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特种加工及机械制造工艺
特种加工及机械制造工艺【1】
摘要：科技发展促成了制造技术的日趋进步，其中进步较为突出的$中就是特种加工技术。
特种加工的技术基础是传统的切削加工，但随着新技术的融入和创新，其自动化和高精度化的程度越来越高，不仅成为一项独立的新型加工技术，而且对机械制造工艺产生了极为深远的影响。
本文将从特种加工的技术工艺特征和要点入手，分析其与机械制造工艺之间的关系，希望能够在理论上推进二者的进一步融合和共同进步。
信息时代的来临标志着计算机技术的成熟化和普及化，这种时代特征在制造业中的体现就是制造技术的自动化、集成化、智能化。
充分展现出以上特征的特种加工工艺不仅极大地扩展和提高了加工工艺的固有水平，更促进了机械制造技术的总体发展，这种发展包括了定义的拓展、加工方法的进步、分类方式的精细化、生活应用的普及等多种方面。
1.特种加工技术的工艺特征
1.1从定义看特种加工工艺
特种加工是多种具有共同特征的加工工艺的总称，这些加工工艺中较为常见的有电能加工、电化学能加工、化学能加工、光能加工、物质动能加工等，其加工工艺可以是物理方法，也可以是化学方法，对上诉不同种能量的利用方式也没有限制，复合利用或直接利用均可。
特种加工中各种加工方法的共同特征包括以下几点：一是加工时基本没有机械作用力，或者机械作用力并不明显;二是能完成复杂型面的加工;三是材料硬度不会对这些加工方法造成限制;四是不同的加工方法能够进行任意的复合或搭配。
总之，具备以上特征的物理或化学加工方法就是特种加工工艺，其被这些固有特征在性能上赋予了极大的优越性，因此非常受人们的青睐，进步与发展也非常迅速。
1.2从分类看特种加工工艺
根据定义可知，特种加工所包含的具体工艺方法非常繁杂，无法一一赘述，但可以依据某些因素对其进行分类。
本文将以工艺的发生方法为依据对特种加工工艺进行分类，将具体的特种加工工艺分为激光加工工艺、超声波加工工艺、电化学加工工艺等多种类型，并分别介绍其中几种的工艺特征。
(1)激光加工工艺
激光加工所利用的能量是光能，发生原理是使用透镜对通过的光能进行聚焦，以此产生高密度的能量流，这股能量流能够产生冲击波与高温，令工件在短时间内产生融化甚至蒸发的现象，以此对零件进行加工。
从该原理可知，激光加工在广义上是高能束流加工的一部分。
这类加工工艺的加工范围极广，几乎所有的金属和非金属类材料都可以包括在内，而且基本不会产生明显的机械作用力，兼之具有优良的加工速度和加工精度，所以对精密加工有很好的适性，通常被应用在表面处理、纳米材料制造、信息存储、焊接、切割、打孔等实际工作中。
(2)超声波加工工艺
超声波加工所运用的能量是振动产生的，因此往往需要使用磨料悬浮液和工具断面。
这种加工工艺非常适合硬脆材料，并且由于加工出的材料在精度与表面粗糙度方面都有极高的优越性，所以通常被用作对形状复杂的产品进行制造或加工，具体来说，包括开孔、加工型腔、脆硬性材料的开槽、切割甚至雕刻等。
另一方面，由于超声波加工所使用的加工设备在结构上非常简单，使用很方便，所以在普通工件的加工中也得到了一定程度的应用，比如工件抛光等。
(3)电化学加工工艺
电化学加工所利用的能量是化学能或电化学能，其发生原理是各种电化学反应，由于电化学反应本身的种类就非常繁多，所以电化学加工所包括的种类也具有繁杂的特性。
但总体来说，电化学加工主要用于加工各种金属材料，并且没有材料硬度和材料韧度的限制，所以加工范围较为广泛，生产效率也很高。
这些特征令电化学加工在工业领域获得了相当广的应用，尤其是在加工型腔锻模、内齿轮、不同车辆的连杆、阀片、叶片等形状较为复杂的工件方面，电化学加工能够最大限度地发挥自身的特征优势，保证加工的效率和质量。
2.特种加工技术与机械制造工艺的关系
(1)特种加工技术在机械制造工艺中的应用化
机械制造工艺所囊括的工业领域非常广泛，其中比较典型的有机车、电子、模具、航空、航天、国防等。
[1]而特种加工在这全部的领域中都发挥出了非常好的效能，一方面提高了旧有的机械制造水平，另一方面拓宽了机械制造的应用范围，在深度和广度两方面提高了机械制造工艺的应用性。
