【正文】 采用高重復(fù)頻率的脈沖激光器。激光切割的原理和激光打孔原理基本相同，不同的是，激光切割中工件于激光束要相對移動，在生產(chǎn)實踐中一般都是移動工件。激光打孔適合于自動化連續(xù)打孔，深徑比可達(dá)50:1。常用的激光加工工藝有激光打孔，激光切割，激光刻蝕打標(biāo)記等。氣體激光器一般采用電激勵，因其效率高、壽命長、連續(xù)輸出功率大，所以廣泛用于切割、焊接，熱處理等加工。激光器按激活介質(zhì)的種類可以分為固體激光器和氣體激光器，按工作方式可分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。激光加工的基本設(shè)備包括激光器、激光器電源、光學(xué)系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)等四大部分。激光是可控的單色光，它強度高、能量密度大，可以在空氣介質(zhì)中高速加工各種材料，因此它的應(yīng)用越來越廣泛。激光加工可以用于打孔、切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存儲等各個領(lǐng)域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快，表面變形小，可以加工各種材料，已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中愈來愈多地顯示了它的優(yōu)越性，所以很受人們的重視。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,特種加工技術(shù)必將進(jìn)一步更新和擴(kuò)展,在制造業(yè)中發(fā)揮更大、更重要的作用。特種加工技術(shù)是機(jī)械、電子、信息和材料技術(shù)的集成,體現(xiàn)了各項技術(shù)的最新研究成果,發(fā)展十分迅速。精密脈沖電解技術(shù)已達(dá)10μm左右。目前電解加工機(jī)床最大容量已達(dá)到5萬安培，并已實現(xiàn)CNC控制和多參數(shù)自適應(yīng)控制。 發(fā)展趨勢離子束及等離子體加工技術(shù)今后應(yīng)結(jié)合已取得的成果，針對需求，重點開展熱障涂層及離子注入表面改性的新技術(shù)研究，同時，在已取得初步成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展等離子體焊接技術(shù)研究。真空等離子體噴涂技術(shù)和全方位離子注入技術(shù)已開始研究，與國外尚有較大差距。微束等離子體焊在精密零部件的焊接中應(yīng)用廣泛。等離子焊接已成功應(yīng)用于18mm鋁合金的儲箱焊接。美國及歐洲國家目前多數(shù)用微波ECR等離子體源來制備各種功能涂層。電子束加工技術(shù)今后應(yīng)積極拓展專業(yè)領(lǐng)域，緊密跟蹤國際先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，針對需求，重點開展電子束物理氣相沉積關(guān)鍵技術(shù)研究、主承力結(jié)構(gòu)件電子束焊接研究、電子束輻照固化技術(shù)研究、電子束焊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究等。國外真空電子束物理氣相沉積技術(shù)，已用于航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片高溫防腐隔熱陶瓷涂層，提高了涂層的抗熱沖擊性能及壽命。國外的電子束焊機(jī)，以德國、美國、法國、烏克蘭等為代表，已達(dá)到了工程化生產(chǎn)。國內(nèi)多種型號的飛機(jī)及發(fā)動機(jī)和多種型號的導(dǎo)彈殼體、油箱、尾噴管等結(jié)構(gòu)件均已采用了電子束焊接。電子束焊已用于運載火箭、航天飛機(jī)等主承力構(gòu)件大型結(jié)構(gòu)的組合焊接，以及飛機(jī)梁、框、起落架部件、發(fā)動機(jī)整體轉(zhuǎn)子、機(jī)匣、功率軸等重要結(jié)構(gòu)件和核動力裝置壓力容器的制造。電子束焊接已成功地應(yīng)用在特種材料、異種材料、空間復(fù)雜曲線、變截面焊接等方面。電子束加工技術(shù)在國際上日趨成熟，應(yīng)用范圍廣。