特种加工总结论文

第一篇：特种加工总结论文

特种加工技术概论

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

Abstract: Special processing technology is direct with electricity, heat, etc.Various kinds of energy to achieve material cutting processing method, is difficult to cutting materials, surface, fine surface, the factors of low stiffness parts and mould processing key process method.This paper introduces the electrical discharge machining, electrochemical machining, ultrasonic machining and different kinds of special processing technology, and introduced the special processing technology characteristics and the future development direction.Key Words: Special processing;edm;Electrochemical machining Ion beam processing;Ultrasonic machining;Rapid forming

0.引言：

由于材料科学、高新技术的发展和新产品更新换代日益加快，当今产品又要求具有很高的性价比。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。于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生。特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响主要表现在以下几个方面：（1）提高了材料的可加工性（2）改变了零件的典型工艺路线（3）改变了试制新产品的模式（4）对产品零件的结构设计带来了很大的影响（5）重新审视了传统的结构工艺性（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。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。

8.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。

9.结束语

特种加工技术涵盖了机械、材料等技术,是一门综合的科学加工技术其发展异常迅速。加工尺度的微细化,加工方法的复合化和加工过程的自动化,已成为特种加工技术研究发展的热点。随着科学技术的飞速发展, 特种加工必将不断完善和迅速发展, 特种加工必将成为推动科学技术和现代制造工业发展的中坚力量。

参考文献: [ 1 ] 孔庆华.特种加工[M ].上海:同济大学出版社, 2003.[ 2 ] 赵万生.特种加工技术[M ].北京:高等教育出版社, 2001.[ 3 ] 张纹,蒋维波.特种加工技术的应用与发展趋势[ J ].农业装备技术, 2006, 32(3): 24225.[ 4 ] 顾文琪,马向国,李文萍.聚焦离子束微纳加工技术[M].北京:北京工业大学出版社,2006.12.[ 5 ] 曹凤国.超声加工技术[ M].北京: 化学工业出版社, 2005 [ 6 ] 张辽远.现代加工技术[ M].北京: 机械工业出版社, 2002 [ 7 ] 曹炜,曾忠,李合生.快速成形技术及其发展趋势[ J ].机械设计与制造, 2006(5).[ 8 ] 陈晓华.快速成形技术[ J ].电气制造, 2006(3).[ 9 ] 华林, 王华昌.激光切割和水切割技术[J ].机械制造, 1996(2).[ 10 ] 薛胜雄, 黄汪平.机械, 1999(1).我国高压水射流设备的发展动向[J ].流体

第二篇：特种加工论文

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。如今，特种加工技术的应用已遍及到各个加工领域。

2、特种加工的几种方法及分类

2.1电火花加工（也叫放电加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一种电加热加工过程。它是将工具电极和工件置于绝缘的工作液中，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（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸发。总能量的一部分也释放到工具电极上造成工具磨损。因此，工具电极磨损和加工精度低是电火花加工的重要问题也是研究发展工作的主攻方向。

电火花加工方法，按其加工过程中工具与工件相对运动的方式和加工用途的不同，可分为电火花穿孔和成形加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花同步回转加工及电火花强化与刻字等几大类。电火花加工这种工艺方法在航空工业中直接进入产品加工的比重是比较小，大多数用于工具和非标准设备制造。它已广泛用于加工各种模具、曲面零件、异形孔和盲孔，用电火花切割可切割冲模，二次曲面或空间曲面的零件，用电火花镗、磨可加工高精度的小孔、外圆、内外螺纹和齿轮等。如今，电火花加工和线切割电火花加工技术和设备都取得了长足的进步，无论从设备自动化完备程度、加工精度、效率和功能都有很大改观。

2.2电解加工（ECM，Electrochemical Machining）属于电化学加工范畴，它是利用金属在电解液中发生“阳极溶解”的原理，将零件加工成形的。加工时，工件接直流电源的正极（阳极），按要求形状制成的工具接负极（阴极），具有一定压力的电解液从两极间隙中迅速流过，于是工件表面的金属按工具阴极的形状迅速溶解，并随即被高速的电解液冲走，这种加工方法没有机械加工中切削力和切削热的作用，也没有电火花加工中的热影响，在航空工业中，发动机新结构、新材料构件广泛利用电解加工，如钛合金零件、高温涡轮深细冷却孔、整体涡轮和叶轮以及大型环形壳体件的内外旋转表面、中小型支承件、盘形件腹板、特形孔均可采用电解加工。如今，电解加工技术已成为研制先进的航空发动机的关键制造技术之一。

