特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。

　　一、 特種加工的發(fā)展和定義

　　傳統(tǒng)的機(jī)械加工已有很久的歷史，它對(duì)人類的生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了極大的作用。目前我們的大部分產(chǎn)品還是依靠傳統(tǒng)的方法加工和裝配得到的，如我們的家用電器：電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)等;我們的交通工具：如汽車、火車、飛機(jī)等，以及各種武器裝備：槍、炮、坦克、火箭等。

　　傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法是用機(jī)械能量和切削力切除多余的金屬，使零件具有一定的幾何形狀、尺寸和表面粗糙度。它要求刀具材料比工件材料硬。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是上個(gè)世紀(jì)50年代以來，隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，很多工業(yè)部門，尤其是國(guó)防工業(yè)部門的要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，它們使用的材料越來越難加工，零件的形狀越來越復(fù)雜，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越來越高，因而對(duì)機(jī)械制造部門提出一些新的要求：

　　解決各種難切削材料的加工問題。如硬質(zhì)合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、金剛石、寶玉石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。

　　解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題。如噴汽渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、鍛壓模和注射模的立體成型表面，各種沖模、冷拔模上特殊斷面的型孔，炮管內(nèi)膛線，噴油咀、柵網(wǎng)、噴絲頭上的小孔、窄縫等的加工。

　　解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題。如對(duì)表面質(zhì)量和精度要求很高的航天、航空陀螺儀、伺服閥，以及細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工。

　　要解決上述一系列工藝問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削加工方法就很難實(shí)現(xiàn)，甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。人們相繼探索研究新的加工方法，特種加工就是在這種前提條件下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。

　　特種加工，國(guó)外稱作非傳統(tǒng)加工(Non - Traditional Machining, NTM)或非常規(guī)加工(Non – Conventional Machining, NCM)，是一種采用不同于傳統(tǒng)切削磨削加工工藝及裝備的加工技術(shù)，是將電、磁、聲、光、熱等物理能量及化學(xué)能量或其組合乃至與機(jī)械能組合直接施加在被加工的部位上，從而使材料被去除、變形及改變性能等。

　　?特種加工具有下列特點(diǎn)：

　　1、工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度;

　　2、可直接利用電能、電化學(xué)能、聲能或光能等能量對(duì)材料進(jìn)行加工;

　　3、加工過程中機(jī)械力不明顯，工件很少產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，有助于提高工件的加工精度和表面質(zhì)量;

　　4、各種方法可以有選擇地復(fù)合成新的工藝方法，使生產(chǎn)效率成倍地增長(zhǎng)，加工精度也相應(yīng)提高;

　　幾乎每產(chǎn)生一種新的能源，就有可能產(chǎn)生一種新的特種加工方法。正因?yàn)樘胤N加工工藝具有上述特點(diǎn)，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強(qiáng)度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長(zhǎng)于加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度零件，同時(shí)，有些方法還可用以進(jìn)行超精加工、鏡面光整加工和納米級(jí)(原子級(jí))加工。

　　二、 特種加工的分類和常用的特種加工方法

　　特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為下表所示的形式。

　　?電火花加工：

　　♦基本原理：電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡(jiǎn)稱EDM。

　　♦基本設(shè)備：電火花加工機(jī)床

　　♦主要特點(diǎn)：

　　1、能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件;

　　2、加工時(shí)無(wú)切削力;

　　3、不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷;

　　4、工具電極材料無(wú)須比工件材料硬;

　　5、直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化;

　　6、加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除;

　　7、工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩

　　♦使用范圍：

　　1、加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件;

　　2、加工各種硬、脆材料如硬質(zhì)合金和淬火鋼等;

　　3、加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等;

　　4、加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

　　?電解加工：

　　♦基本原理：基于電解過程中的陽(yáng)極溶解原理并借助于成型的陰極，將工件按一定形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法，稱為電解加工。

　　♦使用范圍：電解加工對(duì)于難加工材料、形狀復(fù)雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢(shì)。電解加工

