現代特種加工技術的研究

李光廷 王國濤

【摘? 要】隨著當代社會工業技術的進步與發展，制造業技術取得了突飛猛進的提升。傳統的加工技術如車削加工、銑削加工、磨削加工以及鉗工等已經非常成熟，但是其也存在一定的缺陷。對于某些特殊的材料或特殊形狀的零件進行加工時，傳統的加工技術則稍顯不足，這時就需要一些特種加工技術手段。目前，常用的特種加工技術包括激光加工技術、超聲加工技術、數控電火花加工技術等。論文針對激光加工技術和超聲加工技術進行研究與分析。

【Abstract】With the progress and development of industrial technologies in contemporary society， technologies in manufacturing industry have made great progress. The traditional machining technologies such as turning， milling， grinding and fitter have been very mature， but they also have some defects. When machining some special materials or parts with special shapes， the traditional machining technologies are slightly insufficient. At this time， some non-traditional machining technologies are needed. At present， the commonly used non-traditional machining technologies include laser machining technology， ultrasonic machining technology， numerical control EDM machining technology and so on. This paper studies and analyzes laser machining technology and ultrasonic machining technology.

【關鍵詞】特種加工;激光加工;超聲加工

【Keywords】non-traditional machining; laser machining; ultrasonic machining

【中圖分類號】TG66? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）06-0192-02

1 引言

隨著第三次工業革命的完成，傳統制造業技術取得飛速發展，尤其是2000年以后，工業技術為社會創造了巨大的社會財富，大大提高了人們的物質生活水平。隨著人們生活質量的不斷改善，目前大部分的傳統制品已經無法滿足人們的要求，人們對傳統的工業制品以及生活用品的質量和實用性提出了更高的要求。企業為了生產出理想的產品還要控制好產品的成本，只依靠傳統加工技術已經無法滿足需求，而特種加工技術在某些材料的加工過程中起到了很好的效果，因此，特種加工技術迎來了蓬勃發展的機會，各種特種加工設備不斷推陳出新[1]。現代特種加工技術種類很多，下文針對激光加工技術、超聲加工技術進行研究與分析。

2 激光加工技術

激光加工技術的工作原理并不復雜，如圖1所示，其主要是通過使用激光發射器產生高密度能量的激光束照射到工件材料表面，由高密度能量的激光束產生的高溫將工件材料加熱融化，進而達到加工的目的。例如，打孔、切割、快速成型、焊接等[2]。激光加工技術與普通的車、銑、刨、鉗等傳統加工方法相比具有很多優點：①光點大小可調，能量密度集中，對周圍的工件、材料影響小，零件變形小;②激光加工設備并不與工件產生實際接觸，不會在工件材料內部產生機械應力;③激光加工技術成本低、經濟性好。

激光加工技術是一門綜合性技術，其應用領域也比較廣泛，包括激光焊接、激光切割、激光打標、激光熱處理、激光快速成型等。激光焊接如圖2所示，主要應用在汽車鈑金件、密封元器件、鋰電池等領域。激光切割如圖3所示，主要應用在2mm以下的薄壁金屬板材加工，以及1mm以下的陶瓷以及特種合金材料加工等。激光打標使用范圍基本不受限制，各種行業都可以靈活使用。激光打孔受到激光發射器功率的限制，目前激光發射器大部分已經達到1000W，激光打孔的主要應用領域包括航空航天、汽車、儀表等。激光熱處理技術應用最廣泛的是汽車領域，主要包括汽車發動機的活塞、曲軸、缸套等。激光快速成型技術主要是將激光加工與計算機技術相結合，主要應用在模具制造加工領域。

3 超聲加工技術

超聲加工技術原理如圖4所示，其利用超聲波發生器將微小的振動添加到傳統的加工工具上對材料進行加工，使傳統的加工方法添加了一種振動擠壓的效果。超聲加工設備主要由超聲波發生器、振動傳遞系統、傳統機床加工設備組成。超聲加工中關鍵的設備就是超聲波發生器（圖5）和振動傳遞系統中的變幅桿（圖6），超聲波發生器是產生超聲振動的主要來源。超聲加工的主要特點對材料的適應性強，不受材料本身導電性的限制，在對材料進行加工過程中，材料所受到的宏觀作用力相對普通加工來說較小，并且加工產生的溫度較低，材料產生的殘余應力較小。目前，超聲加工技術主要應用在脆硬材料領域，例如，陶瓷、玻璃、寶石等[3]。

超聲加工如圖7所示，其是將超聲振動與傳統加工相結合的一門技術，主要包括：超聲振動光整加工技術、超聲振動磨削加工技術、超聲振動切削加工技術等。超聲光整加工技術主要包括超聲研磨、超聲拋光等。對于某些具有特殊性能的材料，如韌性較大或是脆硬性較大的材料，超聲加工都能取得很好的效果，應用適當的超聲加工技術使得這些材料的尺寸精度、表面粗糙度，以及表面耐磨性都取得了明顯的提高，尤其在汽車領域得到廣泛運用。超聲磨削加工技術是將高頻的振動添加到磨削上輪上，使砂輪在磨削工件時，既具備高速的旋轉，也具備高頻的振動特性進行加工。超聲磨削技術的特點是加工效率較高、加工時間短，缺點是經過超聲磨削加工后零件材料表面的變質層深。目前超聲磨削技術主要在加工工程陶瓷時應用較多，其他領域較少。在加工工程陶瓷時，超聲磨削最大的特點就是提高了材料的去除效率，減少了砂輪的損耗，縮短了砂輪的休整時間。超聲振動切削技術是將超聲振動特性添加到車削刀具或銑削工件上，目前這種加工技術通常只出現在實驗室中，并沒有在生產企業中普及。在國外，日本科學家將低頻率的振動添加到了切削加工中進行實驗，與普通切削加工相比，實驗結果表明超聲切削加工相比普通切削加工對刀具的磨損更小。

4 結語

隨著社會生產技術水平的提高，特種加工技術也越來越重要，并且發展越來越成熟，特種加工技術對整個國民制造技術水平的提高都起著至關重要的作用。對于很多傳統加工技術無法加工的材料，特種加工技術都取得了很好的效果。本文主要針對激光加工技術和超聲加工技術進行了研究分析，其各自有相應的特點，當然其也并不能滿足人們所有的需求，激光加工受到激光器功率的限制，而超聲加工的應用領域相對較窄，所以這兩種特種加工技術都需要進一步的研究和發展。

【參考文獻】

【1】趙萬生.特種加工技術[M].北京：高等教育出版社，2003.

【2】唐霞輝.激光加工技術的應用現狀及發展趨勢[J].金屬加工，2015（04）：16-19.

【3】曹鳳國.超聲加工[M].北京：化學工業出版社，2014.