摘要 進入二十世紀以來，制造技術，特別是先進制造技術不斷發展，作為先進制造技術中的重要的一部分，特種加工對制造業的作用日益重要。本文概要描述了什么是特種加工，特種加工的種類、特點、現存問題及發展趨勢。
關鍵詞 特種加工 先進制造技術
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進入二十世紀以來，制造技術，特別是先進制造技術不斷發展，作為先進制造技術中的重要的一部分，特種加工對制造業的作用日益重要。他解決了傳統加工方法所遇到的問題，有著自己獨特的特點，已經成為現代工業不可缺少的重要加工方法和手段。
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一 什么是特種加工
特種加工是20世紀40年代發展起來的，由于材料科學、高新技術的發展和激烈的市場競爭、發展尖端國防及科學研究的急需，不僅新產品更新換代日益加快，而且產品要求具有很高的強度重量比和性能價格比，并正朝著高速度、高精度、高可靠性、耐腐蝕、高溫高壓、大功率、尺寸大小兩極分化的方向發展。為此，各種新材料、新結構、形狀復雜的精密機械零件大量涌現，對機械制造業提出了一系列迫切需要解決的新問題。例如，各種難切削材料的加工；各種結構形狀復雜、尺寸或微小或特大、精密零件的加工；薄壁、彈性元件等剛度、特殊零件的加工等。對此，采用傳統加工方法十分困難，甚至無法加工。于是，人們一方面通過研究高效加工的刀具和刀具材料、自動優化切削參數、提高刀具可靠性和在線刀具監控系統、開發新型切削液、研制新型自動機床等途徑，進一步改善切削狀態，提高切削加工水平，并解決了一些問題；另一方面，則沖破傳統加工方法的束縛，不斷地探索、尋求新的加工方法，于是一種本質上區別于傳統加工的特種加工便應運而生，并不斷獲得發展。后來，由于新穎制造技術的進一步發展，人們就從廣義上來定義特種加工，即將電、磁、聲、光、化學等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統加工方法統稱為特種加工。
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二 特種加工的特點
1.不用機械能，與加工對象的機械性能無關，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。
0 K$ n1 |$ f! [/ S3 d% f2.非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。
3.微細加工，工件表面質量高，有些特種加工，如超聲、電化學、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。
2 G' v% p% ]2 u2 c$ \ z# n4.不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應力、殘余應力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩定性好。
5.兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。
6.特種加工對簡化加工工藝、變革新產品的設計及零件結構工藝性等產生積極的影響。
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三 特種加工的分類
與其他先進制造技術一樣，特種加工正在研究、開發推廣和應用之中，具有很好的發展潛力和應用前景。依據加工能量的來源及作用形式列舉各種常用的特種加工方法。
g! }) s( N' R| - Y& g5 S9 t+ I8 @0 E, Q
加工方法 | / @/ i1 u I6 ^. J* |: g& R
$ N5 ?, o" I1 s
主要能量形式 |
, i( V' g* m& O* {7 z+ K' J
作用形式 | |
| * |" f: Q. f4 K: U9 g
電火花加工 | ; L1 ^% s+ U9 q9 L
電火花成形加工 |
% C- ^6 g$ g5 C" o
電、熱能 |
/ h. s/ M( |& p% J% T Y3 k3 j5 R
熔化、氣化 |
| 8 g$ k5 ~& _1 P0 j
電火花線切割加工 |
電、熱能 | $ r6 |& F' N1 _" g$ Y
0 ]# L$ ]& R& n7 }' i9 ~% o8 v ~7 a
熔化、氣化 | |
| $ \7 P5 y$ q+ E( X9 }5 l- v
