特种加工与其他新技术、新工艺
特种加工技术论文.(优选)
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。
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。
《特种加工》课件 (2)
特种加工的应用领域
航空航天
特种加工在航空航天领域中有着 广泛的应用，包括飞行器零部件 制造和材料加工。
医疗器械
汽车工业
特种加工用于制造各种医疗器械， 如人工关节和植入物。
在汽车工业中，特种加工用于制 造发动机零部件和复杂的汽车结 构。
特种加工的挑战和解决方案
1 材料选择
特种加工需要选择适合的 材料，以满足特定的要求 和性能。
非传统加工
使用先进的技术和设备，如激光加工、电火花加工和超声波加工等。
表面处理
对材料表面进行处理，例如电镀、喷涂和热处理等。
特种加工中常用的设备和工具
激光切割机
用激光束对材料进行切割和雕 刻。
电火花加工机
通过放电产生的高温和高压力， 对材料进行加工。
数控机床
使用计算机控制的机床，实现 高精度和高效率的加工。
特种加工
特种加工是一种专门用于处理特殊材料和零件的加工工艺。它涵盖了多个不 同的领域和分类，并需要特定的设备和工具。
特种加工的定义
特种加工是一种专门用于处理特殊材料和零件的加工工艺。它通常需要特殊的技术和设备，以确保高精度和高 品质的加工结果。
特种加工的分类
机械加工
使用传统机床和工具进行加工，包括车削、钻孔和量和高精度加工的重要手段，将会有越来越大的市场需求。
总结和结论
特种加工是一种关键的加工工艺，可以用于处理特殊材料和零件，并满足高 精度和高品质的加工要求。它在航空航天、医疗器械和汽车工业等领域有着 广泛的应用，并具有广阔的发展前景。
2 加工精度
由于特殊材料的特性，特 种加工需要达到极高的加 工精度。
3 设备更新
特种加工需要不断更新和 升级设备，以适应新材料 和新技术的发展。
特种加工技术 (6)
图7.1快速成形技术的原理图
图7-2 快速成形的基本过程
快速成形技术的不同称谓:
自由成形制造FFF（free form fabrication） 实体自由成形制造SFF(solid freeform fabrication) 分层制造LM(layered manufacturing)、 添加制造AM（additive manufacturing)或 材料增长制造MIM (material increase manufacturing) 直接CAD制造DCM（direct CAD manufacturing ） 即时制造IM（instant manufacturing）等等。
图7-7 叠层实体制造的系统原理图
LOM的成形工艺基于激光切割薄片材料、 由黏结剂黏结各层成形，其具体过程如 图7-8所示。
图7-8 LOM制造工艺过程
从叠层实体制造的工艺过程可以看出其具 有的特点： ① 用CO2激光进行切割； ② 零件交截面轮廓外的材料用打网格的办
法使之小的方块条，便于去除； ③ 采用成卷的带料供材； ④ 行程开关控制加工平面； ⑤ 热压辊对最上面的新层加热加压； ⑥ 先进行热压、黏结，再切割截面轮廓，
1. 成形精度高 2. 成形速度较快 3. 扫描质量好 4. 成形件表面质量好 5. 成形过程中需要添加支撑 6. 成形成本高
【应用实例7-1】 摩托罗拉公司手机手板制作
国外大公司已经广泛采用光固化快速成
形的方法加快产品的开发进程，下图为摩 托罗拉公司使用SLA成形工艺进行的手板 样件验证工作，大大缩短了开发周期。
【应用实例7-2】 冰箱内饰件快速制模
特种零件加工实训报告
一、实训背景随着现代工业的快速发展，特种零件在航空航天、军事装备、精密仪器等领域扮演着越来越重要的角色。
特种零件加工技术对于提高产品质量、降低成本、提高生产效率具有重要意义。
为了提高我校学生对特种零件加工技术的认识，培养实际操作能力，特组织本次特种零件加工实训。
二、实训目的1. 了解特种零件加工的基本原理、工艺流程和设备操作方法。
2. 掌握特种加工设备的操作技能，提高实际操作能力。
3. 培养学生对特种零件加工技术的创新意识和团队协作精神。
4. 为今后从事相关行业打下坚实基础。
三、实训内容1. 特种加工基本原理本次实训主要涉及电火花线切割、激光加工、磨削加工、精密加工等特种加工技术。
通过对这些技术的学习，使学生了解特种加工的基本原理和特点。
2. 设备操作实训过程中，学生需要熟练掌握以下设备的操作：（1）电火花线切割机：了解其结构、工作原理和操作方法，掌握切割参数的设置。
（2）激光加工机：了解其结构、工作原理和操作方法，掌握激光加工参数的设置。
（3）磨削加工设备：了解其结构、工作原理和操作方法，掌握磨削参数的设置。