另外，特种加工对计算机技术的引入和应用也为机械加工工艺未来的智能化发展提供了发展方向。
(2)特种加工技术在机械制造工艺中产生的影响
特种加工的应用引发了传统工艺的技术变革，这种变革在机械制造中被具体体现出来。
举例来说，在零件的加工方面，特种加工改变了原本已经定型的淬火热处理程序，令工艺路线整个更新;在新产品试制方面，特种加工提供的电火花数控切割、光电技术等工艺具有高效性、泛用性、直接性等多方面的优势，令试制周期被大幅缩短;在传统工艺的衡量方面，特种加工可以作为一个恰当的参考指标，对传统工艺有很好的促进和筛选效果，有利于机械制造业整体的发展速度。[2]
结语
综上所述，特种加工技术不只在多方面具有技术性能上的优越性，而且自身的发展速度极快，所以可以想见，其实际的应用范围在未来会更进一步大幅扩张，为机械制造工艺水平的提高提供必要的技术支持。
因此，相关的技术人员和研究人员不能放松对相关技术的创新、研究与改进，这样才能令我国的特种加工工艺实现长期稳定的发展，以技术工艺的提高促成机械制造业的进步，进而为我国工业的现代化和高科技化做出自己的贡献。
参考文献
[1]周剑.特种加工与机械制造工艺技术变革探讨[J].中国科技财富.中航沈飞民用飞机有限责任公司(SACC)，2010(24).
[2]武蕴馥.特种加工及其对机械制造结构工艺性的影响[J].衡水学院学报，2006(1).
[3]周晶.浅谈特种加工机机械制造工艺[J].中国信息化，2012(22).
特种加工与机械制造工艺技术变革【2】
【摘 要】特种加工作为先进制造技术中的重要组成部分，对制造业的作用日益重要。
特种加工方法就是将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的加工方法。
特种加工具有区别于传统机械加工方法的一些特点;特种加工有多种加工方法;特种加工对机械制造及结构工艺性具有重大影响。
【关键词】特种加工;机械制造;结构工艺性
近年来，随着现代科学技术的发展，特别是微电子技术、电子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。
机械技术，特别是自动化制造技术，不但采用了计算机控制，并且具有柔性化、集成化、智能化的特点;在超精密加工技术方面，其加工精度已进入纳米级(0.001um)表面粗糙度已成功地小于0.005um;在切削速度方面，国外车削钢通常为200m/min，最高可达915m/min;对于新兴工业需要的难加工材料、复杂型面、型腔以及微小深孔，采用了电、超声波、电子束法。
所以在很大的程度上，尤其是20多年来的改革开放，我国的机械制造已经具有相当大的规模，已经形成了品种繁多、门类齐全、布局基本合理的机械制造工业体系。
1.特种加工涵义
特种加工是相对传统切削加工而言，本质上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总称。
目前常用的有电火花加工、超声波加工、激光加工，除此之外还有电化学加工、电子束加工等。
它与传统切削加工相比具有：加工过程不再主要依靠机械能，而是直接或复合利用其它能量完成工件的加工;加工所用工具材料的硬度可大大低于被加工材料硬度，有时甚至无需使用工具即可完成对工件的加工;加工过程工具与工件间不存在显著的机械切削力;加工方法日新月异等特点。
2.特种加工分类、方法及应用
2.1电火花成形(穿孔)加工
该法可加工任何导电材料。
它是利用火花放电腐蚀金属原理，用工具电极(纯铜或石墨)对工件进行复制加工的工艺方法，可用于加工型腔模(锻模、压铸模、注塑模等)和型腔零件;加工冲模、粉末冶金模、挤压模、型孔零件、小异型孔、小深孔等。
其中最为典型的应用是在YG8(硬质合金)工件上，加工一个直径1mm深80mm的孔，只需12分钟;电火花双轴回转展成法加工凹凸球面、球头;电火花共轭同步回转可加工精密螺纹、齿轮等复杂表面;目前已能加工出0.005mm的短微细轴和0.008mm的浅微细孔，以及直径小于1mm的齿轮。
2.2电火花线切割加工
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。
