特种加工概述

1.特种加工的概念

什么是特种加工?所谓特种加工,即将电、磁、声、光、化学等能量或其他组合施加在工件的被加工部位上,从而实现材料被去除、变形、改性或表面处理等非传统加工方法。

由于各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现,对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。例如,各种难切削材料的加工;各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工;薄壁、弹性元件等特殊零件的加工等。对此,采用传统加工方法十分困难,甚至无法加工,于是产生了特种加工技术。近年来,国家加大了制造新技术研发的投入,特种加工技术获得了很大的发展,许多特种加工设备已经投入生产应用。特种加工技术正在向工程化和产业化方向发展。大功率、高可靠性、多功能、智能化的加工设备成为研发重点。可以展望特种加工技术将会逐渐替代传统加工技术,其发展前景无法估量。

2.特种加工的特点

特种加工具有以下特点:

(1)不用机械能。如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等是利用热能、化学能、电化学能。这些加工方法与工件的硬度、强度等机械能无关,故可加工各种高强度、高硬度材料。

(2)非接触加工。有些特种加工不需要工具,有的虽然使用工具,但与工件不接触。因此,工件不承受大的作用力,工具硬度可低于工件硬度,故使刚度极低元件及弹性元件得以加工。

(3)微细加工。有些特种加工,如超声、电化学、水喷射、磨料流等,加工余量的去除大都是微细进行,故不但可以加工尺寸微小的孔或狭缝,还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。

(4)采用简单进给运动,可以加工出复杂型面的工件。

3.特种加工方法的分类

至今,特种加工方法的分类尚无明确规定,众说纷纭。比较清晰的分类方法是按照加工成型的原理和特点来分类的,可以分为去除加工、增料加工、变形加工、表面加工四大类。

去除加工(分离加工)是去除工件上多余的材料。如电火花线切割加工、电火花成型加工、电解加工、电子束加工、激光加工、超声加工等。

增料加工是将不同的材料结合在一起。此种结合又可分为附着(沉积)加工、注入(渗入)加工、连接加工三种。附着(沉积)加工是在工件表面覆盖一层物质,以达到加工的目的。例如电镀、气相沉积等;注入(渗入)加工是在工件的表面注入某些元素,使之与工件基体材料产生物化反映,以改变工件表层的力学性质,从而达到加工的目的。例如氧化、氮化、活性化学反应;阳极氧化;晶体生长、分子束外延、掺杂、渗碳、烧结;离子束外延、离子注入等;连接加工是将两种相同或不同的材料通过物化的方法连接在一起。例如激光焊接、快速成型加工、卷绕成形、化学粘接等。

变形加工是改变工件形状、尺寸、性能的加工。例如塑性流动加工(气体火焰、高频电流、电子束、激光),液体流动加工(注塑、压铸)、晶体定向加工。

表面加工是采用一定的能量和手段在工件的外形及体积都不发生变化的情况下,改变工件表面的加工。

4.特种加工方法的选择

目前较为常见的特种加工方法主要是超声加工技术、激光加工技术、电火花加工技术、电化学加工技术、快速成型技术、微细加工技术。具体到产品的加工应选择那种加工方法,我们应根据工件的不同特点,并结合其生产率及生产成本来做出正确的选择。

(1)电化学加工技术

1)电解加工 适用于加工精度100～3μm,表面粗糙度Ra=1.25～0.06μm的导电金属。型孔、型面、型腔均可。

2)电铸加工 适用于加工精度1μm,表面粗糙度Ra=0.02～0.012μm的金属成型小零件。

(2)超声加工技术

适用于加工精度30～5μm,表面粗糙度Ra=2.5～0.04μm的任何硬脆金属和非金属。型孔、型腔均可。

3)激光加工技术

适用于加工精度10～1μm,表面粗糙度Rz=6.3～0.12μm的任何材料。打孔、切割、焊接、热处理均可。

还有一些加工技术,如化学加工、微波加工、红外光加工、电子束加工、离子束加工等等,在此就不罗列了。

另外,应用较普遍的电火花加工技术已经在本书的第6、7章有详细的论述。