特种陶瓷工艺与性能小论文

第一篇：特种陶瓷工艺与性能小论文

特种陶瓷工艺与性能

摘 要：陶瓷是在国民经济中有很多重要用途的无机非金属材料。虽然我国陶瓷近十几年有了很快的发展，但因为很多科学、技术方面上的制约，我国陶瓷生产工艺特别是特种陶瓷工艺水平还是落后很多。因此，本文对我国陶瓷生产工艺的现状进行了资料查询与相关调研及分析、建议，希望对我国陶瓷生产能有一些借鉴。

关键词：陶瓷产品

生产工艺

坯料

烧结

一、陶瓷的定义

传统意义上的陶瓷指的是陶器和瓷器，加工的主要原料是黏土，再加上一些其他矿物原料，在经过拣选、粉碎、混练、煅烧等工序制后制得的产品。一般认为陶瓷是各种无机非金属材料的通称。而如今特种陶瓷的发展，对陶瓷的行业又有了一次新的提升和扩展。现在，所谓陶瓷通常是普通陶瓷和特种陶瓷的合称。

我国是陶瓷生产大国，陶瓷生产有悠久历史和 辉煌成就。我国最早烧制的是陶器。由于古代 人民经过长期实践，积累经验，在原料的选择 和精制、窑炉的改进及烧成温度的提高，釉的 发展和使用有了新的突破，实现陶器到瓷器的 转变。陶瓷工业的新工艺、新技术、新设备层出不穷。

二、陶瓷生产的工艺流程

原料的选取和坯料的制备是陶瓷生产工艺的基础，直接影响到后来陶瓷产品的质量，而陶瓷生产工艺对陶瓷产品而言，是制造过程，也是陶瓷产品性能优化过程。陶瓷生产工业中，使用的原料品种很多。从它们的来源来分，一种是天然矿物原料，一种是通过化学方法加工处理的化工原料。陶瓷原料主要来自岩石，而岩石大体都是由硅和铝构成的。陶瓷生产工艺一般分为：

1.一般陶瓷生产工艺：

坯料原料进厂淘洗适量配料球磨细碎除铁过滤（一系列分化处理）干燥修坯索烧精修施釉白瓷检选彩绘装饰彩烧彩瓷检选成品包装出厂

釉料精选淘洗重量配料球磨细碎除铁过滤成品釉施釉白瓷检选 彩绘装饰彩烧彩瓷检选成品 包装出厂

原料工序：坯釉原料进厂后，经过精选、淘洗，根据生产配方称量配料，入球磨细碎，达到所需细度后，除铁、过筛，然后根据成型方法的不同，机制成型用泥浆压滤脱水，真空练泥，备用；对于化浆工艺，把泥浆先压滤脱水，后通过加入解凝剂化浆，除铁、过筛后备用；对注浆成型用泥浆，进行真空处理后，成为成品浆，备用。

成型工序：分为滚压成型和注浆成型。然后干燥、修坯，备用。

烧成工序：在取得白坯后，入窑素烧，经过精修、施釉，进行釉烧，对出窑后的白瓷检选，得到合格白瓷。

彩烤工序：对合格白瓷进行贴花、镶金等步骤后，入烤花窑烧烤，开窑后进行花瓷的检选，得到合格花瓷成品。

包装工序：对花瓷按照不同的配套方法、各种要求进行包装，即形成本公司的最终产品，发货或者入库。2.日用陶瓷生产工艺（1）、机压成形工艺流程

泥料切泥片压坯带模干燥脱模坯体干燥磨坯捺水施内釉捺外水沾外釉取釉扫灰检验装匣烧成。（2）注浆成形工艺流程

泥料化浆高位浆桶注浆添浆倒出余浆带模干燥起坯利假口坯体干燥汤釉 接把嘴 补外水沾釉扫灰检验 装匣

日用瓷坯体施釉方法通常有两种：一是对未经烧制的生坯施釉，然后坯釉一次宜选用自动喷釉机施釉，其主要过程为：生坯干燥→坯体预热→自动喷釉→二次烧成；另一种是在经素烧后的素坯上施釉，再进行釉烧。

