特种加工与机械制造工艺技术变革探讨

摘 要 介绍了特种加工的涵义和优点，并阐述了特种加工的种类、使用方法以及适用范围，在此基础上，对特种加工给机械制造工艺所带来的影响进行了更进一步的探讨。

关键词 特种加工；机械制造；技术变革

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）87-0167-02

0引言

这几年来随着我国科学技术的快速发展，尤其是电子技术和微电子技术的飞速发展，给机械制造带来了重大的变革。在这样的环境下，机械技术也通过计算机渠道来进行控制，而且还具有几方面优良的特征，即它具有集成性、智能性以及柔韧性等。不管在超精密加工技术还是在切削速度等方面，都取得了很大的进展。对于一些加工难度比较大的材料或者工序比较复杂、深孔比较小的零件，都采取了电、超声波以及激光的方法进行加工。因此，我国的机械制造业品种齐全，已经形成了很大规模的工业体系。在先进的机械制造技术中，特种加工是其中一个很重要的组成部分，在制造业中起到了不可估量的作用。特种加工技术方法就是把光能、电能或者磁、化学等一些能量或者把它的组合施加在加工位置上，将材料进行变形、镀覆，以及对它的性能进行改变的一种加工方法。这种加工方法和原始的机械加工方法有所不同，特种加工方法有很多种，给机械制造和工艺构造带来很大的影响。

1 特种加工的定义和优点

近几年来市场上出现了很多的新型工程材料，随着工件的愈加复杂化和对加工精度的高要求，在机械制造工艺技术方面，要求也越来越高。因为受到刀具材料的结构、性能以及加工设备能力等方面的限制，采用原始的切削加工方法已经不能满足高韧性、高强度、高脆性以及高硬度、高磁性等新材料的要求，也不能顺利完成形状怪异、精密复杂的加工。特种加工和原始的切削加工对比，具有以下一些优越性：特种加工所用的工具材料硬度可以比被加工材料硬度低；加工的过程不是仅仅依赖机械能，可以采用其他能量来完成工件加工，甚至有的时候还不需要使用工具就可以进行工件加工；加工过程中工具和工件没有明显的机械切削力；加工的方法不断更新等。特种加工方法在生产过程中起到了不可估量的作用，顺利解决了许多的工艺问题，推动了机械制造工艺技术领域的重大变革。

2 特种加工的种类、使用方法和适用范围

2.1超声波加工方法

这种加工方法是借助加工工具的超声频振动，它采用磨料悬浮液对硬脆材料进行加工的一种方法，超声波加工的尺度精度范围在0.05～0.01mm之间，它可以适用于各种的硬脆材料，可以加工每种的孔型与型腔，还能进行套料、开槽、以及切割、雕刻等。因为超声波加工的生产效率比较低，但它的加工精度与表面粗槽度比较良好，因此经常用来抛磨和光整加工工件。

2.2电火花穿孔加工方法

这种方法可以加工一切的导电材料。它是运用火花放电腐蚀金属的原理，采用工具电极复制和加工工件的一种工艺方法，它可以用在加工型腔模以及型腔零件等，可以对冲模、挤压模、粉末冶金模以及型孔零件、小深孔零件等进行加工。

2.3电火花线切割加工方法

这种加工方法是采用细金属丝作为电极，对工件进行脉冲火花放电腐蚀，达到切割成型的一种加工方法。这种加工方法也可以加工一切的导电材料和形状各异的冲模、电极以及切割零件等。

2.4电化学加工方法

这种方法可以分成两种类型，即工件去除金属的阳极电解蚀除加工以及向工件上沉积金属的阴极电镀沉积这两种。这种加工方法可以加工汽车的每种型腔锻模，以及航天发动机、航空等的一些弯曲的叶片等一些比较复杂的模具与零件。电镀和电铸可以对比较精细复杂的一些表面进行复制。刷镀还可以对已经磨损的零件进行修复，对表面的物理性能进行改变，具有很大的价值。

2.5激光加工方法

这种方法是通过透镜聚焦的能量密度很高的激光焦点，让工件材料被熔化或者蒸发的一种加工方法。对激光参数进行合理使用，可以进行激光切割、焊接、打孔以及激光表面处理等，而且还能用来封装电子元器件等。激光加工的尺寸精度可以控制在0.01mm～0.001mm的范围之内，它不用采用工具，加工速度很快，可以用在各种材料，尤其适用在深径比大的小孔与微孔。激光表面处理是把功率比较高的激光技术和粉末冶金技术互相结合起来，处理和加工工件的表面，这样可以对工件的组织构造、特征以及成分进行改变，从而让它的物理性能大大提高，让它恢复或者超出原来的技术性能与所应用的价值，这种加工方法实用价值比较大，也是制造纳米材料的主要方法。

