特种加工的研究

【摘 要】本文研究了电子束加工、激光加工、电解加工、电火花加工4个有代表性的特种加工工艺，从原理、加工特点和应用范围三个方面进行了理论和实践分析。

【关键词】特种加工；电子束加工；激光加工；电解加工；电火花加工

随着工业生产和科学技术的发展，具有高硬度、高强度、高熔点和高脆性等性能的新材料不断出现，同时具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，而用传统的切削加工方法很难对它们进行加工，因此，特种加工方法便应运而生。

一、特种加工的特点

特种加工是相对于传统切削加工而言的，是指直接利用电能、声能、光能、化学能和热能等能量形式进行加工工件的方法的总称。特种加工与传统加工相比，具有以下特点：（1）特种加工为非接触加工，加工过程中没有明显的切削力作用，因此，对工具和工件的强度、硬度和刚度都没有严格的要求。（2）特种加工主要采用电能、声能、光能、化学能和热能等能量去除多余的材料，而不是靠机械能量切除多余的材料。因此，加工时不存在宏观的切削，不产生塑性变形，所以可以获得较低的表面粗糙度。（3）特种加工时，由于没有明显的切削力作用，一般不会产生加工硬化现象。加工中，热变形小、产生的应力小，易于获得好的加工质量，且可以在一次安装中完成工件的粗、精加工。

二、特种加工的方法

（1）电火花加工。电火花加工是指在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间在脉冲火花放电时产生的局部高温作用来蚀除金属材料，使工件的尺寸、形状和表面质量达到技术要求的一种加工方法。通常的电火花加工方法有电火花成形加工和电火花线切割加工两种：第一，电火花成形加工。原理：电火花成形加工是通过电极与工件之间的极间电压使电解液电离形成火花放电，并在火花通道中瞬时产生大量热能，使金属局部融化甚至气化，从而实现成形加工。绝缘工作液通常采用煤油，脉冲电压一般为直流100V左右，火花温度约为5000℃。特点：一是不产生切割力，有利于小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂形状零件的加工或精密加工；二是脉冲参数可任意调节，可以在不更换机床的情况下连续进行粗加工、半精加工、精加工，且加工精度高；三是加工范围广，可加工硬、脆、软及熔点高的导电材料，也可交给你个半导体和绝缘体材料；四是对工件热影响小，适用于加工热敏感材料；五是可以在淬火后进行加工，以避免淬火变形对工件尺寸和形状的影响；六是加工速度慢，生产率低。应用：一是穿孔加工，穿孔加工可以加工各种圆孔、方孔和多边形孔等型孔，弯孔和螺旋孔等曲线孔，以及直径在0.01mm～1mm之间的微细小孔；二是型腔加工和曲面加工，型腔加工可以加工各类型腔模和各种复杂的型腔零件，还可以加工叶轮、叶片等各种曲面；三是其他加工，磨削平面、进行表面强化、打印标记和雕刻花纹等。第二，电火花线切割加工。原理：利用连续移动的电极丝作工具阴极，按照预定的轨迹进行脉冲放电，与阳极间产生电蚀而实现切割加工。特点：具有电火花成形加工的特点，还有切割效率高、材料利用率高的典型特点。应用：电火花线切割加工的零件精度较高，广泛应用于各种硬质合金和淬火钢的冲模、样板，各种形状复杂的精细小零件和窄缝等，并可多件叠加起来加工。（2）电解加工。原理：利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理将工件加工成形。特点：一是可以加工高硬度、高强度和高韧性的材料，并且可以一次性加工出形状复杂的型面和型腔，且不产生毛刺；二是电解加工过程中工具电极是阴极，只发生氢气和沉淀而无溶解作用，因此工具电极无损耗；三是加工过程中无机械力和切削热作用，所以没有应力变形；四是生产效率高，是电火花的5～10倍；五是电解液有腐蚀性，需要对机床采取防腐措施，电解液本身难以处理和回收。应用：广泛用于加工模具型腔、枪炮膛线、叶片、花键孔、内齿轮、深孔，以及电解抛光、倒棱和去毛刺等。（3）激光加工。原理：利用功率密度极高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬间融化或蒸发，并在冲击波作用下，将熔融物质喷射出去，从而对工件进行穿孔、蚀刻和切割；或采用较小能量密度使加工区域材料融合焊接。特点：一是适用范围广；二是加工效率高；三是加工质量高；四是可进行微细加工。应用：一是激光打孔，包括金属和非金属微孔（∮0.01mm～1mm）、深孔和窄孔等；二是激光切割，可以在任何方向上切割；三是激光焊接，热影响区小，没有焊渣，并可以实现不同材料之间的焊接。（4）电子束加工。原理：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，是能量聚集，高速而能量聚集的电子束冲击到工件上，利用瞬时高温进行加工。特点：一是生产效率高；二是加工易实现自动化；三是加工精密；四是设备投入造价贵，应用受到限制。应用：范围广，各种硬脆性、韧性、导体、非导体、热敏性、易氧化材料以及金属、非金属都可以加工；常用于加工精微深孔和窄缝，还可以用于焊接、热处理、切割和蚀刻等。

参 考 文 献

[1]江海河.激光加工技术应用的发展及展望[J].光电子技术与信息.2001（4）

[2]陈苗海.国内外激光加工产业和市场发展概况[J].光机电信息.2004（9）