三、我国陶瓷产业的基本状况

陶瓷的使用，在我国9000~10000年以前就开始了，随历史的前进，陶瓷生产在我国也随着一起发展起来，并有着当时世界顶尖的水平。但是如今，由于历史等各种因素的影响，中国陶瓷生产工艺相比欧美等科技发达国家，下面我就相关资料查询结果来说明我国陶瓷产业现状。

从目前我国陶瓷市场的相关动态与现状，可以看出，随着我国在近些年来经济、科技、文化的水平提升，我国陶瓷生产已然形成以建筑瓷、卫生瓷、日用瓷、工艺美术瓷以及工业特种瓷为主的产业体系，并且传统工艺陶瓷在做工和外观上相当之高，如唐山陶瓷“三绝”：喷彩、雕金和曜变釉。

现在中国陶瓷发展已经可以分为十大产区，各个产区也有自己的特色，如上海一带为代表的华东台资或合资企业，在有釉制品特别是釉面砖方面占有优势，在企业管理方面独树一帜，四川夹江产区以红坯体特有的制造方法，曾产生了相当可观的生产量，号称西部瓷都等等。这些地方大多拥有从原材料供应到展览销售等成熟的产业配套环节。因此，产业集群以特有的群体竞争优势和集聚发展的规模效应，使产业集中化、网络化和植根化，使得其他地方的陶瓷企业进入难度和成本加大。

而与陶瓷产业配套的产业也有着快速发展，如陶瓷机械、耐火材料及花纸等配套产业在众多高校中都有与之相关的研究方向和研究项目，为陶瓷产业的发展提供了强有力的支持。

技术是陶瓷企业的核心竞争力。目前各陶瓷企业均意识到这一点，不断加强对技术研究的投资力度，建立与生产相配套的研发中心，强化企业的自主技术创新。目前，已经有众多陶瓷企业获得了ISO9000族国际质量管理体系认证证书。

虽然陶瓷制品是我国出口创汇的主要产品之一，但我国现在只是世界上生产制造艺术陶瓷第一大国，却不是艺术陶瓷强国，从国内大多数企业还是依靠国外技术在国内制造的情况看，我国陶瓷生产还存在着很多问题。接下来让我分析这些主要问题。

四、我国陶瓷生产存在的主要问题

第一个问题显然是技术创新方面上，我国陶瓷生产水平跟不上发达国家的水平。尽管大多陶瓷企业将自主技术创新放在企业发展的重要战略位置，但是技术创新的力度仍然有所欠缺，技术人才的缺乏和技术人才质量上不足，使得新技术很难在生产中使用和开发出来，直接影响到我国陶瓷生产的水平。

其次是陶瓷生产环境污染严重，能耗高。由于陶土资源过度开采以及一些不合理的开发技术和手段，造成能源消费较高，节能减排压力大。而且陶瓷行业本身就是属于高能耗、高污染行业,生产过程中的废气、废水、废渣、粉尘等对环境造成严重污染。这种生产情况不仅导致国内矿产资源、能源过度消耗,阻碍了我国陶瓷行业的可持续发展，还对我们生活环境有着严重的影响。

再就是行业利润水平低，产品低质化严重。我国虽是一个陶瓷生产大国,，产品以中低档为主，附加值较低，在国际市场售价不高。陶瓷产能过剩，供大于求导致产品利润不高。

最后要说的问题是部分陶瓷企业大而不强，竞争优势不明显。这些企业经营机制不灵活，让然延续传统的经营管理模式，难以跟得上当前市场激烈竞争的步伐；因此，经营机制僵化和竞争优势定位不明确是导致部分陶瓷企业大而不强的主要原因，也是陶瓷产业发展过程中面临的重要问题。

