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特种加工技术的现代应用及其发展研究摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。
本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。
关键词：特种加工电火花加工电化学加工高能束流加工超声波加工复合加工1、特种加工技术的特点现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。
与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。
1.1以柔克刚。
因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。
1.2用简单运动加工复杂型面。
特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。
特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。
1.3不受材料硬度限制。
因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。
它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。
其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。
1.4可以获得优异的表面质量。
由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。
热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。
各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。
由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。
许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀螺、传感器等精细表面尺寸精度达0. 001Pm 或纳米（nm）级精度，表面粗糙度#$ <0. 01Pm 的超精密表面的加工，非采用特种加工技术不可。
硬脆材料切削加工特性分析研究近年来，随着科学技术的不断发展，工业制造领域中的材料加工也得到了极大的发展。
硬脆材料是其中一类重要的工程材料，其硬度高、脆性大的特点使得其加工变得更加具有挑战性。
本文将对硬脆材料切削加工特性进行深入分析研究。
一、硬脆材料的切削加工难点硬脆材料的切削加工由于其硬度高和脆性大的特点，使得其在加工过程中容易产生裂纹和断裂。
这种高难度的加工需求使得对硬脆材料的加工技术提出了更高的要求。
1.1 硬脆材料的特性硬脆材料的硬度高，常见的硬脆材料有氧化铝、碳化硅等。
其硬度为金属材料的几倍甚至几十倍，因此很难通过传统的金属切削工具进行加工。
同时，硬脆材料的脆性也非常大，对应力的承受能力较低。
因此，在切削加工时容易出现断裂和损坏的情况。
1.2 切削加工难题硬脆材料的切削加工过程中，容易出现一些难题。
例如，由于硬脆材料表面的硬度高，切削工具很容易磨损，导致切削效果下降，进而影响加工质量。
此外，硬脆材料的断裂风险较大，需要考虑如何减小应力集中、降低裂纹的产生。
二、硬脆材料切削加工分析为了解决硬脆材料切削加工过程中的难题，研究人员通过各种手段进行了深入的分析，以下将从切削效果、切削机理以及加工参数等方面进行分析。
2.1 切削效果分析硬脆材料的切削效果是评估加工质量的重要指标之一。
在硬脆材料切削过程中，切屑的形态、加工表面的光洁度等均会对切削效果产生影响。
研究人员通过实验观察和表面分析等手段，分析切削效果与切削刃的形状、切削速度、进给速度等因素之间的关联。
2.2 切削机理分析硬脆材料的切削机理是指硬脆材料在切削过程中物质的去向和能量的转化规律。
常见的切削机理有破碎型切削、切削溶熔、塑性变形等。
通过对切削机理的深入研究，可以优化切削工具的设计和加工工艺的控制，提高切削加工的效率和质量。
2.3 加工参数分析加工参数是切削加工过程中的重要因素，包括切削速度、进给速度、切削深度等。
研究表明，合理的加工参数选择对硬脆材料的切削加工效果具有重要的影响。
