制造技术6章特种加工技术讲稿(2011).ppt

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1、制造技术6章特种加工技术讲稿(2011)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望制造技术及发展主讲：刘 军教材：自编、讲义班级：临班0632（135人）学时：30制造技术及发展 1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理 3 机械设计技术 4 材料成型制造技术 5 金属切削加工技术 6 特种加工技术制造技术及发展 1 制造技术与制造系统 2机械工程材料及热处理 3 机械设计技术 4 材料成型制造技术 5 金属切削加工技术 6 特种加工技术 传统的机械加工

2、已有很久的历史，它传统的机械加工已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作对人类的生产和物质文明起了极大的作用。目前我们的大部分产品还是依靠传统用。目前我们的大部分产品还是依靠传统的方法加工和装配得到的，如我们的家用的方法加工和装配得到的，如我们的家用电器：电冰箱、洗衣机、空调等；我们的电器：电冰箱、洗衣机、空调等；我们的交通工具：如汽车、火车、飞机等，以及交通工具：如汽车、火车、飞机等，以及各种武器装备：枪、炮、坦克、火箭等。各种武器装备：枪、炮、坦克、火箭等。6 6 特种加工特种加工6.1 特种加工的产生及发展特种加工的产生及发展2011年4月27日第8次课16学时 传统的机械加

3、工方法是用机械能量和传统的机械加工方法是用机械能量和切削力切除多余的金属，使零件具有一定切削力切除多余的金属，使零件具有一定的几何形状、尺寸和表面粗糙度。它要求的几何形状、尺寸和表面粗糙度。它要求刀具材料比工件材料硬。刀具材料比工件材料硬。随着科学技术的发展，特别是上个世随着科学技术的发展，特别是上个世纪纪50年代以来，随着生产发展和科学实验年代以来，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门的要求尖端科学技术产品向高精度、部门的要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展

4、，它们使用的材料越来越难加方向发展，它们使用的材料越来越难加工，零件的形状越来越复杂，尺寸精度、工，零件的形状越来越复杂，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，因而对机械制造部门提出一些新的要求：因而对机械制造部门提出一些新的要求：1）解决各种难切削材料的加工问题，）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、如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝玉石、石英以及锗、淬火钢、金刚石、宝玉石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。性的金属及非金

5、属材料的加工。2）解决各种特殊复杂表面的加工问）解决各种特殊复杂表面的加工问题，题，如喷汽涡轮机叶片、整体涡轮、发动如喷汽涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模和注射模的立体成型表机机匣、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面，各种冲模、冷拔模上特殊断面的型孔，炮管内膛线，喷油咀、栅网、喷丝头孔，炮管内膛线，喷油咀、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。上的小孔、窄缝等的加工。3）解决各种超精、光整或具有特殊要）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题，求的零件的加工问题，如对表面质量和精如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服度要求很高的航天、航空陀

6、螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。低刚度零件的加工。要解决上述一系列工艺问题，仅仅依要解决上述一系列工艺问题，仅仅依靠传统的切削加工方法就很难实现，甚至靠传统的切削加工方法就很难实现，甚至根本无法实现。人们相继探索研究新的加根本无法实现。人们相继探索研究新的加工方法，特种加工就是在这种前提条件下工方法，特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。产生和发展起来的。特种加工，国外称作非传统加工特种加工，国外称作非传统加工（Non-Traditional Machining,NTM）或）或非常规加工（非常规加工（Non Conve

7、ntional Machining,NCM），是一种采用不同于），是一种采用不同于传统切削磨削加工工艺及装备的加工技传统切削磨削加工工艺及装备的加工技术，是将电、磁、声、光、热等物理能量术，是将电、磁、声、光、热等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合直及化学能量或其组合乃至与机械能组合直接施加在被加工的部位上，从而使材料被接施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形及改变性能等。特种加工具有去除、变形及改变性能等。特种加工具有下列特点：下列特点：1）工具材料的硬度可以大大低于）工具材料的硬度可以大大低于工件工件材料的硬度；材料的硬度；2）可直接利用电能、电化学能、）可直接利用电能、电化

