超声加工研究综述论文

特种加工技术论文篇二 特种加工技术的研究与应用 摘要：本文论述了特种加工技术的产生和发展，并就快速成型加工、超声加工、电子束和离子束加工以及激光加工进行展开阐述，讨论了各个加工方法的工艺原理和在生产实践中的具体应用。最后，对特种加工技术的发展方向进行了展望。 关键词：特种加工;快速成型技术;超声加工;电子束和离子束加工;激光加工 1.特种加工技术的产生和发展 机械加工作为一种有着悠久历史的加工方法，对人类的物质文明和生产活动起到了极大的推动作用。对于工业部门而言，设计出来的零件或者机器必须依赖于加工方法来实现，如果没有行之有效的加工方法，再好的设计思路也无法转化为产品。例如18世纪70年代就有人发明了蒸汽机，但是由于当时的生产设备制造不出有着较高精度和配合要求的蒸汽机气缸，所以一直无法生产出可以正常工作的蒸汽机[1]。直到气缸镗床的出现，才解决了这一生产上的难题，使得蒸汽机获得了广泛的应用，引起了第一次工业革命。因此，我们可以发现，加工方法对于设计思想的实现和社会经济的发展起着多么重大的作用。 随着生产的发展和科学实验的需要，对于产品的要求越来越高，未来的技术产品向着高精度、高速度、重载、高温高压、小型化和高可靠性等方向发展，为了实现这些新的要求，就需要使用新材料和新结构，因此，对机械制造部门也提出了很多新的要求。特种加工正是在这种强烈的社会需求下产生和发展起来的，而它所具有的优于传统机械加工的特点又进一步促使人们对它进行研究和应用，因此，到目前为止，特种加工技术已经有了很多种类，所能达到的加工精度和生产效率也越来越高。可以说，特种加工技术已经成为现代机械制造行业必不可少的一种加工方法。 传统的机械加工利用机械能和切削力对金属进行加工，而特种加工主要利用电能、化学能、光能、声能和热能等能量来去除金属，因此特种加工技术可以用来加工各种高硬度、高强度、高脆性和高韧性的金属或者非金属材料。由于特种加工采用广义上的刀具，例如激光、超声波、电子束和离子束等，所以易于实现加工过程的全自动化，这对于现代化生产的组织和管理有着很重要的意义。 从1943年前苏联鲍﹒洛﹒拉扎林柯夫妇开始研究火花放电腐蚀开关触点的现象开始，特种加工技术已经经历了六十多年的发展。目前，很多特种加工方法都已经发展成熟，例如电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工和激光加工等。现在，人们也研究了将特种加工的理论应用于传统的机械加工方法中去的复合加工方法，如振动切削和振动铣削。由于特种加工技术尤其适用于对难加工材料、复杂型面和精密微细表面的加工，所以特种加工有很大的适用性和发展潜力，在刀具、模具、量具、仪器仪表、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。在未来，特种加工将向着提高加工精度和表面质量、提高生产效率和自动化程度、发展复合加工和超精密加工等方向发展。 2.快速成型技术 快速成型技术(RP)是一种增材加工方法，主要用来制造样件，从而可以对新产品的设计进行快速评估、修改和功能实验，能够较大地缩短产品的研制周期。快速成型技术集机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术于一体，易于实现生产过程的自动化，且高效便捷，因此这种样件制造工艺日益在生产实践中获得应用。按照快速成型技术使用的材料和工艺原理，可以分为四种类型：光敏树脂液相固化成型法(SL)、选择性激光粉末烧结成型(SLS)、薄片分层叠加成型(LOM)、熔丝堆积成型(FDM)。 3.超声加工技术 频率超过16000Hz的声波称为超声波，它是一种纵波，能够传递很强的能量，且当它经过液体介质传播时，会产生液压冲击现象。超声加工技术(USM)利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液使得磨粒在超声振动的作用下产生机械撞击、抛磨作用以及超声空化作用来加工脆硬材料。由于超声加工技术的工艺原理和特点，超声加工有很多特殊的应用。例如加工深小孔、拉丝模及型腔模具研磨抛光、对难加工材料的加工、超声振动切削、超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声清洗、超声切割等。