特种加工技术概论

特种加工技术

摘要：传统的机械加工已有很久的历史，它对人类生产和物质文明起到了极大的作用。例如18世纪70年代就发明了蒸汽机，但苦于制造不出有配合要求、高精度的蒸汽机气缸，无法推广应用。直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机获得广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。这一事实充分说明了加工方法对新产品的研制、推广和社会经济等起着多么重大的作用。随着新材料、新结构的不断出现，情况将更是这样。

但是从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，在这段长达150多年都靠机械切削加工（包括磨削加工）的漫长年代里，并没有产生特种加工的迫切要求，也没有发展特种加工的充分条件，人们的思想一直还局限在自古以来传统的用机械能量和切削力来除去多余的金属，以达到加工要求这一框框之内。

直到1943年，前苏联鲍、洛、拉扎林柯（B.P.JlaaaJieHKO）夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法，用铜杆在淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。

关键词; 机械加工, 高精度, 新材料, 机械能量

引言：特种加工技术是直接利用电能、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能量以实现材料切除的加工方法。其研究范围是电加工、高能束流(激光束、电子束、离子束、高压水束)加工、超声波加工及多能源复合加工。

正文; 目前，这一技术正向着自动化、柔性化、精密化、集成化、智能化和最优化方向发展，在已有的工艺不断完善和定型的同时，新的特种加工技术不断涌现，如快速原形制造技术、等离子体熔射成形工艺技术、在线电解修整砂轮镜面磨削技术、实变场控制电化学机械加工技术、三维型腔简单电极数控电火花仿铣技术、电火花混粉大面积镜面加工技术、磁力研磨技术和电铸技术等。新的特种加工技术是在传统的特种加工技术的基础上，紧密结合材料、控制和微电子技术而发展起来的，并随着产品应快速响应市场需求，正在形成面向快速制造的特种加工技术新体系。 1、特种加工技术的构成

特种加工的概念

特种加工是指使用特殊的加工方法和工艺，对特殊材料进行加工处理的一种加工方式。特种加工一般需要根据具体材料的性质和要求，采用特殊的加工设备和工作流程，以达到特定的加工效果和要求。

特种加工广泛应用于工业生产中，例如制造航空航天器件、核工程设备、精密仪器仪表等。对于这些特殊材料和零部件，传统的加工方法和技术已经不能满足其加工要求，因此需要采用特种加工方法进行加工处理。特种加工具有以下几个特点：

1. 高精度加工：特种加工常涉及到高精度的加工要求，通过特殊的加工设备和工艺，可以实现对材料的微观结构和尺寸的精确控制。例如，采用激光加工技术可以实现微米级的加工精度，满足高精度零部件的加工要求。

2. 难加工材料的加工：有些材料具有较高的硬度、脆性或热导性等特殊性质，传统的加工方法难以对其进行有效加工。特种加工可以克服这些困难，通过特殊的工艺和设备，对难加工材料进行切削、热处理、电火花等加工方式，以实现对其精密加工。

3. 特种材料的加工：特种加工主要应用于特种材料的加工，例如高温合金、超硬材料、复合材料等。这些特种材料具有很高的性能，但同时也具有较高的困难度和成本。特种加工可以通过特殊的加工方法和设备，充分发挥特种材料的性能，实现其高效加工和利用。

4. 创新加工技术的应用：特种加工是工业技术创新的重要方向之一，通过引入创新的加工技术和设备，可以提高加工效率和加工质量。例如，激光切割、电子束熔化、激光焊接等特种加工技术的应用，使得加工过程更加灵活、高效和精确。

5. 环保节能加工：特种加工在加工过程中注重节能减排和环保问题。传统加工方法常常伴随着大量的废料和有害气体的排放，对环境造成较大的污染。而特种加工通过改进加工工艺和设备，实现精准加工，减少废料产生，降低能源消耗和环境污染。