8、学能、声能声能或光能等能量对材料进行加工；或光能等能量对材料进行加工；3）加工过程中机械力不明显，）加工过程中机械力不明显，工件很工件很少产生机械变形和热变形，有助于提高工少产生机械变形和热变形，有助于提高工件的加工精度和表面质量；件的加工精度和表面质量；4）各种方法可以有选择）各种方法可以有选择地复合成新的地复合成新的工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工精度也相应提高；精度也相应提高；5）几乎每产生一种新的能源，）几乎每产生一种新的能源，就有可就有可能产生一种新的特种加工方法。能产生一种新的特种加工方法。正因为特种加工工艺具有上述特点，正因为特种加工工艺具

9、有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何所以就总体而言，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（原子超精加工、镜面光整加工和纳米级（原子级）加工。级）加工。1943年，前苏联的拉扎连柯夫妇在研年，前苏联的拉扎连柯夫妇在研究开关触点遭受火花放电的腐蚀损坏的现究开关触点遭受火花放电的腐蚀损坏的现象和原因时，从火花放电时的瞬时高温，象和原因时，从火花放电时的瞬时高温，

10、可使金属局部熔化、气化而被蚀除掉的现可使金属局部熔化、气化而被蚀除掉的现象，顿悟到创造一种全新的加工方法的可象，顿悟到创造一种全新的加工方法的可能性，继而深入进行研究，最终发明了电能性，继而深入进行研究，最终发明了电火花加工这种新型的加工方法。用铜丝在火花加工这种新型的加工方法。用铜丝在淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工2011年5月4日第9次课18学时任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的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切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得除金属，获得“以柔克钢以柔克钢”的效果。继电的效果

11、。继电火火花加工出现以后，人们又不停顿地进行研花加工出现以后，人们又不停顿地进行研究和探索，相继发展了一系列的特种加工究和探索，相继发展了一系列的特种加工新方法，如电解加工、超声波加工和激光新方法，如电解加工、超声波加工和激光加工等，从而开创了特种加工的广阔领加工等，从而开创了特种加工的广阔领域。域。国外，特别是日本、俄罗斯、美国、国外，特别是日本、俄罗斯、美国、瑞士等工业化国家对特种加工技术给予了瑞士等工业化国家对特种加工技术给予了高度的重视，日本把它列为机械装备的三高度的重视，日本把它列为机械装备的三大支柱之一。他们从理论研究、技术应用大支柱之一。他们从理论研究、技术应用到加工设备的研制已

12、达到了很高的水平。到加工设备的研制已达到了很高的水平。他们的特种加工设备以高度自动化、多功他们的特种加工设备以高度自动化、多功能、加工工艺指标高、质量好及可靠性高能、加工工艺指标高、质量好及可靠性高而畅销全球。而畅销全球。我国的特种加工技术起步较早。上世我国的特种加工技术起步较早。上世纪纪50年代中期我国工厂中已设计研制出电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、原机械部机床研究科学院电工研究所、原机械部机床研究所、原航空部所、原航空部625研究所、哈尔滨工业大研究所、哈尔滨工业大学、大连理工大学等相继成立电加工

13、研究学、大连理工大学等相继成立电加工研究室和开展电火花加工的科研工作。室和开展电火花加工的科研工作。50年代年代末营口电火花机床厂开始成批生产电火花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。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制成功我国第一台靠模仿形电火花线切割机床。这是我国电火花线切割加工的机床。这是我国电火花线切割加工的“春春燕

14、燕”。60年代末上海电表厂张维良工程师年代末上海电表厂张维良工程师在在阳极阳极机械切割的基础上发明出我国独创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春笋一般，电火花、线切割加工技术在我国迅速发展。国迅速发展。50年代末电解加工也开始在原兵器工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线等。以业部采用，用来加工炮管内的膛线等。以后逐步用于航空工业中加工喷气发动机叶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

