特种加工技术学习总结

特种加工技术学习总结（通用6篇）

篇1：特种加工技术学习总结

激光加工

特种加工技术中有很多的加工方法，我比较感兴趣的就是激光加工。激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快，表面变形小，可以加工各种材料，已经在生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性，所以很受人们的重视。

激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的。激光是可控的单色光，它强度高、能量密度大，可以在空气介质中高速加工各种材料，因此它的应用越来越广泛。激光的光发射是以受激辐射为主，因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系，正因如此，激光具有强度高，单色性好，相干性好和方向性好的优点。

激光加工的基本设备包括激光器、激光器电源、光学系统及机械系统等四大部分。激光器是激光加工的重要设备，它把电能转化为光能，产生激光束。激光器按激活介质的种类可以分为固体激光器和气体激光器，按工作方式可分为连续激光器和脉冲激光器。固体激光器一般采用采用光激励，能量转化环节多，光的激励能量大部分转换为热能，所以其效率低。气体激光器一般采用电激励，因其效率高、寿命长、连续输出功率大，所以广泛用于切割、焊接，热处理等加工。常用于材料加工的气体激光器有二氧化碳激光器、氩离子激光器等。

常用的激光加工工艺有激光打孔，激光切割，激光刻蚀打标记等。

激光打孔的成形过程是材料在激光热源照射下产生的一系列热物理现象综合的结果。激光打孔适合于自动化连续打孔，其直径可以小到0.01mm一下，深径比可达50:1。激光几乎可以在任何材料上打微型小孔，目前激光打孔已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤维喷丝板打孔、钟表及仪表中的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等方面。

激光切割的原理和激光打孔原理基本相同，不同的是，激光切割中工件于激光束要相对移动，在生产实践中一般都是移动工件。激光切割大都采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器，但连续输出的激光束会因热传导而使切割效率降低，同时热影响层也较深。因此，在精密机械加工中，一般都采用高重复频率的脉冲激光器。激光可用于切割各种各样的材料。它可以切割金属也可以切割非金属；它可以切割无机物也可以切割皮革之类的有机物；它可以切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料也可以对细小部件作各种精密切割。

激光刻蚀打标记的加工工艺也很受人们的青睐。小功率的激光束可用于对金属或非金属表面进行刻蚀打标，加工出文字图案或工艺美术品。例如，可在竹片上刻写缩微的孙子兵法、毛主席诗歌等。

篇2：特种加工技术学习总结

概念（15分5个）分析解答（24分4个）线切割（16分）精密加工机床目前的研究方向？

答提高机床主轴的回转精度，工作台的直线运动精度以及刀具的微量进给精度。2 精密加工机床工作台的直线运动精度由（导轨）决定的。3 精密加工机床（必须使用微量进给装置）提高刀具的进给精度。4 在超精密切屑中，金刚石刀具哪些比较重要的问题需要解决？

答：一是金刚石晶体的晶面选择，这对刀具的使用性能有重要的影响；二是金刚石刀具刃口的锋利性，即刀具刃口的圆弧半径。5 扫描隧道显微镜的分辨率为（0.01nm），它的功用如何？

在扫描隧道显微镜下可移动原子，实现精密工程的最终目标—原子级精密加工 6 金刚石刀具和立方氮化硼刀具的用途如何？

答：应用天然金刚石车刀对铝、铜和其他软金属以及合金进行切削加工，立方氮化硼等新型超硬刀具材料，他们主要用于黑色金属的精密加工。7 超精切削加工时，积屑瘤高度对切削力的影响如何？

答积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，这和普通切削黑丝规律相反。8 金刚石晶体的理解概念？

答：解理。当垂直于金刚石（111）晶体面的拉力超过某特定值时，两相邻的（111）面分离，产生解理劈开。金刚石晶体的那个晶面适合作刀具的前后刀面？

答：为了增加切削刃的微观强度，减小破碎概率，应选用强度最高的（100）晶面作为金刚石刀具的前后刀面。天然单晶金刚石刀具用于精密切削，其破损和磨损不能继续使用的标志是？ 答：加工表面粗糙度超过规定值。超精密加工机床的主轴部件通常采用哪些类型的轴承？这些轴承各有哪些特点？答：液体静压轴承主轴和空气静压轴承主轴

液体静压轴承主轴优点：回转精度可达0.1um，且转动平稳，无振动，因此某些超精密机床主轴使用这种轴承。缺点：液体静压轴承的油温升高，在不同转速时温度升高值不相同，因此要控制恒温较难，温升造成的热变形会影响主轴回

转度。静压油回油时将空气带入油隙中，形成微小气泡不易排出，这将降低液体静压轴承的刚度和动特性。空气静压轴承主轴：它也具有很高的回转精度。由于空气的黏度小，主轴在高速转动时空气温升很小，因此造成的热变形误差很小。空气轴承的刚度较低，只能承受较小的载荷。超精密且学士切削力很小，空气轴承满足要求，放在超精密机床得到广泛应用。12 超精密加工机床床身和导轨的材料，可采用哪些材料？ 答:1）优质耐磨铸铁 2）花岗岩

3）人造花岗岩 超精密加工机床中的微量进给装置普遍采用的形式有哪一种？ 答：电致伸缩式 压电或电致伸缩式微量进给装置的突出特点和用途？ 答：特点：压电或电致伸缩式微量进给装置具有良好的动态特性

用途：可用于实现自动微量进给。15 什么是超硬磨料？

答：金刚石、立方氮化硼及他们为主要承认的复合材料。16 精密磨削机理主要是什么？

答：1）磨粒的微刃性

2）磨粒的等高性

3）微刃的滑擦、挤压、抛光作用 4）弹性变形的作用 17 磨削烧伤概念？

答：磨削时，由于磨削区域的瞬时高温（一般900～1500℃）到相变温度以上时，形成零件表面层金相组织发生变化（大多数表面的某些部分出现氧化变色），使金属强度和硬度降低，并伴有残余应力产生，甚至出现微观裂纹。精密磨削中为什么要控制机床的热变形？减少机床热变形的措施是有哪些？ 解答：温度变化对精密机床加工误差的影响，工件温升引起的加工误差占总误差的40%~70%。措施：（1）尽量减少机床中的热源（2）采用热膨胀系数小的材料制造机床部件（3）机床结构合理化（4）使机床长期处于热平衡状态，使热变形量成为恒定（5）使用大量恒温液体喷淋，形成机床附近布局地区小环境的精密恒温状态。19 精密研磨属性？

答：它属于游离磨粒切削加工 什么是非接触抛光？

答：（概念）是一种研磨抛光新技术，是指在抛光中工件与抛光盘互不接触，依靠抛光剂冲击工件表面，以获得加工表面完美结晶性和精确形状的抛光方法，其去除量仅为几个到几十个原子级。

