面向快速制造的特种加工技术进展20
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面向快速制造的特种加工技术进展(2)
面向快速制造的特种加工技术进展(2) 2011年12月09日 来源： 2.2 人工智能技术的发展为特种加工工艺规律建模奠定了基础 特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、粘弹性力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难，通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用还有一定距离。目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，但随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并取得了初步的成果。因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验用为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟，并为进一步开展特种加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定了基础。 2.3 智能控制将成为特种加工领域主要的控制策略 多数特种加工方法采用“以柔克刚”的非接触式加工机制，加工伴随着化学过程进行，其加工的微观过程非常复杂，迄今为止仍不能用一个确定的数学模型来描述，而且随着加工过程的进行，加工条件有时还会发生较大的变化，引起加工特性随时间而变化。因此在控制理论中属于典型的模型不确定非线形时变系统，很难用经典的和现代的控制理论方法获得理想的结果。多年来人们尝试过很多种自适应控制策略，取得了很大的进展，但在加工条件大幅度变化的情况下仍难以达到满意的性能。 近年来，人们把更多的注意力转移到模糊控制、神经控制等智能控制的研究和应来上来，并在电火花成型加工和电火花线切割加工的过程控制方面取得了突破，已成功用于国外的高档机床上，它可自动选取最优参数，自动监测加工过程，实现自动化、最优化控制。同时尚可对模糊控制器引入自适应控制功能或与人工神经网络技术相结合，使其具有自学习功能，从而达到提高加工速度，稳定加工过程，减少对操作者技术依赖的目的。由于这种控制策略采用模拟人类智能活动的方法，可以在很大程度上允许系统存在不确定性、非线形和时变性，可以预见，它将是未来几年特种加工领域首选的控制策略。 2.4 新兴的特种加工技术将对制造业的生产模式产生深刻的影响 80年代末，产生了一批新型的高效特种加工技术，目前对这些加工技术的机理及应用的研究工作方兴未艾。这些新兴的特种加工技术已对整个制造业的生产模式产生了深刻的影响，尤其是下列技术，其广泛应用将显著地提高零件和模具快速制造的能力。 1）快速成型技术 采用了材料堆积成型的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，在不需要工具和模具的情况下，能迅速制造出任何复杂形状又有一定功能的三维实体模型或零件。目前已有多种快速成型工艺实现商品化，如激光选择性光敏树脂固化（SLA）、熔融沉积制造（FDM）、分层实体制造（LOM）、激光选择性烧结（SLS）、三维打印（3DP）等。将快速成型技术与电铸、电弧喷涂、等离子喷涂、等离子熔射成型和电火花等特种加工技术相结合，已开发出多种基于快速成型的后续组合工艺技术，为金属零件、非金属零件和金属模具的快速制造提供了崭新的技术手段。 2）等离子体熔射成型工艺技术 它是以等离子体射流为热源，在各种特定的工艺条件下使材料集结成型的零件制造方法。由于等离子体射流具有温度高，能熔化所有材料；喷射速度快，可赋予熔粒以高的动能；工艺参数调整方便，能获得较高的沉积速度；可加惰性保护气体以保证制件内部无杂质等一系列优点，尤其适用于陶瓷、复合材料、高硬度高熔点合金等材料的复杂形状薄壁件的快速制造，应用前景十分广阔。但目前对这一技术的研究还处于起步阶段。 3）在线电解修整砂轮（ELID）镜面磨削技术 它是得用弱电解过程中的阳极溶解现象，对铸铁等金属结合剂金刚石砂轮进行在线电解修整。经修整的砂轮，不仅表面被整平，而且还形成一定厚度的氧化膜层。在砂轮高速旋转时，该膜层摩擦或刮削被加工面，实现硬脆材料光滑表面的磨削，或定常加工压力的ELID研磨抛光，其中电解修锐参数是影响加工质量的关键。该技术在硬脆材料及金属零件实现高效的精密及镜面一体化加工具有十分广阔的应用前景。目前在大量实验的基础上，通过工艺技术规准的建立、磨削压力的控制和研制出砂轮电解修锐智能控制电源等，已可以实现对各类超硬材料的高效镜面磨削。 4）时变场控制、电化学机械复合加工技术 它是利用电化学机械加工中，电化学溶解电场容易实现实时计算机控制的特点，实现加工过程中金属零件表面各处有选择地去除，以达到高几何精度、低表面粗糙度的复合加工方法。其最大特点是可以实现