（4）精密加工设备：了解其结构、工作原理和操作方法，掌握精密加工参数的设置。
3. 工艺流程实训过程中，学生需要熟悉特种零件加工的工艺流程，包括：（1）毛坯选择：根据零件图纸和加工要求，选择合适的毛坯材料。
（2）加工工艺设计：根据零件图纸和加工要求，制定合理的加工工艺方案。
（3）加工过程控制：在加工过程中，严格控制加工参数，确保加工精度。
（4）检验与测量：对加工完成的零件进行检验和测量，确保零件质量。
四、实训过程1. 实训准备实训前，学生需了解特种零件加工的基本知识，熟悉相关设备操作方法。
教师讲解特种加工基本原理、工艺流程和设备操作方法，使学生具备一定的理论基础。
2. 实训实施（1）电火花线切割：学生根据零件图纸和加工要求，设置切割参数，进行电火花线切割操作。
（2）激光加工：学生根据零件图纸和加工要求，设置激光加工参数，进行激光加工操作。
特种加工技术
• 2. 超声波加工的特点和应用 • (1) 超声波加工主要适于加工各种硬脆材料，特别是不导
• 图是利用固体激光器加工的原理示意图。当激 光工作物质(如红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石 榴石等)受到光泵(即激励脉冲氙灯)的激发后， 吸收特定波长的光，在一定条件下可形成工作 物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数的状 态，这种现象称为粒子数反转。此时，一旦有 少数激发粒子自发辐射发出光子，即可感应所 有其它激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放 大。并通过谐振腔的反馈作用产生振荡，由谐 振腔一端输出激光。通过透镜将激光束聚焦到 待加工表面上，即可对工件进行加工。
好、无残余应力和毛刺； • (5) 加工中阴极损耗小，一般可加工上千个零件； • (6) 因影响电解加工的因素很多，故难于实现高
精度的稳定加工。尺寸精度低于电火花加工，且 不易控制，一般型孔加工为：0.03~0.05mm，型 腔加工为0.05~0.2mm； • (7) 电解液对机床有腐蚀作用，设备费用高，电 解产物的处理和回收较困难，污染较严重。
砂带磨削
• 利用高速运转的环形砂带加工工件表面的 磨削。一般在砂带磨床上进行。 砂带围绕 在具有一定弹性的压轮和张紧轮上，由压 轮驱动回转作连续切削运动，工件放在传 送带或工作台上作进给运动。当工件接触 砂带或通过压轮下的磨削区时，即被砂带 磨去表面的一层材料
• 砂带磨削具有许多其它磨削加工方式所不 具备的优势：①磨削效率高达96%，是所 有磨削加工方式中最高的；②磨削比高(比 砂轮磨削高10倍以上)；③可实现磨削、研 磨、抛光等多重加工效果，加工精度高，
特种加工训练实现多元化教学载体初探
特种加工训练实现多元化教学载体初探【关键词】特种加工；教学载体；多元化我校的工程训练中心已经经过近十年的建设与发展，传统加工的建设都比较完善，比如车、铣、刨、磨、钳、铸造、焊接、锻造等等。
通过这些工种的实践，对培养学生的工程实践能力有了积极作用，但随着科学技术的发展，及时将新技术、新设备、新工艺、新材料充实到工程训练中去将成为必然趋势。
现代加工已成为工程训练中心建设中不可或缺的重要部分，已逐渐成为工程训练中心发展建设的一个新的增长点。
同时先进的加工方法也成为学生工程实践中的一个亮点。
特种加工训练是工程实践课程的一个重要组成部分。
近些年来，特种加工技术发展非常快，已广泛应用于机械制造领域，在工业生产中发挥了日益重要的作用。
特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，作为一种新颖制造技术，它的发展变化空间非常大，所以特种加工工程训练如果墨守陈规，不思变，不改革，是不能适应时代的发展和人才培养目标的需要的，并且特种加工训练与其他训练单元为类比关系，其他单元多年积累的教学经验很多时候在此并不完全适用，因此，探索出特种加工训练特有的教学体系显得尤为重要。
1 我校特种加工训练单元现状我校工训中心特种加工训练单元经过近十年发展建设，在硬件上已经初具规模。
特种加工训练单元各型实训设备比较齐全，现有电火花成型机、激光快速成型机、激光标刻机、超声波研磨机、超声波清洗机各一台，数控电火花线切割机10台，教学计算机8台。
特种加工训练单元现有指导教师2人，均具有硕士学位。
课程时长为两天（16学时），每年有近2000名学生参加该单元训练。
目前，特种加工训练单元教学内容及教学模式比较单一。
指导教师往往设定统一的教学内容及考核标准，没有考虑到学生个性化、差异化的需求，且教学内容偏过分重于操作技能的训练，教学过程仍然是以教师为主体，学生被动接受知识与技能，往往造成学生在学习过程中缺乏反思，“知其然而不知其所以然”，实践内容不能很好地支撑理论教学目标，不符合“学生为主体，教师为主导”的现代教学理念，对提升学生综合实践能力及创新能力帮助存在欠缺。
