特種加工技術論文(2)
特種加工技術論文篇二
特種加工技術的研究與應用
摘要：本文論述了特種加工技術的產生和發展，并就快速成型加工、超聲加工、電子束和離子束加工以及激光加工進行展開闡述，討論了各個加工方法的工藝原理和在生產實踐中的具體應用。最后，對特種加工技術的發展方向進行了展望。
關鍵詞：特種加工;快速成型技術;超聲加工;電子束和離子束加工;激光加工
1.特種加工技術的產生和發展
機械加工作為一種有著悠久歷史的加工方法，對人類的物質文明和生產活動起到了極大的推動作用。對于工業部門而言，設計出來的零件或者機器必須依賴于加工方法來實現，如果沒有行之有效的加工方法，再好的設計思路也無法轉化為產品。例如18世紀70年代就有人發明了蒸汽機，但是由于當時的生產設備制造不出有著較高精度和配合要求的蒸汽機氣缸，所以一直無法生產出可以正常工作的蒸汽機[1]。直到氣缸鏜床的出現，才解決了這一生產上的難題，使得蒸汽機獲得了廣泛的應用，引起了第一次工業革命。因此，我們可以發現，加工方法對于設計思想的實現和社會經濟的發展起著多么重大的作用。
隨著生產的發展和科學實驗的需要，對于產品的要求越來越高，未來的技術產品向著高精度、高速度、重載、高溫高壓、小型化和高可靠性等方向發展，為了實現這些新的要求，就需要使用新材料和新結構，因此，對機械制造部門也提出了很多新的要求。特種加工正是在這種強烈的社會需求下產生和發展起來的，而它所具有的優于傳統機械加工的特點又進一步促使人們對它進行研究和應用，因此，到目前為止，特種加工技術已經有了很多種類，所能達到的加工精度和生產效率也越來越高?？梢哉f，特種加工技術已經成為現代機械制造行業必不可少的一種加工方法。
傳統的機械加工利用機械能和切削力對金屬進行加工，而特種加工主要利用電能、化學能、光能、聲能和熱能等能量來去除金屬，因此特種加工技術可以用來加工各種高硬度、高強度、高脆性和高韌性的金屬或者非金屬材料。由于特種加工采用廣義上的刀具，例如激光、超聲波、電子束和離子束等，所以易于實現加工過程的全自動化，這對于現代化生產的組織和管理有著很重要的意義。
從1943年前蘇聯鮑﹒洛﹒拉扎林柯夫婦開始研究火花放電腐蝕開關觸點的現象開始，特種加工技術已經經歷了六十多年的發展。目前，很多特種加工方法都已經發展成熟，例如電火花加工、電火花線切割加工、電化學加工和激光加工等。現在，人們也研究了將特種加工的理論應用于傳統的機械加工方法中去的復合加工方法，如振動切削和振動銑削。由于特種加工技術尤其適用于對難加工材料、復雜型面和精密微細表面的加工，所以特種加工有很大的適用性和發展潛力，在刀具、模具、量具、儀器儀表、航天器和微電子元器件等制造中得到越來越廣泛的應用。在未來，特種加工將向著提高加工精度和表面質量、提高生產效率和自動化程度、發展復合加工和超精密加工等方向發展。
2.快速成型技術
快速成型技術(RP)是一種增材加工方法，主要用來制造樣件，從而可以對新產品的設計進行快速評估、修改和功能實驗，能夠較大地縮短產品的研制周期?？焖俪尚图夹g集機械工程、CAD、數控技術、激光技術和材料科學技術于一體，易于實現生產過程的自動化，且高效便捷，因此這種樣件制造工藝日益在生產實踐中獲得應用。按照快速成型技術使用的材料和工藝原理，可以分為四種類型：光敏樹脂液相固化成型法(SL)、選擇性激光粉末燒結成型(SLS)、薄片分層疊加成型(LOM)、熔絲堆積成型(FDM)。
3.超聲加工技術
頻率超過16000Hz的聲波稱為超聲波，它是一種縱波，能夠傳遞很強的能量，且當它經過液體介質傳播時，會產生液壓沖擊現象。超聲加工技術(USM)利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液使得磨粒在超聲振動的作用下產生機械撞擊、拋磨作用以及超聲空化作用來加工脆硬材料。由于超聲加工技術的工藝原理和特點，超聲加工有很多特殊的應用。例如加工深小孔、拉絲模及型腔模具研磨拋光、對難加工材料的加工、超聲振動切削、超聲電解復合加工、超聲電火花復合加工、超聲清洗、超聲切割等。超聲加工技術與新材料的發展是相輔相成的，在未來，超聲加工一定會有更多的應用和發展。
4.電子束和離子束加工
電子束加工(EBM)利用能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊工件表面，使動能大部分轉化為熱能，使得被沖擊的工件材料局部熔化和氣化，從而達到改變被加工工件材料表面物理化學性質和形狀尺寸位置的目的。電子束加工裝置包括電子槍、真空系統、控制系統和電源，電子束是由鎢或鉭制成的發射陰極在加熱狀態下得到的。由于電子束加工的工藝原理和特點，EBM技術可以用來加工型孔和特殊表面、刻蝕、焊接、熱處理以及電子束光刻等。
離子束加工(IBM)利用具有較高能量的離子束射到材料表面時所發生的撞擊效應、濺射效應和注入效應來進行不同的加工。由于離子束轟擊材料是逐層去除原子，所以可以達到納米級的加工精度。離子束加工按其工藝原理和目的的不同可以分為三種：用于從工件上去除材料的刻蝕加工、用于給工件表面涂覆的鍍層加工以及用于表面改性的離子注入加工。由于電子束和離子束易于實現精確的控制，所以可以實現加工過程的全自動化，但是電子束和離子束的聚焦、偏轉等方面還有許多技術問題尚待解決。
5.激光加工
激光技術起始于20世紀60年代，可用于打孔、切割、焊接、熱處理以及激光存儲等方面。激光的產生源自物質的受激輻射，即某些具有亞穩態能級結構的物質，在一定外來光子能量的激發下，產生所謂的粒子束反轉現象，在粒子束反轉的狀態下，如果有一束能量等于基態與亞穩態能量之差的光子照射該物質，就會產生受激輻射，輸出大量的光能。由于激光具有強度高、單色性好、相干性好和方向性好等特點，因此幾乎可以用來加工任何材料。目前常用的激光器有固體激光器(紅寶石激光器、銣玻璃激光器和摻銣釔鋁石榴石激光器)和氣體激光器(二氧化碳激光器和氬離子激光器)，在生產實踐中，對影響激光加工的各個因素還需要進行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技術。
6.結束語
近年來，隨著新材料、新結構、復雜型面零件、特殊要求零件的需求越來越大，特種加工技術得到了越來越廣泛的應用，在未來，隨著機電控制技術的進一步提高，特種加工技術將會更加趨于自動化，充分利用計算機技術，可以使得特種加工向著自動化和柔性化方向發展[2]。而在未來，特種加工技術將越來越多的應用于精密微細加工、復合加工和綠色加工。
參考文獻
[1]劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工[M]，北京：機械工業出版社，2011：1～6.
[2]王杰，樊軍，等.特種加工技術的新進展[J]，輕工機械，2008，26(4)：5～7.
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