什么是弹性发射加工？弹性发射加工是指加工时研具与工件互不接触，通过微粒子冲击工作表面，对物质的原子结合产生弹性破坏，以原子级的加工单位去除工件材料，从而获得无损伤的加工表面。21 电火花腐蚀微观过程分为那几个阶段？

答：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀；3蚀除产物的抛出；4极间介质的消电离。22 电火花粗槽加工时工件各应接什么电极？

答：精加工时，应选用正极性加工；粗加工时，应采用负极性加工。23 电火花加工一般采用（单向脉冲）电源。极性效应的概念，如何在生产中利用极性效应？（解答）

答：在电火花加工过程中，这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。在电火花加工中极性效应越显著越好，这样，可以把电蚀量小的一极作为工具电极，以减少电极的损耗。电火花加工工具电极相对损耗是（产生加工误差）的主要原因之一。如何降低工具电极的相互对损耗？

答：1极性效应（正确选择极性和脉宽）2吸附效应3传热效应4材料的选择 26 电火花加工需要具备哪些条件才能进行的？

答：1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，必须具有电极的自动进给和调节装置。

2.两极之间行充入有一定绝缘性能的介质。3.电火花加工必须采用脉冲电源。电火花加工表面质量主要包括哪三部分？

答：（1）必须使用工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙（2）两极之间应充入有一定绝缘性能的介质（3）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电 电火花加工成形机床中主轴电头的作用？

答：主轴头是电火花成形机床中最关键的部件，是自动调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。按图4.14简述电火花技工RC线路脉冲电源的工作过程？

答：当直流电源接通后，电流经充电电阻R向电容C充电C两端的电压按指数曲线上升，因为电容两端的电压就是工具电极和工件间隙两端的电压，因此当电容C两端的电压上升到等于工具电极和工件间隙的击穿电压Ud时，间隙就被击穿，此时电阻变得很小，电容器上储存的能量瞬时放出，形成较大的脉冲电流ie，电容上的能量释放后，电压下降到接近于零，间隙中的工作液又迅速恢复绝缘状态，完成一次循环。此后电容器再次充电，又重复前述过程。如果间隙过大，则电容器上的电压uc按指数曲线上升到电流电源电压U。30 对材料是硬质合金耐热合金的工件的深孔加工最有效的加工工艺是什么？ 答：较深较小的孔采用研磨方法加工 31 线切割适合加工什么材料和形状的工件？

答：可以加工硬质合金等一切导电材料，由于电极丝比较细可以加工微细异型孔、窄缝和复杂形状的工件。主要是平面形状。32 电火花线切割加工的间隙状态一般有哪三种？ 答：正常火花放电、开路和短路 33 线切割属于那种极性的电火花加工？ 答：属中、精正极性电火花加工

高速走丝电火花线切割加工主要采用（钼丝）材料做电极丝。工作液通常采用（乳化液），也可采用（矿物油）、(去离子水)等。35 俩种速度走丝的线切割加工的精度，哪种较高？

答：低速走丝，电极丝只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免电极丝损耗为加工精度带来的影响。36线切割走丝机构的作用？

答：走丝机构使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。37 高速走丝线切割机床的控制系统普遍采用（逐点比较法）控制。38 线切割加工的主要工艺指标有哪些？

答：1）切割速度2）表面粗糙度3）加工精度4）电极丝损耗量 39 高速走丝切割加工由于电极的往复运动会造成怎样的斜度？

答：电极丝上下运动时，电极丝进口处与出口处的切缝宽窄不同。宽口是电极丝的入口处，窄口是电极丝的出口处。

什么是电化学反应？在阴、阳极表面发生得失电子的化学反应。

什么是电化学加工？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。电化学加工在阳极和阴极上各发生什么电化学现象？阳极上为电化学溶解，阴极上为电化学沉积。

法拉第第一定律的内容是什么？

答：在电极的两相界面处（如金属/溶液界面上）发生电化学反应的物质质量与通过其界面上的电量成正比。42 熟悉教材中例6-1的问题方法？

答：要在厚度为40mm的45钢板上加工50mm*40mm的长方形通孔，采用NaCl电解液，要求在8min完成，加工电流需要多大？如配备的是额定电流为5000A的直流电源，则进给速度能达到多少？加工时间多长？

电解加工中加工间隙的作用？

答：加工间隙是电解加工的核心工艺要素，它直接影响加工精度、表面质量和生产率，也是设计工具阴极和选择加工参数的主要依据。44 按图6.18指出电铸加工的基本原理？

答：

1、将电铸材料作为阳极，原模作为阴极，电铸材料的金属盐溶液做电铸液。

2、在直流电源的作用下，阳极发生电解作用，金属材料电解成金属阳离子进入电铸液，在被吸引至阴极获得电子还原而沉积于原模上。

3、当阴极原模上电铸层逐渐增厚达到预定厚度时，将与其原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。

激光加工的基本设备有哪些？

答：（1）激光器（2）激光器电源（3）光学系统（4）机械系统 46 激光切割时对焦点的位置有何要求？

位于工件表面或低于工件表面时，可以获得最大的切割深度和较小的切缝宽度 47 电子束加工通过什么效应进行？各种功率密度电子束加工的用途？ 答：1）电子的动能瞬间大部分转变为热能。2）在低功率密度时，电子束中心部分的饱和温度在熔化温度附近，这时通化坑较大，可作电子束熔凝处理。中等功率密度照射时，出现熔化，汽化和蒸发，可用于电子束焊接。用高功率密度照射时，电子束中心的饱和温度远远超过蒸发温度，是材料从电子束的入口处排除出去，并有效地向深度方向加工，这就是电子束打孔加工。高功率密度电子束除打孔，切槽外中功率焊接。

离子束加工的概念和特点？

答：离子束加工的原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，将氩、氪、氙等惰性气体，通过离子源产生离子束经过加速、集束、聚焦后，以其动能轰击工件表面的加工部位，实现去除材料的加工。特点：加工应力小，变形小。49 超声波加工的用途？超声波清洗的原理？

答：适合于加工各种不导电的硬脆材料，例如玻璃、陶瓷、石英、锗、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。对于导电的硬质金属材料如淬火钢、硬质合金等，也能进行加工，单加工生产率较低。对于橡胶则不可进行加工。

