几种常见的特种加工技术
丁瑞
南京师范大学 20100501
摘要：传统的机械加工技术不能满足人们的加工要求，通过人类的探索和研究，找到了可以提高加工精度的特殊方法-特种加工方法。本文简要介绍特种加工技术的特点及发展趋势， 分别介绍电火花加工、电化学加工等加工技术的工作原理及应用。
关键字：特种加工、工作原理、应用
Abstract ：Because the traditional mechanical processing technology can not meet the processing requirements. Through the human’s exploration and research, found it can improve the machining accuracy of special methods of special machining method. This paper describes the characteristics of special processing techniques and development trend, were introduced electrical discharge machining, electrochemical machining, and other techniques machinery manufacturing industry applications.
概述：
特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法, 它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺, 是对传统加工工艺方法的重 要补充与发展, 目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。 20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加
工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件, 特种加工有很大的适用性和发展潜力, 在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。
特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。
电火花：
利用电火花加工原理加工导电材料的特种加工。又称电蚀加工。电火花加工主要用于加工各种高硬度的材料（如硬质合金和淬火钢等）和复杂形状的模具、零件，以及切割、开槽和去除折断在工件孔内的工具（如钻头和丝锥）等。
电火花加工机床通常分为电火花成型机床、电火花线切割机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。
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 的大功率二氧化碳激光器、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。
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。
等离子束及等离子体加工技术：
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。
超声波加工技术：
超声波加工基本原理：在工件和工具间加入磨料悬浮液, 由超声波发生器产生超声振荡波, 经换能器转换成超声机械振动, 使悬浮液中的磨粒不断地撞击加工表面, 把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强化了加工过程。因此, 超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。
在传统超声波加工的基础上发展了旋转超声波加工, 即工具在不断振动的同时还以一定的速度旋转, 这将迫使工具中的磨粒不断地冲击和划擦工件表面, 把工件材料粉碎成很小的微粒去除, 以提高加工效率。
超声波加工精度高, 速度快, 加工材料适应范围广, 可加工出复杂型腔及型面, 加工时工具和工件接触轻, 切削力小, 不会发生烧伤、变形、残余应力等缺陷, 而且超声加工机床的结构简单, 易于维护。
特种加工的发展趋势：
特种加工技术近十几年来得到了快速发展，在世界范围内越来越受到人们的重视，发挥的作用也越来越大。特种加工采用不同的能量形式加工零件，相对于传统的切削加工技术，特种加工普遍具有以柔克刚、加工力影响较小等优势。为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围，当前特种加工技术的发展趋势[8-11]主要包括以下几点：
（1）采用自动化技术；
（2）趋向精密化研究；
（3）开发新工艺方法及复合工艺；
（4）污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍；
（5）进一步开拓特种加工技术。
细微化是特种加工技术发展的重要趋势，由于当前的工业产品越来越追求小型化和微型化，微细结构和微细零件的加工需求不断增长，同时带动了各种制造技术向小型化、微细化发展。比如细微的电火花加工、微细电化学加工、微细的激光加工、微细离子束加工等技术可以实现很小尺度内的加工，这些技术在国内外都发展得很快而且得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]孔庆华. 特种加工[M].上海:同济大学出版社,2003.
[2]刘振辉, 杨嘉楷. 特种加工[M].重庆:重庆大学出版社,2000.
[3]余承业. 特种加工新技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[4]张广文, 曾庆良, 陈玉良. 绿色切削加工技术的研究[J].轻工械,2004,(2):55-57.
[5]刘晋春, 赵家齐, 赵万生. 特种加工[M].北京:机械工业出版社,2004.
[6]赵万生. 特种加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.
几种常见的特种加工技术
丁瑞
南京师范大学 20100501
摘要：传统的机械加工技术不能满足人们的加工要求，通过人类的探索和研究，找到了可以提高加工精度的特殊方法-特种加工方法。本文简要介绍特种加工技术的特点及发展趋势， 分别介绍电火花加工、电化学加工等加工技术的工作原理及应用。
关键字：特种加工、工作原理、应用
Abstract ：Because the traditional mechanical processing technology can not meet the processing requirements. Through the human’s exploration and research, found it can improve the machining accuracy of special methods of special machining method. This paper describes the characteristics of special processing techniques and development trend, were introduced electrical discharge machining, electrochemical machining, and other techniques machinery manufacturing industry applications.
概述：
特种加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法, 它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺, 是对传统加工工艺方法的重 要补充与发展, 目前仍在继续研究开发和改进。直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。
特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。 20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加
工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件, 特种加工有很大的适用性和发展潜力, 在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。
特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。
电火花：
利用电火花加工原理加工导电材料的特种加工。又称电蚀加工。电火花加工主要用于加工各种高硬度的材料（如硬质合金和淬火钢等）和复杂形状的模具、零件，以及切割、开槽和去除折断在工件孔内的工具（如钻头和丝锥）等。
电火花加工机床通常分为电火花成型机床、电火花线切割机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。
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 的大功率二氧化碳激光器、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。
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。
等离子束及等离子体加工技术：
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。
超声波加工技术：
超声波加工基本原理：在工件和工具间加入磨料悬浮液, 由超声波发生器产生超声振荡波, 经换能器转换成超声机械振动, 使悬浮液中的磨粒不断地撞击加工表面, 把硬而脆的被加工材料局部破坏而撞击下来。在工件表面瞬间正负交替的正压冲击波和负压空化作用下强化了加工过程。因此, 超声波加工实质上是磨料的机械冲击与超声波冲击及空化作用的综合结果。
在传统超声波加工的基础上发展了旋转超声波加工, 即工具在不断振动的同时还以一定的速度旋转, 这将迫使工具中的磨粒不断地冲击和划擦工件表面, 把工件材料粉碎成很小的微粒去除, 以提高加工效率。
超声波加工精度高, 速度快, 加工材料适应范围广, 可加工出复杂型腔及型面, 加工时工具和工件接触轻, 切削力小, 不会发生烧伤、变形、残余应力等缺陷, 而且超声加工机床的结构简单, 易于维护。
特种加工的发展趋势：
特种加工技术近十几年来得到了快速发展，在世界范围内越来越受到人们的重视，发挥的作用也越来越大。特种加工采用不同的能量形式加工零件，相对于传统的切削加工技术，特种加工普遍具有以柔克刚、加工力影响较小等优势。为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围，当前特种加工技术的发展趋势[8-11]主要包括以下几点：
（1）采用自动化技术；
（2）趋向精密化研究；
（3）开发新工艺方法及复合工艺；
（4）污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍；
（5）进一步开拓特种加工技术。
细微化是特种加工技术发展的重要趋势，由于当前的工业产品越来越追求小型化和微型化，微细结构和微细零件的加工需求不断增长，同时带动了各种制造技术向小型化、微细化发展。比如细微的电火花加工、微细电化学加工、微细的激光加工、微细离子束加工等技术可以实现很小尺度内的加工，这些技术在国内外都发展得很快而且得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1]孔庆华. 特种加工[M].上海:同济大学出版社,2003.
[2]刘振辉, 杨嘉楷. 特种加工[M].重庆:重庆大学出版社,2000.
[3]余承业. 特种加工新技术[M].北京:国防工业出版社,2003.
[4]张广文, 曾庆良, 陈玉良. 绿色切削加工技术的研究[J].轻工械,2004,(2):55-57.
[5]刘晋春, 赵家齐, 赵万生. 特种加工[M].北京:机械工业出版社,2004.
[6]赵万生. 特种加工技术[M].北京:高等教育出版社,2001.