電化學加工 |
5 f! M# _) H- u5 t+ y( P6 y/ B* C
電解加工 |
7 ~/ x% s* y1 A t; C% k- X6 Z: i0 l
電化學能 |
8 \7 L2 m3 i# z: l
離子轉移 |
|
電鑄加工 | 8 W4 G( s$ z* y6 S. P6 \
電化學能 | : ?% m9 q( L5 L. p
8 j; T$ p- ~/ }) T
離子轉移 | |
| 2 s/ L% s/ {! J3 w
涂鍍加工 | 9 e A- y, u: u4 G) v
]3 c' [. p9 G+ _8 F: ~- r
電化學能 | & L3 d! F- z5 l+ \# N: ]
離子轉移 | |
|
高能束加工 3 O. t7 N: [" B- F: z, h- U/ u | ; ~ U' \. F( i' s6 i) G
6 z9 o5 I- L6 t" Z: z9 |6 i# b) |
激光束加工 |
光、熱能 |
熔化、氣化 |
| + W5 d4 L+ r! V: w
電子束加工 | 7 j; G4 A1 Z. Z5 L. h! S
: a ?$ k! y( q
電、熱能 | 7 |0 J0 z/ @, L J
熔化、氣化 | |
| + c. I$ H" [4 P7 T: u
離子束加工 |
( B$ q3 E3 x5 H& [1 @9 m
電、機械能 |
切蝕 | |
| , w4 I' n- a; E1 U* z
等離子弧加工 |
u& C0 P+ |/ r0 U
電、熱能 |
熔化、氣化 | |
|
物料切蝕加工 |
0 s8 P% Q! W( ?! X
超聲加工 | 8 z. d' O# f4 P9 |* `" T
/ m- I. V- ^0 ]0 F
聲、機械能 | / M( k) A5 H' }. y
# C# ^2 v2 _" Y6 n- x3 G/ w& V
切蝕 |
|
磨料流加工 | 2 K/ X, l7 v6 }; g0 D- g% L
8 u, _% v9 T# d. D, ]3 }* F# a2 X- ^( X
機械能 | # V) ]% F+ w$ }* v
切蝕 | |
|
液體噴射加工 | ( d3 p! z4 c" y! Y |, c4 B3 Y8 s
機械能 |
切蝕 | |
| 7 D4 V% F1 L5 Z" o7 {
化學加工 | * U( r1 |. k' f( C1 }" k1 c
化學銑切加工 | 0 j) O$ l/ K) e. G$ a
化學能 |
腐蝕 |
| : B* a5 |! w l3 |# |
照相制版加工 |
化學、光能 |
腐蝕 | |
| 8 |, ~+ V) `5 @+ {$ [4 y6 R% ~. O" v
光刻加工 | % Q4 k: N$ J' p# b
光、化學能 |
光化學、腐蝕 | |
|
光電成形電鍍 |
光、化學能 |
9 K* _% f4 v, q5 g5 a
光化學、腐蝕 | |
|
刻蝕加工 |
化學能 | / }+ g% q J+ g1 u2 y6 U! C) _! S* A: x
8 }5 S0 L$ i8 R+ @8 h4 ]
腐蝕 | |
| 1 R; l9 h3 |/ N/ e+ U& l
粘接 | U# R( z' a" s6 ~, v2 w7 R: E
化學能 |
, _" {/ a+ g! Y/ b0 B' @
化學鍵 | |
| ! e2 D5 O. a! _/ Y* D0 O, L
爆炸加工 | 5 V2 K5 ^, T+ m
化學能、機械能 |
R' Q, m9 q% F$ e7 O, d
爆炸 | |
|
成形加工 | 1 o9 `0 a5 e& g
4 S7 @& G1 d% [7 x. j) s
粉末冶金 | k( t" r0 f9 N" a- m- ]' u
( C" j. I9 b9 }$ R: B5 z
熱能、機械能 | + E5 U$ h0 x4 ]6 x6 H
熱壓成形 |
| 0 O* |+ F/ M: D( ^1 q
超塑成形 | 3 z% p. |4 T* {8 s' R
機械能 | " B5 s$ m( F, ?( b3 x& B
超塑性 | |
| ^) Q+ u) q0 T6 b5 |7 c8 F$ x
快速成形 | . v% O- o0 U1 {4 B0 P
, H* N0 ^6 y9 |- d7 V
熱能、機械能 |
熱熔化成形 | |
|
復合加工 | ; G+ g- `; V; }0 D* W. \; B+ e
1 u$ u' D3 Z0 D+ A4 z/ c& c' ?
