现代加工技术-基于电能和化学能的特种加工

特种加工技术的现代应用及其发展研究摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。

本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。

关键词：特种加工电火花加工电化学加工高能束流加工超声波加工复合加工1、特种加工技术的特点现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。

与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。

1.1以柔克刚。

因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用简单运动加工复杂型面。

特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。

特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。

因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。

它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。

其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。

1.4可以获得优异的表面质量。

由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。

热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。

各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。

由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。

许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀螺、传感器等精细表面尺寸精度达0. 001Pm 或纳米（nm）级精度，表面粗糙度#$ <0. 01Pm 的超精密表面的加工，非采用特种加工技术不可。

非常工艺:八大特种加工技术特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

一、特种加工的发展和定义传统的机械加工已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作用。

目前我们的大部分产品还是依靠传统的方法加工和装配得到的，如我们的家用电器：电冰箱、洗衣机、空调等；我们的交通工具：如汽车、火车、飞机等，以及各种武器装备：枪、炮、坦克、火箭等。

传统的机械加工方法是用机械能量和切削力切除多余的金属，使零件具有一定的几何形状、尺寸和表面粗糙度。

它要求刀具材料比工件材料硬。

随着科学技术的发展，特别是上个世纪50年代以来，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的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，它们使用的材料越来越难加工，零件的形状越来越复杂，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，因而对机械制造部门提出一些新的要求：•解决各种难切削材料的加工问题。

如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝玉石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。

•解决各种特殊复杂表面的加工问题。

如喷汽涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模和注射模的立体成型表面，各种冲模、冷拔模上特殊断面的型孔，炮管内膛线，喷油咀、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。

•解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。

如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。

要解决上述一系列工艺问题，仅仅依靠传统的切削加工方法就很难实现，甚至根本无法实现。

人们相继探索研究新的加工方法，特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。

特种加工，国外称作非传统加工（Non - Traditional Machining, NTM）或非常规加工（Non –ConventionalMachining,NCM），是一种采用不同于传统切削磨削加工工艺及装备的加工技术，是将电、磁、声、光、热等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合直接施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形及改变性能等。

现代加工技术的发展1.1 现代加工技术现代加工亦称“非传统加工”或“特种加工”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

现代加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。

特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。

直接利用光能、热能、声能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。

现代加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。

50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。

这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。

对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

现代加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。

1.2 现代加工的独到之处与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：(1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。

(2)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。

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

(4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。

表示。

1.3 现代加工技术的发展特种加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。

加工工艺特种加工工艺是直接利用各种能量，如电能、光能、化学能、电化学能、声能、热能及机械能等进行加工的方法。

1、“以柔克刚”，特种加工的工具与被加工零件基本不接触，加工时不受工件的强度和硬度的制约，故可加工超硬脆材料和精密微细零件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。

2、加工时主要用电、化学、电化学、声、光、热等能量去除多余材料，而不是主要靠机械能量切除多余材料。

3、加工机理不同于一般金属切削加工，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度，其残余应力、冷作硬化、热影响度等也远比一般金属切削加工小。

4、加工能量易于控制和转换，故加工范围广，适应性强。

电火花加工利用电火花加工原理加工导电材料的特种加工。

又称电蚀加工。

电火花加工主要用于加工各种高硬度的材料（如硬质合金和淬火钢等）和复杂形状的模具、零件，以及切割、开槽和去除折断在工件孔内的工具（如钻头和丝锥）等。

电火花加工机床通常分为电火花成型机床、电火花线切割机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。

电火花线切割加工电火花线切割加工是电火花加工的一个分支，是一种直接利用电能和热能进行加工的工艺方法，它用一根移动着的导线（电极丝）作为工具电极对工件进行切割，故称线切割加工。

