关于特种加工技术的最新技术研究
周子栋
摘要：特种加工方法， 是难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了特种加工技术的特点，并分别较深入地介绍了激光加工、电子束加工、离子束及等离子体加工和电加工技术的技术特点，原理和最新进展。并预测今后特种加工的发展方向， 最后给予特种加工技术展望。
关键词：特种加工；电火花加工；电火花线切割加工；激光加工
0. 引言
自二十世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的 制造性日趋恶化，对制造技术提出了新的挑战。
鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成。难于达到羟济性要求，现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异 于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能柬流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复台加工。目前，特种加工技术已 成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削对料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。
1.
现代特种加工技术的特点
现代特种加工技术是直接惜助电能、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台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。
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。
用简单运动加工复杂型面。特种加工技术只需简单的进培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。
不受材料硬度限制。因为特和加工技术主要不依靠机槭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
高速爆炸、冲击去除材科。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。
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性和塑性变形，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、冷怍硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷 均少于机械切削表面。
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0.001微米或纳米级精度，表面粗糙度小于0.01微米的超精密表面的加工，均需采用特种加工技术。如今，特种加工技术的应用已遍及到各个加工领域。
2. 激光加工技术
国外激光加工设备和工艺发展迅速，现已拥有100kW 的大功率CO2激光器、kW 级高光束质量的Nd:YAG固体激光器，有的可配上光导纤维进行多工位、远距离工作。激光加工设备功率大、自动化程度高，已普遍采用CNC 控制、多坐标联动，并装有激光功率监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。
激光制孔的最小孔径已达0.002mm ，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜孔，达到无再铸层、无微裂纹的效果。 激光切割适用于由耐热合金、钛合金、复合材料制成的零件。目前薄材切割速度可达15m/min，切缝窄，一般在0.1～1mm 之间，热影响区只有切缝宽的10%～20%，最大切割厚度可达45mm ，已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、发动机燃烧室等。
激光焊接薄板已相当普遍，大部分用于汽车工业、宇航和仪表工业。激光精微焊接技术已成为航空电子设备、高精密机械设备中微型件封装结点的微型连接的重要手段。
激光表面强化、表面重熔、合金化、非晶化处理技术应用越来越广，激光微细加工在电子、生物、医疗工程方面的应用已成为无可替代的特种加工技术。 激光快速成型技术已从研究开发阶段发展到实际应用阶段，已显示出广阔的应用前景。
国内70年代初已开始进行激光加工的应用研究，但发展速度缓慢。在激光制孔、激光热处理、焊接等方面虽有一定的应用，但质量不稳定。目前已研制出具有光纤传输的固体激光加工系统，并实现光纤耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光烧结快速成型原理样机研制，并采用环氧聚脂和树脂砂烧结粉末材料，快速成型出典型零件，如叶轮、齿轮。
激光加工技术今后几年应结合已取得的预研成果，针对需求，重点开展无缺陷气膜小孔的激光加工及实时检控技术、高强铝(含铝锂、铝镁) 合金的激光焊接技术、金属零件的激光粉末烧结快速成型技术、激光精密加工及重要构件的激光冲击强化等项目的研究。实现高温涡轮发动机气膜孔无缺陷加工，可使叶片使用寿命达2000小时以上；以焊代替数控加工飞机次承力构件，以及带筋壁板的以焊代铆；实现重要零部件的表面强化，提高安全性、可靠性等，从而使先进的激光制造技术在军事工业中发挥更大的作用。
