1.3 特种加工的特点及其对机械制造领域的影响

现代特种加工（non-traditional machining）技术是借助电能、热能、光能、声能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现切除材料的加工方法。与常规机械加工方法相比，现代特种加工具有如下特点。

(1) 主要用其他能量去除金属材料。

有些加工方法，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、电化学能等去除多余材料。这些加工方法在加工范围上不受材料的物理、机械性能限制，能加工硬、软、脆、耐热或耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

(2)“以柔克刚”，非接触加工。

特种加工不一定需要工具。有的要使用工具，但与工件不接触，加工时不受工件的强度和硬度的制约，工件不承受大的作用力，加工过程中工具和工件间不存在机械切削力，故可加工超硬材料和精密微细零件，以及刚性极低的元件和弹性元件，甚至工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。

(3) 易于加工比较复杂的型面、微细表面及柔性零件。

有些特种加工，如超声、电化学、水射流、磨料流等，加工余量都是微细的，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，而且能获得较高精度、较低粗糙度的加工表面。

(4) 两种或更多种不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其复合加工效果明显，且便于推广使用。

各种加工方法的任意复合可扬长避短，形成新的复合工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。近年来复合加工的方法发展迅速，应用十分广泛。目前，许多精密加工和超精密加工方法采用了激光加工、电子束加工、离子束加工等特种加工工艺，开辟了精密加工和超精密加工的新途径。

(5) 加工能量易于控制和转换，加工范围广，适应性强。

特种加工中的能量易于实现转换和控制，工件在一次装夹中可实现粗、精加工，有利于保证加工精度，提高生产率。

(6) 向精密加工方向发展。

当前已出现了精密特种加工，许多特种加工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法，如电子束加工、离子束加工、激光束加工等就是精密特种加工。精密电火花加工的加工精密可达0.5～1 μm，表面粗糙度Ra可达0.02 μm。

(7) 用简单运动加工复杂型面。

特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面，故已成为加工复杂型面的主要加工手段。

(8) 不产生宏观切屑，可以获得良好的表面质量。

不产生强烈的弹、塑性变形，残余应力、热应力、热影响区、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好，不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切割表面小。

由于特种加工技术具有其他常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。表面粗糙度Ra< 0.01 μm的超精密表面加工，非采用特种加工技术不可。特种加工已经成为必要的手段，甚至是唯一的手段。如今，特种加工技术的应用已遍及民用和军用的各个加工领域。

当前，虽然传统加工方法仍占有较大的比例，是主要的加工手段，应该重视并进一步发展，但由于特种加工的迅速兴起，不仅出现了许多新的加工机理，而且出现了各种复合加工技术，将几种加工方法融合在一起，发挥各自所长，相辅相成，因而提高了加工精度、表面质量和加工效率，扩大了加工应用范围。

由于特种加工技术逐渐被广泛应用，已经引起了机械制造领域内的许多变革。例如，对材料的可加工性、工艺路线的安排、新产品的试制过程、零件结构设计、零件结构工艺性好坏的衡量标准等产生了一系列的影响。

1) 提高了材料的可加工性

一般情况下，认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是难加工的。现在已经广泛采用的聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼等制造的刀具、工具、拉丝模等，可以采用电火花、电解、激光等多种方法来加工。工件材料的可加工性不再与其硬度、强度、韧性、脆性等有直接的关系。对于电火花、线切割等加工技术而言，淬火钢比未淬火钢更容易加工。

2) 改变了零件的典型工艺路线

工艺人员都知道，除磨削外，其他切削加工、成形加工等都应在淬火热处理之前加工完毕，但特种加工的出现，改变了这种定型的程序格式。因为特种加工基本上不受工件硬度的影响，而且为免除加工后淬火热处理的变形，一般都先淬火后加工。例如，电火花线切割加工、电火花成形加工和电解加工等都是在淬火后进行的。

特种加工的出现还对以往工序的“分散”和“集中”引起了影响。以加工齿轮、连杆等型腔锻模为例，由于精密加工与特种加工过程中没有显著的机械作用力，机床、夹具、工具的强度和刚度不是主要矛盾，即使是较大的、复杂的加工表面，往往使用一个复杂工具，经过一次安装、一道工序加工出来，工序比较集中。

3) 缩短了新产品的试制周期

在新产品试制时，若采用光电、数控电火花线切割，便可直接加工出各种标准和非标准直齿轮（包括非圆齿轮、非渐开线齿轮）、微电机定子和转子硅钢片、各种变压器铁心、各种特殊或复杂的二次曲面体零件，从而省去设计和制造相应的刀具、夹具、量具、模具及二次工具，大大地缩短了试制周期。快速成形技术更是试制新产品的必要手段，改变了过去传统的产品试制模式。

4) 影响产品零件的结构设计

例如，为了减小应力集中，花键孔、轴的齿根部分应设计和制成小圆角。但拉削加工时刀齿做成圆角对切削和排屑不利，且容易磨损，故只能设计与制成清棱清角的齿根；而用电解加工时由于存在尖角变圆现象，因此可用来加工采用圆角的齿根。又如各种复杂冲模（山形硅钢片冲模），常规制造方法由于不易制造往往采用镶拼结构，而采用电火花线切割加工后，即使是硬质合金的刀具、模具，也可以制成整体结构。喷气发动机涡轮也由于电加工而采用扭曲叶片带冠整体结构，大大提高了发动机性能。由此可见，特种加工使产品零件可以更多地采用整体性结构。

5) 重新衡量传统结构工艺性的好坏

方孔、小孔、弯孔和窄缝等过去被认为工艺性很坏，在结构上应尽量避免，而特种加工的应用改变了这种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割工艺来说，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。对于喷油嘴小孔，喷丝头小异形孔，涡轮叶片中大量的小冷却深孔、窄缝，静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用电加工后由难变易了。过去，若淬火后忘了钻定位销孔、铣槽等工艺，淬火后这种工件只能报废，现在则大可不必，可用电火花打孔、切槽进行补救。相反，有时为了避免淬火开裂、变形等影响，故意把钻孔、开槽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、设计人员的“过错”，其实是他们没有及时进行知识更新。过去很多不可修复的废品，现在都可用特种加工的方法进行修复。例如，啮合不好的齿轮可用电火花跑合；尺寸磨小了的轴、磨大了的孔，以及工作中磨损了的轴和孔，均可用电刷镀修复。

如何经济高效地加工超强超硬材料上的细长孔是一个现实的问题。目前，细长孔的机加工方式主要采用枪钻和改良型专用钻头。加工超强材料时，枪钻磨损很大，效率很低，易折断，加工成本高，更难以进行批量加工。改良型专用钻头因为很长，刚性极差，加工出的细长孔往往出现偏斜，且一旦钻头磨损，很容易出现强度极高的毛刺，若在盲孔内出现毛刺，则去除将非常困难，从而严重影响产品的性能。因此，对于超硬材料产品上的超长孔（如孔径φ2 mm，孔深300 mm以上），可采用电加工方法加工细长孔。

综上所述，特种加工技术在机械制造中发挥着重要作用，已成为现代制造技术不可分割的重要组成部分。随着科学技术和现代工业的发展，特种加工必将不断完善和迅速发展，反过来又必将推动科学技术和现代工业的发展，并发挥越来越重要的作用。