天水师范学院工学院 高衍庆

特种加工对制造工艺的变革

天水师范学院工学院 高衍庆

近年来，随着科学和技术的发展，特别是微电子技术、计算机技术的迅猛发展，机械制造的各个方面已发生了深刻的变革。许多传统切削加工方法难以完成的加工任务，如具有高硬度、高强度、高脆性或高熔点的各种难加工材料零件的加工，具有较低刚度或复杂曲面形状的特殊零件的加工等，这些加工任务用特种加工都能很方便地完成。这种技术的发展，在机械制造业中已经具有一定的规模，已经形成了品类齐全、布局基本合理的机械制造工业体系，并且冲击优化着传统制造观念。

一、特种加工在现代加工中的涵义

特种加工是从20世纪40年代发展起来的，特种加工是直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、物质动能等对工件进行加工的工艺方法的总称。由于高新技术的发展和尖端国防及科学研究发展的需要，传统产品和高新产品朝着高速度、高精度、高可靠度、耐腐蚀、耐高温高压和尺寸超大及超小的方向发展。为此各种新材料、新结构的精密机械零件在产品中应用，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。如各种难切削材料的加工，各种结构形状复杂、尺寸微小或特大的零件加工等，如果采用传统加工方法加工则十分困难，甚至无法加工。于是人们冲破传统加工方法的束缚，不断地探索和寻求新的加工方法，这样一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生，并不断获得发展。

二、特种加工的特点

1.不用机械能，与加工对象材料的机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度及特殊性能的金属和非金属材料。

2.非接触加工，不一定需要工具，有的虽然使用工具，但是与工件不接触。因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故可使刚性极低元件及弹性元件得以加工。

3.微细加工，工件表面质量高。

4.不存在加工中的力应变或热应变，故可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小。

5.两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

6.特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极影响。

三、常见的特种加工方法及应用

特种加工方法很多，最常见的有以下几种。

1.电火花加工。该法可加工任何导电材料。它是利用工具电极和工件电极瞬时火花放电产生的高温，溶蚀工件材料来获得工件成形。可用于加工各种硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料，可以加工型孔、型腔模和微小孔。

2.电火花线切割。它是利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电腐蚀，实现切割成形的加工方法。它同样可以加工任何导电材料，加工各种形状的冲模、切割电火花成形加工用的电极、切割零件等。

3.超声波加工。它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种方法。超声波加工的尺寸精度可达0.005～0.01mm，表面粗糟度Ra值可达0.8～0.1μm，它适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，也可进行套料、切割、开槽和雕刻等。

4.激光加工。是利用一种能量密度极高、方向性好、单色性好、相干性好的激光焦点（高温和冲击波），使工件材料被熔化或蒸发去除的加工方法。合理选用激光参数，可实现激光切割、打孔、焊接，激光打标、激光表面处理，还可用于电子元器件的封装等。

5.电解加工。该法包括从工件去除金属的阳极电解蚀除加工和向工件上沉积金属的阴极电镀沉积加工两大类。它可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。

四、特种加工对传统机械制造工艺的变革

由于特种加工上述的特点和应用，其对机械制造和结构工艺性具有重大影响，主要表现在4个方面。

1.改变了零件的传统工艺路线。如切削工序，应安排在淬火热处理工序之前进行，但特种加工的出现，改变了这种定型的工艺过程。因为特种加工基本上不受工件硬度的影响，所以特种加工不受淬火的影响，可任意安排。而且为免除加工后淬火热处理的变形，一般都先淬火后加工。例如电火花线切割加工、电火花成型加工和电解加工等都是在淬火后进行的。

2.缩短了新产品的试制周期。在新产品试制时，如采用光电、数控电火花线切割，便可直接加工出各种标准和非标准直齿轮、微电机定子和转子硅钢片，各种变压器铁芯，各种特殊、复杂的二次曲面体零件，从而省去设计和制造相应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大大地缩短了试制周期。

3.影响产品零件的结构设计。例如花键孔、齿轮的齿根部分，为了减少应力集中应设计和制成小圆角。如果采用电解加工，由于电解加工时工具型面的形状会“复印”在工件上，所以此类结构设计时可以简化。

4.重新衡量传统结构工艺性的好坏。由于特种加工的应用而需要重新衡量过去对方孔、小孔、弯孔和窄缝等工艺性不好的结构，特种加工改变了这种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割工艺而言，加工方孔和圆孔的难易程度是一样的。喷油嘴小孔、喷丝头小异形孔，涡轮叶片大量的小冷却深孔、窄缝，静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用电加工后由难变易。