特種加工及機械制造工藝
特種加工及機械制造工藝【1】
摘要：科技發(fā)展促成了制造技術(shù)的日趨進(jìn)步，其中進(jìn)步較為突出的$中就是特種加工技術(shù)。
特種加工的技術(shù)基礎是傳統的切削加工，但隨著(zhù)新技術(shù)的融入和創(chuàng )新，其自動(dòng)化和高精度化的程度越來(lái)越高，不僅成為一項獨立的新型加工技術(shù)，而且對機械制造工藝產(chǎn)生了極為深遠的影響。
本文將從特種加工的技術(shù)工藝特征和要點(diǎn)入手，分析其與機械制造工藝之間的關(guān)系，希望能夠在理論上推進(jìn)二者的進(jìn)一步融合和共同進(jìn)步。
信息時(shí)代的來(lái)臨標志著(zhù)計算機技術(shù)的成熟化和普及化，這種時(shí)代特征在制造業(yè)中的體現就是制造技術(shù)的自動(dòng)化、集成化、智能化。
充分展現出以上特征的特種加工工藝不僅極大地擴展和提高了加工工藝的固有水平，更促進(jìn)了機械制造技術(shù)的總體發(fā)展，這種發(fā)展包括了定義的拓展、加工方法的進(jìn)步、分類(lèi)方式的精細化、生活應用的普及等多種方面。
1.特種加工技術(shù)的工藝特征
1.1從定義看特種加工工藝
特種加工是多種具有共同特征的加工工藝的總稱(chēng)，這些加工工藝中較為常見(jiàn)的有電能加工、電化學(xué)能加工、化學(xué)能加工、光能加工、物質(zhì)動(dòng)能加工等，其加工工藝可以是物理方法，也可以是化學(xué)方法，對上訴不同種能量的利用方式也沒(méi)有限制，復合利用或直接利用均可。
特種加工中各種加工方法的共同特征包括以下幾點(diǎn)：一是加工時(shí)基本沒(méi)有機械作用力，或者機械作用力并不明顯;二是能完成復雜型面的加工;三是材料硬度不會(huì )對這些加工方法造成限制;四是不同的加工方法能夠進(jìn)行任意的復合或搭配。
總之，具備以上特征的物理或化學(xué)加工方法就是特種加工工藝，其被這些固有特征在性能上賦予了極大的優(yōu)越性，因此非常受人們的青睞，進(jìn)步與發(fā)展也非常迅速。
1.2從分類(lèi)看特種加工工藝
根據定義可知，特種加工所包含的具體工藝方法非常繁雜，無(wú)法一一贅述，但可以依據某些因素對其進(jìn)行分類(lèi)。
本文將以工藝的發(fā)生方法為依據對特種加工工藝進(jìn)行分類(lèi)，將具體的特種加工工藝分為激光加工工藝、超聲波加工工藝、電化學(xué)加工工藝等多種類(lèi)型，并分別介紹其中幾種的工藝特征。
(1)激光加工工藝
激光加工所利用的能量是光能，發(fā)生原理是使用透鏡對通過(guò)的光能進(jìn)行聚焦，以此產(chǎn)生高密度的能量流，這股能量流能夠產(chǎn)生沖擊波與高溫，令工件在短時(shí)間內產(chǎn)生融化甚至蒸發(fā)的現象，以此對零件進(jìn)行加工。
從該原理可知，激光加工在廣義上是高能束流加工的一部分。
這類(lèi)加工工藝的加工范圍極廣，幾乎所有的金屬和非金屬類(lèi)材料都可以包括在內，而且基本不會(huì )產(chǎn)生明顯的機械作用力，兼之具有優(yōu)良的加工速度和加工精度，所以對精密加工有很好的適性，通常被應用在表面處理、納米材料制造、信息存儲、焊接、切割、打孔等實(shí)際工作中。
(2)超聲波加工工藝
超聲波加工所運用的能量是振動(dòng)產(chǎn)生的，因此往往需要使用磨料懸浮液和工具斷面。
這種加工工藝非常適合硬脆材料，并且由于加工出的材料在精度與表面粗糙度方面都有極高的優(yōu)越性，所以通常被用作對形狀復雜的產(chǎn)品進(jìn)行制造或加工，具體來(lái)說(shuō)，包括開(kāi)孔、加工型腔、脆硬性材料的開(kāi)槽、切割甚至雕刻等。
另一方面，由于超聲波加工所使用的加工設備在結構上非常簡(jiǎn)單，使用很方便，所以在普通工件的加工中也得到了一定程度的應用，比如工件拋光等。
(3)電化學(xué)加工工藝
電化學(xué)加工所利用的能量是化學(xué)能或電化學(xué)能，其發(fā)生原理是各種電化學(xué)反應，由于電化學(xué)反應本身的種類(lèi)就非常繁多，所以電化學(xué)加工所包括的種類(lèi)也具有繁雜的特性。
但總體來(lái)說(shuō)，電化學(xué)加工主要用于加工各種金屬材料，并且沒(méi)有材料硬度和材料韌度的限制，所以加工范圍較為廣泛，生產(chǎn)效率也很高。
這些特征令電化學(xué)加工在工業(yè)領(lǐng)域獲得了相當廣的應用，尤其是在加工型腔鍛模、內齒輪、不同車(chē)輛的連桿、閥片、葉片等形狀較為復雜的工件方面，電化學(xué)加工能夠最大限度地發(fā)揮自身的特征優(yōu)勢，保證加工的效率和質(zhì)量。
2.特種加工技術(shù)與機械制造工藝的關(guān)系
(1)特種加工技術(shù)在機械制造工藝中的應用化
機械制造工藝所囊括的工業(yè)領(lǐng)域非常廣泛，其中比較典型的有機車(chē)、電子、模具、航空、航天、國防等。
[1]而特種加工在這全部的領(lǐng)域中都發(fā)揮出了非常好的效能，一方面提高了舊有的機械制造水平，另一方面拓寬了機械制造的應用范圍，在深度和廣度兩方面提高了機械制造工藝的應用性。