线切割加工中，工件和电极丝的相对运动是由数字控制实现的，故又称为数控电火花线切割加工，简称线切割加工。

（1）按走丝速度分：可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割机床。

（2）按加工特点分：可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型线切割机床。

（3）按脉冲电源形式分：可分为RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源线切割机床。

电火花加工工艺（1）电火花加工机床加工工艺单电极法用单个电极加工工件，一般用于形状简单、精度要求不高的工件。

单电极加工也可用平动头摇动实现工件的粗、中、精加工。

研究生课程（论文类）试卷
2 0 10 学年第 1 学期
课程名称：现代加工技术
课程代码：14000104
论文题目：基于电能和化学能的特种加工概述及其发展学生姓名：
专业﹑学号：机械制造及其自动化
学院：机械工程学院
0-2 脉冲电压施加于工具电极与工件电极之间；
2-3 雪崩电离开始，建立放电通道；
3-4 熔化、气化了的电极材料蚀除、抛出；
4-5 一次脉冲放电结束
图1 极间放电电压和电流波形
t i —脉冲宽度；t
o
—脉冲间隔；T
p
—脉冲周期图2 矩形波脉冲电源的电压波形
1．工作台2．导向轮3．钼丝4．储丝桶5．绝缘垫
6．T件7．脉冲电源
图4 电火花成形加工原理图
1-脉冲电源；2-伺服系统；3-机床床身；4-工具电极；5-工件；6-工作液泵；7-过滤器；8-工作台；9-工作液
图5 电化学反应原理图
1-阳极；2-电解液；3-阳离子；4-电流方向；5-电
子方向；6-阴离子；7-阴极
图6 电解加工装置示意图
1-直流电源；2-工具电极；3-工件阳极；4-电解液
泵；5-电解液
图7 电铸原理示意图
1-电铸槽；2-阳极；3-电铸层；4-直流电源；5-原模；6-搅拌器；7-电铸液；8-过滤器；9-加热器；10-泵
图7 电铸原理示意图
1-工件；2-镀液；3-电源；4-镀笔；5-棉套；6-容器。

论文：特种加工技术对社会发展的作用摘要：当前，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重要。

本文对什么是特种加工、特种加工的方法、种类以及发展趋势等概要描述。

从而更加突出显示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：特种加工发展应用目录引言： (1)一．特种加工发展的必要性 (1)二．特种加工的分类 (2)三．特种加工在社会中的应用 (4)四．特种加工的发展趋势 (5)五．参考文献 (6)特种加工技术对社会发展的作用引言：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，它对社会工业的发展起着不可忽视的作用。

一．特种加工发展的必要性20世纪50年代以来，航空航天工业、核能工业、电子工业以及汽车工业的迅速发展，科学技术的突飞猛进，众多产品均要求具备很高的强度重量比与性能价格比，有些产品则要求在高温、高压、高速或腐蚀环境下长期而可靠地工作。

为适应这一要求，各种新结构、新材料与复杂的精密零件大量出现，其结构形状愈来愈复杂，材料性能愈来愈强韧，精度要求愈来愈高，表面完整性愈来愈严格……而使机械制造部门面临一系列严峻的任务，为此，必须解决以下一些加工技术问题：a)各种难切削材料的加工问题，如硬质合金、钛合金、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。

b)各种特殊复杂表面的加工问题，如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机匣、锻压模和注射模的立体成形表面，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。

c)各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题，如对表面质量和精度要求很高的航空航天陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。

特种加工技术特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

中文名特种加工外文名Special Machining 普及时间二十世纪四十年代目录一概述二发展三特点四运用领域五独到之处六加工工艺七加工技术1、电火花2、激光3、电子束4、离子束5、电加工6、超声波7、数控八发展方向一、概述：特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具特种加工：特种加工、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。

特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。

直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。

特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。

50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。

这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。

对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。

二、发展：特种加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。

为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。

现代加工技术作者姓名：xx专业名称：指导教师：xx学号：摘要现代加工技术是指直接利用机械能、电能、热能、光能、声能、化学能、机电化学能等进行加工的总称且又称特种加工。

与传统的切削的区别在于：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量去除工件上的多余材料；工具硬度可以低于被加工材料的硬度；加工过程中工具与工件之间一般不存在显著的切削力。