电解加工的发展趋势：进一步拓宽电解加工的应用范围，提高加工精度，降低加工成本，提高生产率，建立电解加工柔性制造系统（FMS），开展计算机数 2 控仿形电解加工技术研究，开展理论研究和建立过程模型。

2.3复合加工（CM，Combined Machinin）是指用多种能量组合进行材料去除的工艺方法，以便能提高加工效率或获得很高的尺寸精度、形状精度和表面完整性。对于陶瓷、玻璃和半导体等高脆性材料，复合加工是经济、可靠地实现高的成形精度和极低的表面粗糙度（可达10nm），并是使表面和亚表层的晶体结构组织的损伤减少至最低程度的有效方法。复合加工的方法大多是在机械加工的同时，应用流体力学、化学、光学、电力、磁力和声波等能量进行综合加工。也有不用常规的加工方法而仅仅依靠化学、光学或液动力等作用的复合加工。复合加工的技术发展趋势：复合加工是对传统中常用的单一的机械加工、电加工和激光加工等方法的重要发展和补充。随着精密机械大量使用脆性材料（如陶瓷、光学玻璃和宝石晶体等）以及电子工业要求超精密的晶体材料（如超大规模集成电路的半导体晶片、电子枪的单晶体LaB4 和蓝宝石等），将促使对其他能量形式的加工机理进行深入研究，并发展出多种多样的适用

于各类特殊需求的最佳复合加工方法。发展虚拟制造技术。在实验基础上，应用计算机仿真模拟有限元分析方法来精确优化加工参数。如对脆性材料的物理化学特性多样的研究，可以开发出对脆性材料进行无微细裂纹且经济性高的有效的工艺，并可预测出各种不同的复合加工工艺的物理参数和磨料特性下的表面精整质量、形状精度和材料去除率，以利于对加工过程进行优化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也称为三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称，其中电子束加工技术改变了原有的设计思想，可将原有的高精度复杂难加工型面或无法加工的大型整体零件分成若干个易加工的单元，精加工和热处理以后，用电子束将其焊接成整体零件。

2.5超声波加工 它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法、超声波加工的尺寸精度可达0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可达0.8 0.1 m，它适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，也可进行套料切割、开槽和雕刻等，由于超声波加工的生产效率比电火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相对较好，所以常用于对工件的抛磨和光整加工。

3、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: 3 3.1、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 , 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(如超声、激光等加工), 进而建立特种加工的 CAD /CAM与 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系统)系统 , 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。

3.2、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 , 因此 , 大力开发用于超精加工的特种加工技术(如等离子弧加工等)已成为重要的发展方向。

3.3、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。

3.4、污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍。加工过程中产生的废渣、废气如果排放不当 , 会造成环境污染 , 影响工人健康。必须花大力气处理并利用废气、废液、废渣 , 向“ 绿色 ” 加工的方向发展。

3.5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。

参考文献

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[3] 张纹，蒋维波.特种加工技术的应用与发展趋势 [J].农业装备技术，2006，32（3）：24-25 [4] 赵万生.特种加工技术 [M ].北京:高等教育出版社, 2001.[5] 苏士达,黄晨华,蔡小梦,等.超声波加工与放电加工的几种复合 [6 ] 黄春峰.钣金工艺中的激光加工技术[ J].模具技术，1999（6）：48 ~ 55 [7 ] 陈明君.脆性材料塑料域的超精密加工方法[ J].航空 精密制造技术，2001（2），10 ~ 12 4 5

第三篇：特种加工论文

加工间隙内电解产物对微细电解加工

院（系）名称：

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机电工程学院

的影响分析 加工间隙内电解产物对微细电解加工的影响分析

摘要：微细电解加工时，由于间隙微小，生成的电解产物因难以从加工区域中移除而降低了加工速度甚至中断加工。为保证加工的持续进行，利用工具电极作间歇快速回退是移除间隙内的电解产物、更新电解液的有效途径之一。论文研究分析了间歇回退加工情况下电解产物移除速率对加工速度的影响，结果表明：加工速度并不随加工间隙的减小而单调增大，实际加工速度存在极限值(极大值)。为兼顾加工效率和加工精度，应以与之对应的间隙值作为实际加工间隙。