国内工业激光设备企业和研制生产概况自上世纪90年代开始，随着市场经济快速发展， 国内出现了许多从事研制、 生产和经营激光器和激光加工设备的公司。 按现代企业制度建立 的这些新兴公司（企业） ，经营理念完全定位于市场经济，在市场中找生机，发挥企业优势， 择优而用，满足用户要求, 通过融资，壮大财力, 吸纳海内外技术优势，通过各种渠道，形成 自家的技术优势和服务于用户的产品优势。 激光加工的应用现状 激光加工的应用现状激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光 的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很 大，特别适用于自动化加工。 激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备， 已成为企业实行适 时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激 光加工技术包括：
激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光 打孔技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技 术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。
由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量(106～108 J / cm2 ) ,瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发, 因此从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上, 激光一经发明, 人们首先想到用其来对宝石这类采用常规方法难以加工的材料进行孔加工。目前, 激光已经广泛用于各类材料的孔加工和切割, 如进行木模板的激光切割和石油管道的激光切缝等。
激光焊接与常规焊接方法相比, 具有如下一系列优点[14]:利用激光的高密度能量, 可对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接, 也可对非金属材料进行焊接(如玻璃的焊接) ; 加热速度快, 作用时间短, 热影响区小, 热变形可以忽略; 属于非接触焊接, 无机械应力和机械变形; 激光焊接装置容易与计算机联机; 可在大气中焊接, 无污染等。因此, 激光焊接在工业上获得广泛应用。
激光表面改性技术包括:激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等[15]。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质, 现在已经广泛应用于工业生产。
例如经激光表面硬化的AISI1045 钢样品, 其表面硬度HRC 为55 ,磨损10 h 后所产生的质量损耗为0. 6～1. 4 mg ;而在相同试验条件下, 未经处理的AISI1045 钢的硬度HRC 仅为35 ,质量损耗为4. 18 mg ,经激光表面硬化后的样品耐磨性能提高3～6 倍。在我国, 激光表面硬化已广泛应用于汽车缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴及锭杆等易损件的处理加工中, 特别是对小汽车缸套的热处理已取得明显经济效益, 经激光表面硬化的汽车缸套可提高使用寿命2～3 倍。
激光刻蚀在微电子行业可用于半导体器件和芯片的加工, 也可用于精密光学器件的加工, 如用激光刻蚀加工半导体芯片和三维光栅。利用激光的高密度能量, 可对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工(如利用脉冲激光铣削加工硬质合金和氧化铝陶瓷) 。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化, 经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点[16] ; 另外还可以利用激光对钢套等零件进行毛化, 大大提高其耐磨寿命。
自20 世纪90 年代初美国3D Systems 公司开发出世界首台商品化的快速成形系统装置以来, 快速成形技术得到蓬勃发展。快速成形( Rapid Pro2totyoing , 简称RP) 通过材料堆积, 快速、精密地制造出实际零件, 它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用[17]。它不需要借助其他设备和工具, 迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成形技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。
早在1977 年, 美国麻省理工学院材料科学与工程系科学家Haggerty 博士就发明了陶瓷粉末的激光合成法[18], 现已发展到广泛利用激光来制造金属和非金属材料纳米粉。激光清洗可使物体表面污垢通过吸收光能而蒸发去除, 或在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗可用来清洗微电子芯片、设备的剥漆, 以及对古董、字画进行除垢等。
3. 电子束加工技术
电子束加工技术在国际上日趋成熟，应用范围广。国外定型生产的40kV ～300kV 的电子枪(以60kV 、150kV 为主) ，已普遍采用CNC 控制，多坐标联动，自动化程度高。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。目前正在研究焊缝自动跟踪、填丝焊接、非真空焊接等，最
大焊接熔深可达300mm ，焊缝深宽比20：1。电子束焊已用于运载火箭、航天飞机等主承力构件大型结构的组合焊接，以及飞机梁、框、起落架部件、发动机整体转子、机匣、功率轴等重要结构件和核动力装置压力容器的制造。如：F-22战斗机采用先进的电子束焊接，减轻了飞机重量，提高了整机的性能；“苏-27”及其它系列飞机中的大量承力构件，如起落架、承力隔框等，均采用了高压电子束焊接技术。