传统的机械加工，除磨削以外一般都安排在淬火热处理工序之前，特种加工的出现，改变这一成不变的程序。

由于特种加工工具往往不直接接触工件，其硬度可以低于被加工材料的硬度，而且为了避免淬火引起的变形，可将某些工序放在淬火后加工效果更好。

例如：激光加工、电火花切割加工、电火花成行加工等等。

关键词：特种加工激光加工AbstractModern processing technology is the direct use of mechanical, electrical, heat, light, sound energy, chemical energy, chemical energy such as electrical and mechanical processing of general and special processing known. With the traditional cutting of the difference is: It is not mainly rely on mechanical energy, but mainly with other energy to remove excess material on the workpiece; Tool hardness can be less than the hardness of the processed material; processing tool and the workpiece is generally not significant between the cutting force.Traditional mechanical processing, in addition to grinding than are generally arranged in quenching heat treatment process prior to the emergence of special processing, change the static procedure. Because of special processing tools are often not direct contact with the workpiece, the hardness can be less than the hardness of the material being processed, and to avoid distortion caused by quenching can be some of the processes on the quenching process better. For example: laser processing, EDM cutting, EDM machining, and so make the trip.Key words :Special processing Laser processing目录摘要................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................... I I 目录.............................................................................................................. I II 前言. (1)1 现代加工技术的发展 (2)1.1 现代加工技术 (2)1.2 现代加工的独到之处 (2)1.3 现代加工技术的发展 (3)1.4 现代加工技术的特点 (3)2 激光加工技术 (5)2.1 激光加工技术的应用 (5)2.2 制造业中的应用 (5)2.3 激光加工原理及其特点 (7)2.4激光加工 (8)2.5 激光技术的发展前景 (10)总结 (12)参考文献 (13)前言随着科技的进步，制造业中现代加工技术不断地创新，突出的特点就是加工的方法与传统的方法所不同。

特种加工技术的发展及其应用特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。

特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。

直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。

特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。

特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。

20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。

50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。

这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。

对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

特种加工技术的特点加工范围上不受材料强度、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、高脆性及热敏材料以及特殊的金属和非金属材料。

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。

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0.51μm，表面粗糙度可达镜面 Ra0.02μm。

特种加工技术，也被称为“非传统加工”或“现代加工方法”，是一种不同于传统机械加工的新工艺。

它利用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量，实现对材料的去除、变形、性能改变或镀覆等加工过程。

这种加工方法并不直接利用机械能切除多余材料，而是通过特定的能量形式与材料相互作用，达到加工的目的。

特种加工技术是近几十年发展起来的新工艺，是对传统加工工艺方法的重要补充与发展，仍在继续研究开发和改进。

它广泛应用于各种领域，如航空航天、汽车、模具、电子等行业的复杂零件和结构的加工。

以上内容仅供参考，建议查阅专业加工书籍或文献以获取更多有关特种加工技术的定义。

现代特种加工技术特种加工是用特别规的切削加工手段，利用电、磁、声、光、热等物理及化学能量直接施加于被加32212件部位，达到材料去除、变形以及转变性能等目的的加工技术。

一、激光加工激光加工是加世纪60年月进展起来的新技术，它是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。

近年来，激光加工被越来越多地用于打孔、切割、焊接、表面处理等加工工艺技术。

1．激光加工原理激光是一种经受激辐射产生的加强光。

其光强度高，方向性、相干性和单色性好，通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的微小光斑，从而获得极高的能量密度。

当激光照耀到工件表面时，光能被工件快速汲取并转化为热能，致使光斑区域的金属蒸气快速膨胀，压力突然增大，熔融物以爆炸式高速喷射出来，在工件内部形成方向性很强的冲击波。

激光加工就是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。

2.激光加工的特点1）激光加工功率密度高；2）激光光斑小；3）激光加工属于非接触加工，没有明显的机械力，没有工具损耗，可加工已变形的薄板和橡胶等弹性零件；4）加工速度快，热影响区小；5）加工影响因素许多。

3.激光加工的应用（1）激光打孔（2）激光切割（3）激光焊接（4）激光表面处理二、超声波加工1．超声波加工基本原理人耳能感受的声波频率是在16-16000Hz范围内，频率超过160001-Iz 的声波称之为超声波。

超声波加工是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形加工方法。

加工时在工具1与工件2之间加入液体(工作液)与磨料混合的悬浮液3，并使工具以很小的力9轻轻压在工件上。

超声换能器6产生16000Hz以上的超声频纵向振动，并借助于变幅杆4、5把振幅放大到0.05-0.1mm左右，驱动工具端面作超声振动，迫使悬浮液中的磨料以很大的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工表面，把被加工表面的材料粉碎成很细的微粒，从工件上被打落下来。