超声加工技术与新材料的发展是相辅相成的，在未来，超声加工一定会有更多的应用和发展。 4.电子束和离子束加工 电子束加工(EBM)利用能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击工件表面，使动能大部分转化为热能，使得被冲击的工件材料局部熔化和气化，从而达到改变被加工工件材料表面物理化学性质和形状尺寸位置的目的。电子束加工装置包括电子枪、真空系统、控制系统和电源，电子束是由钨或钽制成的发射阴极在加热状态下得到的。由于电子束加工的工艺原理和特点，EBM技术可以用来加工型孔和特殊表面、刻蚀、焊接、热处理以及电子束光刻等。 离子束加工(IBM)利用具有较高能量的离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应来进行不同的加工。由于离子束轰击材料是逐层去除原子，所以可以达到纳米级的加工精度。离子束加工按其工艺原理和目的的不同可以分为三种：用于从工件上去除材料的刻蚀加工、用于给工件表面涂覆的镀层加工以及用于表面改性的离子注入加工。由于电子束和离子束易于实现精确的控制，所以可以实现加工过程的全自动化，但是电子束和离子束的聚焦、偏转等方面还有许多技术问题尚待解决。 5.激光加工 激光技术起始于20世纪60年代，可用于打孔、切割、焊接、热处理以及激光存储等方面。激光的产生源自物质的受激辐射，即某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量的激发下，产生所谓的粒子束反转现象，在粒子束反转的状态下，如果有一束能量等于基态与亚稳态能量之差的光子照射该物质，就会产生受激辐射，输出大量的光能。由于激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好等特点，因此几乎可以用来加工任何材料。目前常用的激光器有固体激光器(红宝石激光器、铷玻璃激光器和掺铷钇铝石榴石激光器)和气体激光器(二氧化碳激光器和氩离子激光器)，在生产实践中，对影响激光加工的各个因素还需要进行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技术。 6.结束语 近年来，随着新材料、新结构、复杂型面零件、特殊要求零件的需求越来越大，特种加工技术得到了越来越广泛的应用，在未来，随着机电控制技术的进一步提高，特种加工技术将会更加趋于自动化，充分利用计算机技术，可以使得特种加工向着自动化和柔性化方向发展[2]。而在未来，特种加工技术将越来越多的应用于精密微细加工、复合加工和绿色加工。 参考文献 [1]刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工[M]，北京：机械工业出版社，2011：1～6. [2]王杰，樊军，等.特种加工技术的新进展[J]，轻工机械，2008，26(4)：5～7. 看了“特种加工技术论文”的人还看： 1. 超精密加工技术论文 2. 超声波加工技术论文 3. 精密与超精密加工技术论文 4. 机械先进制造技术论文 5. 超精密制造技术论文

微波能应用技术在食品加工领域的新发展南京三乐微波技术发展有限公司目录0 前言1 微波真空（冷冻）干燥2 微波保鲜、杀菌新技术3 微波与传统加热技术的结合4 微波膨化技术5 微波设备现状0 前言随着我国国民经济实力增强、人民生活质量的提高，食品机械迅猛发展，微波食品加工设备也步入一个新的发展时期。家用微波炉已进入千家万户，人们越来越多的了解并感觉到微波加热特性。这为微波能应用发展的打下良好的基础。九十年代后，我国微波食品机械已成为微波应用领域主流，取得可观的效益。本文仅从微波技术应用的一个侧面，介绍近几年微波在食品工业的技术发展1 微波真空（冷冻）干燥真空冷冻干燥(FD脱水)最早产生于1909年，用于生物材料及生物组织的研究。微波真空冷冻升华干燥(MD脱水)源于二战期间，当时战争需要大量新鲜血液制品，而在储存、运输环节存在许多棘手问题无法克服；另外，抗生素的生产也需要采用冻干技术。