特种加工简介

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第一章 绪  论
- c+ W0 U$ q" k3 }第一节 特种加工的产生及发展
从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，在这段长达150多年都靠机械切削加工（包括磨削加工）的漫长年代里，并没有产生特种加工的迫切要求，也没有发展特种加工的充分条件，人们的思想一直还局限在自古以来传统的用机械能量和切削力来除去多余的金属，以达到加工要求。
- |4 n7 `! k0 K* l4 ~/ ?直到1943年，前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触头遭受火花放电腐蚀损坏的现象和在原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、所化而被蚀除掉，开创和发明了电火花加工方法，用铜丝在淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。
/ I+ N, W8 h5 {  n第二次世界大战后，特别是进入50年代以来，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求类端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们所使用的材料愈来愈高，对机械制造部门提出了下列新的要求：
& |! _' t- W2 w/ J" ^（1）解决各种难切削材料的加工问题，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆的金属及非金属材料的加工。
（2）解决各种特殊复杂表面的加工问题，如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣和锻压模和注射模的立体成型表面，各种冲模冷拔模上特殊断面的型孔，炮管内膛线，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔窄缝等的加工。
; w, X. c/ Z! k6 k. M) D6 H" B（3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题，如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
7 g2 Q, f; g* j& k  u% G! j特种加工所以能产生和发展的内因，在于它具有切削加工所不具有的本质和特点。
切削加工的本质和特点：一是靠刀具材料比工件更硬；二是靠机械能把工件上多余的材料切除。采用机械能、电、化学、光、声等能量对材料进行加工的方法有别于传统现有的金属切削加工，这类新加工方法统称特种加工方法（非传统加工NTM=Non-Traditional Machining、非常规机械加工NCM=Non-Conventional Machining）。它们与切削加工的不同点是：
1）不是主要依靠机械能，而是主要用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。
2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。
3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
. Z( H% \& m5 {, E& g; b: D8 Z  T正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件，同时，有些方法还可用以进行超精加工，镜面光整加工和纳米级（原子级）加工。
5 H$ E. F! P; s& G7 |我国的特种加工技术起步较早。50年代中期我国工厂中已设计研制出电火花穿孔机床、电火花表面强化机，中国科学院电工研究所、原机械工业部机床研究所、原航空工业部625研究所、哈尔滨工业大学、原大连工学院等相继成立电加工研究室和开展电火花加工的科研工作。50年代末营口电火花机床厂开始成批生产电火花强化机和电火花机床，成为我国第一家电加工机床专业生产厂。以后上海第八机床厂等也专业生产电火花加工机床。
60年代初，中国科学院电工研究所研制成功我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极－机械切割的基础上发明出我国独创的高速走丝线切割机床，上海复旦大学研制出电火花线切割数控系统。从此如雨后春笋一般，电火花、线切割加工技术在我国迅速发展。
1 h/ Y7 U, {& \) T! T/ o8 I50年代末电解加工也开始在原兵器工业部采用，用来加工炮管内的膛钱等。以后逐步用于航空工业中加工喷气发动机叶片和汽车拖拉机行业中的型腔模具等。
50年代末我国曾出现“超声波热”，把超声技术用于强化工艺过程和加工。成立了上海超声仪器厂和无锡超声电子仪器厂。
1963年哈尔滨工业大学最早开设特种加工课程和实验，并编印出相应的教材。以后经修订成为39所院校统编教材和现机制专业的通用教材。
/ i0 K* W$ `4 Q; o& \( J4 z1979年我国成立了全国性的电加工学会。1981年我国高校间成立了特种加工教学研究会。这对电加工和特种加工的普及和提高起了很大的促进作用。由于我国幅员辽阔，人口众多，在工业过程中，对特种加工技术既有广大的社会需求，又有巨大的发展潜力。1997年我国电火花穿孔、成型机床的年产量大于1000台，电火花数控线切割机床的年产量超过3800台，其它电加工机床在200台以上。惊心悼胆　50多个电加工机床生产企业，电加工、特种加工的机床总拥有量也居世界的前列。我国已有多名科技人员获电火花、线切割、超声波、电化学加工等八项国家级发明奖。但是由于我国原有的工业基础薄弱，特种加工设备和整体技术水平与国际先进水平还有不少差距，高档电加工机床每年还从国外进口300台以上，有待于我们去努力赶超。
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第二节        特种加工的分类
特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表1-1所示的形式。
+ p' F0 t. w  p. |表1-1　常用特种加工方法分类表
; G$ l! ^5 x' O; U  |/ F特种加工方法        能量来源及形式        作用原理        英文缩写
1 v2 u0 d" N2 J& _6 c电火花加工        电火花成形加工        电能、热能        熔化、气化        EDM
        电火花线切割加工        电能、热能        熔化、气化        WEDM
9 |% ?( P& H4 Y电化学加工        电解加工        电化学能        金属离子阳极溶解        ECM（ELM）
9 X  C% U* Y+ x; E        电解磨削        电化学、机械能        阳极溶解、磨削        EGM（ECG）
        电解研磨        电化学、机械能        阳极溶解、研磨        ECH
, \8 I/ l5 v+ x$ b% X: e1 E        电铸        电化学能        金属离子阴极沉积        EFM
        涂镀        电化学能        金属离子阴极沉积        EPM
激光加工        激光切割、打孔        光能、热能        熔化、气化        LBM
0 h$ B: B3 ?4 P* v- m        激光打标记        光能、热能        熔化、气化        LBM
        激光处理、表面改性        光能、热能        熔化、相变        LBT
电子束加工        切割、打扎、焊接        电能、热能        熔化、气化        EBM
: ?( a7 p" |' v* r离子束加工        蚀刻、镀覆、注入        电能、动能        原子撞击        IBM
等离子弧加工        切割（喷镀）        电能、热能        熔化、气化（涂覆）        PAM
超声加工        切割、打孔、雕刻        声能、机械能        磨料高频撞击        USM
化学加工        化学铣削        化学能        腐蚀        CHM
        化学抛光        化学能        腐蚀        CHP
2 Q% H& c5 l7 S+ ^        光刻        光、化学能        光化学腐蚀        PCM
  _9 L% n/ e% R' R0 _2 `( z在发展过程中也形成了某些介于常规机械加工和特种加工工艺之间的过渡性工艺。例如在切削过程中引入超声振动或低频振动切削，在切削过程中通过低电压电流的导电切削、加热切削以及低温切削等。这些加工方法是在切削加工的基础上发展起来的，目的是改善切削的条件，基本上还属于切削加工。
6 u$ e3 q  J2 X! i% p! W在特种加工范围内还有一些属于减小表面精糙度值或改善表面性能的工艺，前者如电解抛光、化学抛光、离子束抛光等，后者如电火花表面强化、镀覆、刻字，激光表面处理、改性，电子束曝光，离子束注入掺杂等。
随着半导体大规模集成电路生产发展的需要，上述提到的电子束、离子束加工，就是近年来提出的超精微加工，即所谓原子、分子单位的加工方法。
此外，还有一些不属于尺寸加工的特种加工，如液中放电成形加工、电磁成形加工、爆炸成形加工及放电烧结等等。