激光清洗可使物體表面污垢通過吸收光能而蒸發(fā)去除,或在表面產(chǎn)生力學(xué)共振而使污垢凝結(jié)脫落。激光快速成形技術(shù)主要有激光層疊法、粉末燒結(jié)法、光固化法等?？焖俪尚?Rapid Pro2totyoing ,簡稱RP)通過材料堆積,快速、精密地制造出實際零件,它體現(xiàn)了計算機(jī)輔助設(shè)計、數(shù)控、激光加工、新材料等學(xué)科和技術(shù)的綜合利用[17]。另外還可以利用激光對鋼套等零件進(jìn)行毛化,大大提高其耐磨壽命。利用激光的高密度能量,可對硬脆性難加工材料進(jìn)行激光銑削加工(如利用脈沖激光銑削加工硬質(zhì)合金和氧化鋁陶瓷)。在我國,激光表面硬化已廣泛應(yīng)用于汽車缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸及錠桿等易損件的處理加工中,特別是對小汽車缸套的熱處理已取得明顯經(jīng)濟(jì)效益, 經(jīng)激光表面硬化的汽車缸套可提高使用壽命2～3 倍。例如經(jīng)激光表面硬化的AISI1045 鋼樣品,其表面硬度HRC 為55 ,磨損10 h ～ mg。激光表面改性技術(shù)包括:激光表面相變硬化、激光表面合金化與熔覆、激光表面非晶化與微晶和激光沖擊強化等[15]?？稍诖髿庵泻附?無污染等。屬于非接觸焊接,無機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械變形。激光焊接與常規(guī)焊接方法相比,具有如下一系列優(yōu)點[14]:利用激光的高密度能量,可對高熔點、難熔金屬或兩種不同金屬材料進(jìn)行焊接,也可對非金屬材料進(jìn)行焊接(如玻璃的焊接)。事實上,激光一經(jīng)發(fā)明,人們首先想到用其來對寶石這類采用常規(guī)方法難以加工的材料進(jìn)行孔加工。目前已成熟的激 光加工技術(shù)包括：激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標(biāo)技術(shù)、激光快速成形技術(shù)、激光 打孔技術(shù)、激光去重平衡技術(shù)、激光蝕刻技術(shù)、激光微調(diào)技術(shù)、激光存儲技術(shù)、激光劃線技 術(shù)、激光清洗技術(shù)、激光熱處理和表面處理技術(shù)。激光 的空間控制性和時間控制性很好，對加工對象的材質(zhì)、形狀、尺寸和加工環(huán)境的自由度都很 大，特別適用于自動化加工。按現(xiàn)代企業(yè)制度建立 的這些新興公司（企業(yè)），經(jīng)營理念完全定位于市場經(jīng)濟(jì)，在市場中找生機(jī)，發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，擇優(yōu)而用，滿足用戶要求,通過融資，壯大財力,吸納海內(nèi)外技術(shù)優(yōu)勢，通過各種渠道，形成 自家的技術(shù)優(yōu)勢和服務(wù)于用戶的產(chǎn)品優(yōu)勢。實現(xiàn)高溫渦輪發(fā)動機(jī)氣膜孔無缺陷加工，可使葉片使用壽命達(dá)2000小時以上；以焊代替數(shù)控加工飛機(jī)次承力構(gòu)件，以及帶筋壁板的以焊代鉚；實現(xiàn)重要零部件的表面強化，提高安全性、可靠性等，從而使先進(jìn)的激光制造技術(shù)在軍事工業(yè)中發(fā)揮更大的作用。完成了激光燒結(jié)快速成型原理樣機(jī)研制，并采用環(huán)氧聚脂和樹脂砂燒結(jié)粉末材料，快速成型出典型零件，如葉輪、齒輪。在激光制孔、激光熱處理、焊接等方面雖有一定的應(yīng)用，但質(zhì)量不穩(wěn)定。激光快速成型技術(shù)已從研究開發(fā)階段發(fā)展到實際應(yīng)用階段，已顯示出廣闊的應(yīng)用前景。激光精微焊接技術(shù)已成為航空電子設(shè)備、高精密機(jī)械設(shè)備中微型件封裝結(jié)點的微型連接的重要手段。目前薄材切割速度可達(dá)15m/min，切縫窄，～1mm之間，熱影響區(qū)只有切縫寬的10%～20%，最大切割厚度可達(dá)45mm，已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)三維蒙皮、框架、艦船船身板架、直升機(jī)旋翼、發(fā)動機(jī)燃燒室等。