孙万贵

32092419880117 ****

摘 要: 全面介绍了特种加工技术的类型及发展现状, 指出了其优势和存在的问题; 阐述了电火花加工、电解加工、电子束加工、超声波加工、激光加工、化学机械复合加工、水喷射加工等加工方法; 探讨了各种加工方法的工作要素、加工特点及应用; 最后, 指出了特种加工的发展趋势。

关键词: 特种加工;电火花加工;电解加工;电子束加工;超声波加工

1 引言

特种加工(又称非传统加工)是二次世界大战后发展起来的一类有别于传统切削与磨削加工方法的总称。特种加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其组合直接施加在工件被加工的部位上,从而使材料被去除、累加、变形或改变性能等;特种加工方法可以完成传统加工方法难以实现的加工, 如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温材料和工程陶瓷、磁性材料等难加工材料的加工以及精密、微细、复杂形状零件的加工等。

2 特种加工技术

特种加工有多种分类方法:如按加工过程材料增减可分为去除加工、结合加工和变形加工等;按作用能源可分为机械能、热能、化学能、复合能等。

2.1 电火花加工

电火花加工的工作原理; 是利用工具电极与工件电极之间的火花放电:产生瞬时高温将金属熔化,电火花加工过程可分为四个阶段: ①介质电离、被击穿, 形成放电通路;②形成火花放电,工件电极产生熔化、气化; 热膨胀;③抛出蚀除物;④间隙介质消电离(恢复绝缘状态)。

电火花加工的工作要素包括电极材料、工作液、放电间隙、脉冲宽度与间隔等。对工具电极的基本要求是导电、损耗小、易加工。常用的工具电极材料有紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等,其中又以紫铜和石墨最为常用。工作液是电火花加工中必不可少的介质,其主要功用是压缩放电通道区域,提高放电能量密度和加速蚀除物的排出。常用的工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。合理的放电间隙是保证火花放电的必要条件。为保持适当的放电间隙, 在加工过程中, 需采用自动调节器控制机床进给系统,并带动工具电极缓慢向工件进给。

2.1.1电火花成形加工

主要指孔加工和型腔加工。电火花打孔常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴、喷丝孔等。型腔加工包括锻模、压铸模、挤压模、塑料模等型腔加工,以及叶轮、叶片等曲面加工。

2.1.2 电火花线切割

用连续移动的钼丝( 或铜丝)做工具阴极,工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内做互相垂直方向的移动,可切割出二维图形。丝架也可做小角度摆动,可切割出斜面。电火花线切割广泛用于加工各种硬质合金和淬硬钢的冲模、样板、各种形状复杂的板类零件、窄缝、栅网等。电火花线切割加工按走丝速度可分为快走丝和慢走丝两类。快走丝速度一般为l0m/s, 电极丝可往复移动,并可以循环反复使用( 使用一段时问后需进行更换).慢走丝速度为2～8m/min,单向运动,电极丝一次性使用。慢走丝线切割走丝平稳,无振动,电极丝损耗小,加工精度高。

2.2 电子束加工

电子束加工的工作原理是在真空条件下,利用电流加热阴极发射电子束,经控制栅极初步聚焦后, 由加速阳极加速, 通过透镜聚焦系统进一步聚焦, 使能量密度集中在直5～10um 的斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上,被冲击点处形成瞬时高温(在几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度),工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。电子束加工的特点及应用是: ①电子束束径最小可达0.01～0.005 mm,长度可达束径的几十倍,故可加工微细深孔和窄缝。②材料适应性广,原则上各种材料均可加工,特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。③加工速度较高,切割1mm 厚的钢板, 切割速度可达240mm/min。④在真空中加工,无氧化,特别适于加工高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金。⑤加工设备较复杂,投资较大,多用于微细加工。

2.3超声波加工

超声波加工的工作原理;是利用超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡, 通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。此时振幅一般较小,再通过振幅扩大棒( 变幅杆),使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。利用工具端面的超声( 16～25kHz)振动,使工作液(普通水)中的悬浮磨粒(碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石粉)对工件表面产生撞击抛磨,实现加工。

2.4激光加工

激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征是: 强度高,亮度大; 波长频率确定, 单色性好,相于性好, 相干长度长, 方向性好,几乎是一束平行光。由激光器发出的激光, 经光学系统聚焦后,照射到工件表面上,光能被吸收,转化为热能,使照射斑点处局部区域温度迅速升高,此处材料被熔化、气化而形成小坑。由于热扩散,使斑点周围材料熔化,小坑内材料蒸气迅速膨胀, 产生微型爆炸,将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波,于是在加工表面上打出一个上大下小的孔。