吉云亮　張瑞東

摘要：本文簡(jiǎn)述了特種加工技術(shù)的概念、分類，重點(diǎn)闡述了其領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用與研究發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：特種加工；特點(diǎn)；應(yīng)用；研究方向

1特種加工涵義

特種加工是相對(duì)傳統(tǒng)切削加工而言，本質(zhì)上是直接或復(fù)合利用電能、電化學(xué)能、化學(xué)能、光能、物質(zhì)動(dòng)能等對(duì)工件進(jìn)行加工的工藝方法總稱。目前常用的有電火花加工、超聲波加工、激光加工，除此之外還有電化學(xué)加工、電子束加工等。它與傳統(tǒng)切削加工相比具有：加工過(guò)程不再主要依靠機(jī)械能，而是直接或復(fù)合利用其它能量完成工件的加工；加工所用工具材料的硬度可大大低于被加工材料硬度，有時(shí)甚至無(wú)需使用工具即可完成對(duì)工件的加工；加工過(guò)程工具與工件間不存在顯著的機(jī)械切削力；加工方法日新月異等特點(diǎn)。

2 特種加工分類、方法及應(yīng)用

電火花成形（穿孔）加工：該法可加工任何導(dǎo)電材料。它是利用火花放電腐蝕金屬原理，用工具電極（純銅或石墨）對(duì)工件進(jìn)行復(fù)制加工的工藝方法，可用于加工型腔模（鍛模、壓鑄模、注塑模等）和型腔零件；加工沖模、粉末冶金模、擠壓模、型孔零件、小異型孔、小深孔等。其中最為典型的應(yīng)用是在YG8(硬質(zhì)合金)工件上，加工一個(gè)直徑1mm深80mm的孔，只需12分鐘；電火花雙軸回轉(zhuǎn)展成法加工凹凸球面、球頭；電火花共軛同步回轉(zhuǎn)可加工精密螺紋、齒輪等復(fù)雜表面；目前已能加工出0.005mm的短微細(xì)軸和0.008mm的淺微細(xì)孔，以及直徑小于1mm的齒輪。

電火花線切割加工：它是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲（銅絲或鉬絲）作電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電腐蝕，實(shí)現(xiàn)切割成形的加工方法。它同樣可以加工任何導(dǎo)電材料；加工各種形狀的沖模、切割電火花成形加工用的電極、切割零件等。典型的應(yīng)用例如：試制切割特殊微電機(jī)硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵心芯；切割斜度錐面、上下異形面工件；工件傾斜數(shù)控回轉(zhuǎn)切割加工雙曲面零件；數(shù)控三軸聯(lián)動(dòng)加分度切割加工扭轉(zhuǎn)四方錐臺(tái)。

超聲波加工：它是利用加工工具的超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法。超聲波加工的尺寸精度可達(dá)0.05～0.01mm，表面粗糟度Ra值可達(dá)0.8～0.1μm，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進(jìn)行套料、切割、開(kāi)槽和雕刻等。由于超聲波加工的生產(chǎn)效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對(duì)較好，所以常用于對(duì)工件的拋磨和光整加工。

激光加工：是利用經(jīng)過(guò)透鏡聚焦的能量密度極高的激光焦點(diǎn)（高溫和沖擊波），使工件材料被熔化或蒸發(fā)去除的加工方法。合理選用激光參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)激光切割、打孔、焊接，激光打標(biāo)、激光表面處理，還可用于電子元器件的封裝等。激光加工的尺寸精度可達(dá)0.01～0.001mm，表面粗糟度Ra值可達(dá)0.4～0.1μm，無(wú)需使用工具，加工速度極高，適于任何材料，特別適于深徑比大的（深徑比50～100）小孔和微孔（孔徑φ0.01～0.1）。激光表面處理是結(jié)合高功率激光技術(shù)及粉末冶金技術(shù)，對(duì)工件進(jìn)行表面加工處理，從而改變工件表面組織結(jié)構(gòu)、成分及特性，提高其物理性能，使其恢復(fù)或超過(guò)原技術(shù)性能和應(yīng)用價(jià)值的工藝技術(shù)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。激光法（應(yīng)用激光）還是制造納米材料的重要手段。

電化學(xué)加工：該法包括從工件去除金屬的陽(yáng)極電解蝕除加工和向工件上沉積金屬的陰極電鍍沉積加工兩大類。它可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車、拖拉機(jī)連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的扭曲葉片等。電鍍、電鑄可以復(fù)制復(fù)雜、精細(xì)的表面。刷鍍可修復(fù)磨損的零件，改變?cè)砻娴奈锢硇阅?，有很大?shí)用價(jià)值。

電子束加工：是利用高速電子沖擊動(dòng)能加工金屬的。其原理是在真空條件下，用電流加熱陰極發(fā)射電子束，再用靜電使電子束加速至光速的一半左右，通過(guò)電磁透鏡聚焦，使電子束以極高的速度轟擊在工件表面的微小面積上。電子束大部分能量都變成了熱能，能量密度高達(dá)109W/cm2，被轟擊表面將瞬時(shí)熔化和氣化，從而去除局部材料，達(dá)到加工目的。電子束加工適于任何材料，控制電子束能量密度的大小和能量注入時(shí)間，便可實(shí)現(xiàn)打孔、切割等加工目的。典型應(yīng)用例如：用于專用塑料打孔機(jī)，將電子槍發(fā)射的片狀電子束分成數(shù)百條小電子束同時(shí)打孔，其速度可達(dá)每秒50000孔，孔徑0.04～0.12mm可調(diào)；用于加工人造纖維噴絲頭的異型孔，出絲口的窄縫寬度為0.03～0.07mm，長(zhǎng)度約為0.8mm,噴絲板厚度為0.6mm；用于焊接銅和不銹鋼、鋼和硬質(zhì)合金、鉻、鎳和鉬等異種不相親和的金屬。