，已成功地應(yīng)用自動化六坐標(biāo)激光制孔專用設(shè)備加工航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達(dá)到無再鑄層、無微裂紋的效果。國外激光加工設(shè)備和工藝發(fā)展迅速，現(xiàn)已擁有100kW的大功率CO2激光器、kW級高光束質(zhì)量的Nd:YAG固體激光器，有的可配上光導(dǎo)纖維進(jìn)行多工位、遠(yuǎn)距離工作。由于特種加工技術(shù)具有其它常規(guī)加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點，在現(xiàn)代加工技術(shù)中，占有越來越重要的地位，許多現(xiàn)代技術(shù)裝備，特別是航空航天高技術(shù)產(chǎn)品的一些結(jié)構(gòu)件，如工程陶瓷、渦輪葉片、燃燒室的三維型腔、型孔的加工和航空陀螺、均需采用特種加工技術(shù)。由于在特種加工過程中，工件表面不產(chǎn)生強烈的彈性和塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度，熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷怍硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷 均少于機(jī)械切削表面。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學(xué)性能無關(guān)，故可以加工各種超硬超強材料、高脆性和熱敏材料及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空產(chǎn)品結(jié)構(gòu)材料的加工。不受材料硬度限制。特種加工技術(shù)只需簡單的進(jìn)培運動即可加工出三維復(fù)雜型面。加工時無明顯的強大機(jī)械作用力，故加工脆性材料和精密微細(xì)零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。與常規(guī)機(jī)械加工方法相比它具有許多獨到之處。目前，特種加工技術(shù)已成為航空產(chǎn)品制造技術(shù)群中不可缺少的分支，在難切削對料、復(fù)雜型面、精細(xì)表面、低剛度零件及模具加工等領(lǐng)域中已成為重要的工藝方法。鑒于對有特殊要求的零件用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法很難完成。并預(yù)測今后特種加工的發(fā)展方向，最后給予特種加工技術(shù)展望。第一篇：關(guān)于特種加工技術(shù)的最新技術(shù)研究關(guān)于特種加工技術(shù)的最新技術(shù)研究周子棟摘要：特種加工方法，是難切削材料、復(fù)雜型面、精細(xì)表面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了特種加工技術(shù)的特點，并分別較深入地介紹了激光加工、電子束加工、離子束及等離子體加工和電加工技術(shù)的技術(shù)特點，原理和最新進(jìn)展。關(guān)鍵詞：特種加工；電火花加工；電火花線切割加工；激光加工自二十世紀(jì)以來，航空科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，為保證在高溫、高壓、高速、重載和強腐蝕等苛刻條件下的工作可靠性，在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)和機(jī)載設(shè)備上大量采用了新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的精密零件，這就使產(chǎn)品的 制造性日趨惡化，對制造技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。難于達(dá)到羥濟(jì)性要求，現(xiàn)在，工藝師們獨辟蹊徑，借助各種能量形式，探尋新的工藝途徑，各種異 于傳統(tǒng)切削加工方法的新型特種加工方法應(yīng)運而生，如高能柬流加工、電火花加工、電解加工、化學(xué)加工、物料切蝕加工以及復(fù)臺加工?，F(xiàn)代特種加工技術(shù)是直接惜助電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能，化學(xué)能及特殊機(jī)械能等多種能量或其復(fù)臺以實現(xiàn)材料切除的加工方法。