特種加工對制造工藝的變革

天水師范學院工學院 高衍慶

特種加工對制造工藝的變革

天水師范學院工學院 高衍慶

近年來，隨著科學和技術的發展，特別是微電子技術、計算機技術的迅猛發展，機械制造的各個方面已發生了深刻的變革。許多傳統切削加工方法難以完成的加工任務，如具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點的各種難加工材料零件的加工，具有較低剛度或復雜曲面形狀的特殊零件的加工等，這些加工任務用特種加工都能很方便地完成。這種技術的發展，在機械制造業中已經具有一定的規模，已經形成了品類齊全、布局基本合理的機械制造工業體系，并且沖擊優化著傳統制造觀念。

一、特種加工在現代加工中的涵義

特種加工是從20世紀40年代發展起來的，特種加工是直接或復合利用電能、電化學能、化學能、光能、物質動能等對工件進行加工的工藝方法的總稱。由于高新技術的發展和尖端國防及科學研究發展的需要，傳統產品和高新產品朝著高速度、高精度、高可靠度、耐腐蝕、耐高溫高壓和尺寸超大及超小的方向發展。為此各種新材料、新結構的精密機械零件在產品中應用，對機械制造業提出了一系列迫切需要解決的新問題。如各種難切削材料的加工，各種結構形狀復雜、尺寸微小或特大的零件加工等，如果采用傳統加工方法加工則十分困難，甚至無法加工。于是人們沖破傳統加工方法的束縛，不斷地探索和尋求新的加工方法，這樣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。

二、特種加工的特點

1.不用機械能，與加工對象材料的機械性能無關，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度及特殊性能的金屬和非金屬材料。

2.非接觸加工，不一定需要工具，有的雖然使用工具，但是與工件不接觸。因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故可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。

4.不存在加工中的力應變或熱應變，故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。

5.兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合成新的復合加工，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影響。

三、常見的特種加工方法及應用

特種加工方法很多，最常見的有以下幾種。

1.電火花加工。該法可加工任何導電材料。它是利用工具電極和工件電極瞬時火花放電產生的高溫，溶蝕工件材料來獲得工件成形。可用于加工各種硬、脆、韌、軟和高熔點的導電材料，可以加工型孔、型腔模和微小孔。

2.電火花線切割。它是利用移動的細金屬絲（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電腐蝕，實現切割成形的加工方法。它同樣可以加工任何導電材料，加工各種形狀的沖模、切割電火花成形加工用的電極、切割零件等。

3.超聲波加工。它是利用加工工具的超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種方法。超聲波加工的尺寸精度可達0.005～0.01mm，表面粗糟度Ra值可達0.8～0.1μm，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進行套料、切割、開槽和雕刻等。

4.激光加工。是利用一種能量密度極高、方向性好、單色性好、相干性好的激光焦點（高溫和沖擊波），使工件材料被熔化或蒸發去除的加工方法。合理選用激光參數，可實現激光切割、打孔、焊接，激光打標、激光表面處理，還可用于電子元器件的封裝等。

5.電解加工。該法包括從工件去除金屬的陽極電解蝕除加工和向工件上沉積金屬的陰極電鍍沉積加工兩大類。它可以加工復雜成型模具和零件，例如汽車、拖拉機連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發動機的扭曲葉片等。電鍍、電鑄可以復制復雜、精細的表面。

四、特種加工對傳統機械制造工藝的變革

由于特種加工上述的特點和應用，其對機械制造和結構工藝性具有重大影響，主要表現在4個方面。

1.改變了零件的傳統工藝路線。如切削工序，應安排在淬火熱處理工序之前進行，但特種加工的出現，改變了這種定型的工藝過程。因為特種加工基本上不受工件硬度的影響，所以特種加工不受淬火的影響，可任意安排。而且為免除加工后淬火熱處理的變形，一般都先淬火后加工。例如電火花線切割加工、電火花成型加工和電解加工等都是在淬火后進行的。

2.縮短了新產品的試制周期。在新產品試制時，如采用光電、數控電火花線切割，便可直接加工出各種標準和非標準直齒輪、微電機定子和轉子硅鋼片，各種變壓器鐵芯，各種特殊、復雜的二次曲面體零件，從而省去設計和制造相應的刀、夾、量具、模具及二次工具，大大地縮短了試制周期。

3.影響產品零件的結構設計。例如花鍵孔、齒輪的齒根部分，為了減少應力集中應設計和制成小圓角。如果采用電解加工，由于電解加工時工具型面的形狀會“復印”在工件上，所以此類結構設計時可以簡化。

4.重新衡量傳統結構工藝性的好壞。由于特種加工的應用而需要重新衡量過去對方孔、小孔、彎孔和窄縫等工藝性不好的結構，特種加工改變了這種現象。對于電火花穿孔、電火花線切割工藝而言，加工方孔和圓孔的難易程度是一樣的。噴油嘴小孔、噴絲頭小異形孔，渦輪葉片大量的小冷卻深孔、窄縫，靜壓軸承、靜壓導軌的內油囊型腔，采用電加工后由難變易。