超声波清洗的原理：主要是基于清洗液在超声波的振动作用下，使液体分子产生往复高频振动，引起空化效应的结果

超高压水射流加工是否属于绿色的加工范畴？答：属于。在（石材）加工领域，它具有其他工艺方法比拟的技术优势。51 点解磨削是靠（电解）作用来去除金属。

熟悉特种加工方法的具体用途？电火花加工，线切割加工，电解加工，电子束加工（高速打孔），离子束加工(刻蚀)，激光加工（打孔），超声波加工（清洗）等？答：

精密磨削是指加工精度为1~0.1um、表面粗糙度Ra值达到0.2~0.025um，又称低粗糙度值磨削。

AB段：B4 B2 B40000 Gx L1 BC段：B

B

B20000 Gx L1 CD段：B0 B20000 B20000 Gy SR1 DE段：B

B

B30000 Gy L4

EF 段：B

B

B80000 Gx L3 FA 段：B

B

B30000 Gy L2

3B编程 解 R=25 AE=25-15=10 DE=20 AB段：B0 B25000 B25000 Gy SR1 BC段：B45 B15

B45000 GxL3 CD段：B20000 B15000 B30000 GySR3 DE段：B

B

B20000 GxL1 EA段：B

B

B10000 GyL2 编写电极丝中心轨迹为直径20mm的圆的线切割3B程序

B10000 B0 B10000 Gx L1 B10000 B0 B40000 Gy NR1 B10000 B0 B10000 Gx L3 若要切割一个直径为20mm的圆孔，设穿丝顶孔打在孔中心处所用钼丝直径为0.12mm，单边放放电间隔0.01mm，写出此线切割的3B程序。B

B

B9930

Gx L1

引入直线段 B9930 B0 B39720 GYNR1

切割整圆 B

B

B9930

Gx L3

引出直线段 D

结束

篇3：模具特种加工技术教学探索

模具特种加工技术是直接利用电能、光能、化学能、电化学能等进行加工, 可以加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料, 主要有电火花成型加工、数控线切割加工等, 是模具设计与制造、数控应用技术专业的重要课程。模具特种加工技术在现代工业中具有重要地位, 从业人员技术要求高, 市场需求大。

为了培养专业技术人才, 目前模具特种加工课程主要采用的是传统教学方式和项目教学模式, 项目教学是以学生为中心而设计的一种教学模式, 更适合于学生技能的掌握, 但在实际教学中, 无论是传统教学还是项目教学都似乎缺少点什么, 学生接受新知识的能力和速度仍然不很乐观, 自我约束和自我学习创造能力并未得到充分体现。如何能提高学生的学习兴趣和动力, 如何让学生自主自发的学习, 并能快速适应市场需求, 成为技术能手, 成为市场的抢手资源, 是广大教师需要思考和探索的问题。

古人有云:师者, 传道、授业、解惑也。授业, 即专业技能培养, 是教师们绞尽脑汁要解决的问题, 并且取得了一定的成果, 比如项目教学, 实训教学, 多媒体教学等。而解惑却似乎做的还不够。对于学生来讲, 模具特种加工技术是一门新课程, 学生在学习前是否已经准备好, 他们了解这门学科吗?都有哪些困惑?如果我们能深度剖析学生的困惑, 研究学生的思想认识、认知规律、心理变化等问题, 给学生一个清晰的认知和方向, 将会使教学事半功倍。我们要的不是学生被动地接受知识, 而是学生能够自主自发地学习和创造, 有兴趣、有动力、有方向。为了达到这个目标, 我们把教学分成两大部分, 解惑和授业。

二、提高学生的学习兴趣和动力, 促使学生自主自发地学习

1. 解惑。

面对一个新的课程, 学生大多是困惑的, 因为他们不了解的太多了, 所以对学习的课程没有原始的兴趣和动力, 兴趣和动力对是否能学好课程起关键作用, 产生兴趣和动力我们需要从解惑开始。学生要知道这是一门什么课程, 这门技术有什么应用, 就业时能否用到, 工作环境怎样, 薪水如何, 未来发展如何, 这样的企业是如何运转的, 学习起来是否容易、有趣, 学习前需要做好什么准备, 学习中要怎样做, 这些都是我们在教学中要给学生解惑的内容。

我们先准备好这些困惑的答案, 然后再以合适的方式来给学生们解惑, 通过生动、有趣和直观的方式将各种丰富的信息展示给学生, 让学生在不知不觉中喜欢上这门学科, 并且有自己要学的冲动, 这样才能达到最佳的教学效果。

选择具有吸引力的教学方式, 主要有以下几种: (1) 多媒体介绍。设计多媒体课件, 以PPT的形式播放;录制视频影像, 记录电火花机床的工作情况、工厂的环境以及加工的工件等丰富的内容, 视频中增加背景讲解及现场采访, 对电火花加工的技术、场地、维修、调整等进行多方面的介绍。 (2) 实地参观。到不同规模的工厂参观, 进一步加深对电火花加工的认识, 同时邀请工厂培训师讲解公司的运营模式, 让学生提前体会企业的运作和未来可能的工作环境。 (3) 模型、实物以及实习场地的参观与讲解。同样是以直观的方式让学生在学习新课程前对这门技术有个整体的概念。学生有了一个比较完整的认知, 再进行课程学习就会更容易接受, 并且会提出更多的问题。 (4) 典型案例分享。联系毕业后在企业中表现优秀的毕业生, 请他们来分享职业发展过程, 讲讲他们是如何获得成功的, 如何一步步成为技术能手和企业主管的, 分享他们遇到的困难和困惑, 以及他们对在校学生的建议和看法。倡导积极向上的、自我约束和主动学习的思想, 给学生以精神上的鼓励和指导。

好的方法再配上丰富的内容, 解惑的工作就一定会收到好的效果。通过对企业的调研和同学之间的交流, 为学生的一些困惑找出了答案。模具特种加工技术的主要内容是电火花成型加工和数控线切割加工, 主要的应用是加工高强度、高硬度、高韧性、高脆性、耐高温等材料, 比如凸凹模等, 电火花及线切割技术的技术能手市场需求很大, 薪水在基础加工行业中属中上水平, 工作的环境有好也有坏, 但劳动强度不高。这门技术学精了在行业内会很抢手, 同时未来容易成为企业的骨干。教学方式会采用项目教学法, 由简单任务到复杂任务, 达到掌握全面技术的目标。学习中会采用很多形象的、通俗易懂的教学方法, 以及校内及企业实习的方式, 学习起来会比较轻松。为提高和扩展学习提供条件, 学生可以申请课外机床操作等。

项目教学前的解惑课程安排十分必要, 可以安排8到10个课时。解惑课程的安排是各门技能学科都可以借鉴的好方法, 为接下来的授业做足够的铺垫, 促使学生自主自发地学习。