以柔克剛，因為工具與工件不直接接觸。用簡單運動加工復(fù)雜型面。特種加工技術(shù)已成為復(fù)雜型面的主要加工手段。因為特和加工技術(shù)主要不依靠機(jī)槭力和機(jī)械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學(xué)和電化學(xué)能去除金屬和非金屬材料，它們 高速爆炸、沖擊去除材科?？梢垣@得優(yōu)異的表面質(zhì)量。各種加工方法可以任意復(fù)合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。如今，特種加工技術(shù)的應(yīng)用已遍及到各個加工領(lǐng)域。激光加工設(shè)備功率大、自動化程度高，已普遍采用CNC控制、多坐標(biāo)聯(lián)動，并裝有激光功率監(jiān)控、自動聚焦、工業(yè)電視顯示等輔助系統(tǒng)。激光切割適用于由耐熱合金、鈦合金、復(fù)合材料制成的零件。激光焊接薄板已相當(dāng)普遍，大部分用于汽車工業(yè)、宇航和儀表工業(yè)。激光表面強化、表面重熔、合金化、非晶化處理技術(shù)應(yīng)用越來越廣，激光微細(xì)加工在電子、生物、醫(yī)療工程方面的應(yīng)用已成為無可替代的特種加工技術(shù)。國內(nèi)70年代初已開始進(jìn)行激光加工的應(yīng)用研究，但發(fā)展速度緩慢。目前已研制出具有光纖傳輸?shù)墓腆w激光加工系統(tǒng)，并實現(xiàn)光纖耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。激光加工技術(shù)今后幾年應(yīng)結(jié)合已取得的預(yù)研成果，針對需求，重點開展無缺陷氣膜小孔的激光加工及實時檢控技術(shù)、高強鋁(含鋁鋰、鋁鎂)合金的激光焊接技術(shù)、金屬零件的激光粉末燒結(jié)快速成型技術(shù)、激光精密加工及重要構(gòu)件的激光沖擊強化等項目的研究。國內(nèi)工業(yè)激光設(shè)備企業(yè)和研制生產(chǎn)概況自上世紀(jì)90年代開始，隨著市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國內(nèi)出現(xiàn)了許多從事研制、生產(chǎn)和經(jīng)營激光器和激光加工設(shè)備的公司。激光加工的應(yīng)用現(xiàn)狀 激光加工的應(yīng)用現(xiàn)狀激光加工是激光應(yīng)用最有發(fā)展前途的領(lǐng)域，現(xiàn)在已開發(fā)出20 多種激光加工技術(shù)。激光加工系統(tǒng)與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合可構(gòu)成高效自動化加工設(shè)備，已成為企業(yè)實行適 時生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。由于激光可以通過聚焦而獲得高密度能量(106～108 J / cm2),瞬間可使任何固體材料熔化甚至蒸發(fā),因此從理論上說可以用來加工任何種類的固體材料。目前,激光已經(jīng)廣泛用于各類材料的孔加工和切割,如進(jìn)行木模板的激光切割和石油管道的激光切縫等。加熱速度快,作用時間短,熱影響區(qū)小,熱變形可以忽略。激光焊接裝置容易與計算機(jī)聯(lián)機(jī)。因此,激光焊接在工業(yè)上獲得廣泛應(yīng)用。利用激光表面改性技術(shù)可以極大地提高零件表面的機(jī)械、物理和化學(xué)性質(zhì),現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。而在相同試驗條件下,未經(jīng)處理的AISI1045 鋼的硬度HRC 僅為35 , mg ,經(jīng)激光表面硬化后的樣品耐磨性能提高3～6 倍。激光刻蝕在微電子行業(yè)可用于半導(dǎo)體器件和芯片的加工,也可用于精密光學(xué)器件的加工,如用激光刻蝕加工半導(dǎo)體芯片和三維光柵。利用脈沖激光還可以對軋輥進(jìn)行毛化,經(jīng)過毛化的軋輥軋制的汽車簿板具有著油漆牢固的特點[16]。