特种加工技术发展及其应用
摘要：特种加工泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。本文对什么是特种加工、特种加工的特点、种类以及发展趋势等作了描述。阐述了特种加工在现代社会发展过程中的重要地位，大力发展特种加工的必要性。
关键词：特种加工技术；种类；特点；应用；发展趋势
The Development and Application of Special processing
technology
Abstract：Special processing refers to the energy of electric energy, heat, light, electrochemical energy, chemical energy, acoustic energy, and the like to achieve specific mechanical energy to remove or increase the processing method of the material, the material is removed in order to achieve, deformation, or change the properties of the plating and so on. In this paper, what is special processing, special processing features, types and trends, etc. are described. Describes the special processing an important role in the process of development of modern society, the need to develop special processing.
Key words：Special processing technology; species; characteristics; application; trends
0引言
传统的机械加工技术对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用。随着科学技术的迅速发展,新型工程材料不断涌现和被采用,工件的复杂程度以及加工精度的要求越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求，传统的机械加工手段不能满足机械加工精度的要求为了解决这些加工的难题，人们不断开发研究并成功采用“传统的切削加工以外的新的加工方法——特种加工方法”解决了很多工艺问题，在生产上发挥了很大的作用，引起了机械制造工艺技术领域的许多变革。特种加工是相对于传统的切削加工而言的，实质上是直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能、磁能、物质动能、甚至爆炸能等对工件进行加工的工艺方法的总称。
1特种加工概述
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法，特种工加工和使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。
对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。
2特种加工技术的特点
2.1加工范围广
加工范围不受材料物理、机械性能的限制，主要用电、化学、光、声、热等能量去除
金属和非金属材料，完成工件的加工。能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。
2.2以柔克刚
工具硬度可以低于被加工材料的硬度易于加工超硬脆材料和精密微细零件、薄壁元件、弹性零件。
2.3加工表面质量好
易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。
2.4易于合成新工艺
各种加工方法易复合形成新工艺方法（电子束加工、离子束加工、激光束加工等），便于推广应用。
3特种加工的主要应用范围
3.1用于难切削材料加工
加工各种难切削材料。如硬质合金、钛、合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、红宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高熔点的金属及非金属材料。
3.2用于加工复杂零件
加工各种特殊复杂零件的三维型腔、型孔、群孔和窄缝等。如发动机机匣、整体锅轮、锻压模和注射模的立体成型表面,各种冲模、冷拔模上特殊断面的型孔,炮管内膛线,喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等。
3.3用于加工超精度特殊零件
加工各种超精、光整或具有特殊要求的零件。如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、阀,以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工,有些方法还可用于纳米级加工。
3.4高能束流加工方面
以高能量密度束流实现焊接、切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细。
4特种加工技术的种类
4.1电火花加工(EDM)
电火花加工是利用工具电极与工件电极之间脉冲性的火花放电，产生瞬时高温(10000摄氏度左右) 将金属蚀除。又称放电加工、电蚀加工、电脉冲加工,英文简称EDM。电火花的工作原理如下图表1所示，这里不再赘述。加工时工具工件不接触，电火花加工主要用于加工各种高硬度的材料（如硬质合金和淬火钢等）和复杂形状的模具、零件，以及切割、开槽和去除折断在工件孔内的工具（如钻头和丝锥）等。
图表1 电火花工作原理图
电火花加工机床通常分为电火花成型机床、电火花线切割机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。基本原理都是一致的。
4.2电化学加工
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。该方法主要包括电解、电镀、电铸、电化学抛光等工艺方法，电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。刷镀可修复磨损的零件，改变原表面的物理性能，实用价值非常大。
4.3高能束流加工(三束流加工)
高能束流加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称，其中电子束加工技术改变了原有的设计思想，可将原有的高精度复杂难加工型面或无法加工的大型整体零件分成若干个易加工的单元，精加工和热处理以后，用电子束将其焊接成整体零件。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。
4.4超声波加工
它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，加工精度高超声加工机床的结构简单, 易于维护常用于对工件的抛磨和光整加工。
4.5复合加工
复合加工是指用多种能源组合进行材料去除的工艺方法加工方法能够提高加工效率或获得很高的尺寸精度、形状精度和完整的表面。
4.6先进的特种加工技术
上海交通大学的赵万生、顾琳等提出以集束电极制作三维自由型面电极的新方法。这种方法不是采用切削加工获得成形电极的自由型面,而是将一定数量的细棒状或管状电极捆
成一束,再调整每根电极单元的长度进而形成近似的电极型面。其制备原理图如图2 所示。