国内多种型号的飞机及发动机和多种型号的导弹壳体、油箱、尾喷管等结构件均已采用了电子束焊接。因此，电子束焊接技术的应用越来越广泛，对电子束焊接设备的需求量也越来越大。
国外的电子束焊机，以德国、美国、法国、乌克兰等为代表，已达到了工程化生产。其特点是采用变频电源，设备的体积、噪声、高压性能等方面都有很大提高；在控制系统方面，运用了先进的计算机技术，采用了先进的CNC 及PLC 技术，使设备的控制更可靠，操作更简便、直观。
国外真空电子束物理气相沉积技术，已用于航空发动机涡轮叶片高温防腐隔热陶瓷涂层，提高了涂层的抗热冲击性能及寿命。电子束刻蚀、电子束辐照固化树脂基复合材料技术正处于研究阶段。
电子束加工技术今后应积极拓展专业领域，紧密跟踪国际先进技术的发展，针对需求，重点开展电子束物理气相沉积关键技术研究、主承力结构件电子束焊接研究、电子束辐照固化技术研究、电子束焊机关键技术研究等。
4. 离子束及等离子体加工技术
4.1现状
表面功能涂层具有高硬度、耐磨、抗蚀功能，可显著提高零件的寿命，在工业上具有广泛用途。
美国及欧洲国家目前多数用微波ECR 等离子体源来制备各种功能涂层。等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。
等离子焊接已成功应用于18mm 铝合金的储箱焊接。配有机器人和焊缝跟踪系统的等离子体焊在空间复杂焊缝的焊接也已实用化。微束等离子体焊在精密零部件的焊接中应用广泛。我国等离子体喷涂已应用于武器装备的研制，主要用于耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护涂层等。
真空等离子体喷涂技术和全方位离子注入技术已开始研究，与国外尚有较大差距。等离子体焊接在生产中虽有应用，但焊接质量不稳定。
4.2 发展趋势
离子束及等离子体加工技术今后应结合已取得的成果，针对需求，重点开展热障涂层及离子注入表面改性的新技术研究，同时，在已取得初步成果的基础上，进一步开展等离子体焊接技术研究。
5. 电加工技术
国外电解加工应用较广，除叶片和整体叶轮外已扩大到机匣、盘环零件和深小孔加工，用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。目前电解加工机床最大容量已达到5万安培，并已实现CNC 控制和多参数自适应控制。电火花加工气膜孔采用多通道、纳秒级超高频脉冲电源和多电极同时加工的专用设备，加工效率2～3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm ，通用高档电火花成型及线切割已能提供微米级加工精度，可加工3μm 的微细轴和5μm 的孔。精密脉冲电解技术已达10μm 左右。电解与电火花复合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。
6. 结束语
特种加工技术是机械、电子、信息和材料技术的集成, 体现了各项技术的最新研究成果, 发展十分迅速。加工尺度的微细化、加工方法的复合化和加工过程的自动化, 已成为近年来特种加工的研究热点。随着科学技术的飞速发展, 特种加工技术必将进一步更新和扩展, 在制造业中发挥更大、更重要的作用。
参 考 文 献
【1】张辽远 现代加工技术 北京：机械工业出版社，2002
【2】刘晋春 特种加工 北京：机械工业出版社，2004
【3】张建华 精密与特种加工技术 北京：机械工业出版社，2003
【4】主编白基成, 郭永丰, 刘晋春 特种加工技术 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006
【5】郭东明, 赵福令 面向快速制造的特种加工技术 北京：国防工业出版社，2009
【6】郭常宁，裴景玉，马春翔. 高效放电加工法及工艺参数优化实验研究［J ］. 兵工学报，2005，26（2）:285- 287.
【7】张勤河，张建华，杜如虚，等. 电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势［J ］. 中国机械工程，2005，16（17）:1586- 1587.
【8】郭永丰，赵万生，耿春明. 电火花加工最新技术进展［J ］. 航空制造技术，2003（1）:44- 55.
【9】孔庆华. 特种加工[M] .上海: 同济大学出版社, 1997.
【10】曹凤国，张勤俭，翟力军，等. 国际电火花加工技术发展的五大趋势［J ］. 机械工人（冷加工），2005（2）:33- 36.
关于特种加工技术的最新技术研究
周子栋
摘要：特种加工方法， 是难切削材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了特种加工技术的特点，并分别较深入地介绍了激光加工、电子束加工、离子束及等离子体加工和电加工技术的技术特点，原理和最新进展。并预测今后特种加工的发展方向， 最后给予特种加工技术展望。
关键词：特种加工；电火花加工；电火花线切割加工；激光加工
0. 引言
自二十世纪以来，航空科学技术迅速发展，为保证在高温、高压、高速、重载和强腐蚀等苛刻条件下的工作可靠性，在飞机、发动机和机载设备上大量采用了新结构、新材料和复杂形状的精密零件，这就使产品的 制造性日趋恶化，对制造技术提出了新的挑战。
鉴于对有特殊要求的零件用传统机械加工方法很难完成。难于达到羟济性要求，现在，工艺师们独辟蹊径，借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，各种异 于传统切削加工方法的新型特种加工方法应运而生，如高能柬流加工、电火花加工、电解加工、化学加工、物料切蚀加工以及复台加工。目前，特种加工技术已 成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支，在难切削对料、复杂型面、精细表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为重要的工艺方法。
1.