Abstract: the subtle electrochemical machining, as the tiny gaps, generated by electrolysis product from processing area to remove and reduce the processing speed and even interrupt processing.To ensure that the ongoing process, using the tool electrode for intermittent fast back is removed in the clearance product, electrolysis update electrolyte one of the effective ways.Paper analyzes the intermittent back under processing product electrolysis rate on the processing speed remove influence, and the results show that: the processing speed is not with the decrease of the machining gap increases and drab, actual processing speed limit(maximum value)there.For both the processing efficiency and machining precision, should be with as the matching gap value as an actual machining gap.关键词：微细电解加工；电解产物；加工速度；间歇回退

电解是基于金属阳极在电解液中发生电化学溶解的原理，对工件进行减材加工。在电解加工时，工件材料是以离子的形式被蚀除，理论上工件可达到微米甚至纳米精度，因此在精密、微细制造领域有着潜在的应用前景。但电解加工时阴、阳极间的电位差在加工间隙中形成的电场使工件上不希望被加工的部位和已加工部位都会被继续蚀除，造成杂散腐蚀，这在很大程度上影响了电解加工的精度。因此，约束电场、改善流场是增强电解加工的集中蚀除能力、改善加工精度的基本途径。为实现较高精度的微细电解加工，某个研究室提出了一种采用工具电极侧面绝缘、微小加工间隙伺服控制、高频窄脉冲电源、非线性低浓度电解液等方法集成的工艺路线，探索微细电解加工达到工业应用要求的可行性。在微细电解加工过程中，加工问隙微小是其最基本的特征，端面和侧面的间隙一般在几十微米以下叫，这样小的间隙空间使得加工中生成的大量(相对于被蚀除掉的金属体积)电解产物蓄积在加工区内，导致加工区局部电解液成分、浓度发生很大程度的改变，从而降低加工反应速度甚至中断加工。由于加工尺寸和间隙微小，常规电解加工时采用的强制冲液更新间隙中电解液的方法在微细电解加工无法应用。为使微细电解加工能持续进行，通过加工间隙伺服控制，利用工具电极间歇回退产生的抽吸作用排出电解产物、更新加工区内部电解液将是一有效可行的技术途径。l.电解加工的电化学过程分析

电解加工时，在工件金属(阳极)和工具电极(阴极)表面分别进行着氧化和还原反应。反应是由发生在电极(这里的电极指的是在电化学反应中作为电子导电相的金属，而非工具电极)／溶液这两种导体界面上的一系列性质不同的过程组成，在电化学理论中统称为“电极过程”。根据电极动力学理论，一般情况下，电极过程大致由下列各单元步骤串联而成：(1)液相传质步骤——反应物粒子向电极表面附近液层迁移。

(2)表面前置转化步骤——反应粒子在电极表面或表面附近液层进行反应前的转化，如反应粒子的吸附、金属络离子的解离或其他化学变化。

(3)电化学反应步骤(亦称电子转移步骤)反应粒子在电极／溶液界面上得电子或失电子，生成 还原反应和氧化反应产物。

(4)表面随后转化步骤——反应粒子在电极表面或表面附近液层进行反应后的转化，如反应产物从电极表面脱附、复合、分解、歧化或其他化学变化。(5a)新相生成步骤--反应产物生成新相(气体或固相沉积层)。

(5b)反应后液相传质步骤——可溶性反应产物从电极表面向溶液内部迁移。

(5b)反应产物移除步骤——可溶性反应产物向溶液内部迁移和产生的新相被从加工间隙中移除。如这些电解产物不能及时有效地被移除掉而蓄积在加工间隙中，其中的金属沉淀产物还会逐渐在阳极表面沉积，形成一层薄膜，阻碍反应的发生；阴极上生成的氢气逐渐积聚，这样不只是减慢了反应速度，甚至可能在阴、阳极问搭成连续的气泡桥或形成空穴，而使加工中断。因此，在微小间隙加工时反应产物移除步骤将取代换液良好时的电化学反应步骤而成为加工控制步骤，反应产物的移除(或电解液的更新)速度制约着阳极金属的实际蚀除速度，成为在微细电解加工中影响实际加工速度的决定性因素。2电解产物移除策略

