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特種加工技術發展及其應用
特種加工技術發展及其應用
關鍵詞:技術特點;技術種類;發展趨勢
一、概述
傳統的機械加工技術對推動人類的進步和社會的發展起到了重大的作用。隨著科學技術的迅速發展,新型工程材料不斷涌現和被采用,工件的復雜程度以及加工精度的要求越來越高,對機械制造工藝技術提出了更高的要求。
二、特種加工技術的特點
(一)加工范圍上不受材料強度、硬度等限制。特種加工技術主要不依靠機械力和機械能去除材料,而是主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除金屬和非金屬材料,完成工件的加工。故可以加工各種超強硬材料、高脆性及熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料。
(二)以柔克剛。特種加工不一定需要工具,有的雖使用工具,但與工件不接觸,加工過程中工具和工件間不存在明顯的強大機械切削力,所以加工時不受工件的強度和硬度的制約,在加工超硬脆材料和精密微細零件、薄壁元件、彈性元件時,工具硬度可以低于被加工材料的硬度。
(三)加工方法日新月異,向精密加工方向發展。當前已出現了精密特種加工,許多特種加工方法同時又是精密加工方法、微細加工方法,如電子束加工、離子束加工、激光束加工等就是精密特種加工:精密電火花加工的加工精密度可達微米級0.5～1u m,表面粗糙度可達鏡面Ra0.021.1m。
(四)容易獲得良好的表面質量。由于在加工過程中不產生宏觀切屑,工件表面不會產生強烈的彈、塑性變形,故可以獲得良好的表面粗糙度。殘余應力、熱應力、冷作硬化、熱影響區及毛刺等表面缺陷均比機械切割表面小,尺寸穩定性好,不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變。特種加工的主要應用范圍有
1.加工各種難切削材料。如硬質合金、鈦、合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬硬鋼、金剛石、紅寶石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、高強度、高韌性、高熔點的金屬及非金屬材料。
2.加工各種特殊復雜零件的三維型腔、型孔、群孔和窄縫等。如發動機機匣、整體鍋輪、鍛壓模和注射模的立體成型表面,各種沖模、冷拔模上特殊斷面的型孔,炮管內膛線,噴油嘴、柵網、噴絲頭上的小孔、窄縫等。
3.加工各種超精、光整或具有特殊要求的零件。如對表面質量和精度要求很高的航天航空陀螺儀、閥,以及細長軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工,有些方法還可用于納米級加工。
4.以高能量密度束流實現焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細。
三、特種加工技術的種類
特種加工技術所包含的范圍非常廣,隨著科學技術的發展,特種加工技術的內容也不斷豐富。
(一)電火花加工
電火花加工又稱作電蝕加工或放電加工,是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中,工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極,加上電壓,利用工具電極和工件電極間脈沖放電時產生的電蝕現象對材料毛坯進行加工。
(二)電化學加工
電化學加工是通過電化學反應去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的特種加工。該方法主要包括電解、電鍍、電鑄、電化學拋光等工藝方法。
(三)高能束流加工
高能束流加工也稱為三束流加工,是利用能量密度很高的激光束、電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱。其中電子束加工技術改變了原有的設計思想,可將原有的高精度復雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元,精加工和熱處理以后,用電子束將其焊接成整體零件。
(四)物料切蝕加工
物料切蝕加工包括超聲波加工與水噴射加工、磨料噴射加工、磨料流動加工。是指利用流體、磨料,流體與磨料的混合液等動能,去沖擊、拋磨、浸蝕工件被加工部位而實現去除工件材料的方法。
(五)復合加工
復合加工是指用多種能源組合進行材料去除的工藝方法,大多是在機械加工的同時應用流體力學、化學、光學、電磁學和聲波等能源進行綜合加工,這些加工方法能夠提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和完整的表面。
四、特種加工技術的發展趨勢
(一)采用自動化技術充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統、電源系統進行優化,建立綜合參數自適應系統、數據庫等,進而建立特種加工的cAD/cAM和FMS系統,這是當前特種加工技術的主要發展趨勢。
(二)向工程化和產業化方向發展不斷改進、提高高能束源品質,對大功率、高可靠性、多功能、智能化加工設備的研發是今后的重點發展方向。
(三)著力開展精密化研究高新技術的發展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發展,正向亞微米級和納米級邁進,對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。
(四)污染問題是影Ⅱ自和限制某些特種加工應用、發展的嚴重障礙,加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當,會造成環境污染,影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢渣、廢液,向“綠色”加工的方向發展。
五、結束語
現代特種加工技術主要是伴著高硬度、高強度、高韌性、高脆性等難切削材料的額出現,以及制造精密細小、形狀復雜和結構特殊的零件的需要而產生的,具有其他常規加工技術無法比擬的優點,已成為航空航天、汽車、儀器儀表、微型機械、輕工、模具等行業的支撐技術和關鍵技術。
隨著科學技術和現代工業的發展,特種加工技術必將不斷完善和迅速發展,反過來又必將推動科學技術和現代工業的發展,并發揮越來越重要的作用。
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