電化學電弧加工 | % u1 L5 K E, v
電化學能 |
熔化、氣化腐蝕 |
|
電解電火花機械磨削 |
# f4 S# x* S& E, n$ G
電、熱能 | 7 r9 v4 L6 R( N3 R' q3 f
離子轉移、熔化、切削 | |
|
電化學腐蝕加工 |
2 [6 {6 b! m' p2 t" F& K+ @
電化學能、熱能 |
0 C# V9 ?) a$ M' C1 K+ u
熔化、氣化腐蝕 | |
| 5 v a4 I+ L! ~- M; V2 C* l- G' r
超聲放電加工 | ! q$ t% F q2 U
聲、熱、電能 |
熔化、切蝕 | |
|
復合電解加工 | $ |$ R% Z# Q+ p1 P; W' T
電化學、機械能 |
切蝕 | |
| ) \) s) j8 }+ O3 z/ c* N
復合切削加工 |
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機械、聲、磁能 | / n6 z" n4 A1 f ]1 p- L6 a6 b0 p
切削 | |
電火花加工是通過工件和工具電極間的放電而有控制地去除工件材料，以及使材料變形、改變性能或被鍍覆的特種加工。其中成形加工適用于各種孔、槽模具，還可刻字、表面強化、涂覆等；切割加工適用于各種沖模、粉末冶金模及工件，各種樣板、磁鋼及硅鋼片的沖片，鉬、鎢、半導體或貴重金屬。
. ]3 @4 C( i7 ]電化學加工是通過電化學反應去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的特種加工。其中電解加工適用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、拋光等。電鑄加工適用于形狀復雜、精度高的空心零件，如波導管；注塑用的模具、薄壁零件；復制精密的表面輪廓；表面粗糙度樣板、反光鏡、表盤等零件。涂覆加工可針對表面磨損、劃傷、銹蝕的零件進行涂覆以恢復尺寸；對尺寸超差產品進行涂覆補救。對大型、復雜、小批工件表面的局部鍍防腐層、耐腐層，以改善表面性能。
& m: t6 U& W$ J: ]/ H/ ?+ }高能束加工是利用能量密度很高的激光束、電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱。其中激光束加工主要應用有打孔、切割、焊接、金屬表面的激光強化、微調和存儲等。電子束加工有熱型和非熱型兩種，熱型加工是利用電子束將材料的局部加熱至熔化或氣化點進行加工的，適合打孔、切割槽縫、焊接及其他深結構的微細加工；非熱型加工是利用電子束的化學效應進行刻蝕、大面積薄層等微細加工等。離子束加工主要應用于微細加工、濺射加工和注入加工。等離子弧加工適用于各種金屬材料的切割、焊接、熱處理，還可制造高純度氧化鋁、氧化硅和工件表面強化，還可進行等離子弧堆焊及噴涂。
' q4 t- N# a |/ k" ~5 d8 J! |超聲加工是利用超聲振動的工具在有磨料的液體介質中或干磨料中，產生磨料的沖擊、拋光、液壓沖擊及由此產生的氣蝕作用來去除材料，以及超聲振動使工件相互結合的加工方法。其適用于成形加工、切割加工、焊接加工和超聲清洗。
% D/ b/ g3 m& G# K. Y9 I# Z0 B液體噴射加工是利用水或水中加添加劑的液體，經水泵及增壓器產生高速液體束流，噴射到工件表面，從而達到去除材料的目的。可加工薄、軟的金屬及非金屬材料，去除腔體零件內部毛刺、使金屬表面產生塑性變形。磨料噴射加工適用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。
化學加工使利用化學溶液與金屬產生化學反應，使金屬腐蝕溶解，改變工件形狀、尺寸的加工方法。用于去除材料表層，以減重；有選擇地加工較淺或較深的空腔及凹槽；對板材、片材、成形零件及擠壓成形零件進行錐孔加工。
復合加工是指同時在加工部位上組合兩種或兩種以上的不同類型能量去除工件材料的特種加工。
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四 特種加工存在的問題
雖然特種加工已解決了傳統切削加工難以加工的許多問題，在提高產品質量、生產效率和經濟效益上顯示出很大的優越性，但目前它還存在不少優待解決的問題。
1.不少特種加工的機理（如超聲、激光等加工）還不十分清楚，其工藝參數選擇、加工過程的穩定性均需進一步提高。
0 B5 w2 S/ W2 O" p2.有些特種加工（如電化學加工）加工過程中的廢渣、廢氣若排房不當，會產生環境污染，影響工人健康。
3.有些特種加工（如快速成形、等離子弧加工等）的加工精度及生產率有待提高。
+ N6 _8 Y' ^, a7 k1 X4.有些特種加工（如激光加工）所需設備投資大、使用維修費高，亦有待進一步解決。
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五 特種加工的發展趨勢
1.按照系統工程的觀點，加大對待特種加工的基本原理、加工機理、工藝規律、加工穩定性等深入研究的力度。同時，充分融合以現代電子技術、計算機技術、信息技術和精密制造技術為基礎的高新技術，使加工設備向自動化、柔性化方向發展。
2.從實際出發，大力開發特種加工領域中的新方法，包括微細加工和復合加工，尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工，并與適宜的制造模式相匹配，以充分發揮其特點。
3.污染問題是影響和限制有些特種加工應用、發展的嚴重障礙，必須化大力氣利用廢氣、費液、廢渣，向“綠色”加工的方向發展。
可以預見，隨著科學技術和現代工業的發展，特種加工必將不斷完善和迅速發展，反過來又必將推動科學技術和現代工業的發展，并發揮愈來愈重要的作用。
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