2.6电子束加工方法

这种方法是采用高速电子冲击动能来对金属进行加工的，它通过真空原理，运用电流加热阴极的方法来发射电子束，然后利用静电加速电子束，直至达到大概在光速的1/5。在电磁透镜聚焦作用下，让电子束飞速地轰击在工件表面的微小面积上。那么，电子束的能量很多都转化成了热能，能量的密度也非常高，被轰击表面会马上熔化与气化，将部分材料去除，从而顺利完成加工。电子束加工适合用在一切材料，对电子束的能量密度的大小与能量注入的时间加以控制，就可以进行打孔和切割等加工。

3 特种加工给机械制造工艺所带来的影响

根据特种加工的一些特征，并从特种加工方法实践中可以看出，特种加工给机械制造工艺带来了很大的影响，主要表现在以下几个方面：

3.1特种加工改变了原来的结构工艺性能“好”与“坏”的界限

原始的加工方法以为小孔、深孔、窄缝等结构的工艺性能都很差，在工艺设计中，有的还被列入禁区，特种加工让这个“坏”转变成了“不错”或者“好”。对于电火花穿孔或者电火花线切割工艺来讲，对方孔或者圆孔进行加工，它们的难易程度是相同的。

3.2特种加工改变了零件的工艺路线

从事工艺作业的工作人员都了解：除了磨削以外，例如成型加工或者切削加工等都要在进行淬火热处理之前完成加工。特种加工改变了这种模式，由于特种加工一般不会受到工件硬度的影响，通常都采用先淬火然后再加工的方法，如电火花成型加工、电火花线切割加工等都采用在淬火之后才进行加工。

3.3特种加工可以适应多种材料

传统的加工方法一般只能采用普通的材料，特种加工可以适应硬脆材料以及一些比较特殊的材料，甚至一切材料都可以适用。材料的可加工性和材料的强度、硬度、韧性以及脆性等不再成正比或者反比关系。以前认为很难加工的一些硬性材料都可以采用特种加工。

3.4特种加工将对新产品试制的原始模式进行改变

以前试制新产品，通常是模具、量具、刀具和工装夹具设计等制造先行。那么，现在采取数控电火花线切割，对于花键孔、铂金异型孔以及非标直齿轮等都可以直接进行加工，还能对一些比较复杂的二次曲面零件进行加工。采取快速成型技术方法，可以很快完成每种复杂零件的试制。由此，特种加工方法不但可以让产品试制的速度加快，还能在一定程度上节省试制的费用，将会对新产品试制的模式进行改变。

3.5特种加工让新产品的试制周期大大缩短

试制新产品的时候，在切割时如果采用光电或者数控电火花，就可以直接加工出每种标准与不标准的直齿轮、转子硅钢片、微电机定子等各样的比较复杂、比较特别的二次曲面体零件。这样就可以不用设计和制造对应的量具、刀具、模具等一些二次工具，让新产品的试制周期大大缩短。

3.6在进行微细加工和纳米加工所采用的主要方法就是特种加工技术

在当前阶段，制造技术已经逐步精细化，制造业要融入高科技，主要采用微米、亚微米和纳米级进行制造。而微细纳米加工所采取的主要手段就是借助电子束、激光、离子束以及电火花等电化学及电物理特种加工技术，在将来的先进技术制造中主要就是采用特种加工。

3.7特种加工引发了产品设计思路的重大变革

特种加工可以加工各种各样的材料，让比较特殊、比较复杂的表面加工问题得到处理，还解决了各种光整、超精的或者要求比较特殊的零件加工问题，在将来，也将会利用快速成型技术让产品快速试制。因此，特种加工让产品在设计过程中所要顾及到的制造工艺和零件材料的选择更宽广。采用特种加工，可以让产品的设计达到制造和创意协调统一，在未来机械制造领域中，如果不懂得特种加工技术将不能成为一个优秀的产品创造者和制造者。

4 结论

随着现代科学技术的日益发展，特种加工技术也将逐步发展，在未来发展中，将沿着以下方向发展：首先，要努力改进和提高高能束源品质，而且要增大功率，让它具有可靠性；其次，高能束硫加工设备还要更加精密化、智能化和功能化，努力实现系列化、标准化以及模块化的目标，要增加应用范围，沿着复合加工方向发展；最后，还要努力创新高能束流加新工艺和新技术，让新设备更加产业化和工程化。在机械制造业不断发展的将来，特种加工会越来越被人们广泛应用，特种加工将推动机械制造工艺技术的发展。

参考文献

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[2]李指俊，冯同建.特种加工技术及其发展趋势[J].机械制造，2009（4）.

[3]中国机械工程学会.机械制造技术的发展及其高技术化[J].中国机电工业，2009（3）.