为此，因战争需要，科学家提出一项研究工程，即“血浆不变性冷冻真空微波升华脱水研究工程”，简称“血浆工程”。把刚抽出的新鲜血浆在极短的时间内速冻成冰块，然后在真空条件下，施以微波升华干燥、脱水成干血粉(含水量约1％)，用铝箔复合袋避光密封，保质期可达两年以上，运到前方加定量的无菌蒸馏水稀释即可当新鲜血浆注射。这项工程开创了微波升华脱水干燥步入实用的先河。南京三乐微波技术发展有限公司于87年开始微波真空干燥和微波真空冷冻干燥技术研究，93年研制出了大型微波真空冷冻设备投入蔬菜的冷冻干燥，近几年技术上不断创新，又攻克了微波在低真空状态下易拉弧放电技术难点，现在实用性微波真空冷冻干燥已推上市场。同时微波真空干燥机也进入批量生产阶段。微波真空(冷冻)干燥与其它干燥方法比较的优越性：1、最好地保存原物料的色、香、口味和营养成份；因冻干食品是在低温真空(缺氧)条件下完成，酶和细菌不滋生，食品不变质、不氧化，营养成份特别是那些遇高温会分解的维生素、化冻时与水一起流失的水溶性营养成份损失少。据美国陆军委托食品容器研究所测定：冻干干燥法对肉、蛋、豆类、青菜、甜玉米等食品中的蛋白质无损害,Vc、β胡萝卜素和其它水溶性维生素仅损失5%,对脂溶性维生素(Va,D，E，K)则完全不受损失。微波升华脱水能够最大限度地保留物料中原有的营养成份。例如：晒干青菜的维生素、叶绿素等营养成份只能保留原有的3%；阴干可以保留17%；热片快速干燥可保留40%；FD真空冷冻干燥可以保留到70%以上；微波升华干燥的有效成份可以保留到97%。因此称为不变性脱水。2、干燥速度快，不受形状、厚度影响：微波的穿透性加热和选择性加热能均匀地、快速干燥物料。微波处理5～10cm厚度制品时，干燥时间可节省原来的30%；若厚度增加到20～30cm时，则可节省时间60%以上。例如：用常规热传导给小香葱做冷冻干燥，需18～21小时；而用微波仅8～9小时。3、 能最好的保持原物料形状、口感与风味、复水性好4、节能降耗：热效率高，理论计算可达94%。5、产品品质高：常规热传导升华脱水时，有用温度载热油，或用密封增压技术把水加热，在加热板中强制循环，传递热量给盛料盘和物料，底部物料中热敏物质因长时间过热而变性、变色、变味，严重的变焦黄，就是进口设备正品率也不超过90%，国产只达60%上下，而微波独特的加热方式使物料内外同时升温汽化，脱水后的产品上、下质量一致，可达到100%合格率。产品保存期可达3至5年，最长10年。而一般的保鲜冷藏至多几个月，最多不会超过1年。微波兼有杀菌、灭酶功效。6、干燥温度低，适合加工高档、热敏性产品：目前广泛应用在对温度敏感的药物、饮料、果汁或富含维生素的物料上。微波真空干燥速溶橘粉装置，真空室直径为1.5m，长12m，微波功率48Kw，使用玻璃增强聚乙烯传送带连续传递，具有膨化作用。它先将含有63%固形物的橘浆抽吸并涂抹在宽1.2m的传送带上，堆高厚度为3～7mm，在10.67kPa～13.38kPa(80～100mmHg)的低压下输入微波能量，加热40min，可膨化到厚度为80～100mm，制成含水率为20%的速溶橘粉，生产能力50kg/h。产品不仅保持橘汁原有色、香、味，而且所保留的维生素C量是喷雾干燥法不可能达到的。2 微波保鲜、杀菌新技术为了防止食品早期变质以便储存，通常使用紫外灯、蒸气、高压、钴60、臭氧、充氮、添防腐剂等方法进行杀菌，微波技术则又开辟了一种理想方式，能在短时间内，对物料内外同时杀菌，又不破坏营养成分。在过去30年，对食品特别是袋装、瓶装食品进行了大量研究，采用微波短时间照射，可快速升温杀菌。与常规方法相比，可保持更好的口味、颜色和营养成份。在我国食品的微波杀菌保鲜技术已被越来越多食品生产厂家所采用。利用脉冲调制的微波能进行杀菌试验，证实可以用较小的温升达到杀菌的目的。这也说明微波杀菌不只是热力杀菌，还有非热力致死细菌的能力。这就是所谓的非热效应。根据这个原理，我们可以在极短的时间内、采用高于常规微波场能量密度的数倍或数十倍的脉冲微波能量照射食品，不但可以可靠杀死细菌，还可大大降低食品温升、降低设备的能耗。降低杀菌的成本。目前廉价的915MHz、2450MHz大功率微波脉冲源已开发出来，实用性整机近期可以推出。