第1章 特种加工概论

特种加工主要教材：特种加工（第5版）刘晋春、白基成、郭永丰主编机械工业出版社主讲教师：张振宇联络方式：zzy@办公电话：84709794办公地点：机械工程学院现代所二楼教学安排情况学时：32学时（2学分）授课30学时实验2学时课程起止周：10-17周考试方式：笔试本门课程主要内容

电火花、电解、激光、超声、电子束、离子束、等离子体等加工方法的基本原理、基本设备、主要特点、适用范围第一章概论机械产品的设计制造流程特种加工的概念特种加工的产生与发展特种加工的特点特种加工的分类特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响特种加工的发展方向

1.1社会发展对产品的要求强度重量比轻量化：自行车微型化：电脑、手机性能价格比高精尖领域的特殊要求耐高温、高压，耐腐蚀可靠性好解决办法采用新材料：硬、脆、软质的材料采用复杂结构：涡轮机叶片特大或特小件：起重机、微机械低刚度件：细长薄壁件传统的加工方法解决不了加工技术向高效、精密、清洁、低成本化发展机械产品的设计制造流程用户设计工艺加工检验装配销售市场调研功能、结构外观、选材传统加工特种加工1.2特种加工的概念特种加工（Non-TraditionalMachining)

是指应用物理的（力、热、声、光、电）或化学的方法，对具有特殊要求或特殊加工对象（难加工材料、形状复杂或尺寸微小件、低刚度工件等）进行加工的手段。也称非传统加工或非常规机械加工。1.3特种加工的产生与发展国外情况：1943年，前苏联科学院院士拉扎林柯研制出RC放电回路的电火花加工装置，同年4月获得前苏联的发明证书1957年开始研究电火花线切割技术1960年研制出靠模仿形线切割机床50年代初，日本三菱、瑞士阿奇公司研制出电火花加工机床 1.3特种加工的产生与发展国内情况：1951年起我国开始了电火花加工的实验研究50年代初开始研究超声波加工技术1959年，哈工大、科学院电工所、上海交大等单位派人到前苏联进修1963年，研制出高速走丝数控线切割机床样机1963年，哈工大开设特种加工课程和实验，并编印出相应的教材1979年，成立全国性电加工学会1981年，成立高校特种加工教学研究会

1.4特种加工的特点不是主要靠机械能，工具硬度可低于被加工材料的硬度非接触式加工，适合加工低刚度件、弹性元件简单的进给运动，加工复杂型面工件可实现微细加工，获得高尺寸精度和高表面质量的工件 1.5特种加工的分类分类加工机理加工方法去除加工（减材加工）力学加工磨料流加工、磨料喷射加工、液体喷射加工电物理加工电火花加工、等离子体加工、电子束加工、离子束加工物理加工超声波加工、激光加工电化学加工电解加工、电解抛光化学加工化学铣削、光刻加工复合加工电化学机械加工、化学机械抛光、超声电火花加工1.5特种加工的分类分类加工机理加工方法结合加工（增材加工）附着加工物理加工物理气相沉积、离子镀热物理加工蒸镀化学加工化学气相沉积、化学镀电化学加工电镀、电铸、刷镀注入加工物理加工离子注入热物理加工渗碳、烧结化学加工氮化、氧化电化学加工阳极氧化连接加工激光焊接、超声波焊接、化学粘接变形加工物理加工激光弯板、水火弯板、等离子体弯板过渡性工艺在切削过程中引入超声振动或低频振动切削，在切削过程中通过低电压电流的导电切削、加热切削以及低温切削等。

减小表面精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，离子束注入掺杂等。

超精微细加工电子束、离子束加工，就是近年来提出的超精微加工，即所谓原子、分子单位的加工方法。非尺寸加工液中放电成形加工、电磁成形加工、爆炸成形加工及放电烧结等等。1.6特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响改变对材料的可加工性的认识难加工材料不再难加工

以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的。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、线切割加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。1.6特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响可优化零件的加工工艺过程传统加工：加工→淬火→加工特种加工：淬火→加工（电解、电火花）

以往除磨削外，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引起淬火热处理变形，一般都先淬火而后加工。最为典型的是电火花线切割加工、电火花成形加工和电解加工等都必须先淬火，后加工。1.6特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响对零件结构设计带来变革主要有零件上的尖角与圆角、零件与部件拼镶结构或整体结构的选定

喷气发动机涡轮由于电加工而可采用扭曲叶片带冠整体结构，可大大提高发动机性能。特种加工使产品零件可以更多地采用整体性结构。1.6特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响改变了新产品试制模式试制新产品时，采用光电，数控电火花线切割，可以直接加工出各种标准和非标准直齿轮（包括非圆齿轮，非渐开线齿轮）、微电机定子、转子硅钢片，各种变压器铁心，各种特殊、复杂的二次曲面体零件。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，大大缩短了试制周期。

1.6特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响重新衡量结构工艺性的优劣过去对方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型。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，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。成为微细加工和纳米加工的主要手段1.7特种加工的发展方向向微细加工、纳米加工方向发展

（微细电火花、超声波、激光、电子束、离子束等） 电火花打孔φ10