15、行业中的型腔模具等。片和汽车拖拉机行业中的型腔模具等。50年代末我国曾出现年代末我国曾出现“超声波热超声波热”，把把超声技术用于强化工艺过程和加工。成立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了上海超声仪器厂和无锡超声电子仪器厂。厂。1979年我国成立了全国性的电加工学年我国成立了全国性的电加工学会。会。1981年我国高校间成立了特种加工教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，在工业化过程中，对员辽阔，人口众多，在

16、工业化过程中，对特种加工技术既有广大的社会需求，又有特种加工技术既有广大的社会需求，又有巨大的发展潜力。巨大的发展潜力。1997年我国电火花穿年我国电火花穿孔、成型机床的年产量大于孔、成型机床的年产量大于1000台，电火台，电火花数控线切割机床的年产量超过花数控线切割机床的年产量超过3800台，台，其它电加工机床在其它电加工机床在200台以上。已有台以上。已有50多个多个电加工机床生产企业，电加工、特种加工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、超声有多名科技人员获电火花、线切割、超声波、电化学

17、加工等八项国家发明奖。但是波、电化学加工等八项国家发明奖。但是由于我国原有的工业基础薄弱，特种加工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不少差距，高档电加工机床每年还从国外进口进口300台以上，有待于我们去努力赶超。台以上，有待于我们去努力赶超。特种加工的分类还没有明确的规定，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一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表可分为表6-1所示的形式。所示的形式。6.2 特种加工的的分类特种加工的的分类特种加工方法能量来源及形式

18、作用原理英文缩写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电化学加工电解加工电学化能金属离子阳极熔解ECM(ELM)电解磨削电化学、机械能阳极熔解、磨削EGM(ECG)电解研磨电化学、机械能阳极熔解、研磨ECH电铸电学化能金属阳离子沉淀EFM涂镀电学化能金属阳离子沉淀EPM激光加工激光切割、打孔光能、热能熔化、气化LBM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、气化LBT表表61 常用特种加工方法分类表常用特种加工方法分类表特种加工方法能量来源及形式作用原理英文缩写电子束加工切割、打孔、焊接电能、热能熔化、气化EB

19、M离子束加工蚀刻、镀覆、注电能、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光刻光、化学能光化学能PCM快速成形液相固化法光、化学能FDMSL粉末烧结法SLS纸片叠层法光、化学能LOM熔丝堆积法 在发展过程中也形成了某些介于常规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，在切削过程中通以低电压大频振动切削，在切削

20、过程中通以低电压大电流的导电切削、加热切削以及低温切削电流的导电切削、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。本上还属于切削加工。在特种加工范围内还有一些属于减小在特种加工范围内还有一些属于减小表面粗糙度值或改善表面性能的工艺，前表面粗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，字，激光表面处理、

21、改性，电子束曝光，离子镀、离子束注入掺杂等。离子镀、离子束注入掺杂等。随着半导体大规模集成电路生产发展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，即所工，就是近年来提出的超精微加工，即所谓原子、分子单位的纳米加工方法。谓原子、分子单位的纳米加工方法。此外，还有一些不属于尺寸加工的特此外，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，这加工、爆炸成形加工及放电烧结等等，这里不予阐述。里不予阐述。这里主要介绍电火花、电解、电解

22、这里主要介绍电火花、电解、电解磨、激光、超声、电子束、离子束等加工磨、激光、超声、电子束、离子束等加工方法的基本原理、基本设备、主要特点及方法的基本原理、基本设备、主要特点及使用范围，表使用范围，表6-2为上述特加工方法的综合为上述特加工方法的综合比较。比较。加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围电火花加工任何导电的金属材料如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等0.1/1030/30000.03/0.00310/0.4从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等。如圆孔、方孔、异

23、形孔、深孔、微孔、弯孔、螺纹孔以及冲模、锻模、压铸模、拉丝模，还可刻字、表面强化、涂覆加工表表62 几种常用特种加工方法的加工比较几种常用特种加工方法的加工比较加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围电火花线切割加工任何导电的金属材料如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等较小（可补偿）20/200mm/min0.02/0.025/0.32切割各种冲模、塑料模、粉末冶金模等二维及三维直纹面组成的模具及零件。可直接切割各种样板、磁钢、硅钢片冲片。也可用于钼、钨、半导体材料或贵金属的切

