特种加工技术的应用论文

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特种加工技术的应用目录特种加工技术的应用1引言1特点2加工工艺21电火花加工技术31.1电火花加工的原理31.2电火花加工的主要特点31.3电火花加工的主要用途31.4电火花加工的特性32电化学加工技术42.1电化学加工的原理42.2电化学加工的分类52.3应用电化学加工53激光加工技术53.1激光加工的原理53.2激光加工的特点63.3激光加工的应用范围64超声波加工技术74.1超声波加工的原理74.2超声波加工的特点74.3超声波加工的应用75其他加工技术75.1电子束加工75.1.1电子束加工原理75.1.2电子束加工特点和应用85.2离子束加工束85.2.1离子束加工束85.2.2离子束工的主要特点85.2.3离子束加工的应用9参考文献10致谢1010 特种加工技术的应用摘要：随着科技的进步和生产的发展，出现了许多由坚硬而又难加工材料制成的、具有精密公差尺寸和低表面粗糙度的复杂零件的加工，传统的机械加工已经不能满足这些特殊要求零件的加工，从而产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些加工方法广义定义为特种加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料的去除。本文介绍了超声波加工、电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束和离子束加工的主要特点和应用。关键词：特种加工，特点，应用引言　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。　10 　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。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、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、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工　　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。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。10 　　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。1电火花加工技术1.1电火花加工的原理电火花加工的原理是基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极之间相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬间高温，使金属局部融化，甚至气化，从而去除多余金属，达到尺寸加工的目的。1.2电火花加工的主要特点　　①能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；　　②加工时无切削力；　　③不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；　　④工具电极材料无须比工件材料硬；　　⑤直接使用电能加工，便于实现自动化；　　⑥加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；　　⑦工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。1.3电火花加工的主要用途①加工具有复杂形状的型孔和型腔的模具和零件；②加工各种硬、脆材料如硬质合金和淬火钢等；③加工深细孔、异形孔、深槽、窄缝和切割薄片等；④加工各种成形刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。1.4电火花加工的特性　　1：电火花加工速度与表面质量10 　　模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。　　2：电火花碳渣与排渣　　电火花机加工在产生碳渣和排除碳渣平衡的条件下才能顺利进行。实际中往往以牺牲加工速度去排除碳渣，例如在中、精加工时采用高电压，大休止脉波等等。另一个影响排除碳渣的原因是加工面形状复杂，使排屑路径不畅通。唯有积极开创良好排除的条件，对症的采取一些方法来积极处理。　　3：电火花工件与电极相互损耗　　电火花机放电脉波时间长，有利于降低电极损耗。电火花机粗加工一般采用长放电脉波和大电流放电，加工速度快电极损耗小。在精加工时，小电流放电必须减小放电脉波时间，这样不仅加大了电极损耗，也大幅度降低了加工速度。电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛的应用。2电化学加工技术2.1电化学加工的原理10 如图所示为电化学加工的原理。两片金属铜（Cu）板浸在导电溶液，例如氯化铜（CuCl2）的水溶液中，此时水（H2O）离解为氢氧根负离子OH-和氢正离子H+,CuCl2离解为两个氯负离子2Cl-和二价铜正离子Cu2+。当两个铜片接上直流电形成同电导路时，导线和溶液中均有电流通过，在金属片（电极）和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极得到电子而进行还原反应，沉积出铜。在阳极表面Cu原子失掉电子而形成Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阴、阳电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工的方法即为电化学加工。2.2电化学加工的分类类别加工方法及原理应用Ⅰ电解加工（阳极溶解）电化学抛光（阳极溶解）用于形状尺寸加工用于表面加工Ⅱ电镀（阴极沉积）电铸（阴极沉积）用于表面加工用于形状尺寸加工Ⅲ电极磨削（阳极溶解、机械磨削）电解放电加工（阳极溶解、电火花蚀除）用于形状尺寸加工用于形状尺寸加工2.3应用电化学加工导电磨削又称电解磨削。是电解作用和机械磨削相结合的加工过程。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.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。加工时,阴极固定不动。电解冶炼利用电解原理，对有色和稀有金属进行提炼和精炼3激光加工技术10 3.1激光加工的原理激光是一种高强度、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的（微米甚至亚微米）小斑点上，加上他本身强度高，故可以使其焦点处的功率密度达到102~1011w/cm2，温度高达10000℃以上。在这样的高温下，任何材料都会瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性的高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和冲击波抛出的综合过程。