2. 授业。

传统的教学方式理论和事件脱节, 不容易让学生接受。而项目教学却将理论和实践紧密的结合起来, 以任务为驱动, 以工作过程为导向, 以学生为主体, 引入企业的真实案例作为教学案例, 并按照工作过程分解成为若干个学习任务, 从最简单的学习任务开始, 逐步过渡到具有中等复杂程度的学习任务。学生在刚开始不是很适应项目教学形式, 角色的转变让他们有些无所适从, 但通过前面的解惑过程, 学生们已经对新课程有了整体的认识, 很快便进入了角色。为了更好地推动项目教学, 向学生推荐了《成功的项目管理》和《高效能人士的七个习惯》两本书, 作为学生课后自学书籍, 增长学生的见识, 并从“传道”的角度提高学生的能力和素质, 其中的很多方法和理念也为项目教学提供了很好的参考。

教学环节的设计坚持学生是学习过程的中心, 教师是学习过程的组织者与协调人, 遵循资讯、计划、决策、实施、检查、评估这一完整的行动过程序列, 在教学中教师与学生互动, 让学生在自己的动手实践中, 掌握职业技能、习得专业知识, 从而获得经验。

在项目教学的教学改革中编制了校本教材, 将教学内容分成了五个项目, 分别为方孔冲模的加工任务、注塑模型腔的加工任务、冲裁模的电火花线切割加工任务、应用ISO及3B代码编程加工零件任务、CAXA数控线切割自动编程软件。项目中又分配了多个任务, 分别为电火花加工的基本知识任务、电火花加工的工艺知识、电火花成型加工任务、数控电火花加工方法、电火花线切割的使用、维护和保养任务、数控电火花线切割的工艺、采用补偿方式加工凸模零件任务、应用3B代码编程加工落料凹模。

三、结束语

篇4：模具特种加工技术及应用

模具的特种加工技术与普通机械加工技术有本质的不同,它不要求工具材料比工件材料更硬,也不需要在加工过程中施加明显的切削力,而是直接利用电能、化学能、光能和声能对工件进行加工,以达到一定的几何尺寸精度和表面粗糙度。目前,应用最广泛、最普遍的模具特种加工技术是电火花成形加工和电火花线切割加工。

一、电火花成形加工

加工原理:基于工具电极与工件电极(正极与负极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象,来对工件进行加工。

1.加工特点

(1)模具材料的选用范围宽。利用脉冲放电加工,可以加工任何硬、脆、韧及高溶点的导电材料。

(2)工具电极材料要求低。加工时工具电极与工件不接触,二者之间不存在明显的宏观作用力,工具材料(紫铜、石墨)不必比工件硬。

(3)工件加工精度和表面质量高。脉冲放电持续时间短促,约为10-7～10-3s,放电所产生的热量来不及传散到材料的内部,使得工件表面的热影响区很小。同时,由于脉冲参数能在一个较大范围内调节,可以在同一台机床上连续进行粗、中、精、精微加工,精加工尺寸精度可控制在±0.01mm,表面粗糙度为Ra0.63～1.25,精微加工时尺寸精度能达到0.002～0.004mm,表面粗糙度为Ra0.004～0.16。

(4)生产效率高。由于是利用电能进行加工,便于自动化生产和计算机智能生产。

2.常见应用

(1)冷冲模具是生产中应用较多的一类模具,其凹模大多数难以采用传统机械加工方法制作,且在热处理时常因淬火变形或开裂导致模具报废,采用电火花成型加工工艺,模板可先行淬火,令其变形后加工凹模,避免了热处理变形的弊端。而且模板可制成整体,无需镶拼,既简化了模具结构又能提高模具的强度和寿命。

(2)注塑模具和压胶模具,在机械铣削型腔后,用普通刀具难以加工,精铣时有些部位有普通加工方法也无法保证加工精度,这时我们可用电火花加工。

(3)大型模具常用电火花加工作为铣削加工后的补充加工手段。

(4)精微模具加工。如变速齿轮、专用锥齿轮,先采用机械切削加工模具外表及型腔,预留0.03～0.1mm加工余量, 然后采用电火花成型加工,加工表面粗糙度可以达到Ra1.25～2.5,无需钳工修型或抛光即可使用。

(5)现代塑料制品,特别是各种壳体装饰表面,如:照相机、计算器、手机等机壳表面,要求外壳表面呈均匀细小类似喷砂的效果,称为“亚光”处理,以达到视觉柔和不反光刺眼,手感舒适的效果。利用电火花加工,在保证型腔几何尺寸精度的前提下,在模具型腔表面得到均匀分布的电火花放电痕迹,其粗细可按产品的需要而决定,从而达到“亚光”的效果。

随着科学技术的发展,对于精微零部件的加工和有些刀具与工件发生干涉部位的加工,采用数控多轴联动电火花成型加工,具有更高的经济效益。

二、电火花线切割加工

1.加工原理

基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理,采用不断移动的电极丝作为工具,工件则按预定的轨迹进行运动,极间金属瞬间熔化和汽化,而切割出所需要的零件。

2.加工特点

(1)只能加工以直线为母线的曲面。用电极丝作为加工工具,加工表面母线必须为直线。

(2)加工速度快,工件材料损耗少。国外慢走絲电火花线切割机床可达300mm/min,国产快走丝线切割加工效率可达150mm/min;切削丝直径很小,一般为0.2mm,工件材料被腐蚀的量很少,这也有助于提高加工速度,而且加工下来的材料还可以利用。

(3)加工精度高,表面质量好。加工时细长的电极丝移动,使单位长度电极丝的直径损耗较小,有助于电火花线切割加工精度控制在±0.01mm以内。对于慢走丝电火花线切割来说,电极丝只使用一次,电极损耗对加工精度的影响更小,能够方便地加工各种复杂的精密零件,包含各种微槽和窄缝,并且采用精标准一次加工成型,在加工过程中不需要转换加工标准。

(4)生产效率。电火花线切割技术在生产应用中,不断完善,具有智能化、网络化、无人化控制的特点,采用集中编程,专人管理,企业内部数据共享,方便CAD/CAM运行。车间控制微机可选择一控一或一控四的多控方式,采用无盘微机也不会感染电脑病毒。

3.应用

电火花线切割可以应用在于模具加工、刀具、量具加工、化工与化纤设备零件加工等多种场合。具体在机床上加工可采用专用附件组合,如精密坐标磨削与精密电火花磨削复合,高速电火花线切割作为粗加工工序,精密坐标磨削加工工作为精加工工序,可以达到速度快,精度高的目的。对于一些特殊要求的部位,如0.04～0.06mm窄缝,R=0.02～0.03mm的内圆加工,可采用细电极丝的电火花线切割加工,另外根据不同的制作需要,如切削功能、穿孔功能、雕铣功能,均能借助相应选配附件进行加工,从而扩大机床加工范围。为适应模具制造业的需要,我国快走丝线切割机床,自身的制造精度及加工精度也日趋完善,锥度切割范围已超过60°,最大实用生产率也达到100～150mm/min,最佳表面粗糙度也达到了Ra1.25。慢走丝线切割机床多为进口设备,目前最佳加工精度达到±0.002 mm,在特定条件下,甚至可加工出±0.001mm精度的模具。

