先进制造技术之现代特种加工技术

目录摘要及关键词.....................................................................................................................................11引言.................................................................................................................................................12什么是特种加工技术.....................................................................................................................23特种加工技术的出现.....................................................................................................................24特种加工的特点[2]........................................................................................................................25特种加工技术的分类及应用（以航天制造技术为例）.............................................................35.1电火花加工.............................................................35.2电化学加工.............................................................45.3高能束加工.............................................................55.4超声加工...............................................................55.5化学加工...............................................................55.6复合加工...............................................................66特种加工存在的问题.....................................................................................................................67特种加工技术的发展趋势.............................................................................................................77.1采用自动化技术。.......................................................77.2开发新工艺方法及复合工艺。.............................................77.3趋向精密化研究。......................................................77.4解决污染问题..........................................................77.5进一步开拓特种加工技术。..............................................78结束语.............................................................................................................................................8参考文献.............................................................................................................................................9谢辞...............................................................................................................................................10德州学院机电工程系2009级机械设计制造及其自动化专业先进制造技术结课论文1先进制造技术之现代特种加工技术李丹（德州学院机电系，山东德州253023）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。对什么是特种加工、特种加工的方法、种类以及发展趋势等作了描述。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；先进制造技术；发展趋势1引言近年来，计算机技术、微电子技术、自动控制技术、国防军工和航空航天技术发展迅速，与此同时，高度、高韧性、高强度和高脆性等难切削材料的应用日益广泛，制造精密细小、形状复杂和结构特殊工件的求也在日益增加。社会需求与技术进步的结合促使特种加工技术不断进步和快速发展。所谓特种加工，是一种利用化学能、电能、声能、机械能以及光和热能对金属或非金属材料进行加工的方法［1］。其工作原理不同于传统的机械切削方法，即加工过程中工件与所用工具之间没有明显的切削力，工具材料的硬度也可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，作为先进制造技术中重要的一部分,特种加工对制造业的作用日益重要，它们有着各自的特点，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各种问题，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。德州学院机电工程系2009级机械设计制造及其自动化专业先进制造技术结课论文22什么是特种加工技术特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合施加在工件的被加工部位上以实现材料切除的加工方法,从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。3特种加工技术的出现众所周知,传统的切削方法一般应满足两个基本条件:一是刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度:二是刀具和工件都必须具有一定的刚性和强度,以承受切削过程中不可避免的切削力。然而,随着科学技术的飞速发展,一些尖端科学部门和新兴工业领域的许多设备要求在高温、高压、高速及其他各种恶劣条件下工作,因此愈来愈多地使用各种高硬难熔及具有特殊物理机械性能的材料,有些材料的硬度已接近或超过现有刀具材料的硬度,致使材料的可加工性急剧恶化,使用普通刀具己无法加工。此外,各种形状复杂、尺寸精密微小或特大、难以处理的薄壁或弹性元件等特殊结构的应用亦愈来愈多,在零件的结构工艺性上对制造加工技术提出了更加苛刻的要求,这也是传统的加工方法难以胜任甚至根本无法实现的。对此,人们一方面通过研究高效加工刀具和刀具材料、自动优化切削参数、提高刀具可靠性和在线刀具监控系统、开发新型切削液、研制新型自动机床等途径,进一步改善切削状态,提高切削加工水平;另一方面,则冲破传统加工方式的束缚,不断探索和寻求新的加工方法,于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生,并不断获得发展。为了解决加工难题,国内外一直在不断开发研究特种加工的技术和方法,并已攻克和解决了一些关键技术问题,使特种加工相对于传统加工在制造加工工艺上取得重大突破,推动了科技进步,同时提高了生产效率和产品质量,在工业生产上发挥了巨大作用。4特种加工的特点[2]特种加工与一般机械切削加工相比，有其独特的优点，在某种场合上，它是一般机械切削加工的补充，扩大了机械加工的领域。它具有以下较为突出的特点。（1）不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。（2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使刚性极低元件及弹性元件得以加德州学院机电工程系2009级机械设计制造及其自动化专业先进制造技术结课论文3工。（3）微细加工，工件表面质量高，有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。（4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。（5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。（6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。5特种加工技术的分类及应用（以航天制造技术为例）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。就目前而言,各种特种加工方法已达数十种,其中也包含一些借助机械能切除材料,但又不同于一般切削和磨削的加工方法,如磨粒流加工、液体喷射流加工、磨粒喷射加工、磁磨粒加工等等。一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为如下形式(见表1)。由表1可以看出,除了借助于化学能或机械能的加工方法以外,大多数常用的特种加工方法均为直接利用电能或电能所产生的特殊作用所进行的加工方法,通常将这些方法统称为电加工。在航天技术体系中，制造技术又占有极大比重，几乎涉及整个技术体系，具有无所不在的独特性质，航天工业就其行业性质来说，是属于制造业范畴的，但航天制造技术远远高于一般制造技术，日益从一般制造向高精尖先进制造技术方向发展。航天制造技术的发展水平，对航天制造业飞行器、火箭、导弹和航天器的可靠性和使用寿命的提高，综合技术性能的改善，研制和生产成本的降低，甚至总体设计思想能否得到具体实现均起着决定作用。由于特种加工技术具有常规加工技术无法比拟的优点，在难切削材料、复杂型面、精细表面的加工中已成为重要的工艺手段，许多航天现代化设备，如涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工、传感器等精细表面尺寸精度达0.001m或纳米级精度，表面粗糙度0.01m的超精加工，都采用了各种特种加工技术，这给特种加工技术发挥重要作用提供了机会。如今，在现代航天制造技术中，特种加工技术占着越来越重要的地位。5.1电火花加工电火花加工也叫放电加工,是一种电加热加工过程。它是将工具电板和工件置于绝缘的德州学院机电工程系2009级机械设计制造及其自动化专业先进制造技术结课论文4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,因电极之间的放电效应产生火花放电,对金属产生腐蚀来进行加工。由于电极之间工件材料的微小体积上可集中很高的能量,足使材料熔化和蒸发,总能量的一部分释放到工具电极上造成工具磨损加工。因此,工具电极磨损和加工精度低是电火花加工的重要