特種加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。

　　一、 特種加工的發(fā)展和定義

　　傳統(tǒng)的機械加工已有很久的歷史，它對人類的生產和物質文明起了極大的作用。目前我們的大部分產品還是依靠傳統(tǒng)的方法加工和裝配得到的，如我們的家用電器：電冰箱、洗衣機、空調等;我們的交通工具：如汽車、火車、飛機等，以及各種武器裝備：槍、炮、坦克、火箭等。

　　傳統(tǒng)的機械加工方法是用機械能量和切削力切除多余的金屬，使零件具有一定的幾何形狀、尺寸和表面粗糙度。它要求刀具材料比工件材料硬。

　　隨著科學技術的發(fā)展，特別是上個世紀50年代以來，隨著生產發(fā)展和科學實驗的需要，很多工業(yè)部門，尤其是國防工業(yè)部門的要求尖端科學技術產品向高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，它們使用的材料越來越難加工，零件的形狀越來越復雜，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越來越高，因而對機械制造部門提出一些新的要求：

　　解決各種難切削材料的加工問題。如硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬火鋼、金剛石、寶玉石、石英以及鍺、硅等各種高硬度、高強度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。

　　解決各種特殊復雜表面的加工問題。如噴汽渦輪機葉片、整體渦輪、發(fā)動機機匣、鍛壓模和注射模的立體成型表面，各種沖模、冷拔模上特殊斷面的型孔，炮管內膛線，噴油咀、柵網、噴絲頭上的小孔、窄縫等的加工。

　　解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題。如對表面質量和精度要求很高的航天、航空陀螺儀、伺服閥，以及細長軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工。

　　要解決上述一系列工藝問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削加工方法就很難實現，甚至根本無法實現。人們相繼探索研究新的加工方法，特種加工就是在這種前提條件下產生和發(fā)展起來的。

　　特種加工，國外稱作非傳統(tǒng)加工(Non - Traditional Machining, NTM)或非常規(guī)加工(Non – Conventional Machining, NCM)，是一種采用不同于傳統(tǒng)切削磨削加工工藝及裝備的加工技術，是將電、磁、聲、光、熱等物理能量及化學能量或其組合乃至與機械能組合直接施加在被加工的部位上，從而使材料被去除、變形及改變性能等。

　　?特種加工具有下列特點：

　　1、工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度;

　　2、可直接利用電能、電化學能、聲能或光能等能量對材料進行加工;

　　3、加工過程中機械力不明顯，工件很少產生機械變形和熱變形，有助于提高工件的加工精度和表面質量;

　　4、各種方法可以有選擇地復合成新的工藝方法，使生產效率成倍地增長，加工精度也相應提高;

　　幾乎每產生一種新的能源，就有可能產生一種新的特種加工方法。正因為特種加工工藝具有上述特點，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復雜、微細表面和低剛度零件，同時，有些方法還可用以進行超精加工、鏡面光整加工和納米級(原子級)加工。

　　二、 特種加工的分類和常用的特種加工方法

　　特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為下表所示的形式。

　　?電火花加工：

　　♦基本原理：電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。

　　♦基本設備：電火花加工機床

　　♦主要特點：

　　1、能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復雜形狀工件;

　　2、加工時無切削力;

　　3、不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷;

　　4、工具電極材料無須比工件材料硬;

　　5、直接使用電能加工，便于實現自動化;

　　6、加工后表面產生變質層，在某些應用中須進一步去除;

　　7、工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩

　　♦使用范圍：

　　1、加工具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件;

　　2、加工各種硬、脆材料如硬質合金和淬火鋼等;

　　3、加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等;