随着现代工业的发展,模具新品种,新工艺,新材料的不断更新,对于不同的模具类型,不同的产品结构,不同的生产要求,只有结合实际生产情况,合理的制订工艺路线,借助现代先进的CAD、CAM技术,与模具制造的常规机加工、塑性加工、铸造甚至焊接相融洽,模具特种加工才能扬长避短,更高效率的发挥其特点,同时,在生产应用中,只有不断的更新完善其功能,提高制造精度与效率,与时俱进,才能在模具制造业中创造更多的成果。

(作者单位:聂俊红,湖南化工职业技术学院;

篇5：特种加工技术论文

摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能等各种能量进行材料加工的重要工艺方法。本文简介了电火花加工，电化学加工，超声波加工等各种不同的特种加工技术，并介绍了特种加工技术的特点及未来发展方向趋势。

关键词：特种加工 电火花加工 电化学加工 离子束加工 超声波加工 快速成形

一.前言：

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、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法。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，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。

二.特种加工的特点

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。

三.特种加工的分类

与其它先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来源及作用形式列举各种常用的特种加工方法。特种加工按照所利用的能量形式来分类，具体如下:（1）电、热能 电火花加工、电子束加工、等离子加工。（2）电、机械能 离子束加工。

（3）电、化学能 电解加工、电解抛光。

（4）电、化学能、机械能 电解磨削、阳极机械磨削。（5）光、热能 激光加工。

（6）化学能 化学加工、化学抛光。（7）声、机械能 超声加工。

（8）机械能 磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。

目前，生产实用中应用最广的是电火花加工、电化学加工、离子束加工、超声加工、磨料水射流切割技术和液中放电成形加工。1.电火花加工

电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸形状及表面质量预定的加工要求。按

工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工工艺大致可分为电火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花放电沉积与刻字六大类。

1.1 电火花放电沉积的基本原理与特点

电火花放电沉积的原理是利用脉冲电路的充放电原理，采用导电材料(硬质合金、石墨、合金钢、铝和铜等)作为工具电极(阳极)，在空气或特殊的气体中使之与被强化的金属工件(阴极)之间产生火花放电。当工具电极与工件达到某个距离电场强度足以使介质电离击穿时两者之间就产生火花放电，使电极端部与工件表面微区发生熔化甚至气化，熔融金属在热作用，电磁力和机械力的作用下沉积在工件表面。电极与工件的放电间隙频繁发生变化，电极与工件间不断发生火花放电，从而实现放电沉积。1.2 极性效应

在电火花放电加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。这种单纯由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。因此，当采用窄脉冲、精加工时应选用正极性加工；当采用长脉冲、粗加工时，应采用负极性加工，此时可得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。从提高加工生产率和减小工具损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，故在电火花加工中必须充分利用。当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗，因此，电火花加工一般采用单向脉冲电源。1.3 电火花加工中电极损耗分析与解决措施

电火花在整个加工过程中要受到各种干扰因素的影响, 这些干扰因素直接或间接地影响着加工质量。在电火花加工过程中电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。造成电极损耗的原因有：小面积精加工，加工件结构尺寸偏小，加工时间过长，电极装夹不当等因素。因此为了减少电极的损耗一般有以下方法：（1）有效排除电蚀物（2）电极材料和加工参数的合理选用（3）提高加工技能和安全操作意念等等。电火花加工电极损耗和变形是一个复杂的过程。为了降低电极损耗程度, 减少变形, 除了充分利用放电过程的极性效应和吸附效应外, 同时也要选用适宜的电极材料, 并且在实际的加工过程中要根据具体的加工对象实施一定的加工技巧和选择合适的加工参数。

1.4 电火花加工的发展趋势

电火花线切割加工技术在相当长的时间里间都是采用精规准参数进行一次切割成型,其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾。中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。现目前中速走丝电火花线切割机是一种价格较低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与慢走丝的一种机床,具有很好的发展前景。2.电化学加工

电化学加工是利用电化学反应（或称电化学腐蚀）对金属材料进行加工的

方法。与机械加工相比，电化学加工不受材料硬度、韧性的限制，已广泛用于工业生产中。常用的电化学加工有电解加工、电磨削、电化学抛光、电镀、电刻蚀和电解冶炼等。近期,电化学加工工艺技术研究涉及的方向主要集中在超纯水电解加工、微细加工、加工间隙的检测与控制、数字化设计与制造技术等重点领域。

2.1 电解加工的优缺点

（1）加工范围广不受金属材料本身力学性能的限制（2）电解加工的生产效率高（3）可以达到较好的表面粗糙度（4）加工过程中阴极工具在理论上不会损耗（5）加工过程中没有切削力可以不会产生残余应力和变形。但是任何一种加工方式都有它的弊端，在电化学加工过程中也有缺点和其局限性：（1）不易达到较高的加工精度和加工稳定性（2）电极工具的设计和修正比较麻烦（3）电极加工的附属设备较多。（4）电解产物需要进行妥善的处理，否则将污染环境。

2.2 未来展望

近阶段,电解加工的研究重点及应用领域主要会集中在以下几个方向:(1)电化学微精加工的深入研究电化学加工技术具有加工机理的独特优势以及在微精甚至在纳米加工领域进一步研究探索的空间,但还必须在自身工艺规律认识和完善的基础上不断创新。具体应关注: ①进一步完善硬件系统,如微进给系统及微控工作台的性能及可靠性的提升;加工过程自动检测与适应控制研发的深化;②微精加工机理的研究，尤其是中、高频率脉冲电流条件下,微精加工电化学反应系统动力学等方面的深入研究。(2)脉冲电源的深化研发微秒级脉冲电源的工程化完善以及在工业领域的大力推广应用。纳秒级脉冲电源、群脉冲电源、逆变式脉冲电源的性能完善。(3)理论成果向实际应用的转化。诸如加工间隙的检测与控制、阴极数字化设计、电解加工过程的模拟与仿真等均是电化学加工的关键技术,不能仅仅在各种基金支持下获得理论成果即束之高阁,而应尽快由实验室向工业生产现场转移。

3.离子束加工

聚焦离子束技术是一种集形貌观测、定位制样、成分分析、薄膜淀积和无掩膜刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。离子束纳米加工,具有传统加工方法无可比拟的优势而逐渐成为新一代精加工方法，在微纳米加工、操纵以及器件的研制等方面具有重要应用。纳米测量学在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用,纳米加工是纳米尺度制造业的核心,发展纳米测量学和纳米加工的一个重要方法就是电子束与离子束技术。4.超声波加工