3.2激光加工的特点1、光点小，能量集中，热影响区小；　　2、不接触加工工件，对工件无污染；　　3、不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便；　　4、激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制。　　5、范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割。　　6、安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力。　　7、精确细致：加工精度可达到0.1mm　　8、效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致。　　9、高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多。　　10、成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜。　　11、切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm。　　12、切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺。　　13、热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小。　　14、适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次。　　15、节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料最大限度的套裁，地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。3.3激光加工的应用范围10 1、激光打孔；2、激光切割；3、激光打标；4、激光焊接；5、激光表面处理。4超声波加工技术4.1超声波加工的原理在工件和工具间加入磨料悬浮液,由超声波发生器产生超声振荡波,经换能器转换成超声机械振动,使悬浮液中的磨粒不断地撞击加工表面,把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强化了加工过程。因此,超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。4.2超声波加工的特点1、适合于加工各③种硬脆材料，特别市某些不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率较低。2、由于工具材料硬度很高，故易于制造形状复杂的型孔。3、加工时宏观切削力很小，不会引起变形，烧伤。表面粗糙度Ra值很小，可达0.2um加工精度可达0.05~0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。4、加工机床结构和工具均较简单，操作简单方便。5、生产率较低。这是超声波的一大缺点。4.3超声波加工的应用超声波加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但它加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体，非导体的脆硬材料，，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型（腔）孔加工、切割加工、清洗等方面。5其他加工技术10 5.1电子束加工5.1.1电子束加工原理在真空条件下，利用电子枪中产生的电子，经加速、聚焦形成高能量大密度的细电子束，轰击工件被加工部位，使该部位的材料熔化和蒸发，从而进行加工，或利用电子束照射引起的化学变化而进行加工的方法。利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束曝光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法（见电子束与离子束微细加工）。作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。5.1.2电子束加工特点和应用1电子束能够极其微细地聚焦（可达10.1um），故可进行细微加工。2加工材料的范围广。由于电子束能量密度高，可使任何材料瞬间融化、汽化且机械力的作用极小，不易产生变形和应力，故能加工各种力学性能的导体、半导体和非导体材料。3加工在真空中进行，污染小，加工表面不易被氧化。4电子书加工需要整套的专用设备和真空系统，价格比较昂贵，故在生产中受到一定程度的限制。电子束按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻等加工。5.2离子束加工束5.2.1离子束加工束离子束加工是在真空条件下，先由电子枪产生电子束，再引入已抽成真空且充满惰性气体之电离室中，使低压惰性气体离子化。由负极引出阳离子又经加速、集束等步骤，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应。由于离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，所以离子束比电子束具有更大的撞击动能，是靠微观的机械撞击能量来加工的。10 5.2.2离子束工的主要特点　　1.加工的精度非常高，是目前特种加工最精密、最微细的加工。　　2.污染少。　　3.加工应力、热变形等极小、加工精度高。　　4.离子束加工设备费用高、成本贵、加工效率低。　　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。5.2.3离子束加工的应用　　1.蚀刻加工离子蚀刻用于加工陀螺仪空气轴承和动压马达上的沟槽，分辨率高，精度、重复一致性好。离子束蚀刻应用的另一个方面是蚀刻高精度图形，如集成电路、光电器件和光集成器件等征电子学构件。　　太阳能电池表面具有非反射纹理表面。离子束蚀刻还应用于减薄材料，制作穿透式电子显微镜试片　　2.离子束镀膜加工：　　离子束镀膜加工有溅射沉积和离子镀两种形式。　　离子镀可镀材料范围广泛，不论金属、非金属表面上均可镀制金属或非金属薄膜，各种合金、化合物、或某些合成材料、半导体材料、高熔点材料亦均可镀覆。　　离子束镀膜技术可用于镀制润滑膜、耐热膜、耐磨膜、装饰膜和电气膜等。　　离子束装饰膜。　　离子束镀膜代替镀铬硬膜，可减少镀铬公害。提高刀具的寿命。10 参考文献1周旭光等编著特种加工技术西安电子科技大学出版社，2004.72张辽远编著现代加工技术第二版机械工业出版社，2008.73王瑞金主编特种加工技术特种加工技术，2011.24袁根福祝锡晶主编精密与特种加工技术北京大学出版社，2007.8致谢从老师布置论文任务到将论文完成，经历了近一个月的时间。在此期间得到了老师和同学的热心帮助，在此真心的感谢那些给予我帮助的同学，感谢老师，感谢图书馆的管理员。因为有你们的帮助，我的论文任务才能顺利完成。在此，请让我衷心的说一声：谢谢！感谢供我我借读图书的编者们，你们的资料，是我完成任务的基础。感谢那些关心祝福我的兄弟和朋友们，是你们的关心和支持让我坚持完成老师布置的任务。最后在此感谢我的父母，是您们的悉心教导才有我的现在。借此说一声：爸爸、妈妈您们辛苦了。10