離子束加工：該法原理和電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速聚焦，使之打到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千、數(shù)萬(wàn)倍。離子束加工適于任何材料，用不同的加速電壓，可獲得不同能量的離子束。若改變離子束相對(duì)于工件表面的入射方向，就可實(shí)現(xiàn)離子注入、離子切削、濺射鍍覆等離子束加工。

等離子弧加工：它是利用電弧放電使氣體電離成過(guò)熱的等離子高溫氣體流束，靠局部熔化和氣化來(lái)去除材料的。等離子體是指正負(fù)帶電粒子數(shù)量大體相等的高溫氣體，它能受電磁場(chǎng)的約束。等離子體加工可通過(guò)控制高溫等離子流，實(shí)現(xiàn)切割、熔化、焊接、噴鍍以及粉末制造和材料精煉等。

水射流切割：該種類又稱液體噴射加工，是利用（從孔徑為0.1～0.5mm的人造藍(lán)寶石噴嘴噴出的）高壓（70～400Mpa）高速(300～900m/s)的噴射水流對(duì)工件的沖擊作用來(lái)去除材料的，有時(shí)也稱水切割或俗稱水刀。水射流切割主要用于加工很薄很軟的金屬和非金屬材料，包括銅、鋁、鉛等材料及其制品，可代替硬質(zhì)合金切槽刀具，而且切邊的質(zhì)量很好。例如：汽車制造業(yè)中用于切割石棉剎車片等；還可切割19mm 厚的吸音天花板、10 mm厚的有機(jī)玻璃；

化學(xué)加工：它是利用酸、堿、鹽等化學(xué)溶液與金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬腐蝕溶解，改變工件尺寸和形狀（甚至表面性能）的加工方法。其屬于成形加工的化學(xué)加工法主要有化學(xué)銑切（化學(xué)蝕刻）、照相制版和光刻。

快速成型技術(shù)：該技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或者三維數(shù)字測(cè)量?jī)x，將所需要的零件轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)內(nèi)的電子模型，利用計(jì)算機(jī)，根據(jù)用分層軟件獲得的零件的CAD模型某一截面的幾何信息，選擇性地固化、粘結(jié)或熔結(jié)特定材料（粉末、層片、熔絲等）某一區(qū)域，從而變?yōu)橐粋€(gè)構(gòu)成零件實(shí)體的水平方向?qū)用?，后續(xù)的材料與已固化層黏結(jié)，逐漸堆積成一個(gè)三維實(shí)體--零件。目前具有代表性的快速成型工藝有：光敏樹(shù)脂液相固化成型、選擇性粉末燒結(jié)成型、薄片分層疊加成型和熔絲堆積成型。該技術(shù)主要用于模型制造，模具加工以及單件小批量復(fù)雜零件制作。

電磁成形加工：它是利用磁場(chǎng)力使金屬坯料變形的高效率成形方法。因?yàn)樵诔尚瓦^(guò)程中載荷是以脈沖的方式作用于毛坯的，因此又稱為磁脈沖成形。電磁成型可廣泛應(yīng)用于管材的脹形、縮徑、沖孔、翻邊和連接；板材沖裁、壓印和成型；組裝件的裝配；粉末壓實(shí)；電磁鉚接及放射性物質(zhì)的封存等，對(duì)一些特殊零件是優(yōu)先選用的方法。

液中放電成形加工：它是利用液電效應(yīng)對(duì)金屬進(jìn)行沖壓成形的工藝方法。當(dāng)高壓脈沖放電在液體中發(fā)生時(shí)，液體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的爆炸，其沖擊壓力可達(dá)102～104M Pa，這就是所謂的液電效應(yīng)，也叫電水錘效應(yīng)。該法具有成形速度高，可用于高強(qiáng)高硬的金屬材料；工件回彈小，加工精度高；能同時(shí)完成拉伸、沖孔、剪切、壓印、翻邊等多種工序等優(yōu)點(diǎn)。該法適合形狀復(fù)雜及高強(qiáng)高硬金屬工件的沖壓成形。液電沖壓成形法在國(guó)外的機(jī)械加工行業(yè)中已有應(yīng)用，并已有這種成形設(shè)備的系列產(chǎn)品面世。

爆炸加工：它是以炸藥（火藥或可燃?xì)怏w）為能源把金屬毛坯加工成型或焊接在一起的加工工藝。爆炸加工過(guò)程是炸藥化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程。由于炸藥爆炸是快速過(guò)程，與常規(guī)加工方法(液壓、沖壓)相比，爆炸加工具有壓力大、變形速度快、加工時(shí)間短、功率大等特點(diǎn)。例如，把直徑一米的毛坯加工成為封頭，用水壓機(jī)生產(chǎn)時(shí)，作用于毛坯的平均壓力為幾十個(gè)大氣壓 （1大氣壓＝101325帕），成型時(shí)間為十幾秒；而在爆炸成型時(shí)，作用于毛坯的平均壓力為幾千個(gè)大氣壓，成型時(shí)間約為 1/100秒。爆炸加工應(yīng)用范圍較廣，主要有爆炸成形、爆炸焊接、爆炸硬化、高速（爆炸）模鍛等幾個(gè)方面。

參考文獻(xiàn)

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