五、我国陶瓷产业的对策建议

现在社会生活水平在不断的提高中，因而产品的第一要素就是与消费潮流相呼应，所以产品创新是我国陶瓷。工艺技术不断创新，有效降低生产成本。

陶瓷企业在厂址选择、空间布置、厂内运输线路的安排等方面力求合理，尽量减少运输量；实现陶瓷企业运输操作机械化、自动化，减轻工人的工作强度

减少或消除作业中的多余和无效时间，增加基本作业时间的比重。在保证产品质量的前提下，开发新技术，提高企业管理水平，缩短陶瓷产品的生产周期。

陶瓷生产过程的专业化和协作水平较低。所以，当今阶段仍然需要我们的努力，完善陶瓷工艺，制备新型功能型陶瓷。

参考文献：

① 肖汉宁.高朋召高性能结构陶瓷及其应用，北京:化学工业出版社，2006.② 张云宏.陶瓷工艺技术.北京：化学工业出版社，2006.③ 王零森.特种陶瓷.长沙：中南大学工业出版社，2000.④ 谢志鹏.结构陶瓷.北京：清华大学出版社，2001.

第二篇：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

[1]刘晋春、赵家齐、赵万生.特种加工（第4版），机械工业出版社，2007年1月。

[2]单岩、夏天.数控线切割加工，北京.机械工业出版社，2004。[3]王彤，张新服.丝速对高速走丝气中线切割加工的影响，机械工程师，2004(5): 10～11。

[4]蔡乐安.连续加工中线切割工作液对加工的影响.电加工与模具，2002(4): 21～24。

[5]李明奇，朱林逋，李明辉等.高速走丝电火花线切割加工多次切割工艺的研究及应用.电加工与模具，2003(4): 45～47。

第三篇：特种焊接论文

激光焊和电子束焊接

学 院：材 料 科 学 与 工 程 学 院

专 业：金 属 材 料 科 学 与 工 程

姓 名：黎 琦

学 号：20100800411

激光焊和电子束焊接

摘要： 本文通过对特种焊接方法中的激光焊和电子束焊接两种方法的原理、特点、设备、工艺及应用等方面的简介，让大家对特种焊接技术得到一个完整的认识。在焊接这个领域中，特种焊接技术是在近年来得到高速的发展。它不仅给焊接技术的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响

关键词：焊接技术 发展

日新月异

1.引言 焊接作为先进制造技术的重要组成部分在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。焊接技术的优秀成果在航空、核能、船舶、电力、电子、海洋钻探、高程建筑等领域得到广泛的应用。随着科学技术的发展和技术的进步，焊接已经逐渐脱离了单纯工艺和技术的层面而走向科学的范畴，并且在与其他科学知识的不断碰撞和交融中，展现出来旺盛的生命力。新材料的不断产生、新能源的不断开发和新结构的不断涌现，对焊接技术提出了新的挑战。由此传统的焊接技术以满足不了工程的应用，随着材料和技术的发展，焊接技术也得到了发展，越来越多的焊接方法得到应用——特种焊接。

2.激光焊

2.1激光焊的基本原理（1）激光焊接的基本过程

使用经光学系统聚焦后具有高功率密度的激光束照射到焊接材料表面，利用材料对光能的吸收来对其进行加热、熔化，再经过冷却结晶而形成焊接接头的一种熔化焊过程。（2）激光焊机理

按激光器输出能量的方式不同，激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊，按激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分为传热焊和深熔焊。1）激光传热焊

采用的激光器光斑上的功率密度小于105W时，激光将金属表面加热到熔点与沸点之间，焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，是金属表面温度升高而熔化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似为半球形。

特点是：激光光斑上的功率密度小，很大一部分光被金属表面所反射，光的吸收率较低，焊接熔深浅，焊接速度慢。主要用于薄、小零件的焊接加工。2）激光深熔焊

当激光光斑上的功率密度足够大时（大于等于106W/cm2）,金属在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高到沸点，是金属熔化和汽化。当金属汽化时，所产生的金属蒸汽以一定的速度离开熔池，金属蒸汽的溢出对熔化的液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面向下凹陷，在激光光斑下产生一个凹坑。当光束在小孔底部继续加热汽化时，所产生的金属蒸汽一方面压迫坑底的液态金属是小坑进一步加深，另一方面，向坑外飞出的蒸汽将熔化的的金属挤向熔池四周。这个过程连续进行下去，便在液态金属中形成一个细长的空洞。当光束能力所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的孔而进行焊接，因此称之为激光深熔焊。（3）激光焊过程中的几种效应

