特种加工技术论文(二)

特种加工技术的研究与应用

论述了特种加工技术的产生和发展，阐述了快速成型、超声波加工、电子束和离子束加工、激光加工，讨论了各种加工方法的工艺原理和在生产实践中的具体应用。最后，展望了特种加工技术的发展方向。

关键词:特殊处理；快速原型技术；超声波加工；电子束和离子束加工；激光加工

1.特种加工技术的产生和发展

机械加工作为一种历史悠久的加工方法，极大地促进了人类的物质文明和生产活动。对于工业部门来说，所设计的零件或机器必须通过加工方法来实现。没有有效的加工方法，再好的设计创意也无法转化为产品。比如蒸汽机是在18的70年代发明的，但是当时的生产设备无法生产出精度高、匹配要求高的蒸汽机气缸，所以一直无法生产出能正常工作的蒸汽机[1]。直到镗缸机的出现，才解决了这个生产难题，使得蒸汽机得到了广泛的应用，引起了第一次工业革命。因此，我们可以发现，加工方法在设计思想的实现和社会经济的发展中起着重要的作用。

随着生产的发展和科学实验的需要，对产品的要求越来越高。未来的技术产品正朝着高精度、高速、重载、高温高压、小型化和高可靠性的方向发展。为了实现这些新要求，需要新材料和新结构。因此，对机械制造部门提出了许多新的要求。特种加工正是在这种强烈的社会需求下产生和发展起来的，其相对于传统加工的优势进一步促使人们对其进行研究和应用。所以到目前为止，特种加工技术种类繁多，能够达到的加工精度和生产效率也越来越高。可以说，特种加工技术已经成为现代机械制造业中不可缺少的加工方法。

传统的机械加工是利用机械能和切削力来加工金属，而特种加工主要是利用电能、化学能、光能、声能、热能等能量来去除金属，所以特种加工技术可以用来加工各种高硬度、高强度、高脆性、高韧性的金属或非金属材料。由于特种加工使用的是广义的工具，如激光、超声波、电子束、离子束等，很容易实现加工过程的全自动化，对现代生产的组织和管理具有重要意义。

从1943开始，前苏联保罗·拉扎连科夫妇开始研究开关触头的火花放电腐蚀现象，特种加工技术经历了60多年的发展。目前，已经发展了许多特殊的加工方法，如电火花加工、WEDM、电化学加工和激光加工。现在，人们还研究了将特种加工理论应用于传统加工方法的复合加工方法，如振动切削、振动铣削等。由于特种加工技术特别适合于加工难加工材料、复杂表面和精密微表面，特种加工具有很大的适用性和发展潜力，在工具、模具、量具、仪器、航天器和微电子元器件的制造中得到了越来越广泛的应用。未来特种加工将朝着提高加工精度和表面质量，提高生产效率和自动化，发展复合加工和超精密加工的方向发展。

2.快速原型技术

快速原型技术(RP)是一种增材加工方法，主要用于制造样品，以便对新产品的设计进行快速评估、修改和功能测试，大大缩短产品的开发周期。快速原型技术集机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术于一体，易于实现生产过程的自动化，高效便捷，因此这种样件制造技术越来越多地应用于生产实践。根据快速成型技术使用的材料和工艺原理，可分为光敏树脂液态固化成型(SL)、选择性激光粉末烧结成型(SLS)、叠层片式成型(LOM)和熔融堆积成型(FDM)四种类型。

3.超声波加工技术

频率超过16000Hz的声波称为超声波，它是一种纵波，能传递很强的能量，在液体介质中传播时会产生水力冲击。超声加工技术(USM)是利用工具端面以超声频率振动，磨料悬浮液在超声振动的作用下使磨粒产生机械冲击、抛光和超声空化来加工脆硬材料。由于超声加工技术的工艺原理和特点，超声加工有许多特殊的应用。如加工深小孔、磨抛拉丝模和型腔模、加工难加工材料、超声波振动切削、超声波电解复合加工、超声波电火花复合加工、超声波清洗、超声波切割等。超声波加工技术和新材料的发展是相辅相成的。在未来，超声波加工一定会有更多的应用和发展。

4.电子束和离子束加工

电子束加工(EBM)是利用能量密度极高的电子束以极高的速度冲击工件表面，使大部分动能转化为热能，被冲击的工件材料部分熔化气化，从而达到改变被加工工件材料表面的理化性质、形状、大小和位置的目的。电子束处理装置包括电子枪、真空系统、控制系统和电源，电子束是通过加热由钨或钽制成的发射阴极获得的。由于电子束加工的工艺原理和特点，电子束加工技术可用于加工孔和特殊表面、蚀刻、焊接、热处理和电子束光刻。

离子束加工(IBM)利用高能离子束撞击材料表面时的撞击效应、溅射效应和注入效应来进行不同的加工。由于离子束轰击材料是逐层去除原子，可以达到纳米级的加工精度。离子束加工根据其加工原理和目的可分为三种类型:用于从工件上去除材料的蚀刻加工、用于在工件表面涂覆的电镀加工和用于表面改性的离子注入加工。由于电子束和离子束容易精确控制，加工过程可以完全自动化，但在电子束和离子束的聚焦和偏转方面还有很多技术问题需要解决。

5.激光加工

激光技术始于20世纪60年代，可用于钻孔、切割、焊接、热处理和激光储存。激光的产生来自于物质的受激辐射，即一些具有亚稳态能级结构的物质，在一定的外界光子能量的激发下，产生所谓的粒子束反转现象。在粒子束反转状态下，如果一个能量等于基态和亚稳态之差的光子照射物质，就会产生受激辐射，输出大量光能。由于激光具有强度高、单色性好、相干性好、方向性好等特点，几乎可以用来加工任何材料。目前常用的激光器有固体激光器(红宝石激光器、铷玻璃激光器和掺铷钇铝石榴石激光器)和气体激光器(二氧化碳激光器和氩离子激光器)。在生产实践中，需要进一步研究影响激光加工的因素，以充分利用激光加工技术。

6.结束语

近年来，随着对新材料、新结构、复杂轮廓零件和有特殊要求零件的需求日益增加，特种加工技术得到了越来越广泛的应用。未来，随着机电控制技术的进一步提高，特种加工技术将更趋于自动化，充分利用计算机技术可以使特种加工向自动化、柔性化方向发展[2]。未来特种加工技术将越来越多地应用于精密微细加工、复合加工和绿色加工。

参考

[1]，白，。特种加工[M]，北京:机械工业出版社，2011: 1 ~ 6。

王杰，范军，等.特种加工技术的新进展[J].轻工机械，2008，26 (4): 5 ~ 7 .

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