24、割。加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围电解加工任何导电的金属材料如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等不损耗100/100000.1/0.011.25/0.16从细小零件到1t的超大型工件及模具。如仪表微型小轴、齿轮上的毛刺，涡轮叶片、炮管膛线，螺旋花键孔、各种异形孔，锻造模、铸造模，以及抛光、去毛刺等加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围电解磨削任何导电的金属材

25、料如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、钛合金等1/501/1000.02/0.0011.25/0.04硬质合金等难加工材料的磨削。如硬质合金刀具、量具、轧辊、小孔、深孔、细长杆磨削，以及超精光整研磨、珩磨加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围超声加工任何脆性材料0.1/101/500.03/0.0050.63/0.16加工、切割脆硬材料。如玻璃、石英、宝石、金刚石、半导体单晶锗、硅等。可加工型孔、型腔、小孔、深孔、切割等加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim

26、平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围激光加工任何材料不损耗（三种加工，没有成形的工具）瞬时去除率很高，受功率限制，平均去除率不高0.01/0.00110/1.25精密加工小孔、窄缝及成形切割、刻蚀。如金刚石石拉丝模、钟表宝石轴承、化纤喷丝孔镍、不锈钢板打个小孔，切割钢板、石棉、纺织品、纸张，还可焊接、热处理加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围电子束加工任何材料在各种难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻，曝光以及焊接等，现常于制造中、大规模

27、集成电路微电子器件离子束加工很低/0.01um/0.01对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、蚀刻、搀杂、镀覆等加工方法可加工材料工具损耗率（）最低/平均材料去除率mm.mim平均/最高可达到尺寸精度/mm平均/最高可达到表面粗糙度R/um平均/最高主要使用范围水射流切割钢铁、石材无损耗3000.2/0.120/5下料、成形切割、剪裁快速成形增材加工，无可比性0.3/0.110/5快速制作样件、模具 由于上述各种特种加工工艺的特点以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，例如对技术领域内的许多变革，例如对

28、材料的可加工性；材料的可加工性；工艺路线的安排；工艺路线的安排；新产品的试制过程；新产品的试制过程；产品零件设计的结构；产品零件设计的结构；6.3 特种加工特种加工对对材料可加工性和材料可加工性和结结构工构工艺艺性性等的影响等的影响 零件结构工艺性好、坏的衡量标准零件结构工艺性好、坏的衡量标准等产生了一系列的影响。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）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、玻金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等很难加工的。现在已经广泛采璃、陶瓷等很难加工的。现在已经广泛采用金刚石、聚晶（人造）金刚石制造的刀用金刚石、聚晶（人造

29、）金刚石制造的刀具、工具、拉丝模具，可以用电火花、电具、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。加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。特种加工方法使材料的可加工范围从普通特种加工方法使材料的可加工范围从普通材料发展到硬质合金、超硬材料和特殊材材料发展到硬质合金、超硬材料和特殊材料。料。2）改变了零件的典型工艺路线。以往）改变了零件的典型工艺路线。以往除磨削

30、外，其它切削加工、成形加工等都除磨削外，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，改变了这种一成不变的程序加工的出现，改变了这种一成不变的程序格式。由于它基本上不受工件硬度的影格式。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淬火热处理引响，而且为了免除加工后再淬火热处理引起变形，一般都先淬火而后加工。最为典起变形，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

31、。工和电解加工等都必须先淬火，后加工。3）特种加工改变了试制新产品的模）特种加工改变了试制新产品的模式。以往试制新产品的关键零部件，必须式。以往试制新产品的关键零部件，必须先设计、制造相应的刀、夹、量具和模先设计、制造相应的刀、夹、量具和模具，以及二次工装，现在采用数控机床电具，以及二次工装，现在采用数控机床电火花线切割，可以直接加工出各种标准和火花线切割，可以直接加工出各种标准和非标准直齿轮（包括非圆齿轮、非渐开线非标准直齿轮（包括非圆齿轮、非渐开线齿轮），微型电动机定子、转子硅钢片，齿轮），微型电动机定子、转子硅钢片，各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次