　　已獲得廣泛應(yīng)用，如炮管膛線，葉片，整體葉輪，模具，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工。并且在許多零件的加工中，電解加工工藝已占有重要甚至不可替代的地位。

　　♦優(yōu)點(diǎn)：

　　1、加工范圍廣。電解加工幾乎可以加工所有的導(dǎo)電材料，并且不受材料的強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械、物理性能的限制，加工后材料的金相組織基本上不發(fā)生變化。它常用于加工硬質(zhì)合金、高溫合金、淬火鋼、不銹鋼等難加工材料。

　　2、生產(chǎn)率高

　　3、加工質(zhì)量好，尤其是表面質(zhì)量。

　　4、可用于加工薄壁和易變形零件。電解加工過程中工具和工件不接觸，不存在機(jī)械切削力，不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，沒有飛邊毛刺。

　　5、工具陰極無(wú)損耗。

　　♦局限性：

　　1、加工精度和加工穩(wěn)定性不高。

　　2、加工成本較高，且批量越小，單件附加成本越高。

　　?激光加工：

　　♦基本原理：激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點(diǎn)上達(dá)到很高的能量密度，在極小時(shí)間內(nèi)使材料熔化或氣化而被蝕除下來，實(shí)現(xiàn)加工。

　　♦主要特點(diǎn)：激光加工技術(shù)具有材料浪費(fèi)少、在規(guī)模化生產(chǎn)中成本效應(yīng)明顯、對(duì)加工對(duì)象具有很強(qiáng)的適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在歐洲，對(duì)高檔汽車車殼與底座、飛機(jī)機(jī)翼以及航天器機(jī)身等特種材料的焊接，基本采用的是激光技術(shù)。

　　♦使用范圍：激光加工作為激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用，主要技術(shù)包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標(biāo)、激光鉆孔、微加工及光化學(xué)沉積、立體光刻、激光刻蝕等。

　　?電子束加工：

　　♦基本原理：電子束加工是利用高能量的會(huì)聚電子束的熱效應(yīng)或電離效應(yīng)對(duì)材料進(jìn)行的加工。

　　♦主要特點(diǎn)：能量密度高，穿透能力強(qiáng)，一次熔深范圍廣，焊縫寬比大，焊接速度快，熱影響區(qū)小，工作變形小。

　　♦使用范圍：電子束加工的材料范圍廣，加工面積可以極小;加工精度可以達(dá)到納米級(jí)，實(shí)現(xiàn)分子或原子加工;生產(chǎn)率高;加工所產(chǎn)生的污染小，但加工設(shè)備成本高。可以加工微孔、窄縫等，還可用來進(jìn)行焊接和細(xì)微的光刻。真空電子束焊接橋殼技術(shù)是電子束加工在汽車制造業(yè)中的主要應(yīng)用。

　　?離子束加工：

　　♦基本原理：離子束加工是在真空狀態(tài)下，將離子源產(chǎn)生的離子流，經(jīng)加速、聚焦達(dá)到工件表面上而實(shí)現(xiàn)加工的。

　　♦主要特點(diǎn)：由于離子流密度及離子能量可以精確控制，因而能精確控制加工效果，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)乃至分子、原子級(jí)的超精密加工。離子束加工時(shí)所產(chǎn)生的污染小，加工應(yīng)力變形極小，對(duì)被加工材料的適應(yīng)性強(qiáng)，但加工成本高。

　　♦使用范圍：離子束加工依其目的可以分為蝕刻及鍍膜兩種。

　　1.蝕刻加工：離子蝕刻用于加工陀螺儀空氣軸承和動(dòng)壓馬達(dá)上的溝槽，分辨率高，精度、重復(fù)一致性好。離子束蝕刻應(yīng)用的另一個(gè)方面是蝕刻高精度圖形，如集成電路、光電器件和光集成器件等征電子學(xué)構(gòu)件。離子束蝕刻還應(yīng)用于減薄材料，制作穿透式電子顯微鏡試片。