第三节特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
由于上述各种特种加工工艺的特点以及逐渐广泛的应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革，例如对①材料的可加工性；②工艺路线的安排；③新产品的试制过程；④产品零件设计的结构；⑤零件结构工艺生好、坏的衡量标准等产生了一系列的影响。
（1）提高了材料的可加工性，以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的。现在已经广泛采用金刚石、聚晶（人造）金刚石制造的刀具、工具、拉丝模具，可以用电火花、电解、激光等多种方法来加工它们。材料的可加工性不再与硬度、强度、韧性、脆性等成直接、正比关系，对电火花、线切割加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。
（2）改变了零件的典型工艺路线，以往除磨削外，其它切削加工、成形加工等都必须安排在淬火热处理工序之前，这是一切工艺人员决不可违反的工艺准则。特种加工的出现，改变了这种不成一变的程序格式。由于它基本上不受工件硬度的影响，而且为了免除加工后再引起淬火热处理变形，一般都先淬火而后加工。最为典型的是电火花线切割加工、电火花成形加工和电解加工等都必须先淬火，后加工。
特种加工的出现还对工序的“分散”和“集中”引起了影响。以加工齿轮、连杆等型腔锻模为例，由于特种加工时没有显著的切削力，机床、夹具、工具的强度、刚度不是主要矛盾。因此，即使是较大的、复杂的加工表面，往往宁可用一个复杂工具、简单的运动轨迹、一次安装、一道工序加工出来。这样做工序比较集中。
（3）试制新产品时，采用光电，数控电火花线切割，可以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。这样可以省去设计和制造相应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。
（4）特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响，例如，花键孔、轴，枪炮膛线的齿根部分，从设计观点为了减少应力集中，最好做成小圆角，但拉削加工时刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨损，刀齿只能设计与制造成清棱清角的齿根，而用电解加工时由于存在尖角变圆现象，非采用小圆角的齿根不可。又如各种复杂冲模如山形硅钢片冲模，过去由于不易制造，往往采用拼镶结构，采用电火花、线切割加工后，即使是硬质合金的模具或刀具，也可做成整体结构。喷气发动机涡轮也由于电加工而可采用整体结构。
4 s+ R1 v8 N1 c) l$ b（5）对传统的结构工艺性的好与坏，需要重新衡量，过去对方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型，对工艺、设计人员是非常“忌讳”的，有在甚至是“禁区”。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，采用电加工后变难为易了。过去淬火前忘了钻定位销孔、铣槽等工，淬火后这种工件只能报废，现在则大可不必，可用电火花打孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬火开裂、变形等影响，故意把钻孔、开槽等工艺安排在淬火之后。
（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工得主要手段。

weilaoqi

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huzuoan

感谢楼主的分享，我也是从事特种加工的，希望能相互交流。

卡姆

愿意和楼主分享。一起学习

honey8000

谢谢楼主的分享，又了解学习了不少东西，希望楼主多发些这样的帖子

guandengwang

有没有特种加工方面的例子啊