钛合金切削加工特点
钛合金是一种高强度、高耐腐蚀性的金属材料，广泛应用于航空、航天、医疗、化工等领域。
然而，由于其高硬度、高热导率和难以切削的特性，钛合金的加工难度较大，需要采用特殊的切削工艺和工具。
钛合金切削加工的特点主要有以下几点：
1. 高硬度：钛合金的硬度比一般的金属材料高，因此需要采用高硬度的刀具和切削参数，才能够有效地切削。
2. 高热导率：钛合金的热导率比较高，容易导致切削过程中产生高温，从而影响切削质量和刀具寿命。
3. 难以切削：钛合金的切削性能较差，容易产生切削力过大、切削表面粗糙等问题，需要采用特殊的切削工艺和工具来解决。
为了克服钛合金切削加工的难度，现代加工技术采用了许多创新的方法和工具。
例如，采用高速切削技术可以有效地降低切削温度和切削力，提高切削效率和加工精度；采用液氮冷却技术可以降低切削温度，减少切削表面粗糙度；采用超硬合金刀具可以提高切削效率和刀具寿命等。
钛合金切削加工具有一定的难度，需要采用特殊的切削工艺和工具来解决。
随着现代加工技术的不断发展，相信钛合金切削加工的难
度将会逐渐降低，为钛合金的应用提供更加广阔的空间。
难切削材料的切削加工性研究【摘要】新材料的出现，使得传统的切削加工变得困难，切削加工性降低。
本文主要介绍了三种难切削材料的切削加工性的一些特点，并以此提出了提高难切削材料切削加工性的途径。
【关键词】切削加工性；钛合金；镍基高温合金；高强度钢一、钛合金的切削加工性钛合金是一种比强度和比刚度较高，在温度550℃以下耐腐蚀很高的材料。
它是应用很广泛的飞行器结构材料，也应用于造船、化工等行业。
钛合金从金属组织上可分为α相钛合金、β相钛合金、（α+β）相钛合金。
硬度及强度按α相、（α+β）相、β相的次序增加，而切削加工性按这个次序下降。
钛合金的切削加工性是较低对的，其原因如下：（1）钛合金导热性能低，切屑与前刀面的接触面积很小，致使切削温度很高，可为45钢切削温度的2倍。
（2）钛合金在600℃以上的温度时，与气体发生剧烈的化学作用。
（3）钛合金塑性较低，特别是和周围的气体发生化学变化后，硬度增高，剪切角增大，切屑与前角面的接触长度很小，使前刀面上应力很大，刀刃容易发生破损。
（4）钛合金的弹性模量低，弹性变形大，接近后刀面处工件表面的回弹量大，故已加工表面与后刀面的接触面积特别大，磨损也比较严重。
根据钛合金的性质和切削过程中的特点，切削时应该考虑的措施是：（1）尽可能使用硬质合金刀具，以提高生产率，应该选用与钛合金亲和力小，导热性能良好的强度高的细晶粒钨钴类硬质合金。
成型和复杂刀具可选用高温性能好的高速高。
（2）为增大切屑与前刀面的接触长度，以提高耐用度，应采用较小的前角。
后角应比切普通钢的大。
刀尖采用圆弧过渡刃，刀刃上避免有尖角出现。
（3）刀刃的粗糙度应尽可能小，以保证排屑流畅和避免崩刃。
（4）切削速度宜低，切削深度可以较大，进给量应适当。
进给量过大易引起刀刃的烧损；进给量过小将因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快。
（5）应进行充分冷却，慎用含氯的极压切削液。
在使用含氯的切削液时，使用后应将工件充分清洗，以防止应力腐蚀。
、什么是难切削材料切削加工性差的材料，些因素影响材料的切削加工性1）材料的化学成分和配比，它是影响材料的热处理性能和材料切削加工性的根本因素。
2）材料的热导系数和线膨胀系数的影响3）材料的硬度、强度、韧性、塑性和弹性模量的影响4）材料的金相组织的影响三、具体难加工材料的加工1）淬火钢的切削淬火钢是指钢材经过淬火处理后，其结构为马氏体，硬度大于HRC50 的钢，它在难切削材料中占有相当大的比例。
传统加工淬火钢的方法是磨削，但为了提高加工效率，解决工件形状复杂、不能磨削和淬火后工件产生形状、位置误差的问题，也需要采用车削、铳削、镇削、钻削和狡削等切削加工。
淬火钢在切削加工时有以下特点：淬火钢的硬度高达HRC50-65,强度高达2100-2600Mpa,儿乎没有塑性，按照工件材料切削加工性分级属于最难切削的9a级，山于它的强度、硬度高，导热系数只有一般钢材的1/7,所以在切削时不仅切削温度高而且单位切削力高达4500Mpao它属于脆性材料，切削力集中在刃口附件，易造成崩刃或打刀。
切削淬火钢的刀具材料应选择硬度高抗弯强度也高的硕质合金或陶瓷和立方氮化硼。
切削淬火钢的刀具儿何参数：通常情况下询角为-10° -o° , 断续切削时前角为-10°— -30°,后角为8° - 10°,主偏角为30° - 60° o刃倾角为— 0° ,刀尖圆弧半径为0・5—2mm。