　　2.離子束鍍膜加工：離子束鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種形式。離子鍍可鍍材料范圍廣泛，不論金屬、非金屬表面上均可鍍制金屬或非金屬薄膜，各種合金、化合物、或某些合成材料、半導(dǎo)體材料、高熔點(diǎn)材料亦均可鍍覆。離子束鍍膜技術(shù)可用于鍍制潤(rùn)滑膜、耐熱膜、耐磨膜、裝飾膜和電氣膜等。

　　?等離子弧加工：

　　♦基本原理：等離子弧加工是利用等離子弧的熱能對(duì)金屬或非金屬進(jìn)行切割、焊接和噴涂等的特種加工方法。

　　♦主要特點(diǎn)：

　　1、微束等離子弧焊可以焊接箔材和薄板。

　　2、具有小孔效應(yīng)，能較好實(shí)現(xiàn)單面焊雙面自由成形。

　　3、等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強(qiáng)，10～12mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成形，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。

　　4、設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。

　　♦使用范圍：廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別是航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術(shù)所用的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接，如鈦合金的導(dǎo)彈殼體，飛機(jī)上的一些薄壁容器等。

　　?超聲加工：

　　♦基本原理：超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動(dòng)的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對(duì)被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡(jiǎn)稱為 USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。

　　♦主要特點(diǎn)：可以加工任何材料，特別適用于各種硬、脆的非導(dǎo)電材料的加工，對(duì)工件的加工精度高，表面質(zhì)量好，但生產(chǎn)率低。

　　♦使用范圍：超聲加工主要用于各種硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔(包括圓孔、異形孔和彎曲孔等)、切割、開槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。

　　?化學(xué)加工：

　　♦基本原理：化學(xué)加工(chemical etching) 化學(xué)加工是利用酸、堿或鹽的溶液對(duì)工件材料的腐蝕溶解作用，以獲得所需形狀、尺寸或表面狀態(tài)的工件的特種加工。

　　♦主要特點(diǎn)：

　　1、能加工任意能切削金屬材料，不受硬度、強(qiáng)度等性能的限制。

　　2、適合大面積加工，并可同時(shí)加工多件。

　　3、不產(chǎn)生應(yīng)力、裂紋、毛刺，表面粗糙度達(dá)Ra1.25~2.5μm。

　　4、操作簡(jiǎn)便。

　　5、不適宜加工對(duì)窄狹槽、孔。

　　6、不宜消除表面不平、劃痕等缺陷

　　♦使用范圍：

　　1、適于大面積厚度減薄加工;

　　2、適于在薄壁件上加工復(fù)雜型孔

　　?快速成型：

　　RP技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成 形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點(diǎn)也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類似于數(shù)學(xué)上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺(tái)"立體打印機(jī)"。

　　♦基本原理：它可以在無(wú)需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。因此，RP技術(shù)的推廣應(yīng)用可以大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質(zhì)量。由傳統(tǒng)的"去除法"到今天的"增長(zhǎng)法"，由有模制造到無(wú)模制造，這就是RP技術(shù)對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生的革命性意義。

　　♦主要特點(diǎn)：RP技術(shù)將一個(gè)實(shí)體的復(fù)雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點(diǎn)：

　　1、成型全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產(chǎn)品市場(chǎng);

　　2、可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體;

　　3、用CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產(chǎn)品的完美設(shè)計(jì)提供了優(yōu)良的設(shè)計(jì)環(huán)境;

　　4、成型過程無(wú)需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費(fèi)用，又縮短了制作周期。

　　5、技術(shù)的高度集成性，既是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也是對(duì)它們的綜合應(yīng)用，帶有鮮明的高新技術(shù)特征。

　　以上特點(diǎn)決定了RP技術(shù)主要適合于新產(chǎn)品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復(fù)雜形狀零件的制造，模具與模型設(shè)計(jì)與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設(shè)計(jì)檢查，裝配檢驗(yàn)和快速反求工程等。

　　使用范圍：快速成形技術(shù)可應(yīng)用于航空、航天、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型(雕刻)、建筑模型、機(jī)械行業(yè)等領(lǐng)域。

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