小孔效应、等离子体屏蔽效应、等离子体的负面效应、壁聚焦效应、净化效应

2.2激光焊接的设备组成

激光器、光学系统、激光加工机、辐射参数传感器、工艺介质输送系统、工艺参数传感器、控制系统、准直用He-Ne激光器

其中激光焊接设备主要由激光器、导光系统、焊接机和控制系统组成。2.3激光焊接的工艺特点

按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光动车密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝（图1）。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。

深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生，研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系，和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义和实用价值。

由于经聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比电弧焊（5×102～104W/cm2）高几个数量级，因而激光焊接具有传统焊接方法无法比拟的显著优点：加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，可以实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。

激光焊与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不产生X射线，更适合生产中推广应用。激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，成为高能束焊接技术发展的主流。

2.4激光焊接在工业中的应用情况（1）激光焊接在国外汽车工业中的应用 1）白车身激光焊接

汽车工业中的在线激光焊接大量用在白车身冲压零件的装配和连接上。主要应用包括车顶盖激光焊、行李箱盖激光钎焊及车架激光焊接。

另一项比较重要的车身激光焊接应用,是车身结构件（包括车门、车身侧围框架及立柱等）的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高车身强度,并可解决一些部位难以实施常规电阻点焊的难题。2）不等厚激光拼焊板

车身制造采用不等厚激光拼焊板可减轻车身重量、减少零件数量、提高安全可靠性及降低成本。3）齿轮及传动部件焊接

20世纪80年代末,克莱斯勒公司的Kokomo分公司购进九台6kWCO2激光器,用于齿轮激光焊接,生产能力提高40%。90年代初,美国三大汽车公司投入40多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司经研究利用激光焊接代替电子束焊接,因为前者焊缝热影响区小。美国福特汽车公司用4。7kWCO2激光器焊接车轮钢圈,钢圈厚1mm,焊接速度为2。5m/min。该公司还采用带有视觉系统的激光焊接机,将六根轴与锻压出来的齿轮焊在一起,成为轿车自动变速器的齿轮架部件,生产率为200件/h。

（2）光纤激光焊在造船及海洋工程方面的应用

目前,许多轮船都是先制造出许多独立的局部组件结构单元,再在水中的船台上一个个进行组装。采用激光焊技术制造海洋建筑物局部组件非常合适,因为它结合了焊接切割自动化技术与激光技术。与弧焊方法相比,采用该技术可以大大提高生产率。

造船中,采用光纤激光技术,可以无需进行焊接边缘预处理和焊前或焊后热处理就能将部件焊接在一起。与弧焊相比,激光焊的焊接接头窄,热影响区小,而且没有传统弧焊方法中出现的由于弧吹或电极磨损引起的焊接缺陷。所以,接头采用光纤激光焊,可以实现新的焊接结构设计,这在以前是不可能实焊接接头比弧焊焊接接头更加经济, 质量更好。

（3）激光焊在飞机制造中的应用

激光束焊具有能量密度高,热影响区小,空间位置转换灵活,可在大气环境下焊接,焊接变形极小等优点。它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长桁的焊接,以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术,如腹鳍和襟翼的翼盒,结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和外加蒙皮完成,而是应用了先进的钣金成形技术后,采闲激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合,不仅产品质量好,生产效率高,而且工艺再现性好,减重效果明显。