现代特种加工技术的特点
现代特种加工技术是直接惜助电能、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台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。
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。
用简单运动加工复杂型面。特种加工技术只需简单的进培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。
不受材料硬度限制。因为特和加工技术主要不依靠机槭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
高速爆炸、冲击去除材科。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。
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性和塑性变形，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、冷怍硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷 均少于机械切削表面。
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0.001微米或纳米级精度，表面粗糙度小于0.01微米的超精密表面的加工，均需采用特种加工技术。如今，特种加工技术的应用已遍及到各个加工领域。
2. 激光加工技术
国外激光加工设备和工艺发展迅速，现已拥有100kW 的大功率CO2激光器、kW 级高光束质量的Nd:YAG固体激光器，有的可配上光导纤维进行多工位、远距离工作。激光加工设备功率大、自动化程度高，已普遍采用CNC 控制、多坐标联动，并装有激光功率监控、自动聚焦、工业电视显示等辅助系统。
激光制孔的最小孔径已达0.002mm ，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜孔，达到无再铸层、无微裂纹的效果。 激光切割适用于由耐热合金、钛合金、复合材料制成的零件。目前薄材切割速度可达15m/min，切缝窄，一般在0.1～1mm 之间，热影响区只有切缝宽的10%～20%，最大切割厚度可达45mm ，已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、发动机燃烧室等。
激光焊接薄板已相当普遍，大部分用于汽车工业、宇航和仪表工业。激光精微焊接技术已成为航空电子设备、高精密机械设备中微型件封装结点的微型连接的重要手段。
激光表面强化、表面重熔、合金化、非晶化处理技术应用越来越广，激光微细加工在电子、生物、医疗工程方面的应用已成为无可替代的特种加工技术。 激光快速成型技术已从研究开发阶段发展到实际应用阶段，已显示出广阔的应用前景。
国内70年代初已开始进行激光加工的应用研究，但发展速度缓慢。在激光制孔、激光热处理、焊接等方面虽有一定的应用，但质量不稳定。目前已研制出具有光纤传输的固体激光加工系统，并实现光纤耦合三光束的同步焊接和石英表芯的激光焊接。完成了激光烧结快速成型原理样机研制，并采用环氧聚脂和树脂砂烧结粉末材料，快速成型出典型零件，如叶轮、齿轮。
激光加工技术今后几年应结合已取得的预研成果，针对需求，重点开展无缺陷气膜小孔的激光加工及实时检控技术、高强铝(含铝锂、铝镁) 合金的激光焊接技术、金属零件的激光粉末烧结快速成型技术、激光精密加工及重要构件的激光冲击强化等项目的研究。实现高温涡轮发动机气膜孔无缺陷加工，可使叶片使用寿命达2000小时以上；以焊代替数控加工飞机次承力构件，以及带筋壁板的以焊代铆；实现重要零部件的表面强化，提高安全性、可靠性等，从而使先进的激光制造技术在军事工业中发挥更大的作用。