32、曲面体零件。这样可以省去设计和制造相曲面体零件。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，大应的刀、夹、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。快速成形技术，更是大缩短了试制周期。快速成形技术，更是试制新产品的必要手段，改变了过去传统试制新产品的必要手段，改变了过去传统的新产品试制模式。的新产品试制模式。4）特种加工对产品零件的结构设计带）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，但拉削加工时力集中，最好做成小圆角，但拉削

33、加工时刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨损，刀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。喷气发动机蜗轮具，也可做成整体结构。喷气发动机蜗轮也由于电加工而也可采用

34、带冠整体结构，也由于电加工而也可采用带冠整体结构，大大提高了发动机性能。特种加工使产品大大提高了发动机性能。特种加工使产品零件可以更多地采用整体结构。零件可以更多地采用整体结构。5）对传统的结构工艺性的好坏，需要）对传统的结构工艺性的好坏，需要重新衡量。过去对方孔、小孔、深孔、弯重新衡量。过去对方孔、小孔、深孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏坏”的典的典型，对工艺、设计人员是非常忌讳的，有型，对工艺、设计人员是非常忌讳的，有的甚至是禁区。特种加工的采用改变了这的甚至是禁区。特种加工的采用改变了这种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割

35、工艺来说，加工方孔和加工圆孔的难易程工艺来说，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，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、铣槽等工艺，淬火后这种工件定位销孔、铣槽等工艺，淬火后这种工件只能报废，现在大可不必，可用电打火打只能报废，现在大可不必，可用电打火打孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬孔、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

36、把钻孔、开槽火开裂、变形等影响，故意把钻孔、开槽等工艺安排在淬火之后，这在不了解特种等工艺安排在淬火之后，这在不了解特种加工的审查人员看来，将认为是工艺、设加工的审查人员看来，将认为是工艺、设计人员的计人员的“过错过错”，其实是他们没有及时，其实是他们没有及时进进行知识更新。过去很多不可修废品，现在行知识更新。过去很多不可修废品，现在都可用特种加工方法进行修复。例如，啮都可用特种加工方法进行修复。例如，啮合不好的齿轮，可用电火花跑合；尺寸磨合不好的齿轮，可用电火花跑合；尺寸磨小的轴，磨大的了孔，以及工作中磨损了小的轴，磨大的了孔，以及工作中磨损了的轴和孔，可用电刷镀修复。现代产品结的轴和孔，可

37、用电刷镀修复。现代产品结构中可以大量采用小孔、小深孔、深槽和构中可以大量采用小孔、小深孔、深槽和窄缝。窄缝。6）特种加工已经成为微细加工和纳米）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。近年来出现并快速发展加工的主要手段。近年来出现并快速发展的微细加工和纳米加工技术，主要是电子的微细加工和纳米加工技术，主要是电子束、离子束、激光、电火花、电化学等电束、离子束、激光、电火花、电化学等电物理、电化学特种加工技术。物理、电化学特种加工技术。电火花加工又称放电加工（电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining，EDM)，在，在20世纪世纪40年代开始研究并逐

38、步应用于生产。它在年代开始研究并逐步应用于生产。它在加工过程中，使工具和工件之间不断产生加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工，日中可见到火花，故称之为电火花加工，日本、英、美称之为放电加工，前苏联及俄本、英、美称之为放电加工，前苏联及俄罗斯也称电蚀加工。罗斯也称电蚀加工。6.4 电电火花加工火花加工 电化学加工（电化学加工（Electrochemical Machining 简称简称ECM）包括从工件上去除）包括从工件上

39、去除金属的电解加工和向工件上沉积金属的电金属的电解加工和向工件上沉积金属的电镀、涂覆加工两大类。虽然有关的基本理镀、涂覆加工两大类。虽然有关的基本理论在论在19世纪末已经建立，但真正在工业上世纪末已经建立，但真正在工业上得到大规模应用，还是得到大规模应用，还是20世纪世纪3050年代以年代以后的事。目前，电化学加工已经成为我国后的事。目前，电化学加工已经成为我国民用、国防工业中的一个不可或缺的加工民用、国防工业中的一个不可或缺的加工手段。手段。6.5 电电化学加工化学加工 激光技术是激光技术是 20 世纪世纪 60 年代初发展起年代初发展起来的一门新兴科学，在材料加工方面，已来的一门新兴科学，