　　4、加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

　　?電解加工：

　　♦基本原理：基于電解過程中的陽極溶解原理并借助于成型的陰極，將工件按一定形狀和尺寸加工成型的一種工藝方法，稱為電解加工。

　　♦使用范圍：電解加工對于難加工材料、形狀復雜或薄壁零件的加工具有顯著優(yōu)勢。電解加工

　　已獲得廣泛應用，如炮管膛線，葉片，整體葉輪，模具，異型孔及異型零件，倒角和去毛刺等加工。并且在許多零件的加工中，電解加工工藝已占有重要甚至不可替代的地位。

　　♦優(yōu)點：

　　1、加工范圍廣。電解加工幾乎可以加工所有的導電材料，并且不受材料的強度、硬度、韌性等機械、物理性能的限制，加工后材料的金相組織基本上不發(fā)生變化。它常用于加工硬質合金、高溫合金、淬火鋼、不銹鋼等難加工材料。

　　2、生產率高

　　3、加工質量好，尤其是表面質量。

　　4、可用于加工薄壁和易變形零件。電解加工過程中工具和工件不接觸，不存在機械切削力，不產生殘余應力和變形，沒有飛邊毛刺。

　　5、工具陰極無損耗。

　　♦局限性：

　　1、加工精度和加工穩(wěn)定性不高。

　　2、加工成本較高，且批量越小，單件附加成本越高。

　　?激光加工：

　　♦基本原理：激光加工是利用光的能量經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度，在極小時間內使材料熔化或氣化而被蝕除下來，實現加工。

　　♦主要特點：激光加工技術具有材料浪費少、在規(guī)?；a中成本效應明顯、對加工對象具有很強的適應性等優(yōu)勢特點。在歐洲，對高檔汽車車殼與底座、飛機機翼以及航天器機身等特種材料的焊接，基本采用的是激光技術。

　　♦使用范圍：激光加工作為激光系統(tǒng)最常用的應用，主要技術包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔、微加工及光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。

　　?電子束加工：

　　♦基本原理：電子束加工是利用高能量的會聚電子束的熱效應或電離效應對材料進行的加工。

　　♦主要特點：能量密度高，穿透能力強，一次熔深范圍廣，焊縫寬比大，焊接速度快，熱影響區(qū)小，工作變形小。

　　♦使用范圍：電子束加工的材料范圍廣，加工面積可以極小;加工精度可以達到納米級，實現分子或原子加工;生產率高;加工所產生的污染小，但加工設備成本高?？梢约庸の⒖?、窄縫等，還可用來進行焊接和細微的光刻。真空電子束焊接橋殼技術是電子束加工在汽車制造業(yè)中的主要應用。

　　?離子束加工：

　　♦基本原理：離子束加工是在真空狀態(tài)下，將離子源產生的離子流，經加速、聚焦達到工件表面上而實現加工的。

　　♦主要特點：由于離子流密度及離子能量可以精確控制，因而能精確控制加工效果，實現納米級乃至分子、原子級的超精密加工。離子束加工時所產生的污染小，加工應力變形極小，對被加工材料的適應性強，但加工成本高。

　　♦使用范圍：離子束加工依其目的可以分為蝕刻及鍍膜兩種。

　　1.蝕刻加工：離子蝕刻用于加工陀螺儀空氣軸承和動壓馬達上的溝槽，分辨率高，精度、重復一致性好。離子束蝕刻應用的另一個方面是蝕刻高精度圖形，如集成電路、光電器件和光集成器件等征電子學構件。離子束蝕刻還應用于減薄材料，制作穿透式電子顯微鏡試片。

　　2.離子束鍍膜加工：離子束鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種形式。離子鍍可鍍材料范圍廣泛，不論金屬、非金屬表面上均可鍍制金屬或非金屬薄膜，各種合金、化合物、或某些合成材料、半導體材料、高熔點材料亦均可鍍覆。離子束鍍膜技術可用于鍍制潤滑膜、耐熱膜、耐磨膜、裝飾膜和電氣膜等。

