特种加工与传统机械加工的本质区别是应用于加工的能量形式不同。其特点是:①不用机械能,一般与加工对象的力学性能无关。有些特种加工方法,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、电化学能实现,故适用于加工各种高强、高硬度材料加工。②非接触加工,不一定需要工具。有些特种加工不需要工具,有的虽使用工具,但不与工件接触,因此,工件不承受大的作用力,工具硬度可低于工件硬度,实现“以柔克刚”,可加工刚性极低工件及弹性元件。③微细加工,工件表面质量高。有些特种加工,如超声、电化学、水喷射、磨粒流、激光、电火花等,加工去除余量可以控制在很小的尺寸范围,因此,不仅可以加工尺寸微小的孔或狭缝,还能获得高精度、极高光洁度的加工表面。④简单进给运动。有些特种加工方法,如电解、电火花成型加工,在加工复杂型面工件,仅需简单的进给运动,即可加工出复杂型面、型孔。⑤加工能场易于控制和转换。两种或两种以上的不同类型的能量可以相互组合形成新的复合加工技术,如电解磨削、电火花磨削、超声电化学加工等,加工范围广,适应性强。
特种加工包含面广,各种特种加工方法总计已达数十种。由于特种加工用以切除材料的能量形式有差异,其加工过程的工艺参数、控制因素和适用范围均不同。特种能场制造正在向定制化、敏捷化、通用化、绿色化、服务化和智能化方向发展。特种加工在能量、时间、空间方面可选择范围宽,能够实现制造中材料结构、性质、功能的一体化调控。由于能量密度、作用空间和时间尺度、材料吸收能量的可控尺度都分别趋于极端,高能束与特种能场可在远离平衡态条件下,在极短的时间内非接触、选择性地多尺度控制或改变材料的物态和性质,获得各种极端的性能。
加工方法 | 主要能量形式 | 作用形式 | 符号 | |
电火花加工 | 电火花成形加工 | 电、热能 | 熔化、气化 | EDM |
电火花线切割加工 | 电、热能 | 熔化、气化 | WEDM | |
电化学加工 | 电解加工 | 电化学能 | 离子转移 | ECM |
电铸加工涂镀加工 | 电化学能 | 离子转移 | ||
高能束加工 | 激光束加工 | 光、热能 | 熔化、气化 | LBM |
电子束加工 | 电、热能 | 熔化、气化 | EBM | |
离子束加工 | 电、机械能 | 切蚀 | IBM | |
等离子弧切割加工 | 电、热能 | 熔化、气化 | PAM(C) | |
物料切蚀加工 | 超声加工 | 声、机械能 | 切蚀 | USM |
磨料流加工 | 机械能 | 切蚀 | AFM | |
液体喷射加工 | 机械能 | 切蚀 | HDM | |
化学加工 | 化学铣切加工 | 化学能 | 腐蚀 | CHM |
照相制版加工 | 化学、光能 | 腐蚀 | ||
光刻加工 | 光、化学能 | 光化学、腐蚀 | PCM | |
光电成形电镀 | 光、化学能 | 光化学、腐蚀 | ||
复合加工 | 电化学电弧加工 | 电化学能 | 熔化、气化腐蚀 | ECAM |
电解电火花机械磨削 | 电、热能 | 离子转移、熔化、切削 | MEEC | |
电化学腐蚀加工 | 电化学、热能 | 熔化、气化腐蚀 | ECE | |
超声放电加工 | 声、热、电能 | 熔化、切蚀 | ||
复合电解加工 | 电化学、机械能 | 切蚀 | ||
复合切削加工 | 机械、声、磁能 | 切削 |
特种加工技术对武器装备的制造至关重要,能够满足武器装备中高精度、高表面质量、高加工效率等具有特殊要求的零部件制造需求,还可解决武器装备中难切削加工材料、形状复杂型面、尺寸特微小零件、刚度极低的构件等特殊加工对象的制造难题,实现复杂、整体、特殊构件的成形和表面改性。航空发动机、火箭发动机、卫星调姿发动机、战略导弹和航空导弹的弹用发动机、舰用燃气轮机、潜艇推力系统、车载燃气轮机和车用发动机、核反应堆增压装置等动力系统中的叶盘、叶片、弹性支持、传动件、燃烧室等关键结构件的制造过程中均用到特种加工工艺。特种加工工艺技术广泛应用于航空航天飞行器结构部件、武器系统、平台承载系统等重要零部件的研制和生产中。特种加工技术作为一种重要的制造技术,已经逐步从“特种”发展至“常规”,在各国的航空航天、兵器、核工业、交通、船舶、冶金、电子、信息、生物医疗、新能源等领域得到了广泛的应用,尤其是增材制造技术。
在航空结构制造中,除了应用最多的是电火花加工、电解加工、电液束加工为主的电加工,采用激光、电子束、离子束和等离子体等高能束流热源的特种加工技术将成为未来的主体。其技术特点:一是束流能够聚焦,具有极高的能量密度,可实现航空结构中各种难加工材料的成形制造。二是加工过程为非接触加工,无工具变形、损耗等问题。三是加工速度快、热量输入少,因此对加工工件的热影响小,工件变形小。另外,高能束流加工还具有材料适应性广、柔性强、质量优、资源节约、环境友好等综合优势。既可用于大批量高效自动化生产,又适用于多品种、小批量加工,甚至个性化复杂结构产品的订制。
随着科学技术的发展和市场需求增加,以多种能量同时作用为主要特征的复合特种加工得到迅速发展,如电解磨削、电火花磨削、电解放电加工、超声电火花加工等。