另外，特種加工對計算機技術(shù)的引入和應用也為機械加工工藝未來(lái)的智能化發(fā)展提供了發(fā)展方向。
(2)特種加工技術(shù)在機械制造工藝中產(chǎn)生的影響
特種加工的應用引發(fā)了傳統工藝的技術(shù)變革，這種變革在機械制造中被具體體現出來(lái)。
舉例來(lái)說(shuō)，在零件的加工方面，特種加工改變了原本已經(jīng)定型的淬火熱處理程序，令工藝路線(xiàn)整個(gè)更新;在新產(chǎn)品試制方面，特種加工提供的電火花數控切割、光電技術(shù)等工藝具有高效性、泛用性、直接性等多方面的優(yōu)勢，令試制周期被大幅縮短;在傳統工藝的衡量方面，特種加工可以作為一個(gè)恰當的參考指標，對傳統工藝有很好的促進(jìn)和篩選效果，有利于機械制造業(yè)整體的發(fā)展速度。[2]
結語(yǔ)
綜上所述，特種加工技術(shù)不只在多方面具有技術(shù)性能上的優(yōu)越性，而且自身的發(fā)展速度極快，所以可以想見(jiàn)，其實(shí)際的應用范圍在未來(lái)會(huì )更進(jìn)一步大幅擴張，為機械制造工藝水平的提高提供必要的技術(shù)支持。
因此，相關(guān)的技術(shù)人員和研究人員不能放松對相關(guān)技術(shù)的創(chuàng )新、研究與改進(jìn)，這樣才能令我國的特種加工工藝實(shí)現長(cháng)期穩定的發(fā)展，以技術(shù)工藝的提高促成機械制造業(yè)的進(jìn)步，進(jìn)而為我國工業(yè)的現代化和高科技化做出自己的貢獻。
參考文獻
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特種加工與機械制造工藝技術(shù)變革【2】
【摘 要】特種加工作為先進(jìn)制造技術(shù)中的重要組成部分，對制造業(yè)的作用日益重要。
特種加工方法就是將電、磁、聲、光、化學(xué)等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的加工方法。
特種加工具有區別于傳統機械加工方法的一些特點(diǎn);特種加工有多種加工方法;特種加工對機械制造及結構工藝性具有重大影響。
【關(guān)鍵詞】特種加工;機械制造;結構工藝性
近年來(lái)，隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微電子技術(shù)、電子計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，機械制造的各個(gè)方面已發(fā)生了深刻的變革。
機械技術(shù)，特別是自動(dòng)化制造技術(shù)，不但采用了計算機控制，并且具有柔性化、集成化、智能化的特點(diǎn);在超精密加工技術(shù)方面，其加工精度已進(jìn)入納米級(0.001um)表面粗糙度已成功地小于0.005um;在切削速度方面，國外車(chē)削鋼通常為200m/min，最高可達915m/min;對于新興工業(yè)需要的難加工材料、復雜型面、型腔以及微小深孔，采用了電、超聲波、電子束法。
所以在很大的程度上，尤其是20多年來(lái)的改革開(kāi)放，我國的機械制造已經(jīng)具有相當大的規模，已經(jīng)形成了品種繁多、門(mén)類(lèi)齊全、布局基本合理的機械制造工業(yè)體系。
1.特種加工涵義
特種加工是相對傳統切削加工而言，本質(zhì)上是直接或復合利用電能、電化學(xué)能、化學(xué)能、光能、物質(zhì)動(dòng)能等對工件進(jìn)行加工的工藝方法總稱(chēng)。
目前常用的有電火花加工、超聲波加工、激光加工，除此之外還有電化學(xué)加工、電子束加工等。
它與傳統切削加工相比具有：加工過(guò)程不再主要依靠機械能，而是直接或復合利用其它能量完成工件的加工;加工所用工具材料的硬度可大大低于被加工材料硬度，有時(shí)甚至無(wú)需使用工具即可完成對工件的加工;加工過(guò)程工具與工件間不存在顯著(zhù)的機械切削力;加工方法日新月異等特點(diǎn)。
2.特種加工分類(lèi)、方法及應用
2.1電火花成形(穿孔)加工
該法可加工任何導電材料。
它是利用火花放電腐蝕金屬原理，用工具電極(純銅或石墨)對工件進(jìn)行復制加工的工藝方法，可用于加工型腔模(鍛模、壓鑄模、注塑模等)和型腔零件;加工沖模、粉末冶金模、擠壓模、型孔零件、小異型孔、小深孔等。
其中最為典型的應用是在YG8(硬質(zhì)合金)工件上，加工一個(gè)直徑1mm深80mm的孔，只需12分鐘;電火花雙軸回轉展成法加工凹凸球面、球頭;電火花共軛同步回轉可加工精密螺紋、齒輪等復雜表面;目前已能加工出0.005mm的短微細軸和0.008mm的淺微細孔，以及直徑小于1mm的齒輪。
2.2電火花線(xiàn)切割加工
它是利用移動(dòng)的細金屬絲(銅絲或鉬絲)作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電腐蝕，實(shí)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。