切削淬火钢的切削用量，首先，要根据刀具材料和工件材料的物理力学性能、工件形状、工件系统刚性和加工余量来选择。
其次，是考虑合理的切削速度。
再次，选择切削深度和进给量。
一般淬火钢的耐热性为摄氏200 —400度，高于此温度，淬火钢的硬度开始下降，而硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的耐热性分别为摄氏800—1000度、口00—1200度和1400 -1500度，所以在切削淬火钢时，要充分利用这已特性，合理选择切削速度。
硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼的切削速度应控制在：30- 70m/min、60一120 m/min 和100-200 m/min・在连续切削的最佳切削速度的惜况下，切下的切削为暗红色，在车削淬火钢螺纹时，为了使切入、切出处平稳，应现在入刀和出刀处倒一个45°的角而且每次吃刀深度要小一些。
钻孔时，一定要合理选择切削速度，一般为30-50 m/min,避免转速过低，在用小钻头钻孔时要勤退刀，以免工件因为热胀冷缩将钻头夹住而使钻头折断。
铳削淬火钢是断续切削，为了使切入切出平稳刀具主偏角应小一些而且还应选择负的刃倾角，硬质合金铳刀的切削速度为40-50 m/min,陶瓷铳刀的切削速度为100 m/min左右，每刀齿进给量为0.05—0.15mm。
刨削时除应选用较大的负刃倾角外，硬质合金的切削速度应控制在10 m/min左右，进给量为0.1—0.2mmo在这里有儿点要重点注意：1、要选择硬度高和抗弯强度也好的刀具材料。
2、在断续切削时应采用主偏角小于45。
和负的刃倾角。
3、根据刀具材料和工件材料合理选择切削用量2）不锈钢的切削通常把含锯量大于12%、含傑量大于8%的合金钢成为不锈钢。
不锈钢在大气或腐蚀介质中具有一定的耐蚀能力并在大于450°C情况下具有较高强度，不锈钢现在广泛运用于航空航天、石油、化工、医疗、食品、建筑、工业及人们日常生活中。
不锈钢的种类有：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体+铁素体不锈钢及沉淀硕化不锈钢。
山于不锈钢性能的影响，它的相对切削加工性只有0.4左右，在切削工程中有以下儿点：1、加工表面硬化严重，其硬化程度为基体硬度的1.25- 2倍,深度可达0.lmmo 2、单位切削力比切削45#钢大25%以上。
3、由于不锈钢的导热系数很低，所以在切削过程中在相同的切削条件下，切削温度比45#钢高约200°C—300°C o 4、曲于不锈钢中Ni、Co、Ti等合金元素易于刀具材料中的这些元素发生亲和作用，造成刀具的粘结和扩散磨损。
切削不锈钢的刀具材料有高速钢和硬质合金，但为了提髙刀具的耐用度最好选用高碳、高帆及钮系高速钢。
除普通YG类硬质合金外，应首选含碳化氮或碳化觇细颗粒或超细颗粒的YG类硬质合金。
山于不锈钢的硬度、强度不高但韧性和塑性较好，所以在保证刀具刃口有足够强度的前提下应选用较大的刀具前角，一般为12°—30°左右。
后角为10° -15° O粗加工时主偏角为45° -75°,有利于刀具散热，刃倾角为3°— -3°，粗加工时取负值。
为了保证在切削工程中有良好的断屑，断屑槽釆用全圆弧型或直线圆弧型，断屑槽的宽度为3—5mm,槽深为0.5 —1.3mm,断屑槽的圆弧半径采用2—8mm,粗加工是取大值。
切削不锈钢的切削速度是一般钢材的40%-60%,切削深度和走刀量均应大于0.2mm,釆用高速钢刀具的切削速度为10-20m/min,硬质合金刀具的切削速度为50-100m/min,切削不锈钢刀具的磨钝标准应为切削一般材料的1/2,以使刀具锋利和减小硬化程度与深度。
山于不锈钢化学、力学和物理性能的影响，在铳削时切屑易粘附在铳刀刀齿上使切削条件恶化。
逆铳时，刀刃先在已经硕化的工件表面滑行，加速刀具的磨损。
所以，应当在机床条件允许的惜况下尽量采用顺铳以提高刀具的耐用性。
铳削的速度应比车削的速度高30%—50%o在钻削不锈钢时，山于扭矩和轴向力较大，切屑易粘连不易折断，切削表面硬化严重，钻头易磨损。
为了改善这种情况，应把钻头横刃宽度修磨成钻头直径的1/20,并磨分屑槽和双峰角已达到良好的断排屑和散热的U的，在钻削过程中钻头不要在切削表面停留以免加剧切削表面硕化，在钻型上可采用不锈钢群钻或不锈钢断屑钻头。