40、在材料加工方面，已逐步形成一种崭新的加工方法逐步形成一种崭新的加工方法激光加激光加工（工（Lasser Beam Machining，LBM）。）。激光加工可以用于打孔、切割、电子激光加工可以用于打孔、切割、电子器件的微调、焊接、热处理、以及激光存器件的微调、焊接、热处理、以及激光存贮等各个领域。由于激光加工不需要加工贮等各个领域。由于激光加工不需要加工工具、而且加工速度快、表面变形小，可工具、而且加工速度快、表面变形小，可6.6 激光加工激光加工以加工各种材料，已经在生产实践中愈来以加工各种材料，已经在生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性，所以很受人们愈多地显示了它的优越性，所以很受人们的重

41、视。的重视。激光加工是利用光的能量经过透镜聚激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度靠光热焦后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。人们曾用透镜将效应来加工各种材料的。人们曾用透镜将太阳光聚焦，使纸张木材引燃，但无法用太阳光聚焦，使纸张木材引燃，但无法用作材料加工。这是因为：作材料加工。这是因为：地面上太阳光的能量密度不高；地面上太阳光的能量密度不高；太阳光不是单色光，而是红橙黄绿太阳光不是单色光，而是红橙黄绿青蓝紫等多种不同波长的多色光，聚焦后青蓝紫等多种不同波长的多色光，聚焦后焦点并不在同一平面内。焦点并不在同一平面内。只有激光是可控的单色光，强度高，

42、只有激光是可控的单色光，强度高，能量密度大，可以在空气介质中高速加工能量密度大，可以在空气介质中高速加工各种材料，日益获得广泛的应用。各种材料，日益获得广泛的应用。电子束加工（电子束加工（Electron Beam Machining，EBM）和离子束加工（）和离子束加工（Ion Beam Machining，IBM）是近年来得到较）是近年来得到较大发展的新兴特种加工。它们在精密微细大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加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、较多的应用。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。

43、离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、离子镀膜子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜6.7 电电子束和离子束加工子束和离子束加工和离子注入等加工。近期发展起来的亚微和离子注入等加工。近期发展起来的亚微米加工和毫微米（纳米）加工技术，主要米加工和毫微米（纳米）加工技术，主要是用电子束加工和离子束加工。是用电子束加工和离子束加工。超声加工（超声加工（Ultrasonic Machining，USM）有时也称超声波加工。电火花加工）有时也称超声波加工。电火花加工和电化学加工都只能加工金属导电材料，和电化学加工都只能加工金属导电材料，不易加工不导电的非金属材料，然而超声不易加

44、工不导电的非金属材料，然而超声加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等脆硬加工不仅能加工硬质合金、淬火钢等脆硬金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶金属材料，而且更适合于加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆瓷、半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料，同时还可以用于清洗、焊接和探硬材料，同时还可以用于清洗、焊接和探伤等。伤等。6.8 超声加工超声加工 化学加工（化学加工（Chemical Machining，CHM）是利用酸、碱、盐等化学溶液对金）是利用酸、碱、盐等化学溶液对金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件尺寸和形状（以至表面性能）的一种工件尺寸和形

45、状（以至表面性能）的一种加工方法。加工方法。化学加工的应用形式很多，但属于成化学加工的应用形式很多，但属于成形加工的主要有化学铣切（化学蚀刻）和形加工的主要有化学铣切（化学蚀刻）和6.9 其它特种加工其它特种加工6.9.1 化学加工化学加工光化学腐蚀加工法。属于表面加工的有化光化学腐蚀加工法。属于表面加工的有化学抛光和化学镀膜等。学抛光和化学镀膜等。等离子体加工又称等离子弧加工等离子体加工又称等离子弧加工（Plasma Arc Machining，PAM），是利），是利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气化来去除材料体流束，靠局部熔化及