典型的应用例如：试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心芯;切割斜度锥面、上下异形面工件;工件倾斜数控回转切割加工双曲面零件;数控三轴联动加分度切割加工扭转四方锥台。
2.3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成形方法。
超声波加工的尺寸精度可达0.05～0.01mm，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。
由于超声波加工的生产效率比电火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相对较好，所以常用于对工件的抛磨和光整加工。
2.4激光加工
是利用经过透镜聚焦的能量密度极高的激光焦点(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。
激光加工的尺寸精度可达0.01～0.001mm，表面粗糟度Ra值可达0.4～0.1μm，无需使用工具，加工速度极高，适于任何材料，特别适于深径比大的(深径比50～100)小孔和微孔(孔径?准0.01～0.1)。
激光表面处理是结合高功率激光技术及粉末冶金技术，对工件进行表面加工处理，从而改变工件表面组织结构、成分及特性，提高其物理性能，使其恢复或超过原技术性能和应用价值的工艺技术，具有较高的实用价值。
激光法(应用激光)还是制造纳米材料的重要手段。
2.5电化学加工
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。
刷镀可修复磨损的零件，改变原表面的物理性能，有很大实用价值。
3.特种加工对机械制造结构工艺性的影响
由特种加工的特点并结合使用特种加工方法的实践，特种加工对机械制造和结构工艺性具有重大影响，主要包括以下几点：
3.1改变了零件的典型工艺路线
工艺人员都知道：除磨削外，其它切削加工、成型加工等都应在淬火热处理之前加工完毕。
但特种加工的出现，改变了这种定型的程序格式。
因为特种加工基本上不受工件硬度的影响，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。
3.2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(包括非圆齿轮、非渐开线齿轮)、微电机定子、转子硅钢片，各种变压器铁心，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。
3.3影响产品零件的结构设计
例如花键孔、轴的齿根部分，为了减少应力集中应设计和制成小圆角。
但拉削加工时刀齿做成圆角对切削和排屑不利，容易磨损，只能设计与制成清棱清角的齿根。
而用电解加工时由于存在尖角变圆现象，非采用圆角的齿根不可。
3.4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、弯孔和窄缝等被认为是工艺性很坏，在结构上尽量避免的典型。
特种加工的采用改变了这种现象。
对于电火花穿孔、电火花线切割工艺来说，加工方孔和加工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了。
综上，特种加工技术在机械制造中发挥着重要作用，已成为现代制造技术不可分割的重要组成部分。
随着科学技术和现代工业的发展，特种加工必将不断完善和迅速发展，反过来又必将推动科学技术和现代工业的发展，并发挥愈来愈重要的作用。
【参考文献】
[1]白基成，郭永丰，刘晋春.特种加工技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2006.
[2]李指俊，冯同建.特种加工技术及其发展趋势[J].机械制造,1996,(4).
[3]吴为民,高文胜,刘娆,许东卫.液中放电金属冲压成形研究[J].电加工，1998,(5).
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