特种加工的新工艺方法及微细制造的最新进展
馈电电极
工具电极 ห้องสมุดไป่ตู้
工作液相 比， 在高脉冲能量下碳氢化合物会更多地分解 杨 晓 冬 及 东 京 农 业 大 而产生气泡 ； 气泡结构也与脉 冲参数有关， 尤其是脉宽， 学 Ｍａａｉ ｉ ｏｉ 因 ｓｈｔ Ｋｍ ｒ 等 ｏ 为它决定了前一个气泡受迫破裂 的时间 ； 此外， 气泡体积 研究 了一种 采用静 电
电源与工具 电极之间相 当于串联一个电容 ，使得单个脉 冲能量的最小值可以进一步降低 ，因而更有利于微细加 工 。此外 ， 在工具 电极与工件之 间并联一个二极管 ， 使加
工 中只 允许 单 一极 性 的电 火花 放 电。此 方 法 可通 过 改变
材 料 去 除率 。
极 ， 工 时 间为 ８ ４。 加 ８ｓ 学 的 Ｔ ｋｙｋ Ｔ ｎ 等 ａ ａｕ ｉ ａ ｉ 采 用 扫 描 电 火 花 加 工 方 法 ， 旋 转 电极 横 向 将 切入 一 个 金 属板 ， 以获
会 通 过 分 裂 和在 放 电通 道底 部 的跳 动 而 减 小 ， 这 种 可 但 感 应 给 电方 式 的微 细
能性很难控制， 只作为辅助因素。 因此， 选择适 当的加工能 电火 花 加工 的方 法 。 微 量源并控制脉 冲参数， 以控制气泡 的结构并使其适合 细 电火 花加工 的 回转 可
的尺寸 ， 安置 ２ 间距极小且相互绝缘 的金属板 ， 个 通过测
电 极 圆 柱 体 电 火
量 ２ 个金属板 的电流 ，控制工具 电极沿 中心轨 迹通过 ２ 花磨 削 （ Ｅ Ｇ 方 ＣＤ ） 个平板 间隙， 并成功制 法 ， 并用直径为 ５ ｔ ０ ｍ的线 电极放 电磨削 （ Ｄ ） ｘ ＷＥ Ｇ 进行 了
机械工程师 ２ ０ 年第 １ 期 ０８ １
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第一节 特种加工工艺
图7-6 低速走丝线切割加工设备组成 1—脉冲电源 2—工件 3—工作液箱 4—纯水 5—泵 6—新丝放丝筒 7—工作台 8—X轴电动机 9—数控装置 10—Y轴电动机 11—废丝卷筒
第一节 特种加工工艺
(2)线切割加工的特点 电火花线切割加工过程的机理和工艺，与 电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。 1)电火花线切割加工与电火花穿孔成形加工的共性表现在：
第一节 特种加工工艺
三、电化学加工 1.电化学加工概述 (1)电化学加工的基本原理 电化学加工(Electro-chemical Machi
ning，ECM)是利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料 进行成形加工的一种特种加工工艺。
第一节 特种加工工艺
1)工具电极和工件电极之间必须始终保持一定的放电间隙，这一 间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。 2)火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间(一般为
10-7~10-3s)后，需停歇一段时间，这样才能使放电所产生的热量 来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小 的范围内，避免像电弧持续放电那样，使表面烧伤而无法用于零 件加工。
①线切割加工的电压、电流波形与电火花穿孔成形加工的基本相 似。 ②线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材 料的可加工性等都与电火花穿孔成形加工的基本相似。 2)线切割加工相比于电火花穿孔成形加工的不同特点表现在： ①电极丝直径较小，脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工参数 的范围较小，只能采用正极性加工。
第一节 特种加工工艺
4)加工后的表面边缘无毛刺残留，微观形貌“圆滑”。
第一节 特种加工工艺
表7-1 常用特种加工方法-1 常用特种加工方法的综合比较
第一节 特种加工工艺
1)改变了材料的可加工性概念。 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。
第一节 特种加工工艺
图7-2 电火花加工表面局部 a)单个脉冲放电 b)多个脉冲放电
第一节 特种加工工艺
图7-3 脉冲电源电压波形
