变中，而特种加工技术的发展给工业上的要求提供了极大的帮助。特种加工应用围广，能够为一些加工提供很大的帮助 。对什么是特种加工、特种加工的特点、种类以与发展趋势等作了描

2、述。阐述了特种加工在现代社会发展过程中的重要地位，大力发展特种加工的必要性。关键词：特种加工技术、特点、变革、发展趋势 激光加工数控电火花线切割 前言传统的机械加工技术对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用。随着科学技术的迅速发展，新型工程材料不断涌现和被采用，工件的复杂程度以与加工精度的要求越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制，使用传统的切削加工方法很难完成对高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温和磁性等新材料 ，以与精密复杂、微细构件或难以处理的形状的加工。为了解决这些加工的难题，人们不断开发研究并成功采用“传统的切削加工以外的新

3、的加工方法 特种加工方法”解决了很多工艺问题，在生产上发挥了很大的作用，引起了机械制造工艺技术领域的许多变革。特种加工是相对于传统的切削加工而言的 ，实质上是直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能、磁能、物质动能、甚至爆炸能等对工件进行加工的工艺方法的总称。正文一、数控加工和特种加工机床的种类数控加工机床分类有两种方法：1.按控制系统分类有点位控制、直线控制、连续控制三种，2.按伺服系统分类有开环、半闭环、闭环控制系统。传统的切削加工方法主要依靠机械能来切除金属材料或非金属材料。随着工业生产和科学技术的发展，产生了多种利用其他能量形式进行加工的特种加工方法，主要是指直接利用电能

4、、化学能、声能和光能等来进行加工的方法。在此，机械能以外的能量形式的应用是特种加工区别于传统加工的一个显著标志。新的能量形式直接作用于材料，使得加工产生了诸多特点，例如，加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，这就使得高硬度、高强度、高韧性材料的加工变得容易；又如，在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力，从而使微细加工成为可能。正是这些特点，促使特种加工方法获得了很大的发展，目前已广泛应用于航空航天、电子、动力、电器、仪表、机械等行业。特种加工种类主要按其能量来源和工作原理的不同分类，主要有：电、热能：电火花加工，电子束加工，等离子束加工；电、机械能：离子束加工；电、化学能：电解

5、加工、电解抛光；电、化学、机械能：电解磨削、电解珩磨、阳极机械磨削；光、热能：激光加工；化学能：化学加工、化学抛光；声、机械能：超声波加工；机械能：磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。电子束和离子束加工以与同时用几种加工方式的复合加工。 二、特种加工技术的特点 1. 加工围上不受材料强度、硬度等限制。特种加工技术主要不依靠机械力和机械能去除材料，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属和非金属材料，完成工件的加工。故可以加工各种超强硬材料、高脆性与热敏材料以与特殊的金属和非金属材料。 2. 以柔克刚。特种加工不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件并不接触，加工过程中工具和工

6、件间不存在明显的强大机械切削力，所以加工时不受工件的强度和硬度的制约，在加工超硬脆材料和精密微细零件、薄壁元件、弹性元件时，工具硬度可以低于被加工材料的硬度。 3. 加工方法日新月异，向精密加工方向发展。当前已出现了精密特种加工，许多特种加工方法同时又是精密加工方法 、微细加工方法 ，如电子束加工 、离子束加工 、激光束加工等就是精密特种加工；精密电火花加工的加工精密度可达微米级0.51m，表面粗糙度可达镜面 Ra0.02m。 4. 容易获得良好的表面质量。由于在加工过程中不产生宏观切屑，工件表面不会产生强烈的弹、塑性变形，故可以获得良好的表面粗糙度。残余应力、热应力、冷作硬化、热影响区与毛刺

7、等表面缺陷均比机械切割表面小，尺寸稳定性好，不存在加工中的机械应变或大面积的热应变。三、特种加工引起的机械制造工艺技术变革 1. 特种加工扩大了可加工材料的围 。特种加工方法使机制工艺可加工的材料围从普通材料发展到超硬材料和特殊材料，使任何材料的加工均成为可能。材料的可加工性不再与硬度、强度、韧性、脆性等成直接正比或反比关系。 传统上认为很难加工的金刚石、硬质合金、 淬火钢、石英、玻璃、瓷等材料， 可以用电火花、超声波、电解、激光等特种加工方法来加工。对电火花线切割而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。 2. 特种加工改变了传统的结构工艺性好与坏的“概念”。传统的加工方法 认为方孔、窄缝、小孔、深孔

