题目：浅谈特种加工发展及改进方向
姓名： 专业： 机械设计与制造
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浅谈特种加工发展及改进方向
摘要：
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，各国制造业蓬勃发展，并随着新材料，新结构不断出现，情况将会改变，现代机械制造业呼吁了特种加工技术的诞生，随着我国工业的现代化发展，特种加工技术逐渐走向寻常中国人的面前。新型加工技术的出现对传统加工业产生极大的影响，本文将通过介绍各类特种加工，分析其特性及优缺点，浅谈特种加工的现代产业中的定位以及其发展前期。
关键词：电火花加工 电化学加工 离子束加工 特种加工的发展前景
引言：
传统加工技术经过了漫长的历史发展，曾经长期主导着机械加工工业，并对于人类的生存及发展生活水准有着极大的推动作用，对于工业发展有着长期的支撑作用，在现代加工史上有举足轻重的地位。1943年，前苏联拉扎连科夫妇发明了利用电能和热能去除金属材料的加工方法，这一个创举，开创了人类利用多种能量的特种加工时代。
随着科学技术的迅速发展，新型工程材料不断涌现、被采用工件形状的复杂程度，以及加工精度和表面粗糙度的要求，越来越高对机械制造工艺技术，提出了更高的要求。传统的机械加工方法由于受到刀具材料性能、结构、设备加工能力等条件的限制，很难完成对高硬度、高强、高韧性、高脆性、耐高温和磁性等新材料，以及精密复杂或难以处理的形状的加工，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所使用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，表面精度、粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高，传统加工技术越来越难以满足要求。
科学家们为了解决这些难题，借助于多种能量形式，探求新的工艺途径，冲破传统加工方法的束缚，不断探索、寻求新的加工方法，于是许多本质上区别于传统加工的特种加工方式便应运而生。
随着工业化、现代化的推进，非传统车削加工的各式特种加工，开始出现在机械加工工业之中，并且对于机械制造行业逐渐有了一定深度的改变。现在，特种加工技术已成为机械制造技术中不可缺少的一个组成部分。如今，国内外开发的特种加工种类已有十数种，对于现代工业隐隐有重大改造的趋势。
特种加工的出现，有力地解决了：各种难切削材料的加工、各种特殊复杂表面加工、各种超精、光整或具有特殊要求的零件加工，这三个困扰机械加工企业的难题。随着各类特种加工技术出现，现代工业即将带来翻天覆地的变化。
一、特种加工技术概念及特点
特种加工的定义：
特种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。故又称为“非传统加工”、“现代加工方法”或“非常规机械加工”它泛指利用电能、磁能、声能、光能、热能、化学能、及特殊机械能等能量或其组合对工件进行尺寸改变或性能改变的，以达到零件设计要求的加工技术。
特种加工方法的加工原理是，以溶解、熔化、气化、剥离为主且多数为非接触加工。特种加工已发展成为机械制造领域中不可缺少的技术内容。特种加工与传统机械加工的不同点是，特种加工不主要依靠机械能加工金属或非金属材料特种加工工具的硬度可以低于被加工材料的硬度，加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切屑力。因而它具有常规、传统机械加工无法比拟的优点。
自上世纪50年代发展起来的特种加工，经过半个多世纪的推进，已经有了较为长足的进展，现代工业应用较多主要种类有：电火花加工、电化学加工、离子束加工、超声加工、激光加工、爆炸能加工等。
一、特种加工的特点 1)对材料加工作用能方式改变。传统的切削加工是以机械能为动力，加工工具以很大的切削力克服工件材料的变形抗力，需要达到加工目的，这势必要求加工刀具材料硬度、强度要远远超过工件材料。而特种加工采用电能、光能、声能、化学能等形式的能量，以能量的高密度所产生的瞬时高温使材料局部熔化、气化或以电化学腐蚀的方式来达到蚀除材料的加工目的。如，电火花加工的动力源是电能，电解加工的动力源是电化学能，超声波加工的动力源主要是声能，激光加工的动力源是光能等，这些能量都是以转化为热能的形式对加工工件进行作用的。
2)加工精度高。由于加工中对工件没有明显的切削力作用，一般不会产生加工硬化现象，又由于在工件加工部位变形小，发热少或者发热仅局限于工件表层加工部位，工件热变形小，在加工过程中产生的应力也小，容易获得好的加工质量，而且可以在一次安装过程中完成工件的粗、精加工。
3)加工能量易于控制和转换。基于其加工的原理和方法，加工过程中的能力易于扩散。而且两种或者两种以上不同类型的能量可以相互结合，形成扬长避短的新型加工方法。
4)加工速度的制约。由于特种加工方法去除材料的速度一般低于常规加工方法，因此，特种加工在实际应用过程中也受到了制约，也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。
二、主要特种加工种类
电火花加工
电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆
炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。
电火花加工的优点 ·能加工传统车、铣、磨削加工所无法加工的材料和复杂形状工件； ·由于使用电极放电击穿工件来进行加工，加工时并没有切削力的产生；
·电火花加工时，加工进给较小，精度高，且不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷； ·能用软的电极加工比较硬的材料；
·采用电极对工件进行加工，便于实现自动化。
电火花加工的缺点： ·无法加工不导电的材料； ·加工时使用特定形状的电极对材料进行加工，每加工一种工件，都需要更换电极；
·加工是需使用工作液，工作液的处理比较麻烦，且加工过程中会产生烟雾污染； ·经加工后，工件表面会产生一层变质层，变质层在某些应用中需去除； ·加工速度相较于传统加工方式，较为缓慢。
电火花加工的应用：
电火花成型加工技术所具有的一系列特色和生产效益方面的巨大潜力，早已成为德、美、日等国竞相研究的重要技术领域，不同规格的各种商业化高速机床也已经进入市场，应用于、汽车及模具制造等行业。 电化学加工
在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应即称为电化学反应，利用这种电化学反应作用加工金属的方法就是电化学加工。其中，阳极上为电化学溶解，阴极上为电化学沉积。
电化学加工可分为：
电解加工
利用阳极溶解的电化学反应对金属材料进行成型加工的方法。 电解磨削
又称导电磨削。是电解作用和机械磨削相结合的加工过程。导电磨削时，工件接在直流电源的阳极上，导电的砂轮接在阴极上，两者保持一定的接触压力，并将电解液引入加工区。
电化学抛光
又称电解抛光。直接应用阳极溶解的电化学反应对机械加工后的零件进行再加工，以提高工件表面的光洁度。电解抛光比机械抛光效率高，精度高，且不受材料的硬度和韧性的影响，有逐渐取代机械抛光的趋势。
电镀
用电解的方法将金属沉积于导体（如金属）或非导体（如塑料、陶瓷、玻璃钢等）表面，从而提高其耐磨性，增加其导电性，并使其具有防腐蚀和装饰功能。
电刻蚀 又称电解刻蚀。应用电化学阳极溶解的原理在金属表面蚀刻出所需的图形或文字。其基本加工原理与电解加工相同。由于电刻蚀所去除的金属量较少，因而无需用高速流动的电解液来冲走由工件上溶解出的产物。
电化学加工的特点：
·加工速率较高；
·电解液在加工过程中能带走溶解产物和气体以及热量；
·加工中工件与刀具（阴极）不接触，不会产生切削力和切削热，不生成毛刺； ·加工材料没有的机械性能硬度、韧性、强度等限制； ·能同时进行三维的加工，一次加工出形状复杂的型面、型腔、异形孔； 电化学的应用：
电镀加工的应用，有效地加强了现代产品的耐腐蚀性，电刻蚀加工是电路板的主要加工方式。 离子束加工 在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面，利用微观粒子的机械撞击，达到加工工件表面的目的。
离子束加工的特点：
·离子束轰击材料是逐层去除原子，加工精度高；
·离子束在真空中加工，污染少，适用于易氧化金属及半导体材料的加工； ·加工应力小，不会引起工件的热变形；
·离子束加工费用高，成本高，加工速率慢，应用范围较窄。
离子束加工的分类
离子束加工依其目的可以分为蚀刻及镀膜两种。
蚀刻又可在分为溅散蚀刻和离子蚀刻两种。
离子在电浆产生室中即对工件进行撞击蚀刻，为溅散蚀刻。
产生电子使以加速之离子还原为原子而撞击材料进行蚀刻为离子蚀刻。 离子束加工的应用：
离子束加工的应用范围正在日益扩大、不断创新。目前用于改变零件尺寸和表面物理力学性能的离子束加工有：用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工；用于给工件表面添加元素的离子镀膜加工；用于表面改性的离子注入加工等。
通过上面的介绍可知，基于上述特种加工明显优于传统加工的特点，在很多要求严格、要求精密的场合得到了飞速的发展。但是设备昂贵、加工速度慢等缺点却使各类特种加工无法更高程度地融入到现代工业生产之中，现代机械加工工业仍然由传统加工方式所主导。当然特种加工还有很大的空间，特种加工的潜力还没有有效的发挥出来。
三、特种加工的改进方向
1.进行自动化技术改造
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，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。
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。所以应该使特种加工更深入地应用到精密仪器的加工制造。
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。
4.降低应用门槛
成本太高是影响和限制特种加工广泛应用的严重障碍。应该花大力气提高技术降低技术成本
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。
参考文献:
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