3)火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如，煤 油、皂化液或去离子水等。
第一节 特种加工工艺
2.电火花加工的特点 (1)电火花加工的优点 1)适合于任何难切削材料的加工。
第一节 特种加工工艺
②电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花线切割 加工，间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种 状态组成，一般没有稳定的电弧放电。
③电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象，因为在 电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，只有 当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这 种介质减薄到可被击穿的程度，才会发生火花放电。 ④省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制 造费用，缩短了生产准备时间。 ⑤由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的 工件。
2)可以加工特殊及复杂形状的零件。 3)由于加工过程中工具电极和工件不直接接触，火花放电时产生 的局部瞬时爆炸力很小，电极运动所需的动力也较小，因此没有 机械切削力，工件不会产生受力变形，特别适宜加工低刚度工件 及微细加工。 4)加工表面微观形貌圆滑、无刀痕沟纹等缺陷，工件的棱边、尖 角处无毛刺、塌边。 5)工艺适应面宽、灵活性大，可与其他工艺结合，形成复合加工。
第一节 特种加工工艺
⑥由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少， 从而对加工精度的影响较小。 ⑦采用水或水基工作液不会引燃起火，容易实现安全无人运转。
⑧在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔。 (3)线切割加工的应用范围 线切割加工为新产品试制、精密零件 及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面。 1)加工各类模具。 2)各种材料的切断。 3)试制新产品。 4)加工薄片零件、特殊难加工材料零件。 5)加工电火花成形加工用的电极。
特种加工与其他新技术、新工艺
第一节 特种加工工艺
一、概述 传统的机械加工技术已有了很久的历史，它对人类的社会发展和 物质文明起了极大的作用。
1)解决各种难切削材料的加工问题。 2)解决各种特殊复杂型面的加工问题。 3)解决各种超精密、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。 4)解决特殊材料、特殊零件的加工问题。 1)主要不是依靠机械能而是依靠其他能量(如电能、化学能、光能、 声能、热能等)去除工件材料。 2)工具硬度可以低于被加工材料的硬度，有的情况下，如高能束 加工甚至根本不需要任何工具。 3)加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用。
表7-2 电火花加工工艺方法分类
第一节 特种加工工艺
表7-2 电火花加工工艺方法分类
第一节 特种加工工艺
表7-2 电火花加工工艺方法分类
第一节 特种加工工艺
4.电火花线切割加工 (1)电火花线切割加工的工作原理与装置 1)电火花线切割加工的原理。
2)线切割加工的装置。
图7-5 高速走丝电火花线切割原理及设备构成 a)电火花切割工艺 b)电火花切割装置 1—绝缘底板 2—工件 3—脉冲电源 4—钼丝 5—导向轮 6—支架 7—储丝筒
4)对零件的结构设计产生了很大的影响。 5)改变了对零件结构工艺性好坏的衡量标准。 6)特种加工已成为微细加工和纳米加工的主要手段。 二、电火花加工 1.电火花加工的基本原理
第一节 特种加工工艺
图7-1 电火花加工原理 1—工件 2—脉冲电源 3—进给调节装置 4—工具 5—工作液 6—过滤器 7—工作液泵
第一节 特种加工工艺
6)直接利用电能加工，便于实现自动化控制。 (2)电火花加工的局限性 1)一般加工速度较慢，因此，安排工艺时多采用机械加工去除大
部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产率。 2)存在电极损耗和二次放电。
图7-4 电火花加工的加工斜度和圆角现象
第一节 特种加工工艺
3)主要加工金属等导电材料，只有在一定条件下才能加工半导体 和非导体材料。 3.电火花加工的工艺方法分类及其应用