8、、弯孔等结构工艺性差，有些情况下被认为工艺性 很“坏 ”，甚至被列为结构设计禁区，特种加工使这一“坏”变成了可以，甚者可认为好，因为对于电火花穿孔 、电火花线切割工艺来说 ，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。如：山形硅钢片冲模，过去由于不易制造往往采用拼镶结构，现在采用电火花线切割加工，既使是硬质合金模具也可做成整体结构；小深斜孔、排孔、群孔、小方孔筛网，薄壁、弹性、低刚度零件等，过去认为的加 工难题，采用特种加工方法后变得容易了。 3. 特种加工改变了传统的淬火工艺路线与零件不合格品的可修复性。特 种加工的出现， 打破了淬火热处理工序必须安排在除磨削以外的其它切削成型加工之后传统工艺准则

9、。由于特种加工不受工件硬度的限制，所以有时为了避免成型加工后淬火热处理引起的应力变形，可以先淬火而后加工 。过去认为很多 不可修复的废品，现在都可用特种加工方法来修复。例如 ：过去淬火前忘了钻定位销孔、铣槽等工艺，淬火后只能报废， 现在可以用电火花打孔、切槽进行补救；加工尺寸超差与工作中磨损了的轴和孔，均可用电刷镀修复。 4. 特种加工将改变新产品试制的传统模式。传统新产品的试制，往往是 刀具、模具、量具以与工装夹具设计制造先行。例如：加工花键孔需要设计制造 花键孔拉刀；加工各种标准和非标准直齿轮需要准备滚刀或设计加工成形铣刀；大量 钣金件 的异型孔 加工需 要冲模 ；复杂零件的试制所需要的刀

10、具工装更多。 现在采用数控电火花线切割，可直接加工花键孔、非标直齿轮、 钣金异型孔，甚至可加工复杂的二次曲面零件；采用快速成型技术 增材加工法，可快速完成各种复杂零件的试制。可见，特种加工方法的采用不仅可加快产品试制速度，而且可以节约大量的新产品试制费用，必将改变新产品设计试制的模式。 5. 特种加工技术已成为微细加工、纳米加工的主要手段 。目前 ，制造技术前沿逐渐转向细小精微 ，微米 、亚微米以与纳米级制造成为制造业融入高 技术的切入点 。而电子束、离子束、 激光、电火花、电化学等电物理、电化学特种加工技术，正是近年来快速发展的微细和纳米加工的主要手段 。例如：离子注入、溅射、化学沉积（）、

11、光刻、表面贴装；磁头、磁盘、晶片的纳米级精密加工 ；纳米材料的制造等。 也就是说特种加工已成为未来先进制造技术的主要特征之一 。 6. 特种加工引起了产品设计思路的变革。 特种加工使任何材料的加工 成为可能，解决了各种特殊复杂表面的加工 ，以与各种超精、光整或具有特殊要求的零件加工问题， 其中的快速成型技术又使产品的快速试制成为可能。所以特种工加工使产品设计中考虑的零件材料 、制造工艺方法等有了更广阔的选择余地，甚至可以快速地将设计思想变为具有一定功能的原型，从而使产品的设计思路趋“创意和制造的统一，即想到的就能做成”。随着现代机械制造工艺的发展，不懂特种加工技术将不是一个合格的产品设计者与制

12、造者 。四、特种加工技术的发展趋势 1. 采用自动化技术充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化， 建立综合参数自动适应系统、数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技术的主要发展趋势。 2. 向工程化和产业化方向发展不断改进、提高高能束源品质，对大功率、高可靠性、多功能、智能化加工设备的研发是今后的重点发展方向。 3. 着力开展精密化研究高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展，正向亚微米级和纳米级迈进，对产品零件的精度与表面 粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势的需要，大力开发用于超精加工的特种加工技术（如等离子弧加

13、工等）已成为重要的发展方向。 4. 污染问题是影响和限制某些特种加工应用、发展的严重障碍，加工过程中产生的废渣 、废气如果排放不当 ，会造成环境污染 ，影响工人健康。必须花大力气处理并利用废气、废渣、废液，向"绿色"加工的方向发展。5、 激光加工技术的应用激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。与计算机数控技术相结合,激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为激光束具有单色性好、能量密度高、空

14、间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。与计算机数控技术相结合,激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为非接触式加工、速度快、无噪声、可实现各种复杂形状的高精度加工目的,且无通常意义上的"刀具"磨损,无需更换"刀头"。我国激光加工市场前景广阔,预计平均每年以20-30%的速率递增。1. 多支PCB激光微通道打孔技术近年来,激光技术已经广泛应用于高密度印刷线路板微通道打孔与芯片封装设备中,最新的世界微通道打