为了有效地移除电解产物，保证加工的持续进行，常规电解加工主要利用高压、高速的电解液流动来带走反应产物(包括反应热)。但在微细电解加工时，由于电极本身尺寸微小，高冲液压力可能导致电极发生振动甚至变形；且由于加工间隙微小，电解液沿程压力损失大，外部冲液对加工区域内部较深处电解液的扰动和更新能力很弱，这在深小孑L加工时尤其明显。此时仅对加工区进行外部冲液只能移除掉加工区域外部和浅表处的反应产物，加工间隙 内的反应产物仍会蓄积。在微细电解加工时，排出电解产物、更新加工间隙内部电解液的能途径，一是工具电极高速旋转’，或是工具电极间歇回退引。电极高速旋转时，由于电解液具有一定粘性，旋转电极的边界将拽引着周围的流体随它一起作圆周运动，加强了间隙内电解液的对流，改善了流场。电极旋转排屑方式适用于单电极圆孑L加工和扫描加工。但由于在电极端部中心处离心力接近零，电解产物无法顺利排出，故仍需依赖间歇回退来强化电解液更新“。

电极间歇回退是在加工过程中让电极按一定时间间隔快速回退，使加工区域内部的压力骤然降低，形成强烈的抽吸作用，一方面可充分将加工区内的反应产物(包括气泡)带出工件表面外，另一方面可迫使周围新鲜电解液被吸入到加工区内，并可通过热对流抑制加工区内的温升。间歇回退方式对单电极和阵列电极加工都适用，在微细电解加工研究中得到了较多的应用。

间歇回退加工过程如图1所示，首先在回退前切断加工电源，防止电极在运动过程中对孔侧壁二次加工；然后电极逆进给方向快速回退到距离加工表面外一定距离处，使外部电解液将其端部附着的反应物尽量冲走；再根据进给速度计算当前加工位置，电极快速前进到该位置，形成加工间隙，接通电源，继续加工。在图1中，T为每次回退(含快退、快进过程)所需时间，由伺服控制装置的响应速度决定；T，为两次回退之问的进给加工时间。加工最初时，间隙内是新鲜电解液，电化学反应步骤是加工过程控制步骤；加工一段时间后，随着电解产物蓄积，间隙内电解液实际电导率降低，电化学反应速度随之减小，这时反应产物移除步骤成为控制步骤，当反应产物在间隙内积累到一定数量(并不一定需占据全部间隙空间)，加工中断，此时需回退换液，如此往复。因此间歇回退加工过程实际由电化学反应步骤和反应产物移除步骤交替控制，加工速度的计算和优化必须综合考虑由法拉第电解定律得出的阳极金属蚀除速度和反应产物的移除速度的影响。

3间歇回退方式加工速度分析 当加工间隙△很大，在曲线极值点的右侧时，随着△减小，加工速度会逐渐增大，这是由于 阳极金属蚀除速度。较小，电解产物生成速度较慢，对间隙内加工条件的影响较小，此时电化学反应步骤是加工过程的控制步骤，加工速度主要受影响。当加工间隙减小到极值点附近时，此时加工程实际由电化学反应步骤和反应产物移除步骤混合控制，两个步骤的潜在反应速度基本相同。当加工间隙△继续减小，趋近于零时，加工速度随..△近似呈现线性减小，这是由于在加工间隙很小时，间隙空间内容污(反应产物)能力弱，阳极金属蚀除速度迅速降低，有效加工时间很短，此时反应产物移除步骤成为加工过程的控制步骤，加工速度主要受电解产物移除速度的影响。在微细加工感兴趣的微小加工间隙(△<30 m)内，如图5所示，当A值很小(=0．0005)时，B值对加工速度的影响很小。这是因为在微小加工间时，产物生成速度快，有效加工时间丁，相对于回退时间丁n而言较小，对加工速度的影响也较小。这意味着，为了达到较好的加工精度，采用小间隙加工时，产物排出困难，A值很小，即便是提高电解液浓度和加工电压(B值会随之增大)，对加工速度的改善也非常有限；且较高的电解液浓度和加工电压会导致集中蚀除能力变弱，加工区域的侧面间隙扩大。因此在微小加工间隙时应采用低浓度电解液和低电压加工，加工速度不会明显下降，同时能更好地保证加工精度.4结论