近年来激光焊也多见于薄壁零件的制造中,如进气道、波纹管、输油管道、变截面导管和异型封闭件。这些零件的传统焊接方法多采用微弧等离子弧焊,或者是小电流钨极氩弧焊。随着钛合金材料的大量使用,即便采用了这些低线能量的焊接技术,仍然由于薄壁材料引起的焊接变形超出公差范围和焊接缺陷的无法修复等原因,导致传统焊接工艺面临淘汰的命运。激光束焊接配以局部保护措施,[4]非常适合焊接薄壁钛合金壳体零件。（4）复合激光焊的应用

复合激光焊技术结合了激光焊和传统气体保护焊（GMAW）两者的优点,激光焊能在较小的热输入量和小的焊接热影响区（HAZ）情况下获得较大的熔深；所附加的气保焊（GMAW）可以大大扩展接头根部间隙的大小,改善表面状态和杂质的允许量；提高根部间隙填充和成形质量以及加强对焊接冶金的控制。（5）激光焊在医学上的应用

激光焊是用激光来加热, 所以它可以穿透透明介质, 能够焊到透明介质容器的里边去。这是其他焊接方法难以做到的。这种方法也被利用到医学里边,比方讲我们有些患者视网膜脱落,视网膜是在眼球的后面,视网膜脱落以后眼睛就会失明。现在就用激光的办法,透过眼球焊到眼球后面,把这个视网膜和眼球焊起来。这个已经是很成功的手术了

3.电子束焊接

3.1电子束焊接的基本原理

电子束焊接的工作原理是:在真空条件下。从电子枪中发射的电子束在高电压(通常为20～300kV)加速下,通过电磁透镜聚焦成高能量密度的电子束。当电子束轰击工件时,电子的动能转化为热能,焊区的局部温度可以骤升到6000℃以上。使工件材料局部熔化实现焊接。3.2 电子束焊接特点

由于高能量密度的电子束流集中作用的结果,使电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。电子束焊接过程是,高压加速装置形成的高功率电子束流,通过磁透镜会聚,得到很小的焦点(其功率密度可达104~109W/cm2),轰击置于真空或非真空的焊件时,电子的动能迅速转变为热能,熔化金属,实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下:

(1)电子束斑点直径小,加热功率密度大,焊接速度快,热影响区小;

(2)可获得深宽比大的焊缝,焊接厚件时可以不开坡口一次成形;(3)多数构件是在真空条件下焊接,焊缝纯洁度高;

(4)规范参数易于调节,工艺适应性强;

(5)适于焊接多种金属材料;

(6)焊接热输入低,焊接热变形小。但是电子束焊接方法也有一些不足,如:

(1)电子束焊机结构复杂,控制设备精度高,所需费用高;

(2)焊接前对接头加工、装配要求严格,以保证接头位置准确、间隙小而且均匀;

(3)真空电子束焊接时,被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制,每次装卸工件要求重新抽真空;

(4)冷却过程中快速凝固,引起焊接缺陷,如气孔、焊接脆性等;

(5)电子束易受杂散电磁场的干扰,影响焊接质量;

(6)电子束焊接时产生的X射线需要严加防护,以保证操作人员的健康和安全。

3.3.电子束焊接的分类

1）、根据焊件所处真空度的差异可分为:

（1)高真空电子束焊接(真空度为10-4～10-1Pa):该方法电子散射小,作用在工件上的功率密度高,穿透深度大,焊缝深

宽比大,适宜于活性金属、难熔金属及质量要求高的工件焊接,应用最为广泛。

（2)低真空电子束焊接(真空度为10-1～10Pa)。与高真空电子束焊相比,电束较宽,工作距离较大,真空系统简单,生产效率高,成本低。减弱了焊接时金属的蒸发等。

（3)非真空电子束焊接(无真空工作室):在大气压力的环境中焊接,电束散射宽,焊缝较宽、深宽比小,可焊大尺寸的工件。焊接时,束流进入大气前先经过充满氦的气室,而后与氦气一起进入大气。

2）、根据电子枪加速电压又可分为:

(1)高压电子束焊接:加速电压大于120千伏,束斑直径小,功率密度大,工作距离长,焊缝的深宽比大,焊缝精密,变形小,适用于单道焊缝的大厚度板材和难熔、热敏材料的焊接。

(2)中压电子束焊接:加速电压范围为40～100千伏,满足除极薄材料外的一般厚度材料的焊接,可用局部真空室满足大型件的焊接。

(3)低压电子束焊接:加速电压低于40千伏,功率密度小,工作距离短,焊缝稍宽,畸变稍大,适用于焊缝深宽比小的薄板焊接。3）、按电子束对材料的加热机制分

(1)热传导焊接:作用在工件表面的功率密度<105W/cm2,电子束转化的热能通过热传导使工件熔化,熔化金属不产生显著的蒸发。

(2)深熔焊接:作用在工件表面的功率密度>105W/cm2,金属被熔化并伴有强烈的蒸发,形成熔池小孔,电子束穿入小孔内部与金属直接作用,焊缝深宽比大。3.4 电子束焊接的工艺

电子束焊接是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。3.5电子束焊接在工业上的应用:

1）、飞机和航天飞行器

电子束已被用来将钛锻件焊接成新型直升机的转翼,现代战斗机的机翼箱等。发动机上一些其他部件如透平罩、压缩机箱体以及飞机的燃料驱动系统和着陆起落架等也都采用了电子束焊接。

由于电子束焊接的变形和热影响区小,已被用于航天飞机发动机的装配焊接,如主燃烧室、热气歧管、高(低)压燃料涡轮泵、高(低)压氧化剂涡轮泵、燃料预燃烧室、氧化剂预燃烧器等间的焊接。2）、发电设备

电子束焊接以其独有的优点正在发电设备的制造方面取代传统的焊接方法。如美国、日本等国家都已使用真空电子束焊接取代埋弧焊工艺焊接汽轮机定子和汽轮机导向叶片。使用埋弧焊需要几天才能完成的焊接,使用电子束焊接后仅需几个小时就能完成。3）、汽车工业

使用电子束焊接方法焊接汽车后桥,省去了坡口的制作的准备。由于在真空条件下施焊,电子束焊接大大地清除了产生气孔、裂纹、夹渣等这些缺陷的可能,强度得到了保证,获得了极佳的经济效益。此外,真空电子束焊接还用来焊接汽车驱动轮、扭矩变换器、行星齿轮支座、飞轮、滑叉等,都取得了前所未有的效果。4）、电子元器件

随着现代工业对电子线路和元器件的要求越来越高,电子束焊在电子行业发挥着越来越重要的作用。真空电子束用来焊接密封晶体管已取代钎代焊焊接晶体管连接接头。有些电子线路和元器件要求其焊缝在焊完后继续保持在真空密封装置内,焊缝不得有腐蚀性杂质,电子束焊接正是满足这种要求的最有效方法。5）、机械基础件

电子束也用来焊接有特殊要求的机械基础件,如轴、轴承、齿轮、金属带锯、双金属带等。对于硬度极高的金属的切断,使用电子束,可将高速钢型材焊在柔韧的载体带上。适当选择高速钢型材宽度,使得铣锯齿时,齿间,即断裂危险区位于柔韧性载体带上,这样,就能使高速钢齿尖达到最佳硬度,带锯能在最佳经济效益下实现最大负荷。6）、核工业产品

电子束焊接最早应用于核工业产品部件,近些年来,在这一领域得到更充分的发展。如:一种核工业多种用途的真空电子束焊机,在离子推进系统中,它应用于难熔、耐蚀金属的焊接和不同金属之间的连接,焊缝无裂纹和泄漏,变形也相当小。4.结束语

学习特种焊接后，总体感觉这些焊接方法优于传统的焊接方法，适应于要求高，难用一般方法焊接的焊件焊接。广泛的应用于航空航天、石油化工、宇航等领域。由于新材料的不断出现，科技的不断发展，新的焊接方法将不断的出现，日新月异。

第四篇：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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第五篇：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：

班 级：姓 名： 学 号：

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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