特种加工技术的发展与展望

《特种加工》课程论文

课 题 名 称 特种加工技术的发展与展望 学 生 姓 名 陈鹏 学 号 0741125162 系、年级专业 机械与能源工程系

2010年 12 月

特种加工技术的发展与展望

Special Machining Technology Development and Prospects

姓名:陈鹏 单位:07级机制

Name: Chen Peng Unit: 07 Mechanical Design, Manufacturing and Automation 摘 要:特种加工是一种利用化学电声光能对金属或非金属材料进行加工的方法,文章介绍了特种加工对比传统机械加工的优势及在现代工业中所起到的作用,分析了其加工工艺的特点与发展[1]

Abstract : use of special processing is a chemical light acoustic to metal or non-metallic materials processing methods, the article introduces the special processing advantages over traditional machining and in the modern role of industry in the analysis of its Characteristics and Development Process.

关键词:特种加工;优势 ;发展

Key words:special processing; advantage; Development

0. 前言

随着现代工业发展(和科学实验)的需要,许多领域要求尖端科学技术产品向高精度、高性能、小型化等方向发展,使用的材料越来越难加工,硬度高、脆性好的难切削材料应用日益广泛,一些制造精密形状复杂和结构特殊的零件需求也在日益增加,对加工制造技术提出了更高的要求,传统加工由于自身的加工特点,致使其已经不能完全满足加工需要这时,一种新的加工方法特种加工技术的出现填补了这一空缺。所谓特种加工,是指一种利用化学电声光能对金属或非金属材料进行加工的方法,特别适用于加工复杂微细表面和低刚度零件其工作原理不同于传统的机械切削方法 即加工过程中工件具之间没有明显的切削力,工具材料的硬度也可以低于工件材料的硬度特种加工技术在国内外各行各业的应用中取得了巨大成效,它们有着各自的特点使特殊材料或特殊结构工件的加工工艺性发生了根本变化,解决了传统加工方法所遇到的一些难题,已经成为现代工业领域中不可缺少的重要加工手段和关键制造技术。[2-5]

1. 特种加工的发展

特种加工的特点与广泛应用已经引起了机械制造工艺技术领域的很多变革:(1)提高了材料的可加工性,材料的可加工性不再与硬度、强度、脆性等直接关系;(2)改变了零件的传统加工工艺路线,不必考虑淬火安排的前后问题;(3)改变了产品结构的传统设计,一些分体加工可以采用整体结构;(4)对传统的结构工艺性重新评价,方孔窄缝并非不允许出现。[6]

虽然特种加工已解决了传统机械切削方法所遇到的诸多问题,在提高加工能力、产品质量、生产效率和经济效益上显示出巨大的优越性,但目前仍存在一些问题,一些加工设备所需投资大、使用维修费用高、加工过程中废液的排放不当会造成环境污染、有些特种加工的

加工精度及生产效率有待提高等。

随着现代工业和科学技术的发展,特种加工技术作为对传统机械加工方法的有力补充,在现有工艺基础上,新的特种加工技术不断完善和迅速发展,其应用前景及发展空间将更为广阔。

2. 特种加工技术的特点

2.1 特种加工技术有以下几个特点

(1)加工方法主要不是依靠机械能,而是用其他能量(如电能、光能、声能、热能、化学能等)去除材料。

(2)传统加工方法要求刀具的硬度必须大于工件的硬度,即以硬切软 ;而对于特种加工,由于工具不受显著切削力的作用,特种加工对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。

(3)加工没有明显的切削力作用,一般不会产生加工硬化现象,又由于工件加工部位变形小,发热少,或发热仅局限于工 件表层加工部位,工件热变形小,由加工产生的应力也小,易于 获得好的加工质量,且可在一次安装中完成工件的粗精加工。

(4)特种加工中能量易于转换和控制,有利于保证加工精度和提高效率。

(5)特种加工方法的材料去除速度一般低于常规加工方法。这边是目前常规加工方法在机械加工中仍占主导地位的主要原因。[7-9]

2.2与传统机械加工方法相比的特点

特种加工技术应用范围非常广 ,随着技术进步又有了新的发展 ,但与传统机械加工方法相比 ,有其独到之处。

(1) 在加工范围上不受材料的物理 、机械性能限制。能加工硬的、软的、脆的 、耐热或高熔点金属及非 金属材料 ;