高速钢钻头钻不锈钢的切削速度为10-20m/mi n/硬质合金钻头的切削速度为40-80m/min,切削进给量应大于0.1mm/ro对不锈钢进行较削时常出现的问题是孔表面磨出沟槽、表面粗糙度差及较刀磨损严重。
为了避免这些问题的出现，处了正确背磨狡刀、控制狡削余量及正确选择切削用量外，应选用硫化油或硫化油+20%—30%四氯化碳做狡削液。
在不锈钢上攻丝比在普通钢材上攻丝困难的多，攻丝扭矩大丝攻常被咬死在螺孔中，造成丝锥折断等。
为了顺利攻丝，除略微加大底孔直径外, 应选用润滑效果好的切削液如用硫化油+15%—20%四氯化碳或用煤油稀释氯化石蜡。
这里还有儿点需要注意：1、切削不锈钢的刀具在切削时要锋利。
2、刀具不要在切削表面停留，以免加剧切削表面硕化。
3、在狡孔和攻丝时，应选用润滑性能好的切削液。
3）钛合金的切削钛合金是近儿十年来发展起来的一种新金属。
由于它的比强度是45#钢的4.5倍，能在500°C下长期工作，抗蚀性能好，低温性能优良，而广泛用于航天.航空、化工、医疗等行业。
山于钛合金化学、力学和物理性能的影响，它的相对切削性只有0.25 -0.35,属于难切削材料。
在相同的切削条件下切削时，切削温度比切削45#钢高近一倍，容易产生粘结现象，刀具粘结磨损严重。
钛合金化学活性大，在切削的高温条件下，它与空气中的氧、氮、氢、碳发生反应，生成二氧化碳、氮化钛、氢化钛等硬化层，给切削带来困难。
切削钛合金的刀具材料最好选用含锐高速钢，含钻高速钢，含铝高速钢；硬质合金应选用YG类细颗粒或超细颗粒的硬质合金。
还可采用PCD、PCBN、天然金刚石刀具材料。
切削钛合金的刀具儿何参数：前角为5° -15°,后角为15°左右，其他参数与一般刀具相同。
切削钛合金的切削液，粗加工时采用乳化液或极压乳化液，精加工时釆用极压切削液。
在切削钛合金细长轴或细长杆时，应用活顶尖或用尼龙做跟刀架和中心爪的爪托以避免发生粘结。
高速钢刀具的切削速度为8—12m/min；硬质合金刀具的切削速度为15一60 m/min： PCD、PCBN和天然金刚石的切削速度为100-200 m/mino切削深度大于0.05mm<> 进给量应大于0.05mm/ro在切削钛合金材料时，如果不采用冷却液或材料硬度高时应取小值。
铳削钛合金时，高速钢铳刀的切削速度为8-12 m/min：硬质合金铳刀的切削速度为40-60 m/min,进给量为0.1-0.2mm/齿，切削深度为0.2— O.Smmo钻钛合金孔，钻头峰角为135°—140°,横刃宽度为0.08-0.1钻头直径，以减小轴向力和利于排屑。
高速钢钻头的切削速度为8-12 m/min, 硬质合金钻头的切削速度为30-60 m/min,进给量为0.07-0.15mm/ro狡钛合金孔时，钱削余量为o.l—0.2mm,钱削液为60%魂麻油+40%煤油。
高速钢狡刀的切削速度为5-7 m/min,进给量为0.15-0.3mm/ro在钛合金上攻螺纹难度较大，由于它的弹性模量小，只有45#钢的一半，它的弹性恢复较大，容易把丝锥抱住，使丝锥被咬死而折断。
特别是攻小直径的螺纹，更加困难。
为了改变这种现象，可采取以下措施：1>增大丝锥后角，减小切削过程中摩擦。
2、适当加大底孔。
按一般牙高率的70%,以降低扭矩。
3、釆用含磷的极压切削液或60%篦麻油+40%煤油的切削液。
在实际操作中，还需要注意以下问题：1、采用不同刀具材料的刀具进行切削时，一定要选用相应的切削速度。
2、在切削钛合金时不要使用含氯的切削液。
3、曲于钛合金的弹性模量小工件在安装时夹紧力不宜过大。
以防工件变形4）高温合金的切削高温合金能够在高温氧化气氛或燃气条件下工作，具有优良的高温强度、热稳定性和抗热疲劳性而广泛应用于各个领域。
高温合金按制造工艺分为变形高温合金和铸造高温合金；按基本化学元素分为铁基高温合金、铁银基高温合金、银基高温合金、钻基高温合金等。
高温合金中含有许多高熔点的合金元素，如铁、钛、珞、银.饥、钩、窃等，这些元素与其他元素构成程度高组织致密的奥氏体合金；而且有的元素乂与非金属元素碳、硼、氮形成硬度高、比重小、熔点高的金属和非金属化合物，使其切削加工性变得很差。
它的相对切削性只有45#钢的5%—20%。
切削高温合金的刀具材料有高速钢和硬质合金刀具。
高速钢应选用高帆、高碳、含钻高速钢；硬质合金应选用细颗粒或超细颗粒的YG类硬质合金。
车削高温合金应采用高速钢或硬质合金刀具。
车削变形高温合金使用硬质合金的前角为10。
左右，后角为10° -15°,主偏角为45° -75° o高速钢刀具的前角比硬质合金刀具的前角大5° -10°, 一般不背出负倒棱。
