特种加工在机械生产中应用分析
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作者: 田联会
摘 要：介绍了特种加工的概念、特点、分类，论述了特种加工在机械生产中的应用以及引起的机械制造工艺技术的变革等。
关键词：特种加工；机械；工艺；应用；变革
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）07-0289-01
1 特种加工特点及分类
1.1 特种加工及特点
特种加工是指利用电能、热能、光能、化学能、声能等进行加工的方法。与传统切削加工工艺相比特种加工具有以下特点：直接利用电能、光能、声能或几种能量的复合形式去除金属材料；一般不受工件材料机械物理性能的限制；不产生金属宏观切削,不产生强烈的弹性和塑性变形,可获得很低的表面粗糙度；加工过程中无明显的机械力；可在加工过程中实现能量转换或组合,便于实现控制和操作自动化,适合于二维或三维复杂面、微细表面、微小孔、窄缝和低刚度零件的加工。
1.2 特种加工的分类
特种加工按照所利用的能量形式来分类,具体如下：电、热能、电火花加工、电子束加工、等离子加工；电、机械能、离子束加工；电、化学能、电解加工、电解抛光；电、化学能、机械能、电解磨削、阳极机械磨削；光、热能、激光加工；化学能、化学加工、化学抛光；声、机械能、超声加工；机械能、磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。目前,常用的特种加工方法有电火花加工、电解加工、激光加工、电子束加工、超声波加工等。
2 特种加工方法
2.1 电火花加工
电火花加工又称放电加工(EDM),在特种加工中是比较成熟的加工工艺,它是模具制造的主要手段,主要解决难切削加工以及复杂形状工件的加工问题。适合各种难切削材料的加工,如淬火钢和硬质合金等。可以加工特殊和复杂形状的表面和零件,如形状复杂的型腔和型孔等。加工过程中无明显的机械力,因此可以加工低刚度的工件及各种细微结构。可根据需要调节脉冲参数,在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。
2.2 电解加工
电解加工时,工件始终接直流电源(10～20V)的正(阳)极,工具始终接负(阴)极,两极间保持较小的(0.1～1mm)间隙,间隙内通以高速(5～50m/s)流动的电解液。电解加工加工范围广,凡是导电材料都可进行加工,与被加工材料的硬度、强度、韧性等无关。靠电流通过电解液时的电化学阳极溶解作用来蚀除金属,生产过程中不存在机械力,工件不承受力和热的作用,不会引起变形和残余应力,适用于加工易变形零件或薄壁件。生产效率高,能以简单的直线进给运动,一次加工出复杂的型腔、型面和型孔,加工速度比电火花加工高5～10倍,直线进给加工速度可达0.3～15mm/min,用于大批量生产。
2.3 激光加工
激光加工是利用能量密度很高的激光束照射工件的被加工部位,使工件材料瞬间融化或蒸发,并在冲击波作用下,将熔融的物质喷射出去,从而对工件进行去除加工或采用能量密度较小的激光束,使加工部位材料熔融黏合,对工件进行焊接的方法。激光加工属高能束加工,其功率密度高,几乎能加工所有的金属和非金属材料。例如高熔点材料、高温合金、钛合金等各种金属材料以及陶瓷、石英、金刚石、橡胶等非金属材料。激光加工属非接触加工,不需要刀具,几乎没有机械力,无机械加工变形和工具损耗问题。激光加工速度极高,生产效率高。打一个孔只需0.001s,切割20mm厚的不锈钢板切割速度可达1.27m/min。热影响区域小,热变形小，可以通过玻璃等透明材料对工件进行加工，可以达到很高的加工精度和较小的表面粗糙度。激光加工的应用主要为激光淬火、激光焊接、激光打孔和激光切割等。
3 特种加工在生产中的应用
特种加工技术在生产应用中有很多种类,根据其工作机理大致可以分为以下四种类别:
（1）电气特种加工电气特种加工是利用金属在直流电场和电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成型加工的一种方法。通常称为电化学加工电解加工。它有电解液冲刷加工、成型管电解加工、电化学抛光、电解磨削、电化学削平加工等方法。它适用于磨削、成型、去毛刺、车削、抛光、复杂型腔、型面及型孔等加工范畴。
（2）机械特种加工不同于传统切削加工方法,而是用机械能或间接用声能、热能、电化学能进行加工。可分磨料流动加工、磨料喷射加工、高速流体加工、阳极机械切割、低应力磨削、热辅助加工、超声波加工、全成型加工等方法。它适用于切割、穿孔、研磨、去毛刺、蚀刻、磨削、拉削、铿削和套料等加工范畴。
（3）化学特种加工化学特种加工是利用化学溶液酸、碱、盐等对金属产生化学反应,使金属腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状的一种加工方法。分为化学加工、光化学加工和热化学加工等。主要有化学铣切加工、照相制版加工、光刻加工、刻蚀加工和爆炸加工等方法。
（4）热特种加工热特种加工是用电子束、激光束、等离子束、电火花放电产生热量来熔蚀金属而达到加工目的。它有电子束加工、电火花磨削、电火花成型加工、电火花切割、电火花线切割、激光加工、离子束加工、等离子弧加工等
方法。它适用于打孔、成型、磨削、车削、切割、开割、划线等加工范畴。
4 特种加工引起的机械制造工艺的变革
（1）特种加工扩大了可加工材料的范围。特种加工方法使机制工艺可加工的材料范围从普通材料发展到超硬材料和特殊材料，可以加工任何硬、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高硬度、高强度、特殊性能的金属。
（2）特种加工改变了传统的结构工艺性好与坏的概念。传统的加工方法认为方孔、窄缝、小孔、深孔、弯孔等结构工艺性差，有些情况下被认为工艺性很“坏”，甚至被列为结构设计禁区，特种加工使这一“坏”变成了可以，甚者可认为好。
（3）特种加工改变了传统的淬火工艺路线及零件不合格品的可修复性，打破了淬火热处理工序必须安排在除磨削以外的其它切削成型加工之后的传统工艺准则。
（4）特种加工将改变新产品试制的传统模式，现在采用数控电火花线切割，可直接加工花键孔、非标直齿轮、钣金异型孔，甚至可加工复杂的二次曲面零件。
（5）特种加工引起了产品设计思路的变革。特种工加工使产品设计中考虑的零件材料、制造工艺方法等有了更广阔的选择余地。
5 结语
由于特种加工技术具有传统加工技术无法比拟的优点,因此,在现代加工技术中占有越来越重要的地位。目前,特种加工仍处于研究、开发推广和应用之中,具有良好的发展潜力和应用前景。
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