在微细电解加工过程中，随着加工间隙减小，加工区域内电解产物的移除和电解液更新困难，电解产物的移除步骤制约着阳极金属的实际蚀除速度，逐渐成为加工过程的控制步骤，最终决定了实际加工速度。在微小加工间隙时不能简单地根据阳极金属理想蚀除速度公式来确定加工间隙和加工速度等参数，否则会得出与实际情况矛盾的结果。加工速度的计算和优化必须综合考虑由法拉第电解定律得出的阳极金属蚀除速度和反应产物的移除速度的影响。为了有效移除电解产物，保证加工的持续进行，可采用工具电极间歇回退加工方式来强化加工间隙内部电解液的更新。间歇回退加工时，实际加工速度并不随加工间隙..△的减小而单调增大，实际加工速度存在极限值(极大值)，将对应的间隙值作为实际加工间隙，可兼顾加工效率和加工精度。当加工间隙△减小并趋近于零时，由于电解产物的影响，阳极金属蚀除速度并不会趋于无穷大，实际加工速度将随△减小反而降低。参考文献：

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[12]王明环．微细电解加工实验研究[D]．南京：南京航空航天大学，2007．

第四篇：特种加工小论文

特种加工论文

院系：机电工程学院

数控快走丝电火花线切割加工工艺分析

摘要：电火花线切割加工是一种能加工复杂截面的技术，只有工艺合理，才能高效率地加工精密模具零件，文章主要叙述了电火花线切割加工的步骤和特点，最后重点提出在加工过程中遇到的常见问题的处理方法。

关键词：电火花线切割、加工原理、加工工艺、常见问题处理

电火花线切割加工（Wire Cut EDM,简称WEDM）是在电火花加工基础上于2050年代末最早在前苏联发展起来的一中新的工艺方式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故成为电火花线切割，有时简称线切割。它在对一些难切削的材料、特殊及复杂形状的零件的加工上较传统的切削加工方法具有明显的优势，因此被广泛应用于模具、工具、航空航天等制造加工领域。目前国内外的线切割机已占电加工机床的60%以上。

一、线切割加工的原理

电火花线切割加工的基本原理是利用工具电极（钼丝）和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行脉冲火花放电、切割成形。

如图为快走丝电火花线切割工艺及装置的示意图。利用细钼丝(电镀丝)作工具电极进行切割，贮丝筒使钼丝作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源供给。在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序，根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。

二、电火花线切割加工的特点

电火花线切割加工过程的工艺，与其它的特种加工方法比较，有共性也有自己的特性。

1、工具电极为顺电极走丝轴线方向移动着的线状电极。

2、工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动。

3、直接利用线状的电极丝作电极，不需要制作成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用。

4、可加工形状复杂的和难加工的工件，也可加工贵重金属。

5、利用电蚀加工原理，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用很小，故而电极丝、夹具不需要太高的强度。

6、电极丝材料不必比工件材料硬，可以节约辅助时间和刀具费用。

7、直接利用电、热能进行加工，可以方便的对加工参数进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化。

8、工作液一般采用水基乳化液或纯水，不会引燃起火，容易实现安全无人运转。

9、工具损耗率较小（可补偿）。

三、数控电火花线切割加工的应用

电火花线切割是一种应用机械能以外的能量形式特种加工方式。它可加工任何导电的金属材料，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等。但主要适用于切割各种冲模、塑料模、粉末冶金模等二维及三维直纹面组成的模具及零件，可直接切割各种样板、磁钢、硅钢片冲片，也常用于钼、钨、半导体材料或贵重金属的切割。

高速走丝线切割机床适用于加工各种复杂形状的冲模及单件齿轮、花键、尖角窄缝类零件，也由于它将新的能量形式直接作用于材料，使得加工产生了诸多特点，为新产品试制、精密零件加工及模具制造等开辟了一条新的工艺途径。主要有以下几个方面。

1、模具加工：

适用于加工各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。快走丝电火花线切割机的模具配合间隙、加工精度通常都能达到0.01～0.02mm的要求。此外，还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。

2、新产品试件的加工：

以往试制新产品的关键零部件时，必须先设计、制造相应的刀、夹、量具和模具，以及二次工装，现在采用数控电火花线切割，可以直接加工出各种标准的和非标准的直齿轮（包括非圆齿轮、非渐开线齿轮），微型电动机定子、转子硅钢片，各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次曲面体零件。这样可以省去设计和制造相应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。

