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第一篇：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#$
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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第二篇：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(△
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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