国内工业激光设备企业和研制生产概况自上世纪90年代开始，随着市场经济快速发展， 国内出现了许多从事研制、 生产和经营激光器和激光加工设备的公司。 按现代企业制度建立 的这些新兴公司（企业） ，经营理念完全定位于市场经济，在市场中找生机，发挥企业优势， 择优而用，满足用户要求, 通过融资，壮大财力, 吸纳海内外技术优势，通过各种渠道，形成 自家的技术优势和服务于用户的产品优势。 激光加工的应用现状 激光加工的应用现状激光加工是激光应用最有发展前途的领域，现在已开发出20 多种激光加工技术。激光 的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很 大，特别适用于自动化加工。 激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备， 已成为企业实行适 时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前已成熟的激 光加工技术包括：
激光切割技术、激光焊接技术、激光打标技术、激光快速成形技术、激光 打孔技术、激光去重平衡技术、激光蚀刻技术、激光微调技术、激光存储技术、激光划线技 术、激光清洗技术、激光热处理和表面处理技术。
由于激光可以通过聚焦而获得高密度能量(106～108 J / cm2 ) ,瞬间可使任何固体材料熔化甚至蒸发, 因此从理论上说可以用来加工任何种类的固体材料。事实上, 激光一经发明, 人们首先想到用其来对宝石这类采用常规方法难以加工的材料进行孔加工。目前, 激光已经广泛用于各类材料的孔加工和切割, 如进行木模板的激光切割和石油管道的激光切缝等。
激光焊接与常规焊接方法相比, 具有如下一系列优点[14]:利用激光的高密度能量, 可对高熔点、难熔金属或两种不同金属材料进行焊接, 也可对非金属材料进行焊接(如玻璃的焊接) ; 加热速度快, 作用时间短, 热影响区小, 热变形可以忽略; 属于非接触焊接, 无机械应力和机械变形; 激光焊接装置容易与计算机联机; 可在大气中焊接, 无污染等。因此, 激光焊接在工业上获得广泛应用。
激光表面改性技术包括:激光表面相变硬化、激光表面合金化与熔覆、激光表面非晶化与微晶和激光冲击强化等[15]。利用激光表面改性技术可以极大地提高零件表面的机械、物理和化学性质, 现在已经广泛应用于工业生产。
例如经激光表面硬化的AISI1045 钢样品, 其表面硬度HRC 为55 ,磨损10 h 后所产生的质量损耗为0. 6～1. 4 mg ;而在相同试验条件下, 未经处理的AISI1045 钢的硬度HRC 仅为35 ,质量损耗为4. 18 mg ,经激光表面硬化后的样品耐磨性能提高3～6 倍。在我国, 激光表面硬化已广泛应用于汽车缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴及锭杆等易损件的处理加工中, 特别是对小汽车缸套的热处理已取得明显经济效益, 经激光表面硬化的汽车缸套可提高使用寿命2～3 倍。
激光刻蚀在微电子行业可用于半导体器件和芯片的加工, 也可用于精密光学器件的加工, 如用激光刻蚀加工半导体芯片和三维光栅。利用激光的高密度能量, 可对硬脆性难加工材料进行激光铣削加工(如利用脉冲激光铣削加工硬质合金和氧化铝陶瓷) 。利用脉冲激光还可以对轧辊进行毛化, 经过毛化的轧辊轧制的汽车簿板具有着油漆牢固的特点[16] ; 另外还可以利用激光对钢套等零件进行毛化, 大大提高其耐磨寿命。
自20 世纪90 年代初美国3D Systems 公司开发出世界首台商品化的快速成形系统装置以来, 快速成形技术得到蓬勃发展。快速成形( Rapid Pro2totyoing , 简称RP) 通过材料堆积, 快速、精密地制造出实际零件, 它体现了计算机辅助设计、数控、激光加工、新材料等学科和技术的综合利用[17]。它不需要借助其他设备和工具, 迅速和精确地制造出复杂的工模具、模型和工艺品。激光快速成形技术主要有激光层叠法、粉末烧结法、光固化法等。
早在1977 年, 美国麻省理工学院材料科学与工程系科学家Haggerty 博士就发明了陶瓷粉末的激光合成法[18], 现已发展到广泛利用激光来制造金属和非金属材料纳米粉。激光清洗可使物体表面污垢通过吸收光能而蒸发去除, 或在表面产生力学共振而使污垢凝结脱落。激光清洗可用来清洗微电子芯片、设备的剥漆, 以及对古董、字画进行除垢等。
3. 电子束加工技术
电子束加工技术在国际上日趋成熟，应用范围广。国外定型生产的40kV ～300kV 的电子枪(以60kV 、150kV 为主) ，已普遍采用CNC 控制，多坐标联动，自动化程度高。电子束焊接已成功地应用在特种材料、异种材料、空间复杂曲线、变截面焊接等方面。目前正在研究焊缝自动跟踪、填丝焊接、非真空焊接等，最