3 微波与传统加热技术的结合众所周知微波能可将被加热物质内外同时加热，但在实际应用中，由于物体周边流动空气的影响，外表面散热较为容易，使得物体内部温升往往高于外表面。而热风系统中，物体加热是从外向内进行热的传导，故外表面温度往往大于内部。可以设想若将两种加热方法结合在一起可有几点好处：1、可真正实现内外同时加热；2、环境温度上升加大系统抽湿能力，避免水蒸气在加热器内部结露；3、由于微波设备一次性投资高于常规设备，合理的分配两者之间比例，可降低系统造价，起事半功倍效果。4、发挥各自的工艺优势。国外的许多食品干燥项目采用此技术。日本研制的一种微波膨化干燥蛋黄粉设备使用16只2450MHz，5kw的磁控管，总输出功率90kW，其方法是先将蛋黄浆料涂布在传送带上，用远红外预热到80℃,然后用微波加热，膨化至3～5cm厚，再急速冷却到40℃，切碎后继续用常规方法制成蛋黄粉，日产1吨。瑞典采用2450MHz 30kw的微波装置生产肉馅饼。由自动机械生产的肉馅饼，经微波完成烹制过程，最后用电热丝加热使表面褐化，产品质量明显提高，每块饼的处理时间为2分钟，每小时16000只。近几年国内许多微波食品工程采用综合加热技术，将微波加热分别与电热风、蒸汽、红外、喷雾、火焰、冷干风等常规加热方法联合使用，取得良好效果。4 微波膨化技术膨化食品深受广大群众喜爱，今几年发展较快。微波可迅速加热食品，并使得内部压差急剧变化，这种特性使得微波在食品的膨化干燥领域占有一席之地。微波苹果膨化生产技术，是一重大科技创新技术。 通过对苹果进行系列加工和微波膨化干燥，制成一种新颖独特的休闲食品――苹果脆片。它保持了原有水果的风味和色泽，不添加任何添加剂，是地道的天然绿色食品，该产品口感酥脆、酸甜适口、风味独特浓郁、营养丰富、复水性好，且便于贮存、运输携带，是老少皆宜的高级休闲食品及边防、海防、高山、高原上士兵们及野外、水下人员的必需食品。它的研制成功是苹果加工技术上一个重大突破，本技术还可生产其它果蔬酥产品。薯条、薯片的膨化过去都是用油炸，这不但增加了食品的热量、还破坏了其原有的营养成分。用微波膨化薯条、薯片，不但保持了食品原汁原味，还省去油炸工艺、口感极好、风味独特，加工成本较低。是农副产品深加工极好项目。微波加工方便面的技术近来又有所突破，用高场强微波使方便面在加工中产生膨化，生产出的产品复水性极好，对冲泡方便面的水温要求降低，冲泡时间缩短，口感上升。此技术还降低了棕榈油的损耗。此设备采用2450MHz频率、功率35KW，班产量3～4吨。可24小时连续工作。5 微波设备现状微波应用技术在我国发展已有近三十年的历史，虽然它还属新兴的应用领域，但随着现代科学技术不断进步，近几年微波设备的可靠性、实用性不断提高。微波专业生产厂家制造技术也趋于成熟，制造成本大副下降。许多微波食品加工设备均具有操作简单、可连续稳定工作、可抗空载、维修方便等特点。微波技术发展初期，微波设备有许多典型缺点：加热不均匀、故障率高、可靠性差、难以操作和维护等，现均得到彻底改善。常规微波食品加工设备用于脱水干燥时，每一度电耗可脱0.5～1公斤水份；用于灭菌保鲜时每一度电耗可处理7～12公斤物料。用于解冻、膨化物料时每一度电耗可处理物料12～24公斤。定购微波食品加工设备不但要注意外观造型、价格与质量。作为微波设备，有三个重要性能指标必须了解：1、微波泄漏量：微波设备的微波能量泄漏有害人体健康，设备进、出料口、炉门、操作区等地方，微波泄漏应符合国家有关标准规定。2、整机效率：微波设备应是节能高效设备，专业厂家生产的整机热转换总效率应在50％以上。3、均匀性：不管微波设备是用于加热、干燥还是杀菌，其设备加热物料的温升差值应小于±5℃。这样才能保证微波加热效果的一致性。微波设备的设计是以电磁波传输理论为基础的。从事设备设计的技术人员一般不了解食品的工艺、特性，而食品工艺研究人员积累的大量常规食品加热的经验又不能全部移植在微波加热系统，两者的结合需要一定时间，这就是目前微波技术在食品业推广所遇到的障碍。好在我们已跨入信息时代，行业之间合作将很快打破这个瓶颈。与国外微波设备相比，国内微波技术本身并无逊色，但在机电一体化技术、自动控制水平、整机运行可靠性程度和生产线配套能力存在明显差距，这是今后国内从事微波应用技术工作的科研人员急需化大力量解决的课题。