特種加工的研究

【摘 要】本文研究了電子束加工、激光加工、電解加工、電火花加工4個有代表性的特種加工工藝，從原理、加工特點和應用范圍三個方面進行了理論和實踐分析。

【關鍵詞】特種加工；電子束加工；激光加工；電解加工；電火花加工

隨著工業生產和科學技術的發展，具有高硬度、高強度、高熔點和高脆性等性能的新材料不斷出現，同時具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多，而用傳統的切削加工方法很難對它們進行加工，因此，特種加工方法便應運而生。

一、特種加工的特點

特種加工是相對于傳統切削加工而言的，是指直接利用電能、聲能、光能、化學能和熱能等能量形式進行加工工件的方法的總稱。特種加工與傳統加工相比，具有以下特點：（1）特種加工為非接觸加工，加工過程中沒有明顯的切削力作用，因此，對工具和工件的強度、硬度和剛度都沒有嚴格的要求。（2）特種加工主要采用電能、聲能、光能、化學能和熱能等能量去除多余的材料，而不是靠機械能量切除多余的材料。因此，加工時不存在宏觀的切削，不產生塑性變形，所以可以獲得較低的表面粗糙度。（3）特種加工時，由于沒有明顯的切削力作用，一般不會產生加工硬化現象。加工中，熱變形小、產生的應力小，易于獲得好的加工質量，且可以在一次安裝中完成工件的粗、精加工。

二、特種加工的方法

（1）電火花加工。電火花加工是指在一定的介質中，通過工具電極和工件電極之間在脈沖火花放電時產生的局部高溫作用來蝕除金屬材料，使工件的尺寸、形狀和表面質量達到技術要求的一種加工方法。通常的電火花加工方法有電火花成形加工和電火花線切割加工兩種：第一，電火花成形加工。原理：電火花成形加工是通過電極與工件之間的極間電壓使電解液電離形成火花放電，并在火花通道中瞬時產生大量熱能，使金屬局部融化甚至氣化，從而實現成形加工。絕緣工作液通常采用煤油，脈沖電壓一般為直流100V左右，火花溫度約為5000℃。特點：一是不產生切割力，有利于小孔、薄壁、窄槽以及各種復雜形狀零件的加工或精密加工；二是脈沖參數可任意調節，可以在不更換機床的情況下連續進行粗加工、半精加工、精加工，且加工精度高；三是加工范圍廣，可加工硬、脆、軟及熔點高的導電材料，也可交給你個半導體和絕緣體材料；四是對工件熱影響小，適用于加工熱敏感材料；五是可以在淬火后進行加工，以避免淬火變形對工件尺寸和形狀的影響；六是加工速度慢，生產率低。應用：一是穿孔加工，穿孔加工可以加工各種圓孔、方孔和多邊形孔等型孔，彎孔和螺旋孔等曲線孔，以及直徑在0.01mm～1mm之間的微細小孔；二是型腔加工和曲面加工，型腔加工可以加工各類型腔模和各種復雜的型腔零件，還可以加工葉輪、葉片等各種曲面；三是其他加工，磨削平面、進行表面強化、打印標記和雕刻花紋等。第二，電火花線切割加工。原理：利用連續移動的電極絲作工具陰極，按照預定的軌跡進行脈沖放電，與陽極間產生電蝕而實現切割加工。特點：具有電火花成形加工的特點，還有切割效率高、材料利用率高的典型特點。應用：電火花線切割加工的零件精度較高，廣泛應用于各種硬質合金和淬火鋼的沖模、樣板，各種形狀復雜的精細小零件和窄縫等，并可多件疊加起來加工。（2）電解加工。原理：利用金屬在電解液中產生陽極溶解的電化學原理將工件加工成形。特點：一是可以加工高硬度、高強度和高韌性的材料，并且可以一次性加工出形狀復雜的型面和型腔，且不產生毛刺；二是電解加工過程中工具電極是陰極，只發生氫氣和沉淀而無溶解作用，因此工具電極無損耗；三是加工過程中無機械力和切削熱作用，所以沒有應力變形；四是生產效率高，是電火花的5～10倍；五是電解液有腐蝕性，需要對機床采取防腐措施，電解液本身難以處理和回收。應用：廣泛用于加工模具型腔、槍炮膛線、葉片、花鍵孔、內齒輪、深孔，以及電解拋光、倒棱和去毛刺等。（3）激光加工。原理：利用功率密度極高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬間融化或蒸發，并在沖擊波作用下，將熔融物質噴射出去，從而對工件進行穿孔、蝕刻和切割；或采用較小能量密度使加工區域材料融合焊接。特點：一是適用范圍廣；二是加工效率高；三是加工質量高；四是可進行微細加工。應用：一是激光打孔，包括金屬和非金屬微孔（∮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，熱影響區小，沒有焊渣，并可以實現不同材料之間的焊接。（4）電子束加工。原理：在真空條件下，利用電流加熱陰極發射電子束，經控制柵極初步聚焦后，由加速陽極加速，是能量聚集，高速而能量聚集的電子束沖擊到工件上，利用瞬時高溫進行加工。特點：一是生產效率高；二是加工易實現自動化；三是加工精密；四是設備投入造價貴，應用受到限制。應用：范圍廣，各種硬脆性、韌性、導體、非導體、熱敏性、易氧化材料以及金屬、非金屬都可以加工；常用于加工精微深孔和窄縫，還可以用于焊接、熱處理、切割和蝕刻等。

參 考 文 獻

[1]江海河.激光加工技術應用的發展及展望[J].光電子技術與信息.2001（4）

[2]陳苗海.國內外激光加工產業和市場發展概況[J].光機電信息.2004（9）