　　?等離子弧加工：

　　♦基本原理：等離子弧加工是利用等離子弧的熱能對金屬或非金屬進行切割、焊接和噴涂等的特種加工方法。

　　♦主要特點：

　　1、微束等離子弧焊可以焊接箔材和薄板。

　　2、具有小孔效應，能較好實現單面焊雙面自由成形。

　　3、等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強，10～12mm厚度鋼材可不開坡口，能一次焊透雙面成形，焊接速度快，生產率高，應力變形小。

　　4、設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室內焊接。

　　♦使用范圍：廣泛用于工業(yè)生產，特別是航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術所用的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接，如鈦合金的導彈殼體，飛機上的一些薄壁容器等。

　　?超聲加工：

　　♦基本原理：超聲加工是利用超聲頻作小振幅振動的工具，并通過它與工件之間游離于液體中的磨料對被加工表面的捶擊作用，使工件材料表面逐步破碎的特種加工，英文簡稱為 USM。超聲加工常用于穿孔、切割、焊接、套料和拋光。

　　♦主要特點：可以加工任何材料，特別適用于各種硬、脆的非導電材料的加工，對工件的加工精度高，表面質量好，但生產率低。

　　♦使用范圍：超聲加工主要用于各種硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺、鐵氧體、寶石和玉器等的打孔(包括圓孔、異形孔和彎曲孔等)、切割、開槽、套料、雕刻、成批小型零件去毛刺、模具表面拋光和砂輪修整等方面。

　　?化學加工：

　　♦基本原理：化學加工(chemical etching) 化學加工是利用酸、堿或鹽的溶液對工件材料的腐蝕溶解作用，以獲得所需形狀、尺寸或表面狀態(tài)的工件的特種加工。

　　♦主要特點：

　　1、能加工任意能切削金屬材料，不受硬度、強度等性能的限制。

　　2、適合大面積加工，并可同時加工多件。

　　3、不產生應力、裂紋、毛刺，表面粗糙度達Ra1.25~2.5μm。

　　4、操作簡便。

　　5、不適宜加工對窄狹槽、孔。

　　6、不宜消除表面不平、劃痕等缺陷

　　♦使用范圍：

　　1、適于大面積厚度減薄加工;

　　2、適于在薄壁件上加工復雜型孔

　　?快速成型：

　　RP技術是在現代CAD/CAM技術、激光技術、計算機數控技術、精密伺服驅動技術以及新材料技術的基礎上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成 形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本原理都是一樣的，那就是"分層制造，逐層疊加"， 類似于數學上的積分過程。形象地講，快速成形系統(tǒng)就像是一臺"立體打印機"。

　　♦基本原理：它可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受產品設計(CAD)數據，快速制造出新產品的樣件、模具或模型。因此，RP技術的推廣應用可以大大縮短新產品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高開發(fā)質量。由傳統(tǒng)的"去除法"到今天的"增長法"，由有模制造到無模制造，這就是RP技術對制造業(yè)產生的革命性意義。

　　♦主要特點：RP技術將一個實體的復雜的三維加工離散成一系列層片的加工，大大降低了加工難度，具有如下特點：

　　1、成型全過程的快速性，適合現代激烈的產品市場;

　　2、可以制造任意復雜形狀的三維實體;

　　3、用CAD模型直接驅動，實現設計與制造高度一體化，其直觀性和易改性為產品的完美設計提供了優(yōu)良的設計環(huán)境;

　　4、成型過程無需專用夾具、模具、刀具，既節(jié)省了費用，又縮短了制作周期。

　　5、技術的高度集成性，既是現代科學技術發(fā)展的必然產物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術特征。

　　以上特點決定了RP技術主要適合于新產品開發(fā)，快速單件及小批量零件制造，復雜形狀零件的制造，模具與模型設計與制造，也適合于難加工材料的制造，外形設計檢查，裝配檢驗和快速反求工程等。

　　使用范圍：快速成形技術可應用于航空、航天、汽車、通訊、醫(yī)療、電子、家電、玩具、軍事裝備、工業(yè)造型(雕刻)、建筑模型、機械行業(yè)等領域。

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