大焊接熔深可达300mm ，焊缝深宽比20：1。电子束焊已用于运载火箭、航天飞机等主承力构件大型结构的组合焊接，以及飞机梁、框、起落架部件、发动机整体转子、机匣、功率轴等重要结构件和核动力装置压力容器的制造。如：F-22战斗机采用先进的电子束焊接，减轻了飞机重量，提高了整机的性能；“苏-27”及其它系列飞机中的大量承力构件，如起落架、承力隔框等，均采用了高压电子束焊接技术。
国内多种型号的飞机及发动机和多种型号的导弹壳体、油箱、尾喷管等结构件均已采用了电子束焊接。因此，电子束焊接技术的应用越来越广泛，对电子束焊接设备的需求量也越来越大。
国外的电子束焊机，以德国、美国、法国、乌克兰等为代表，已达到了工程化生产。其特点是采用变频电源，设备的体积、噪声、高压性能等方面都有很大提高；在控制系统方面，运用了先进的计算机技术，采用了先进的CNC 及PLC 技术，使设备的控制更可靠，操作更简便、直观。
国外真空电子束物理气相沉积技术，已用于航空发动机涡轮叶片高温防腐隔热陶瓷涂层，提高了涂层的抗热冲击性能及寿命。电子束刻蚀、电子束辐照固化树脂基复合材料技术正处于研究阶段。
电子束加工技术今后应积极拓展专业领域，紧密跟踪国际先进技术的发展，针对需求，重点开展电子束物理气相沉积关键技术研究、主承力结构件电子束焊接研究、电子束辐照固化技术研究、电子束焊机关键技术研究等。
4. 离子束及等离子体加工技术
4.1现状
表面功能涂层具有高硬度、耐磨、抗蚀功能，可显著提高零件的寿命，在工业上具有广泛用途。
美国及欧洲国家目前多数用微波ECR 等离子体源来制备各种功能涂层。等离子体热喷涂技术已经进入工程化应用，已广泛应用在航空、航天、船舶等领域的产品关键零部件耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护层等方面。
等离子焊接已成功应用于18mm 铝合金的储箱焊接。配有机器人和焊缝跟踪系统的等离子体焊在空间复杂焊缝的焊接也已实用化。微束等离子体焊在精密零部件的焊接中应用广泛。我国等离子体喷涂已应用于武器装备的研制，主要用于耐磨涂层、封严涂层、热障涂层和高温防护涂层等。
真空等离子体喷涂技术和全方位离子注入技术已开始研究，与国外尚有较大差距。等离子体焊接在生产中虽有应用，但焊接质量不稳定。
4.2 发展趋势
离子束及等离子体加工技术今后应结合已取得的成果，针对需求，重点开展热障涂层及离子注入表面改性的新技术研究，同时，在已取得初步成果的基础上，进一步开展等离子体焊接技术研究。
5. 电加工技术
国外电解加工应用较广，除叶片和整体叶轮外已扩大到机匣、盘环零件和深小孔加工，用电解加工可加工出高精度金属反射镜面。目前电解加工机床最大容量已达到5万安培，并已实现CNC 控制和多参数自适应控制。电火花加工气膜孔采用多通道、纳秒级超高频脉冲电源和多电极同时加工的专用设备，加工效率2～3秒/孔，表面粗糙度Ra0.4μm ，通用高档电火花成型及线切割已能提供微米级加工精度，可加工3μm 的微细轴和5μm 的孔。精密脉冲电解技术已达10μm 左右。电解与电火花复合加工，电解磨削、电火花磨削已用于生产。
6. 结束语
特种加工技术是机械、电子、信息和材料技术的集成, 体现了各项技术的最新研究成果, 发展十分迅速。加工尺度的微细化、加工方法的复合化和加工过程的自动化, 已成为近年来特种加工的研究热点。随着科学技术的飞速发展, 特种加工技术必将进一步更新和扩展, 在制造业中发挥更大、更重要的作用。
参 考 文 献
【1】张辽远 现代加工技术 北京：机械工业出版社，2002
【2】刘晋春 特种加工 北京：机械工业出版社，2004
【3】张建华 精密与特种加工技术 北京：机械工业出版社，2003
【4】主编白基成, 郭永丰, 刘晋春 特种加工技术 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006
【5】郭东明, 赵福令 面向快速制造的特种加工技术 北京：国防工业出版社，2009
【6】郭常宁，裴景玉，马春翔. 高效放电加工法及工艺参数优化实验研究［J ］. 兵工学报，2005，26（2）:285- 287.
【7】张勤河，张建华，杜如虚，等. 电火花成形加工技术的研究现状和发展趋势［J ］. 中国机械工程，2005，16（17）:1586- 1587.
【8】郭永丰，赵万生，耿春明. 电火花加工最新技术进展［J ］. 航空制造技术，2003（1）:44- 55.
【9】孔庆华. 特种加工[M] .上海: 同济大学出版社, 1997.
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