天水師范學(xué)院工學(xué)院 高衍慶

特種加工對(duì)制造工藝的變革

天水師范學(xué)院工學(xué)院 高衍慶

近年來(lái)，隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械制造的各個(gè)方面已發(fā)生了深刻的變革。許多傳統(tǒng)切削加工方法難以完成的加工任務(wù)，如具有高硬度、高強(qiáng)度、高脆性或高熔點(diǎn)的各種難加工材料零件的加工，具有較低剛度或復(fù)雜曲面形狀的特殊零件的加工等，這些加工任務(wù)用特種加工都能很方便地完成。這種技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械制造業(yè)中已經(jīng)具有一定的規(guī)模，已經(jīng)形成了品類(lèi)齊全、布局基本合理的機(jī)械制造工業(yè)體系，并且沖擊優(yōu)化著傳統(tǒng)制造觀念。

一、特種加工在現(xiàn)代加工中的涵義

特種加工是從20世紀(jì)40年代發(fā)展起來(lái)的，特種加工是直接或復(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)行加工的工藝方法的總稱(chēng)。由于高新技術(shù)的發(fā)展和尖端國(guó)防及科學(xué)研究發(fā)展的需要，傳統(tǒng)產(chǎn)品和高新產(chǎn)品朝著高速度、高精度、高可靠度、耐腐蝕、耐高溫高壓和尺寸超大及超小的方向發(fā)展。為此各種新材料、新結(jié)構(gòu)的精密機(jī)械零件在產(chǎn)品中應(yīng)用，對(duì)機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問(wèn)題。如各種難切削材料的加工，各種結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、尺寸微小或特大的零件加工等，如果采用傳統(tǒng)加工方法加工則十分困難，甚至無(wú)法加工。于是人們沖破傳統(tǒng)加工方法的束縛，不斷地探索和尋求新的加工方法，這樣一種本質(zhì)上區(qū)別于傳統(tǒng)加工的特種加工便應(yīng)運(yùn)而生，并不斷獲得發(fā)展。

二、特種加工的特點(diǎn)

1.不用機(jī)械能，與加工對(duì)象材料的機(jī)械性能無(wú)關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度及特殊性能的金屬和非金屬材料。

2.非接觸加工，不一定需要工具，有的雖然使用工具，但是與工件不接觸。因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故可使剛性極低元件及彈性元件得以加工。

3.微細(xì)加工，工件表面質(zhì)量高。

4.不存在加工中的力應(yīng)變或熱應(yīng)變，故可獲得較低的表面粗糙度，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小。

5.兩種或兩種以上的不同類(lèi)型的能量可相互組合成新的復(fù)合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。

6.特種加工對(duì)簡(jiǎn)化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及零件結(jié)構(gòu)工藝性等產(chǎn)生積極影響。

三、常見(jiàn)的特種加工方法及應(yīng)用

特種加工方法很多，最常見(jiàn)的有以下幾種。

1.電火花加工。該法可加工任何導(dǎo)電材料。它是利用工具電極和工件電極瞬時(shí)火花放電產(chǎn)生的高溫，溶蝕工件材料來(lái)獲得工件成形。可用于加工各種硬、脆、韌、軟和高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料，可以加工型孔、型腔模和微小孔。

2.電火花線切割。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。

3.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方法。超聲波加工的尺寸精度可達(dá)0.005～0.01mm，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。

4.激光加工。是利用一種能量密度極高、方向性好、單色性好、相干性好的激光焦點(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。

5.電解加工。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(lèi)。它可以加工復(fù)雜成型模具和零件，例如汽車(chē)、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。

四、特種加工對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝的變革

由于特種加工上述的特點(diǎn)和應(yīng)用，其對(duì)機(jī)械制造和結(jié)構(gòu)工藝性具有重大影響，主要表現(xiàn)在4個(gè)方面。

1.改變了零件的傳統(tǒng)工藝路線。如切削工序，應(yīng)安排在淬火熱處理工序之前進(jìn)行，但特種加工的出現(xiàn)，改變了這種定型的工藝過(guò)程。因?yàn)樘胤N加工基本上不受工件硬度的影響，所以特種加工不受淬火的影響，可任意安排。而且為免除加工后淬火熱處理的變形，一般都先淬火后加工。例如電火花線切割加工、電火花成型加工和電解加工等都是在淬火后進(jìn)行的。

2.縮短了新產(chǎn)品的試制周期。在新產(chǎn)品試制時(shí)，如采用光電、數(shù)控電火花線切割，便可直接加工出各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)直齒輪、微電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子硅鋼片，各種變壓器鐵芯，各種特殊、復(fù)雜的二次曲面體零件，從而省去設(shè)計(jì)和制造相應(yīng)的刀、夾、量具、模具及二次工具，大大地縮短了試制周期。

3.影響產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如花鍵孔、齒輪的齒根部分，為了減少應(yīng)力集中應(yīng)設(shè)計(jì)和制成小圓角。如果采用電解加工，由于電解加工時(shí)工具型面的形狀會(huì)“復(fù)印”在工件上，所以此類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以簡(jiǎn)化。

4.重新衡量傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)工藝性的好壞。由于特種加工的應(yīng)用而需要重新衡量過(guò)去對(duì)方孔、小孔、彎孔和窄縫等工藝性不好的結(jié)構(gòu)，特種加工改變了這種現(xiàn)象。對(duì)于電火花穿孔、電火花線切割工藝而言，加工方孔和圓孔的難易程度是一樣的。噴油嘴小孔、噴絲頭小異形孔，渦輪葉片大量的小冷卻深孔、窄縫，靜壓軸承、靜壓導(dǎo)軌的內(nèi)油囊型腔，采用電加工后由難變易。