超声加工是利用超声频作小振幅振动的工具，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工。超声加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和抛光。其加工原理是超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声

频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具振产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨被加工表面使工件成型。超声加工的主要特点：不受材料是否导电的限制；工具对工件的宏观作用力小、热影响小，因而可加工薄壁、窄缝和薄片工件；被加工材料的脆性越大越容易加工，材料越硬或强度、韧性越大则越难加工；由于工件材料的碎除主要靠磨料的作用，磨料的硬度应比被加工材料的硬度高，而工具的硬度可以低于工件材料；可以与其他多种加工方法结合应用，如超声振动切削、超声电火花加工和超声电解加工等。4.1 高效超声波光整技术原理

高效超声波光整技术是利用超声波振动冷压加工原理。它是将一台高效超声波表面光整设备装于车床刀架上，利用工件的回转，磨头对零件表面作高频率短促的往复振动冲击运动，以一定的冲击力敲击被加工表面的加工方法。其冷压加工是充分利用金属的塑性，使零件的表面层金属在外力作用下产生细微塑性残余变形，从而达到改变其表面性能，形状和尺寸的目的。5.快速成形

快速成形技术的基本原理是基于“离散—堆积”的成形方法, 借助三维CAD 软件, 或用实体反求方法采集得到有关原型或零件的几何形状、结构和材料的组合信息, 从而获得目标原型的概念并以此建立数字化描述CAD 模型, 之后经过一定的转换或修改, 将三维虚拟实体表面转换为用一系列三角面片逼近的表面, 生成面片文件, 再按虚拟三维实体某一方向将CAD 模型离散化, 分解成具有一定厚度的层片文件, 由三维轮廓转换为近似的二维轮廓, 然后根据不同的快速成形工艺对文件进行处理, 对层片文件进行检验或修正并生成正确的数控加工代码, 通过专用的CAM 系统控制材料有规律地、精确地叠加起来(堆积)而成一个三维实体制件,快速成形技术的成形方法多达十余种,目前应用较多的有立体光固化法，选择性激光烧结、分层实体制造、熔积成形等。这些工艺方法都是在材料叠加成形的原理基础上,结合材料的物理化学特性和先进的工艺方法而形成的,它与其他学科的发展密切相关。5.1 快速成形技术特点:(1)制造快速(2)技术高度密集(3)自由成形制造(4)制造过程高柔度性(5)可选材料的广泛性(6)广泛的应用领域(7)突出的技术经济效益 5.2 快速成形制造技术的发展趋势

最近随着新材料技术、新工艺及信息网络化等方面的进步，许多新快速成型制造技术不断涌现并应用在各领域，主要出现在快速模具，纳米制造、仿生制造和集成制造等领域。6.磨料水射流切割技术

随着我国经济的迅猛发展,各行各业对切割技术的需求越来越大,对切割质量的要求也越来越高。水射流都已成为新型的切割加工方法之一。水射流切割分为纯水射流切割和磨料水射流切割两种。纯水射流切割是以纯水作为能量载

体, 其结构简单,喷嘴磨损慢, 但切割能力差。磨料水射流切割以水和磨料的混合液作为能量载体, 切割能力强,能切割几乎所有的材料,其卓越的应用效果越来越被人们

7.液中放电成形加工

液中放电成形加工：它是利用液电效应对金属进行冲压成形的工艺方法。当高压脉冲放电在液体中发生时，液体内会产生强烈的爆炸，其冲击压力可达102～104M Pa，这就是所谓的液电效应，也叫电水锤效应。该法具有成形速度高，可用于高强高硬的金属材料；工件回弹小，加工精度高；能同时完成拉伸、冲孔、剪切、压印、翻边等多种工序等优点。该法适合形状复杂及高强高硬金属工件的冲压成形。液电冲压成形法在国外的机械加工行业中已有应用，并已有这种成形设备的系列产品面世。四.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,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。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, 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。五.结束语

篇6：特种加工技术课程论文

摘要：特种加工方法，是难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了特种加工技术的特点、类别，并分别较深入地介绍了激光加工、电火花加工、电火花线切割加工技术的技术特点，原理和最新进展。并预测今后特种加工的发展方向，最后给予特种加工技术展望。

关键词：特种加工；电火花加工；电火花线切割加工；激光加工

前言

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、机械能以及光能和热能对金属或非金属材料进行加工的方法。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，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。[1]特种加工的特点

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。

特种加工的分类

与其它先进制造技术一样，特种加工正在研究、开发推广和应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。依据加工能量的来源及作用形式列举各种常用的特种加工方法。特种加工按照所利用的能量形式来分类，具体如下:（1）电、热能 电火花加工、电子束加工、等离子加工。（2）电、机械能 离子束加工。

（3）电、化学能 电解加工、电解抛光。

（4）电、化学能、机械能 电解磨削、阳极机械磨削。（5）光、热能 激光加工。

（6）化学能 化学加工、化学抛光。（7）声、机械能 超声加工。

（8）机械能 磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。

目前，生产实用中应用最广的是电火花加工、电火花线切割加工、激光加工、超声加工和电化学加工技术。

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。1.电火花加工的工作原理

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。

电火花加工

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。

紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。

电火花加工

在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。

工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。

工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。

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。

电火花加工的主要用途是：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。

3.电火花加工的应用领域及最新进展

它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔）、曲线孔（弯孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。当前，电火花加工机的各项工艺指标均已达到很高的水平，机床具有了优越的性能与强大的功能。在这种情况下，进一步发展就应该呈现出新的特点。电加工技术的发展趋势归纳为五化：精密微细化、智能化、个性化、绿色环保化和高效化[2]。

研究表明，对于同一种金属材料，在电火花加工时，存在一个最佳脉冲参数组合。所谓最佳脉冲参数，是指在一定的表面粗糙度和工具电极损耗的前提下能获得的最高生产率。即随着加工电流的改变，存在一个最佳的加工电流值，低于或者超过这个最佳值，都会降低加工速度；在其它电规准不变的情况下，随着脉冲宽度的改变，也存在一个最佳的脉宽值，低于或者超过这个最佳脉宽值，都会降低电火花加工的速度。脉间减小，脉宽系数增大，加工速度提高。当设定的极间距离比常用的加工条件窄时，放电产生的加工液沸腾、气化膨胀使得放电通道周围介质可获得较大的流速，有效地利用这种原理，将加工屑、析碳等从极间排出去。这样做可减小脉冲间隔时间，增加放电频率，促进放电生成物的排出，提高加工效率。上海交通大学系统地研究了使用该方法的放电加工特性，在峰值电流为60A，脉冲宽度为200μs，脉宽系数为80%，平均极间距为47μm时，即使不采用定时抬刀，仍然可以将放电生成物顺利排极间，从而实现高效率放电加工[3]。