自20 世紀(jì)90 年代初美國3D Systems 公司開發(fā)出世界首臺商品化的快速成形系統(tǒng)裝置以來,快速成形技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。它不需要借助其他設(shè)備和工具,迅速和精確地制造出復(fù)雜的工模具、模型和工藝品。早在1977 年,美國麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程系科學(xué)家Haggerty 博士就發(fā)明了陶瓷粉末的激光合成法[18],現(xiàn)已發(fā)展到廣泛利用激光來制造金屬和非金屬材料納米粉。激光清洗可用來清洗微電子芯片、設(shè)備的剝漆,以及對古董、字畫進(jìn)行除垢等。國外定型生產(chǎn)的40kV～300kV的電子槍(以60kV、150kV為主)，已普遍采用CNC控制，多坐標(biāo)聯(lián)動，自動化程度高。目前正在研究焊縫自動跟蹤、填絲焊接、非真空焊接等，最大焊接熔深可達(dá)300mm，焊縫深寬比20：1。如：F22戰(zhàn)斗機(jī)采用先進(jìn)的電子束焊接，減輕了飛機(jī)重量，提高了整機(jī)的性能；“蘇27”及其它系列飛機(jī)中的大量承力構(gòu)件，如起落架、承力隔框等，均采用了高壓電子束焊接技術(shù)。因此，電子束焊接技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，對電子束焊接設(shè)備的需求量也越來越大。其特點是采用變頻電源，設(shè)備的體積、噪聲、高壓性能等方面都有很大提高；在控制系統(tǒng)方面，運用了先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)，采用了先進(jìn)的CNC及PLC技術(shù)，使設(shè)備的控制更可靠，操作更簡便、直觀。電子束刻蝕、電子束輻照固化樹脂基復(fù)合材料技術(shù)正處于研究階段。 表面功能涂層具有高硬度、耐磨、抗蝕功能，可顯著提高零件的壽命，在工業(yè)上具有廣泛用途。等離子體熱噴涂技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入工程化應(yīng)用，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、船舶等領(lǐng)域的產(chǎn)品關(guān)鍵零部件耐磨涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層和高溫防護(hù)層等方面。配有機(jī)器人和焊縫跟蹤系統(tǒng)的等離子體焊在空間復(fù)雜焊縫的焊接也已實用化。我國等離子體噴涂已應(yīng)用于武器裝備的研制，主要用于耐磨涂層、封嚴(yán)涂層、熱障涂層和高溫防護(hù)涂層等。等離子體焊接在生產(chǎn)中雖有應(yīng)用，但焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。國外電解加工應(yīng)用較廣，除葉片和整體葉輪外已擴(kuò)大到機(jī)匣、盤環(huán)零件和深小孔加工，用電解加工可加工出高精度金屬反射鏡面。電火花加工氣膜孔采用多通道、納秒級超高頻脈沖電源和多電極同時加工的專用設(shè)備，加工效率2～3秒/孔，通用高檔電火花成型及線切割已能提供微米級加工精度，可加工3μm的微細(xì)軸和5μm的孔。電解與電火花復(fù)合加工，電解磨削、電火花磨削已用于生產(chǎn)。加工尺度的微細(xì)化、加工方法的復(fù)合化和加工過程的自動化,已成為近年來特種加工的研究熱點。參 考 文 獻(xiàn)【1】張遼遠(yuǎn) 現(xiàn)代加工技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 【2】劉晉春 特種加工 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 【3】張建華 精密與特種加工技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 【4】主編白基成, 郭永豐, 劉晉春 特種加工技術(shù) 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006 【5】郭東明, 趙福令 面向快速制造的特種加工技術(shù) 北京：國防工業(yè)出版社，2009 【6】郭常寧，裴景玉，［J］.兵工學(xué)報，2005，