特種加工技術(shù)論文(2)
特種加工技術(shù)論文篇二
特種加工技術(shù)的研究與應(yīng)用
摘要：本文論述了特種加工技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)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(jìn)行展開闡述，討論了各個加工方法的工藝原理和在生產(chǎn)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。最后，對特種加工技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：特種加工;快速成型技術(shù);超聲加工;電子束和離子束加工;激光加工
1.特種加工技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展
機(jī)械加工作為一種有著悠久歷史的加工方法，對人類的物質(zhì)文明和生產(chǎn)活動起到了極大的推動作用。對于工業(yè)部門而言，設(shè)計出來的零件或者機(jī)器必須依賴于加工方法來實(shí)現(xiàn)，如果沒有行之有效的加工方法，再好的設(shè)計思路也無法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。例如18世紀(jì)70年代就有人發(fā)明了蒸汽機(jī)，但是由于當(dāng)時的生產(chǎn)設(shè)備制造不出有著較高精度和配合要求的蒸汽機(jī)氣缸，所以一直無法生產(chǎn)出可以正常工作的蒸汽機(jī)[1]。直到氣缸鏜床的出現(xiàn)，才解決了這一生產(chǎn)上的難題，使得蒸汽機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用，引起了第一次工業(yè)革命。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，加工方法對于設(shè)計思想的實(shí)現(xiàn)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著多么重大的作用。
隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，對于產(chǎn)品的要求越來越高，未來的技術(shù)產(chǎn)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(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)這些新的要求，就需要使用新材料和新結(jié)構(gòu)，因此，對機(jī)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(qiáng)烈的社會需求下產(chǎn)生和發(fā)展起來的，而它所具有的優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械加工的特點(diǎn)又進(jìn)一步促使人們對它進(jìn)行研究和應(yīng)用，因此，到目前為止，特種加工技術(shù)已經(jīng)有了很多種類，所能達(dá)到的加工精度和生產(chǎn)效率也越來越高?？梢哉f，特種加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)必不可少的一種加工方法。
傳統(tǒng)的機(jī)械加工利用機(jī)械能和切削力對金屬進(jìn)行加工，而特種加工主要利用電能、化學(xué)能、光能、聲能和熱能等能量來去除金屬，因此特種加工技術(shù)可以用來加工各種高硬度、高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)加工過程的全自動化，這對于現(xiàn)代化生產(chǎn)的組織和管理有著很重要的意義。
從1943年前蘇聯(lián)鮑﹒洛﹒拉扎林柯夫婦開始研究火花放電腐蝕開關(guān)觸點(diǎn)的現(xiàn)象開始，特種加工技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展。目前，很多特種加工方法都已經(jīng)發(fā)展成熟，例如電火花加工、電火花線切割加工、電化學(xué)加工和激光加工等。現(xiàn)在，人們也研究了將特種加工的理論應(yīng)用于傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法中去的復(fù)合加工方法，如振動切削和振動銑削。由于特種加工技術(shù)尤其適用于對難加工材料、復(fù)雜型面和精密微細(xì)表面的加工，所以特種加工有很大的適用性和發(fā)展?jié)摿?，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(yīng)用。在未來，特種加工將向著提高加工精度和表面質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和自動化程度、發(fā)展復(fù)合加工和超精密加工等方向發(fā)展。
2.快速成型技術(shù)
快速成型技術(shù)(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(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行快速評估、修改和功能實(shí)驗(yàn)，能夠較大地縮短產(chǎn)品的研制周期?？焖俪尚图夹g(shù)集機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)技術(shù)于一體，易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)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(chǎn)實(shí)踐中獲得應(yīng)用。按照快速成型技術(shù)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(jié)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(shù)
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(qiáng)的能量，且當(dāng)它經(jīng)過液體介質(zhì)傳播時，會產(chǎn)生液壓沖擊現(xiàn)象。超聲加工技術(shù)(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(chǎn)生機(jī)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(shù)的工藝原理和特點(diǎn)，超聲加工有很多特殊的應(yīng)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(fù)合加工、超聲電火花復(fù)合加工、超聲清洗、超聲切割等。超聲加工技術(shù)與新材料的發(fā)展是相輔相成的，在未來，超聲加工一定會有更多的應(yīng)用和發(fā)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(zhuǎn)化為熱能，使得被沖擊的工件材料局部熔化和氣化，從而達(dá)到改變被加工工件材料表面物理化學(xué)性質(zhì)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(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源，電子束是由鎢或鉭制成的發(fā)射陰極在加熱狀態(tài)下得到的。由于電子束加工的工藝原理和特點(diǎn)，EBM技術(shù)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(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)來進(jìn)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(dá)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(shí)現(xiàn)精確的控制，所以可以實(shí)現(xiàn)加工過程的全自動化，但是電子束和離子束的聚焦、偏轉(zhuǎn)等方面還有許多技術(shù)問題尚待解決。
5.激光加工
激光技術(shù)起始于20世紀(jì)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(chǎn)生源自物質(zhì)的受激輻射，即某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，在一定外來光子能量的激發(fā)下，產(chǎn)生所謂的粒子束反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在粒子束反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，如果有一束能量等于基態(tài)與亞穩(wěn)態(tài)能量之差的光子照射該物質(zhì)，就會產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。由于激光具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好等特點(diǎn)，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(chǎn)實(shí)踐中，對影響激光加工的各個因素還需要進(jìn)行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技術(shù)。
6.結(jié)束語
近年來，隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、復(fù)雜型面零件、特殊要求零件的需求越來越大，特種加工技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用，在未來，隨著機(jī)電控制技術(shù)的進(jìn)一步提高，特種加工技術(shù)將會更加趨于自動化，充分利用計算機(jī)技術(shù)，可以使得特種加工向著自動化和柔性化方向發(fā)展[2]。而在未來，特種加工技術(shù)將越來越多的應(yīng)用于精密微細(xì)加工、復(fù)合加工和綠色加工。
參考文獻(xiàn)
[1]劉晉春，白基成，郭永豐.特種加工[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：1～6.
[2]王杰，樊軍，等.特種加工技術(shù)的新進(jìn)展[J]，輕工機(jī)械，2008，26(4)：5～7.
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