3、难加工零件的加工：

加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，这就使得高硬度、高强度、高韧性等难加工材料的加工变得容易，大大提高了材料的可加工性。而材料的可加工性也不再与硬度、强度、韧性、脆性等成直接、正比关系。

4、贵重金属的下料：

在加工过程中，由于电极丝比较细，切缝很窄，且工具和工件之间不存在显著的机械切削力，只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，材料的利用率很高，所以适合用于切割贵重金属。

四、数控电火花线切割的加工工艺

1、工件材料的选择：

对不经锻打、不淬火材料，在线切割加工前最好采用低温回火消除内应力，因为如果工件的内应力没有得到消除，在切割时，有的工件会开裂，把钼丝碰断；有的会使间隙变形，把钼丝夹断或弹断。如淬火后T8钢在线切割加工中及易引起断丝尽量少用。切割厚铝材料时，由于排屑困难，导电块磨损较大，注意及时更换。

2、切割路线的选择（多次切割）：

为了获得较高的加工精度，可以考虑在快走丝线切割机床采用多次切割工艺。

采用多次切割工艺时，第一次切割主要进行高速稳定切割，因此可选用高峰值电流；第二次切割的主要任务是修光。应选择较小的脉冲电流和脉冲宽度。

3、穿丝孔和电极丝切入位置的选择：

对于不同的工件，加工穿丝孔的位置不同。在切割中、小孔形凹形类工件时，穿丝孔应位于凹形的中心位置，既便于穿丝孔加工位置准确，又便于控制坐标轨迹的计算；在切割凸形或大孔形凹形类工件时，穿丝孔应设置在加工起点附近，以缩短无用切割行程，同时应便于简化有关轨迹控制的计算。穿孔丝也可选在距离型孔边缘2～5mm处,如图所示。加工凸模时，为减小变形，电极丝切割时的运动轨迹与运动边缘的距离应大于5mm。

4、电参数的选择：

对加工质量具有明显影响的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、运丝速度等，通常需要在保证表面质量、尺寸精度的前提下，尽量提高加工效率。

脉冲电源是影响加工表面质量的重要因素。减小单个脉冲能量可以改善表面粗糙度。决定单个脉冲能量的因素主要是脉冲宽度和脉冲电流。因此采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是单个脉冲能量越小，切割速度越慢，如果脉冲电流太小，将不能产生放电火化，不能正常切割。一般来讲，精加工时，脉冲宽度可在20μs内选择；中加工时，可在20μs～60μs内选择。

脉冲间隔对切割速度影响较大，而对表面粗糙度影响较小。脉冲间隔越小，单位时间放电加工的次数越多，因而切割速度也越高。实际上，脉冲间隔不能太小，否则放电产物来不及被冲刷掉，放电间隙不能充分消电离，加工不稳定，容易烧伤工件或断丝。对于厚度较大的工件，应适当加大脉冲间隔，以充分消除放电产物，形成稳定切割。一般脉冲间隔在10μs～250μs范围内基本上能适应各种加工条件，进行稳定加工。

5、其它非电参数的选择：

对于快走丝线切割，广泛采用直径为0.06～0.20mm的钼丝，因它耐耗损、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减轻丝振的影响，从而提高精度和切割速度。采用恒张力装置可以在一定程度上改善张力的波动。电极丝的直径决定了切缝宽度和允许的峰值电流，最高切割速度一般都是用较粗的丝实现的。随着走丝速度的提高，在一定范围内，加工速度也在提高。提高走丝速度有利于电极丝把工作液带入较厚的工件放电间隙中，有利于电蚀物的排除和放电加工的稳定。但走丝速度过高，将加大机械振动、降低精度和切割速度，表面粗糙度也恶化，并容易造成断丝，所以一般以小于10m/s为宜。

五、常见问题的处理

数控电火花线切割加工中，电极丝的损耗或断丝严重影响其连续自动操作的进行。尤其是在高速走丝的线切割机床，它的电极丝主要是采用钼丝，电极丝运动速度快，通常为8～1０m/s，而且是双向往返循环运行。在加工过程中随着电极丝损耗的增加，切缝越来越窄，不仅会使加工面的尺寸误差增大，而且很容易发生断丝。如果在切割工件过程中多次断丝，不仅会造成一定的经济损失，而且会带来重新绕丝的麻烦；不仅耽误时间，而且会在工件上产生断丝痕迹，影响精度和加工表面的质量，严重的会造成工件报废。