46、气化来去除材料的。等离子体被称为物质存在的第四种状的。等离子体被称为物质存在的第四种状态，物质存在的通常三种状态是气、液、态，物质存在的通常三种状态是气、液、固三态。等离子体是高温电离的气体，它固三态。等离子体是高温电离的气体，它6.9.2 等离子体加工等离子体加工由气体原子或分子在高温下获得能量电离由气体原子或分子在高温下获得能量电离之后，离解成带正电荷的离子和带负电荷之后，离解成带正电荷的离子和带负电荷的自由电子所组成，整体的正负离子数目的自由电子所组成，整体的正负离子数目和正负电荷数值仍相等，因此称为等离子和正负电荷数值仍相等，因此称为等离子体。体。挤压珩磨在国外称磨料流动加工挤压珩磨在

47、国外称磨料流动加工（Abrasive Flow Machining，AFM），是），是70年代发展起来的一项表面加工的新技年代发展起来的一项表面加工的新技术，最初主要用于去除零件内部通道或隐术，最初主要用于去除零件内部通道或隐蔽部分的毛刺而显示出优越性，随后扩大蔽部分的毛刺而显示出优越性，随后扩大应用到零件表面的抛光。应用到零件表面的抛光。挤压珩磨是利用一种含磨料的半流动挤压珩磨是利用一种含磨料的半流动状态的粘弹性磨料介质、在一定压力下强状态的粘弹性磨料介质、在一定压力下强6.9.3 挤压挤压珩磨珩磨迫在被加工表面上流动，由磨料颗粒的刮迫在被加工表面上流动，由磨料颗粒的刮削作用去除工作表面微观

48、不平材料的工艺削作用去除工作表面微观不平材料的工艺方法。方法。水射流切割（水射流切割（Water Jet Cuting，WJC）又称液体喷射加工（）又称液体喷射加工（Liguid Jet Machining，LJM），是利用高压高速水），是利用高压高速水流对工件的冲击作用来去除材料的，有时流对工件的冲击作用来去除材料的，有时简称水切割，或俗称水刀，如图简称水切割，或俗称水刀，如图6-32所所示。采用水或带有添加剂的水，以示。采用水或带有添加剂的水，以500900m/s的高速冲击工件进行加工或切割。的高速冲击工件进行加工或切割。水经水泵后通过增压器增压，贮液蓄能器水经水泵后通过增压器增压，贮液蓄

49、能器6.9.4 水射流切割水射流切割使脉动的液流平稳。水从孔径为使脉动的液流平稳。水从孔径为0.10.5mm的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射的人造蓝宝石喷嘴喷出，直接压射在工件加工部位上。加工深度取决于液压在工件加工部位上。加工深度取决于液压喷射的速度、压力以及压射距离。被水流喷射的速度、压力以及压射距离。被水流冲刷下来的冲刷下来的“切屑切屑”随着液流排出，人口随着液流排出，人口处处束流的功率密度可达束流的功率密度可达106W/mm2。磁性磨料研磨加工（磁性磨料研磨加工（Magnetic Abrasive Machining，MAM）又称磁力研）又称磁力研磨或磁磨料加工，它和磁性磨料电解研磨磨或

50、磁磨料加工，它和磁性磨料电解研磨加工（加工（Magnetic Abrasive Electrochemical Machining，MAECM）是近）是近10年来发展年来发展起来的光整加工工艺，在精密仪器制造业起来的光整加工工艺，在精密仪器制造业中得到日益广泛的应用。中得到日益广泛的应用。6.9.5 磁性磨料研磨加工和磁性磨料磁性磨料研磨加工和磁性磨料电电解研解研 磨加工磨加工 磁性磨料研磨的原理在本质上和机械磁性磨料研磨的原理在本质上和机械研磨相同，只是磨料是导磁的，磨料作用研磨相同，只是磨料是导磁的，磨料作用于工件表面的研磨力是磁场形成的。于工件表面的研磨力是磁场形成的。微弧氧化表面处理是