(2) 易获得良好的表面质量 ,残余应力、热应力 、热影响区、冷作硬化等均比较小 ;

(3) 易于加工比较复杂的型面、微细表面及柔性 零件 ;

(4) 各种加工方法易于复合形成新的工艺方法 ,便于推广和应用。[10]

3. 特种加工技术的种类

特种加工技术所包含的范围非常广,随着科学技术的发展,特种加工技术的内容也不断丰富。一般按能量来源、作用形式和加工原理可分为电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束加工等离子弧加工、超声加工、化学加工、快速成型等。

3.1 电火花加工

电火花加工又称作电蚀加工或放电加 工,是将工具电极和工件置于绝缘的工作液中,工件和工具分别接直流脉冲电源正极和负极,加上电压,利用工具电极和工件电极间脉冲放电时产生的电蚀现象对材料毛坯进行加工。火花放电时,在放电区域能量高度集中,瞬时温度高达左右,足以使陶瓷材料局部融化而被蚀除加工时工具与工件不接触,作用力极小,因而可用于加工型腔模(锻模 压铸模 注塑模等)和型腔零件;加工、冲模、粉末冶金模、挤压模、型孔零件、小异型孔、小深孔等。

3.2 电化学加工

电化学加工是通过电化学反应去除工件 材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。 该方法主要包括电解、电镀、电铸、电化学抛、光等工艺方法。其中电解加工使用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。电铸加、工适用于形状复杂、精度高的空心零件,如波导管、注塑用的模具、薄壁零件、复制精密的、表面轮廓、表面粗糙度样板、反光镜 表盘等。

3.3 零件涂敷加工

零件涂敷加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂敷以恢复尺寸;对尺寸超差产品进行涂敷补救对大型、复杂小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层,以改善表面性能。

3.4 高能束流加工

高能束流加工也称为三束流加工,是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称,其中电子束加工技术改变了原有的设计思想,可将原有的高精度复杂难加工型面或无法加工的大型整体零件分成若干个易加工的单元,精加工和热处理以后,用电子束将其焊接成整体零件。

3.5 物料切蚀加工

物料切蚀加工包括超声波加工与水喷射加工、磨料喷射加工、磨料流动加工是指利用流体磨料,流体与磨料的混合液等动能,去冲击抛磨 浸蚀工件被加工部位而实现去除工件材料的方法。

3.6 复合加工

复合加工是指用多种能源组合进行材料去除的工艺方法,大多是在机械加工的同时应用流体力学、化学、光学、电磁学和声波等能源进行综合加工,这些加工方法能够提高加工效率或获得很高的尺寸精度 形状精度和完整的表面。它包括传统加工和特种加工的复合特种加工和特种加工的复合,主要有切削复合加工、磨削复合加工、电火花复合加工和电解复合加工等。[11]

4. 特种加工的发展趋势

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 。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 , 加大对特种加工的基本原理 、加工机理 、工艺规律 、加工稳定性等深入研究的力度 , 建立综合工艺参数自适应控制 装置、数据库等 ( 如超声、激光等加工 ) , 进而建立特 种加工的 CAD /CAM 与 FMS ( Flexible Manufacture ring System ,柔性制造系统 ) 系统 , 使加工设备向自动化 、 柔性化方向发展 , 这是当前特种加工技术的主要发展方向。

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

(2) 趋向精密化研究 。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 , 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 , 特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视 , 因此 , 大力开发用于超精加工的特种加工技术 (如等离子弧加工等 ) 已成为重要的发展方向。

(3) 开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求 , 需要不断开发新工艺方法 , 包括微细加工和复合加工 , 尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工 , 如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等 。

(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。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 、废液 、废渣 , 向“绿色 ”加工的方 向发展。

(5) 进一步开拓特种加工技术 。以多种能量同时作用 , 相互取长补短的复合加工技术 , 如电解磨削 、 电火花磨削 、电解放电加工、超声电火花加工等 ,需要不断发展 。

[12]

5. 结束语

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额出现,以及制造精密细小 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 随着科学技术和现代工业的 发展,特种加工技术必将不断完善和迅速发展,反过来又必将推动科学技术和现代工业的发展,并发挥越来越重要的作用。

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