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特種加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望
（作者未知） 2008/12/10
摘要：特種加工技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)，對新型武器裝備的研制和生產(chǎn)，起到舉足輕重的作用。本文分別從激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子加工技術(shù)、電加工技術(shù)幾方面介紹了國外的發(fā)展現(xiàn)狀，同時提出了國內(nèi)相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：特種加工；高能束流；激光技術(shù)；發(fā)展趨勢
特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法。本文所述的特種加工技術(shù)主要是指激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)、離子束及等離子加工技術(shù)和電加工技術(shù)等。
隨著新型武器裝備的發(fā)展，國內(nèi)外對特種加工技術(shù)的需求日益迫切。不論飛機、導(dǎo)彈，還是其它作戰(zhàn)平臺都要求降低結(jié)構(gòu)重量，提高飛行速度，增大航程，降低燃油消耗，達(dá)到戰(zhàn)技性能高、結(jié)構(gòu)壽命長、經(jīng)濟可承受性好。為此，上述武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺都要求采用整體結(jié)構(gòu)、輕量化結(jié)構(gòu)、先進冷卻結(jié)構(gòu)等新型結(jié)構(gòu)，以及鈦合金、復(fù)合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。
為此，需要采用特種加工技術(shù)，以解決武器裝備制造中用常規(guī)加工方法無法實現(xiàn)的加工難題，所以特種加工技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域是：
難加工材料，如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強度、高熔點材料。
難加工零件，如復(fù)雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。
低剛度零件，如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。
以高能量密度束流實現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。
1 激光加工技術(shù)
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)纖維進行多工位、遠(yuǎn)距離工作。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)。
激光制孔的最小孔徑已達(dá)0.002mm，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)動機渦輪葉片、燃燒室氣膜孔，達(dá)到無再鑄層、無微裂紋的效果。
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。目前薄材切割速度可達(dá)15m/min，切縫窄，一般在0.1～1mm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)用于飛機三維蒙皮、框架、艦船船身板架、直升機旋翼、發(fā)動機燃燒室等。
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)。激光精微焊接技術(shù)已成為航空電子設(shè)備、高精密機械設(shè)備中微型件封裝結(jié)點的微型連接的重要手段。
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)。
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。
國內(nèi)70年代初已開始進行激光加工的應(yīng)用研究，但發(fā)展速度緩慢。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。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。完成了激光燒結(jié)快速成型原理樣機研制，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。
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。實現(xiàn)高溫渦輪發(fā)動機氣膜孔無缺陷加工，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，從而使先進的激光制造技術(shù)在軍事工業(yè)中發(fā)揮更大的作用。
2 電子束加工技術(shù)
電子束加工技術(shù)在國際上日趨成熟，應(yīng)用范圍廣。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。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。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。電子束焊已用于運載火箭、航天飛機等主承力構(gòu)件大型結(jié)構(gòu)的組合焊接，以及飛機梁、框、起落架部件、發(fā)動機整體轉(zhuǎn)子、機匣、功率軸等重要結(jié)構(gòu)件和核動力裝置壓力容器的制造。如：F-22戰(zhàn)斗機采用先進的電子束焊接，減輕了飛機重量，提高了（未完，下一頁）
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