典型的應用例如：試制切割特殊微電機硅鋼片定轉子鐵心芯;切割斜度錐面、上下異形面工件;工件傾斜數控回轉切割加工雙曲面零件;數控三軸聯(lián)動(dòng)加分度切割加工扭轉四方錐臺。
2.3超聲波加工
它是利用加工工具的超聲頻振動(dòng)，通過(guò)磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法。
超聲波加工的尺寸精度可達0.05～0.01mm，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(jìn)行套料、切割、開(kāi)槽和雕刻等。
由于超聲波加工的生產(chǎn)效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對較好，所以常用于對工件的拋磨和光整加工。
2.4激光加工
是利用經(jīng)過(guò)透鏡聚焦的能量密度極高的激光焦點(diǎn)(高溫和沖擊波)，使工件材料被熔化或蒸發(fā)去除的加工方法。
合理選用激光參數，可實(shí)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。
激光加工的尺寸精度可達0.01～0.001mm，表面粗糟度Ra值可達0.4～0.1μm，無(wú)需使用工具，加工速度極高，適于任何材料，特別適于深徑比大的(深徑比50～100)小孔和微孔(孔徑?準0.01～0.1)。
激光表面處理是結合高功率激光技術(shù)及粉末冶金技術(shù)，對工件進(jìn)行表面加工處理，從而改變工件表面組織結構、成分及特性，提高其物理性能，使其恢復或超過(guò)原技術(shù)性能和應用價(jià)值的工藝技術(shù)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
激光法(應用激光)還是制造納米材料的重要手段。
2.5電化學(xué)加工
該法包括從工件去除金屬的陽(yáng)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(lèi)。
它可以加工復雜成型模具和零件，例如汽車(chē)、拖拉機連桿等各種型腔鍛模，航空、航天發(fā)動(dòng)機的扭曲葉片等。
電鍍、電鑄可以復制復雜、精細的表面。
刷鍍可修復磨損的零件，改變原表面的物理性能，有很大實(shí)用價(jià)值。
3.特種加工對機械制造結構工藝性的影響
由特種加工的特點(diǎn)并結合使用特種加工方法的實(shí)踐，特種加工對機械制造和結構工藝性具有重大影響，主要包括以下幾點(diǎn)：
3.1改變了零件的典型工藝路線(xiàn)
工藝人員都知道：除磨削外，其它切削加工、成型加工等都應在淬火熱處理之前加工完畢。
但特種加工的出現，改變了這種定型的程序格式。
因為特種加工基本上不受工件硬度的影響，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(xiàn)切割加工、電火花成型加工和電解加工等都是在淬火后進(jìn)行的。
3.2縮短了新產(chǎn)品的試制周期
在新產(chǎn)品試制時(shí)，如采用光電、數控電火花線(xiàn)切割，便可直接加工出各種標準和非標準直齒輪(包括非圓齒輪、非漸開(kāi)線(xiàn)齒輪)、微電機定子、轉子硅鋼片，各種變壓器鐵心，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。
3.3影響產(chǎn)品零件的結構設計
例如花鍵孔、軸的齒根部分，為了減少應力集中應設計和制成小圓角。
但拉削加工時(shí)刀齒做成圓角對切削和排屑不利，容易磨損，只能設計與制成清棱清角的齒根。
而用電解加工時(shí)由于存在尖角變圓現象，非采用圓角的齒根不可。
3.4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(guò)去對方孔、小孔、彎孔和窄縫等被認為是工藝性很壞，在結構上盡量避免的典型。
特種加工的采用改變了這種現象。
對于電火花穿孔、電火花線(xiàn)切割工藝來(lái)說(shuō)，加工方孔和加工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了。
綜上，特種加工技術(shù)在機械制造中發(fā)揮著(zhù)重要作用，已成為現代制造技術(shù)不可分割的重要組成部分。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和現代工業(yè)的發(fā)展，特種加工必將不斷完善和迅速發(fā)展，反過(guò)來(lái)又必將推動(dòng)科學(xué)技術(shù)和現代工業(yè)的發(fā)展，并發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用。
【參考文獻】
[1]白基成，郭永豐，劉晉春.特種加工技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.
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