特種加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)

徐慧　李學(xué)軍　蔣玲莉

摘要：21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，特種加工技術(shù)得到前所未有的重視。文章對(duì)特種加工技術(shù)的概念、特點(diǎn)、分類、應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展趨勢(shì)作了介紹。

一、特種加工概念

特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。找教程上的定義。

二、特種加工特點(diǎn)

（1）不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他的能量（如電能、熱能、光能、聲能以及化學(xué)能等）去除工件材料。

（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情況下，例如在激光加工、電子束加工、離子束加工等加工過(guò)程中，根本不需要使用任何工具。

（3）在加工過(guò)程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力作用，工件不承受機(jī)械力，特別適合于精密加工低剛度零件。

（4）各種加工方法可以任意復(fù)合、揚(yáng)長(zhǎng)避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。如目前的電解電火花加工（ECDM）、電解電弧加工（ECAM）就是兩種特種加工復(fù)合而形成的新加工方法。

三、幾種典型特種加工方法

3.1 電火花加工

利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。

電火花加工原理如下圖：

1.工具電極 2-放電間隙 3-工件電極 4-工作液

電火花加工工藝特點(diǎn)：加工適應(yīng)性強(qiáng)。無(wú)論硬、脆、軟、耐熱材料，只要導(dǎo)電就行；小孔、薄壁、窄槽、復(fù)雜截面；同一臺(tái)電火花機(jī)床上，只需要修改參數(shù)即可完成粗、半精、精加工。

電火花加工可用于電火花穿孔、電火花型腔加工、磨削、銑制、鏜制、表面強(qiáng)化等、電火花線切割。

3.2 激光加工

激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性，對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門加工技術(shù)。屬于非接觸式加工，激光可視作“光刀”，無(wú)“刀具”磨損，無(wú) “切削力”作用于工件。而且可對(duì)多種金屬、非金屬加工，特別是高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)材料進(jìn)行加工。

激光束能量密度高，是局部加工，加工速度快，熱影響區(qū)小，工件變形小，后續(xù)加工量小，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

3.3 電子束和離子束加工

電子束加工和離子束加工是近年來(lái)得到較大發(fā)展的新興特種加工。它們?cè)诰芪⒓?xì)加工方面，尤其是在微電子學(xué)領(lǐng)域中得到較多的應(yīng)用。電子束加工主要用于打孔、焊接等熱加工和電子束光刻化學(xué)加工。離子束加工則主要用于離子刻蝕、離子鍍膜和離子注入等表面加工。近期發(fā)展起來(lái)的亞微米加工和納米加工技術(shù)，主要是用電子束加工和離子束加工。

3.4 超聲加工

利用超聲頻作小振幅振動(dòng)的工具，并通過(guò)它與工件之間游離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡(jiǎn)稱為USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。

適合于加工玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導(dǎo)電的非金屬材料和淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導(dǎo)電的金屬材料，但加工效率較低。

3.5 水射流加工

利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對(duì)工件進(jìn)行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或“水刀”。

水射流加工原理如下圖所示。

四、特種加工主要應(yīng)用領(lǐng)域

可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬、非金屬材料或復(fù)合材料，而且特別適合于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度的零件。同時(shí)，有些方法還可以用于進(jìn)行超精密加工、鏡面加工、光整加工以及納米級(jí)（原子級(jí)）的加工。

特種加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)引起了機(jī)械制造領(lǐng)域的許多變革。例如對(duì)材料的可加工性、工藝路線的安排、新產(chǎn)品的試制過(guò)程、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件結(jié)構(gòu)工藝性好壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)等產(chǎn)生了一系列的影響

五、特種加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前特種加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾點(diǎn)：1） 采用自動(dòng)化技術(shù)。2） 趨向精密化研究。3）開(kāi)發(fā)新工藝方法及復(fù)合工藝。4）污染問(wèn)題是影響和限制有些特種加工應(yīng)用、發(fā)展的嚴(yán)重障礙。5） 進(jìn)一步開(kāi)拓特種加工技術(shù)

參考文獻(xiàn)：

[1]劉璇.馮憑先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2012.

[2]李文武李長(zhǎng)河孫未.先進(jìn)制造技術(shù)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：徐慧：女（1976-），研究方向：機(jī)械動(dòng)力學(xué)及其故障研究。