采用工作液中加入气体的方式，以提高电火花加工效率是近几年的研究热点之一。日本的M.Kunieda 等采用水作工作液，并向工作液中通入氧气，可以观察到更大的放电凹坑和更加频繁的放电，加工速度也相应提Kunieda 等又以氧气作工作介质，研究了气中放电三维铣削加工，最大加工效率达12.2mm3/min，是同样加工条件下普通电加工铣削效率的6倍[4]。此外，利用非燃性工作液或在工作液中加入添加剂的电火花加工可成倍提高加工速度。日本的三菱电机公司、Sodick 公司相继开发了利用水基工作液的电火花成形加工机，在水基工作液中加工钢材，在相同的平均加工电流下，其加工速度比煤油工作液高出2～3 倍。

日本的国枝正典等人，在研究电火花加工放电位置检测技术的基础上，进行了放电位置的可控性研究。其试验原理基于对放电等效回路的分析，可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率[5]。这一研究进展对于电火花加工 的过程控制可能带来非常深刻的影响，很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略，从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电离，避免放电集中导致的拉弧等有害放电。这样不仅可以保证加工更加稳定，而且可以大幅度提高加工效率。

为实现高效电火花加工，全面推动电火花加工设备的技术进步，在采用先进控制系统的同时，机床结构的设计也需要进一步完善，其研究进展主要表现在以下几方面：以往直线电机主要用在加工中心上。目前，直线电机在沙迪克公司生产的EDM和WEDM机床上已广泛使用。直线电机的使用，满足了EDM加工高速响应的特别要求。最大驱动力高达3000N，速度可100m/min，最大加速度达1g 以上。能消除由于电蚀产物未排除而发生的集中放电，二次放电间隙不均匀等现象也得到极大的抑制，从而改善了加工质量，提高了加工效率[6]。在驱动方式上，过去常以滚珠丝杠驱动工作台。近年来，不断探索采用新型的驱动方式，如具有快速响应的电磁式线性驱动装置、压电元件和磁致伸缩振子驱动装置等的应用已成为一种发展趋势，这些都有利于电火花加工速度的提高[7]。

在工作液循环过滤系统设计中，优化结构设计，最大限度地发挥工作液在加工过程中的辅助功能，以获得生产率最高的最佳加工效果。在这方面应敢于创新并进行相应的实验尝试，不断改进优化设计方法，通过将研究成果应用于生产实践，全面提高电火花加工的加工性能。比如苏州电加工机床研究所叶军所长等人发明设计的一种高效放电铣削加工的高效冷却及排出蚀除物方法，其特征在于加工中将浸泡冷却、内冲液冷却及排出蚀除物、外包液冷却及排出蚀除物三种冷却方式有机组合，有效地解决了高效放电铣削加工中冷却和排除蚀除物的难题，对高效放电铣削加工工艺的发展和应用具有实际意义[8]。

综上所述，加工过程的高效化就是提高电火花加工的效率，它不仅体现在单位放电脉冲蚀除材料量的大小上，而且体现在采用新型高效的加工工艺和改进电火花加工控制系统、工作液循环系统、机床结构等对电火花加工放电效果的影响上。电火花加工中，在保证加工精度的前提下，应提高粗、精加工效率，同时应减少辅助加工时间，包括编程时间、工件装夹时间、维修时间等。

电火花线切割加工技术

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。

1.电火花线切割加工的基本原理

工件安装在工作台上，工作台通常由X轴和Y 轴电动机驱动。工具电极（电极丝）为直径0.02～ 0.3毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：①高速走丝，速度为9～10米/秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；②低速走丝，速度小于10米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为0.01～0.04毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。2.电火花线切割加工的主要特点

电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点： ①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。

②能切割0.05毫米左右的窄缝。

③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。

⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60毫米2/分，最高可达300毫米2/分；加工精度一般为±0.01～±0.02毫米，最高可达±0.004毫米；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25微米,最高可达Rα0.63微米；切割厚度一般为40～60毫米，最厚可达600毫米。

3.电火花线切割加工的应用领域及研究进展

电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。近年来电火花线切割加工无论在加工过程控制,还是改进加工工艺方面都取得了许多新的进展。主要表现在突破了许多传统观念的束缚,产生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和检测方式,这些进展既提高了加工质量,也提高了加工效率,不仅可在去离子水中加工,也可在其他混粉电介质溶液中加工,大大扩展了这一技术的应用领域。

对于电火花线切割加工,特别是加工阶梯状的工件,断丝和加工不稳定始终是降低加工效率的主要因素。传统的方法是针对工件最薄处来设置加工参数,然而,这样虽然降低了断丝的可能性并保持了

稳定的加工,却大大降低了加工速度。因为很难在线得到工件的厚度并设置合适的加工参数,因此发展了许多近似数学模型来估计工件的厚度。这些模型表示了放电能量和材料去除率之间的关系,其中模型系数通过大量的实验获得。然而这样的静态数学模型只适用于加工厚度逐渐变化的工件,对于厚度突然增加或者减少的工件却不适用。为此,一个多输入的动态和随机模型被用来描述平均间隙电压,放电频率和机床进给速度之间的关系[9-10 ]。对于iso 能量型的电火花线切割机床,有研究者提出了特定放电能量的概念。电火花加工过程涉及许多因素,从放电能量的观点看,每一个放电都是一个能量输出,能量分布在工件、电极丝以及在材料去除中的有效能量消耗上。它受许多因素的影响,比如:工件和电极丝之间的间隙、喷流压力、电介质的导电性以及放电持续时间等;对于典型波形的放电电压和电流,可计算出单次放电能量以及单位时间内的放电能量。考虑到放电过程中的非正常放电(电弧放电或短路)以及实际用于材料去除的能量所占总能量的比率,可得出有效放电功率;而被定义为去除单位体积材料的特定放电能量,不但与有效放电功率有关,还受到间隙宽度、工件高度以及电极丝进给速度的影响。因此,可得出材料去除量与放电频率之间关系的等式。其中的系数与文献[9]中不同,前者与放电持续时间、特定放电能量、放电效率、间隙宽度以及正常放电比率有关,而后者只是放电频率的函数,当工件高度改变时加工特性也发生改变,因此在估计到工件高度之前,很难得到正确的厚度辨识系数。由于影响高度辨识参数的值涉及许多变量且数量庞大,很难在线全部检测到,所以为了简化厚度辨识过程,首先用文献[9]中等式辨识出工件厚度,然后乘上一个修正因子,就得到了最终辨识工件厚度,而修正因子是初始辨识到的工件厚度的函数。实践证明[11] ,这种辨识工件厚度的方法是可行的、精确的,辨识误差小于1 mm ,并能很快完成。