造成电极丝折断的原因包括：电极丝损耗过度；运丝丝杠螺母副间隙太大；工件端面切割条件恶劣；工作液选用不当或者太脏；选择脉冲电流、脉冲宽度过大；电极丝老化，抗拉力不够；导轮或导轮轴承磨损；进给速度过大；工件变形导致切缝变窄等。因此，为了防止出现断丝故障，需要选择合适的电参数、定期更换工作液、定期更换导轮、定期更换电极丝、稳定装夹工件并选择合理的切割路线等。

1、电极丝的损耗：

线切割加工中，在工件材料被蚀除、切割成型的同时，电极丝也会被放电腐蚀，即电极丝发生损耗。电极丝使用的时间较长时，丝径变细且布满显微放电凹坑、抗拉强度下降，最终发生断裂。一般来说，为避免损耗过度导致断裂，在测量丝径比新丝减少0.03～O.05mm时，应及时更换新丝。

2、钼丝的松紧程度：

如果钼丝安装太松，则钼丝抖动厉害，不仅会造成断丝，而且由于钼丝的抖动直接影响工件表面粗糙度。但钼丝也不能安装得太紧，太紧内应力增大，也会造成断丝，因此钼丝在切割过程中，其松紧程度要适当，新安装的钼丝，要先紧丝再加工，紧丝时用力不要太大。钼丝在加工一段时间后，由于自身的拉伸而变松。当伸长量较大时，会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠。使走丝不稳而引起断丝。应经常检查钼丝的松紧程度，如果存在松弛现象，要及时拉紧。

3、钼丝安装：

钼丝要按规定的走向绕在贮丝筒上，同时固定两端。绕丝时，一般贮丝筒两端各留10mm，中间绕满不重叠，宽度不少于贮丝筒长度的一半，以免电机换向频繁而使机件加速损坏，也防止钼丝频繁参与切割而断丝。机床上钼丝引出处有挡丝棒，挡丝棒是由两根红宝石制成的导向立柱，挡丝棒不像导轮那样作滚动运动，它们直接与钼丝接触，作滑动摩擦。因此磨损很快，使用不久柱体与钼丝接触的地方就会形成深沟，必须及时检查并进行翻转和更换，否则会出现叠丝断丝。

4、运丝机构：

线切割机的运丝机构主要是由贮丝筒、线架和导轮组成。当运丝机构的精度下降时（主要是传动轴承），会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减小，造成丝松，严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不匀，产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙，也容易引起丝抖动而断丝，因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。贮丝筒换向时，如没有切断高频电源，会导致钼丝在短时间内温度过高而烧断钼丝，因此必须检查贮丝筒后端的行程开关是否失灵。要保持贮丝筒、导轮转动灵活，否则在往返运动时会引起运丝系统振动而断丝。绕丝后空载走丝检验钼丝是否抖动。贮丝筒后端的限位挡块必须调整好，避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。挡丝装置中挡块与快速运动的钼丝接触、摩擦，易产生沟槽并造成夹丝拉断，因此也需及时更换。导轮轴承的磨损将直接影响导丝精度，此外，当导轮的V型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生的沟槽，也会使电极丝的摩擦力过大，易将钼丝拉断。这种现象一般发生在机床使用时间较长、加工工件较厚、运丝机构不易清理的情况下。因此在机床使用中应定期检查运丝机构的精度，及时更换易磨损件。

5、工件装夹：

虽然线切割加工过程中工件受力极小，但仍需牢固夹紧工件，防止加工过程中因工件位置变动造成断丝。同时要避免由于工件的自重和工件材料的弹性变形造成的断丝。在加工厚重工件时，可在加工快要结束时，用磁铁吸住将要下落的工件，或者人工保护下落的工件，使其平行缓慢下落从而防止断丝。结论

本文对快走丝电火花线切割加工的原理、特点、应用、工艺等做了详细的介绍，并结合电极丝的损耗及断裂等常见的问题作出分析，对电火花线切割加工工艺的理解有一定的帮助。

参考文献

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第五篇：特种加工技术课程论文

《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

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