浅谈特种加工的应用

随着我国经济建设进入“十二五”计划，制造业的生产方式、 产业结构、管理方式发生了深刻的变化。作为我国制造业产业支柱行业之一的机械制造行业发展迅速，同时也推动了制造技术的进步。传统的加工工艺越来越难以满足精度要求，从而使特种加工工艺得到迅速发展和广泛应用。

1特种加工概述 特种加工是对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具和工具行业不可缺少的重要加工方法，并正向着精密化、智能化方向发展。随着生产发展和科学实验需要，尤其是国防工业部门，要求尖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，它们所用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，加工精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高，对制造部门也提出了新的要求，所以特种加工的主要应用领域为：难加工材料，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、复合材料等各种高硬度、高强度、高韧性的金属材料及非金属材料的加工； 难加工零件，如喷气涡轮叶片、 整体涡轮等立体三维形腔；各种冲模、冷拔模上特殊截面的型孔、异形小孔、窄逢的加工；超精、光整或具有特殊要求零件的加工。下面从电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束和离子束加工等几个方面介绍我国相应领域的技术发展方向及国际的发展状况。

2、特种加工的分类 特种加工的分类目前还没有明确的规定，一般按能量来源、作用形式和加工原理来进行分类，可分为电火花加 工、 电化学加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等。

2.1、电火花加工 电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过 程中，工具和工件并不接触，而是靠工具和工件之间不断的 脉冲电火花放电，产生局部、瞬时高温把金属材料逐步蚀除， 以达到对零件的尺寸、 形状及表面质量预定的加工要求。人们在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行加工，但如果要把有害的火花放电转化为有用的加工技术，必须具有一定的条件，但这种加工方法一样具有局限性。

2.1.1加工条件 a.使工具电极与工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给调节装置。 b.火花放电为瞬时的脉冲性放电，并在放电延续一段时间后，停歇一段时间,故电火花加工必须采用脉冲电源。 c.火花放电在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、 皂化液或去离子水等。工作液必须具有较高的绝缘强度（103-107Ω·cm），以利于产生脉冲性的火花放电。同进工作液还具有排屑、 排炭黑及冷却作用。

2.1.2、局限性 a.主要用于加工金属等导电材料； b.加工速度慢；c.存在电极损耗，影响成形精度。 我国常用的电火花加工有电火花成形加工和电火花线切割。电火花成形加工主要用于加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件及加工各种冲模、挤压模、各种异形孔及微孔等，约占火花机床的30%，典型机床有北京阿奇夏米尔SE系列及日本SodickAM系列等电火花机床。电火花线切割主要用于切割各种冲模和具有直纹面的零件以及下料、截割和窄缝的加工，约占火花机床的60%，典型机床有DK7725及日本SodickAQ系列等电火花线切割机床。

2.2、电化学加工 电化学加工利用电化学反应对金属材料进行加工的方法,常用的包括从工件上去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆、电铸加工两大类。 电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形。其加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制，可以用于加工硬质合金、淬火钢、不锈钢等高强度、高硬度及韧性的金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。

2.3、激光加工 激光加工是利用光的能量，经过透镜聚焦，在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工各种材料的。激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存储等各个领域。由于激光加工不需要加工工具，而且速度快，表面变形小，可以加工各种材料，已经在生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性。

2.4、电子束和离子束加工 电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（106-109W/cm2）的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间内，其能量的大部分转变为热量，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。 离子束加工的原理和电子束基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。 电子束和离子束加工是近年来得到较快发展的新兴特种加工，它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域 中得到较多应用。电子束加工主要用于打孔、 焊接等热加工和电子束光刻化学加工，离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜和离子注入等表面加工。