总之，特种加工是一种对特殊材料进行精密、高效、环保加工的技术和方法。它不仅可以满足各种特殊材料的加工需求，而且对工业技术创新和工业发展起到重要推动作用。随着科学技术的不断进步，特种加工将继续发展壮大，为工业生产提供更加高效、精密和可持续的加工解决方案。

特种加工技术概论

摘要：随着科学技术的迅猛发展，对产品结构的要求日趋复杂，对产品性能的要求日益增加，因此随之产生了特种加工技术，本文介绍了激光加工、电子束加工、离子束加工、超声加工等特种加工的原理、特点和应用。

关键词：特种加工 激光 电子束 离子束 超声波

1 概述

随着科学技术的迅猛发展，对产品结构的要求日趋复杂，对产品性能的要求日益增加，特别是在航空、航天和军事尖端技术中更为突出。有些产品要求具备很高的强度重量比；由此而产品在精度、工作速度、功率及小型化方面要求很高；有些产品则要求在高温、高压和腐蚀环境中能可靠的进行工作。为了适应以上要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量涌现，其结构形状的复杂性、材料的可加工性以及加工精度和表面完整性方面的要求，用一般的机械加工是难以实现的，这就不断地向传统的切削加工技术提出新的挑战。

传统切削加工技术的本质和特点：一是靠刀具材料比工件材料更硬来实现切削；二是靠机械能把工件上多余的材料切除。一般情况下，这是行之有效的方法。但是，当工件材料越来越硬，加工表面越来越复杂的情况下，原来行之有效的方法就转化为限制生产率和影响加工质量的不利因素。于是人们开始探索用软的工具加工硬的材料，不仅用机械能而且还采用电、化学、光、声等能量进行加工。到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别于现有的金属切削加工，统称为特种加工。

与传统机械加工方法相比具有许多独到之处： (1)加工范围不受材料物理 、机械性能的限制，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)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。(3)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。(4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。

2 电子束加工

（1）电子束加工原理

电子束加工是利用高能量的会聚电子束的热效应或电离效应对材料进行的加工。利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。电子束曝光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法。作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。

1.1 精密与特种加工技术的工程背景

制造技术是促进社会发展的潜动力，也是发展较早的科学技术，目前已有几千年的发展历史，经历了石器时代、铜器时代、铁器时代、现代的高分子塑料时代，从手工制造、机器制造发展到现代的智能控制自动化制造阶段，从一般精度加工、精密加工到现代的超精密加工及、纳米加工。同时，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要求的加工精度越来越高，对机械制造工艺技术提出了更高的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制，使用传统的切削加工方法很难完成对高强度、高韧度、高脆性、耐高温和磁性等性能新材料，以及精密复杂、微细构件和难以处理的形状的加工。为了解决这些制造业加工的难题、适应时代的发展需要，精密与特种加工技术应运而生。

此外，精密与特种加工技术是先进制造技术的重要组成部分。随着精密与特种加工技术 的发展，一方面，计算机技术、信息技术、自动化技术等在精密与特种加工中广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统集成，另一方面，精密与特种加工充分体现了学科的综合性和专业乏间的渗透、交叉、融合性。目前，精密与特种加工技术已成为一个国家制造业水平的重的要标志，对机械工业、航天工业、化学工艺等，尤其是国防工业的技术提升起着至关重要的作用。近年来，国家有关部门将精密与特种加工技术列为关键技术，并已制定发展规划准备付诸实施，精密与特种加工技术迎来了前所未有的飞速发展时机。

再者，精密与特种加工技术的产生也是为了解决以下一系列机械制造业所面临的瓶颈问题。

（1）各种难切削材料的加工问题。如硬质合金、钛合金、耐热钢、淬火钢、不锈钢。金刚石、石英、锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧度、脆性强的金属及非金属材料的加工。

（2）各种特殊复杂型面的加工问题。如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成形表面，各种冲模、冷拔模等特殊断面的型孔，以及炮管内膛线、喷油嘴等的加工。