在电火花线切割加工过程中,虽然电极丝被施加了特定的张力以尽量保持电极丝的直线性,但由于丝的柔韧性,不可避免地会在加工过程中产生一定的延迟,特别是在丝的中部。文献[12]提出了一种结合摄像机和CCD 的技术来测量电极丝经过工件时的偏差,这样,就可建立电极丝的偏差模型,用合适的方法来控制拐角切割,提高零件的加工精度。

在电火花线切割加工中,放电间隙状态对于伺服控制以及脉冲电源的自适应控制是一个很重要的依据。目前广泛应用的固定阀值法很难用来测量非矩形间隙电压波形,文献[13]提出了浮动阀值法来检测间隙电流和测量与间隙峰值电流成比例变化的电压阀值,这样就可以在线实时地区分3 种不同的放电状态(开路、放电和短路)。

激光机工

激光加工是20世纪60年代发展起来的。它扩展了光为人类服务的领域，加深了人类对光的认识。激光加工在再制造业同样有其不可替代的地位。激光加工用于再制造业是由相变硬化发展到激光表面合金化和激光熔覆，由激光合金涂层发展到复合涂层及陶瓷涂层，从而使得激光表面加工技术成为再制造的一项重要手段。它主要是采用高功率激光器及其系统。但目前我国激光在此领域的应用技术尚不成熟。主要表现为：高档激光加工系统少； 主力激光器不过关；微细激光加工装备缺口较大；而这些领域我国的生产加工企业正在积蓄力量稳步进入，国内应用市场有很大发展空间。国内各类制造业接受了激光加工技术，使他们的产品加快产品更新的速度。

1.激光机工的基本原理

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料（包括金属与非金 属）的原理进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一种加工新技术，涉 及到光、机、电、材料及检测等多门学科。

公认的激光加工原理是两种：分别为激光热加工和光化学加工(又称 冷加工)。激光热加工指当激光束照射到物体表面时，引起快速加热，热力把对 象的特性改变或把物料熔解蒸发。热加工具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象

光化学加工指当激光束加于物体时，高密度能量光子引发或控制光化学反应的加工过程.冷加工具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生“热损伤”副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用

2.激光加工的特点

①由于激光加工热影响区域小，光束方 向性好，其几乎可以加工任何材料。常用来进行选择性加工，精密加工。

②由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面 直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而 且不会产生噪音。

③由于激光束的能量和光束的移动速度均可调节，因此激光加工 可应用到不同层面和范围上。

3.激光加工的应用领域及研究进展

国内工业激光设备企业和研制生产概况自上世纪90年代开始，随着市场经济快速发展，国内出现了许多从事研制、生产和经营激光器和激光加工设备的公司。按现代企业制度建立 的这些新兴公司（企业），经营理念完全定位于市场经济，在市场中找生机，发挥企业优势，择优而用，满足用户要求,通过融资，壮大财力,吸纳海内外技术优势，通过各种渠道，形成 自家的技术优势和服务于用户的产品优势。激光加工的应用现状 激光加工的应用现状激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光 的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很 大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，已成为企业实行适 时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激 光加工技术包括：激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光 打孔技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技 术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。

由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量(106～108 J / cm2),瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发,因此从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上,激光一经发明,人们首先想到用其来对宝石这类采用常规方法难以加工的材料进行孔加工。目前,激光已经广泛用于各类材料的孔加工和切割,如进行木模板的激光切割和石油管道的激光切缝等。

激光焊接与常规焊接方法相比,具有如下一系列优点[14]:利用激光的高密度能量,可对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接,也可对非金属材料进行焊接(如玻璃的焊接);加热速度快,作用时间短,热影响区小,热变形可以忽略;属于非接触焊接,无机械应力和机械变形;激光焊接装置容易与计算机联机;可在大气中焊接,无污染等。因此,激光焊接在工业上获得广泛应用。激光表面改性技术包括:激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等[15]。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质,现在已经广泛应用于工业生产。

例如经激光表面硬化的AISI1045 钢样品,其表面硬度HRC 为55 ,磨损10 h 后所产生的质量损耗为0.6～1.4 mg;而在相同试验条件下,未经处理的AISI1045 钢的硬度HRC 仅为35 ,质量损耗为4.18 mg ,经激光表面硬化后的样品耐磨性能提高3～6 倍。在我国,激光表面硬化已广泛应用于汽车缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴及锭杆等易损件的处理加工中,特别是对小汽车缸套的热处理已取得明显经济效益, 经激光表面硬化的汽车缸套可提高使用寿命2～3 倍。

激光刻蚀在微电子行业可用于半导体器件和芯片的加工,也可用于精密光学器件的加工,如用激光刻蚀加工半导体芯片和三维光栅。利用激光的高密度能量,可对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工(如利用脉冲激光铣削加工硬质合金和氧化铝陶瓷)。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化,经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点[16];另外还可以利用激光对钢套等零件进行毛化,大大提高其耐磨寿命。

自20 世纪90 年代初美国3D Systems 公司开发出世界首台商品化的快速成形系统装置以来,快速成形技术得到蓬勃发展。快速成形(Rapid Pro2totyoing ,简称RP)通过材料堆积,快速、精密地制造出实际零件,它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用[17]。它不需要借助其他设备和工具,迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成形技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。

早在1977 年,美国麻省理工学院材料科学与工程系科学家Haggerty 博士就发明了陶瓷粉末的激光合成法[18],现已发展到广泛利用激光来制造金属和非金属材料纳米粉。激光清洗可使物体表面污垢通过吸收光能而蒸发去除,或在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗可用来清洗微电子芯片、设备的剥漆,以及对古董、字画进行除垢等。

特种加工存在的问题

虽然特种加工已解决了传统切削加工难以加工的许多问题，在提高产品质量、生产效率和经济效益上显示出很大的优越性，但目前它还存在不少亟待解决的问题。

（1）不少特种加工的机理（如超声、激光等加工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。

（2）有些特种加工（如电化学加工）加工过程中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污染，影响工人健康。

（3）有些特种加工（如快速成形、等离子弧加工等）的加工精度及生产率有待提高。

（4）有些特种加工（如激光加工）所需设备投资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。

特种加工的发展趋势

广泛采用自动化技术、利用计算机实现对特种加工设备的控制系统、电源系统的自动控制，建立特种加工的系统，这是当前特种加工的主要发展趋势，开发由不同特种加工技术复合而成的加工方法，如电解电火花加工、电解电弧加工等复合加工，以扬长避短提高经济效益和生产率，另外还应着重于新的工艺方法的研究，不断提高加工工艺水平。考虑到一些特种加工技术对环境的污染问题，必须要着重解决废渣、废气、废液的“三废” 转化问题，向“绿色” 工业及可持续发展工业转化。

参考文献