3、特种加工在机械制造行业中的应用 特种加工在机械制造行业中应用场合很多，那么接下 来以电火花线切割加工为例介绍特种加工在机械制造行业中应用。 线切割是比较常用的特种加工方法之一，是属于电火花加工一类，是直接利用电能和热能进行加工的方法。这种方法是用一根移动着的金属丝作为工具电极与工件产生火花放电对工件进行切割。目前制造行业中，出现了很多由坚硬而又难加工材料制成的，具有高尺寸精度和低表面粗糙度的复杂零件加工，使得线切割得到了广泛的应用。下面将举例说明以线切割加工为主的典型零件线切割加工步骤及要求，并举实例说明。 典型零件线切割加工步骤:（1）对工件图纸进行审核和分析 分析图样对保证工件加工质量和工件的综合技术指标有重要的意义，在分析图纸时要选择可用线切割加工或不能宜用线切割加工的工件图样。（2）加工前的工艺准备、加工与检验 在加工前应进行充分的工艺准备，凹角和尖角切割加工要点，合理选用表面粗糙度和加工精度，合理选用工件材料和热处理等。之后应先对工件坯料进行装夹，编制加工程 序，确定间隙补偿量，进行模拟，进行穿丝、 校丝、放电加工，加工完成后加工内孔还要进行抽丝。最后要进行工件的检验，看工件是否符合加工要求。 具体方法举一个以北京阿奇夏米尔FW数控高速走丝切割机床切复合模零件为例进行详解。切一复合模，中间为φ10mm的孔，外面为一15mm×15mm的矩形，要求矩形与圆孔同心。

具体步骤如下：①坯料的准备与装夹。确定毛坯尺寸大于7.5mm并有一定余量，厚度按图纸给定选取，利用钳工画线，钻中心孔，作为切割内孔穿丝用。将工件装夹在桥式夹具上，用百分表进行找平上表面并把工件一个边与X方向找平。②编程。利用计算机辅助绘图软件，如AutoCAD、Mas-terCAM等进行绘图，并转成DWF格式，导入线切割机床。根据坯料的情况及装夹情况确定切内孔和外形的穿丝位置及切割方向。为了保证偏移方向正确，一个程序中既有凹模又有凸模时，在排路径时切割方向必须相反，故本例的内孔从圆心起切，顺时针切割；外形由距切入边2-5mm的地方起切，逆时针切割。按自动编程的方法生成加工程序。③在编辑屏幕下装入要加工的程序，按F1键选择装入程序功能，按D键从电子盘装入程序，移动光标选取加工程序，按回车键，程序即在编辑屏中显示出来。④在自动方式下进行模拟加工。按F3键打开模拟功能，回车。⑤进行穿丝。把丝穿入坯料上的孔内，利用丝在圆周上碰边，移回圆心位置，并用眼睛看大概在孔的中心，不一定要很准确，只要保证切孔时一周都能切上即可。⑥放电加工。按F3键关闭模拟功能，按回车即可加工。⑦加工过程中人为暂停。加工过程中人为的暂停，是为了观察加工状况或作一些处理工作，如快切断前人为暂停用磁铁固定余料，以防切断时余料掉下来时夹断丝。暂停后按手控盒上的RST键可继续加工。⑧加工过程中放电参数的修改。加工过程如果想修改放电参数，可按F5键，此时光标跳至图形上面的条件显示区，可按需要修改放电参数，修改完后再按一次F5键修改后的参数即有效。⑨加工自动暂停。当切割一圈并退出1mm后会自动暂停，此时的暂停目的是为了让操件者取余料，不是抽丝，从程序执行的地方也可以看出其后不是移位指令，所以不能抽丝。按RST键让程序继续执行。⑩抽丝。当程序再次自动暂停后，抽丝。 輥輯訛定位到外面并穿丝。从程序暂停的位置看，其后是移位指令，所以需要抽丝。按RST键后机床自动移到外面方形的起切位置并自动暂停，此时可穿丝。 輥輰訛切外形。按RST键后程序继续加工。 輥輱訛加工完成。加工结束后， 按Esc键恢复至自动屏幕的初始状态，此时可以移动机床主轴取工件。

4、结语 现代制造业要实现自动化、柔性化、集成化，单纯靠传统的机械加工方式是完全不能满足的，离开了特种加工，先进制造技术就成了无木之本。特种加工、先进制造技术已经成为国家战略地位和综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志