15、孔信息显示,每年有超过300,000万平方米的高密度多层印刷线路板是用激光来打孔的。用于PCB微通道打孔的早期激光打孔设备是单头的UVYAG激光器或单头的C02激光器随着微通道打孔产量的要求不断提高,许多生产厂家开始研制双头激光打孔设备。目前市场上主要的三种双头激光打孔设备:双头C02激光系统、双头UV激光系统、混合激光系统(UV和C02)。有两种比较经济实用的激光技术用于PCB板的微通道打孔;C02激光,波长在远红外区域,打孔直径100微米。W激光波长在紫外区域,广泛用打孔的直径100微米,甚至孔径缩小到50微米的情况。在紫外激光技术中,半导体泵浦UV激光器已经成为工业用标准激光器,它可提高

16、传输到工件表面的单脉冲能量。2. 激光焊接塑料2.1 激光焊接塑料的优点随着塑料在汽车、医疗设备与电子等行业的零部件设计、制造上日趋广泛的使用大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速有效干净的塑料的使用,大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速、有效、干净的塑料焊接方式。目前国市场上普遍使用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接与超声波焊接等。主要用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以与有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等等。光纤激光焊接塑料技术主要有以下几方面的优点：(1)能生成精密、牢固和密封(不透气和不漏水)的

17、焊接,树脂降解少、产生的碎屑少。(2)易于控制,具有良好的适应性,可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件。(3)极减小了制品的振动应力和热应力。(4)能够将许多种类不同的材料焊接在一起。激光塑料焊接技术在欧美等发达国家已经得到了一定的应用,我国在这方面尚是空白。2.2 塑料激光焊接用的焊接方法激光焊接塑料的基本原理是,两种塑料在低压力下被夹紧在一起,激光穿过一个制品,然后被另外一个制品吸收,吸收激光能量的制品将光能转化为热能,在塑料的接触面熔化,形成一个焊接区。常用的焊接方法主要有：a.激光束沿着焊缝处快速扫描,达到焊接的目的。b.通过光学元件将激光束整形,同时在焊缝处产生热量。c.照射掩膜焊接,激

18、光束仅加热制品上没有被掩膜遮住的部分,可以快速焊接复杂的焊缝。d.激光束固定,塑料工件置于受程序控制的多维可移动的工作台上。3. 大功率光纤激光器在船舶制造业中的应用3.1 激光加工技术在造船工业中应用的优势造船工业中激光加工主要优点：(1)船舰载重量日益坛加,要求使用非常薄的平板,激光焊接避免了加工时的热影响;(2)激光可以采用光纤等灵活的输出方式,因此甲板、船体等大表面尺寸的工件加工可以不受工作台尺寸的影响。(3)力日工非接触,速度快,边缘光滑,高度自动化,大大降低造船成本与时间。3.2 国外的发展现状欧美与日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。目前美国、欧洲等地区正在进行大功率光纤激

19、光工业加工设备的开发,正在开发的有2KW、6KW输出的工业级光纤激光器的加工设备的二次开发。我国已开发出了中小功率系列工业光纤激光设备,但大功率光纤激光器工业加工应用尚是空白,在我国造船工业中几乎还没有使用激光加工技术。4. 数控电火花线切割数控电火花线切割机床既是数控机床，又是特种加工机床，它区别于传统机床部分是：4.1数控装置和伺服系统，4.2不是依靠机械能通过刀具切削工件，而是以电、热能量形式来加工。电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺。在民用，国防生产部门和科学研究中已经获得了广泛应用，其机床设备比较定型，且类型较多，但按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途等来分，大致可以分为六

20、大类，其中应用最广，数量较多的是电火花成型加工机床和电火花线切割机床。我们这里介绍电火花线切割机床。电火花线切割加工是在电火花加工基础上用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。控制系统是进行电火花线切割加工的重要组成部分，控制系统的稳定性、可靠性、控制精度与自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。 结论: 无论是激光加工还是数控电火花线切割，都大大提高了生产的质量以与应用围，随着技术的不断提高，相信在不久的将来，完全自动化将会取代手工化 特种加工技术集成了机械、电子、信息 、材料技术和计算机等技术，发展异常迅速。现代特种加工技术主要是伴着高硬度、高强度、高韧性、高脆性等难切削材料的出现，以与制造精密细小、形状复杂和结构特殊的零件的需要而产生的，具有其他常规加工技术无法比拟的优点，已成为航空航天、汽车、仪器仪表、微型机械、轻工、模具等行业的支撑技术和关键技术。因此，特种加工技术还需更进一步的发展： 不断改进、提高高能束源品质，并向大功率、高可靠性方向发展。高能束流加工设备向多功能、精密化和智能化方向发展，力求达到标准化、系列化和模块化的目的。扩大应用围，向复合加工方向发展