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[摘 要]特种加工技术是一类发展迅速的高新制造技术，具有传统机械制造技术不可替代的诸多优点，拥有广泛的应用市场。文中根据国内外最新的研究资料，对不同特种加工技术的工作原理、优点及应用，进行了较为详实的介绍和论述。
[关键词]特种加工 工作原理 优点 应用
特种加工是指传统的切削加工以外的新的加工方法，也被称为非传统加工或非常规加工，它是将电、热、光、声、化学等能量或其组合，精确施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的一种加工方法。特种加工主要不是依靠机械能、切削力进行加工，而是使用硬度较低的工具(甚至不使用工具)加工硬度较高的工件，因而在加工各种难加工材料、复杂表面和有某些特殊要求的零件场合得到了极大的应用。
1 特种加工技术的产生
1.1 特种加工技术产生的外因
第二次世界大战后，特别是进入20世纪50年代以来，随着生产发展和科学实验的急切需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。它们所使用的材料越来越难加工，零件形状越来越复杂，对加工精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，但传统的机械切削加工方法根本无法满足上述加工要求，特种加工就是在这种前提下产生和发展起来的。
1.2 特种加工技术产生的内因
1943年，前苏联的拉扎林柯夫妇在研究开关触点的电火花腐蚀现象时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，从而开创了最基本、最普遍的特种加工技术，即电火花加工方法。他们使用细的铜杆在淬火钢上加工出小孔，首次摆脱了传统的机械切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了“以柔克刚”的效果。后来，技术人员又陆续发明了激光加工、超声加工等不同类型的特种加工。这些特种加工都具有以下的本质特点：
(I)工具硬度可以低于被加工材料的硬度(甚至不用工具)；
(2)不依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除材料；
(3)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
这些特点是特种加工技术得以产生和广泛应用的根本内因。
2 特种加工技术的发展及应用
特种加工技术发展迅速，目前已有多种加工方法。按照能量来源和作用形式，以及加工原理的不同，特种加工技术可分为电火花加工、电化学加工、激光加工、电子(离子)束加工、超声波加工和快速成型等几大类。
2.1 电火花加工
电火花加工是最早得到应用的特种加工技术，它是利用工具和工件(正、负电极)之间脉冲性电火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求，如图1所示。
目前比较成熟的电火花加工技术主要是电火花穿孔成型加工和电火花线切割加工两大类，它们在各类高硬度刀具、量具和模具零件的加工上得到了极为广泛的应用。
2.2 电化学加工
实验表明：当两铜片接上约10v的直流电流并插入CuCl2的水溶液时，即形成通路，在金属片和溶液的界面上，必定会产生电化学反应，溶液中的Cu+1移向阴极，在阴极上析出为铜；同时阳极上的cu原子因失去电子而成为Cu+1，进入溶液，这便是电解(电镀)液中的电化学反应；以这种电化学反应为基础，对金属进行加工的方法称为电化学加工，如图2所示。
根据利用电化学加工中阳极溶解或阴极沉积的不同，电化学加工可分为以下三种类型：
(1)利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解和电化学抛光等；
(2)利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀和电铸等；
(3)利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，主要有电解磨削和电化学阳极机械加工。
电化学加工的适用范围很广，其中电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”，齿轮和液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等都能用电解加工；电镀、电铸则可以复制零件上复杂、精细的表面。
2.3 激光加工
激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应下产生高温熔融，来加工各种材料；激光加工时，把光束聚集在工件的表面上，由于区域小、亮度高。其焦点处的功率密度极高，温度可以达到一万多度；在此高温下，可以在瞬间熔化和蒸发任何坚硬的材料，并产生很强的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除，达到对零件加工的效果，如图3所示。
激光加工对几乎所有金属和非金属都可以进行；由于激光能聚集成极小的光斑，因此可以进行细微和精密加32；如果使用反射镜，则可以将激光输送到远离激光器的其它地点，进行远距离加工。
2.4 电子(离子)束加工
电子柬加工是在真空条件下，利用电流加热阴极，发射电子束，再经过加速极加速，将具有很高速度和能量的电子束聚焦在被加工的工件材料上，高速电子撞击工件，其动能绝大部分转化为热能，使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除，如图4所示。离子束加工原理与电子束加工相似，与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。
2.5 超声波加工
超声波加工是利用振动频率超过16000 Hz的工具的振动，通过悬浮液磨料的撞击和抛磨作用，对工件进行成型加工的一种方法，如图5所示。
超声波加工的精度和表面粗糙度相当好，而且适应性广，能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等，在实际生产中，被广泛地应用在型(腔)孔加工、切割加工和清洗等方面。
2.6 快速成型
快速成型技术是根据零件的CAD几何模型而快速生产产品样件或直接生产零件的成组技术的总称。它直接从零件的CAD几何模型出发，通过分层离散软件和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积，形成实体零件，图6为立体光固化快速成型加工原理图。
由于可以把任意复杂的三维实体制造转化成一系列简单的二维制造的叠加，因而快速成型技术可以在不使用传统模具和工具的条件下，加工出几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。目前，它已经成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、交通运输、家电等领域得到了广泛应用。
3 结束语
进入二十一世纪以来，科技人员广泛采用自动化技术，对各类特种加工技术实现计算机数控化，极大地提高了特种加工技术的加工精度。与此同时，大量复合工艺和新工艺方法的开发与应用，使特种加工技术的适用范围得到了极大的扩展。
参考文献：
[1]刘晋春，白基成，等，特种加工[M]，北京：机械工业出版社。2008，
[2]李伟，先进制造技术[M]，北京：机械工业出版社，2005，
[3]王葵，姜海，等，立体光固化特种加工技术的应用及发展[J]，新技术新工艺，2008(2)：55-56.
[4]刘伟军，特种加工技术及应用[M]，北京：机械工业出版社，2005
[关键词]特种加工 工作原理 优点 应用
特种加工是指传统的切削加工以外的新的加工方法，也被称为非传统加工或非常规加工，它是将电、热、光、声、化学等能量或其组合，精确施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除的一种加工方法。特种加工主要不是依靠机械能、切削力进行加工，而是使用硬度较低的工具(甚至不使用工具)加工硬度较高的工件，因而在加工各种难加工材料、复杂表面和有某些特殊要求的零件场合得到了极大的应用。
1 特种加工技术的产生
1.1 特种加工技术产生的外因
第二次世界大战后，特别是进入20世纪50年代以来，随着生产发展和科学实验的急切需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展。它们所使用的材料越来越难加工，零件形状越来越复杂，对加工精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，但传统的机械切削加工方法根本无法满足上述加工要求，特种加工就是在这种前提下产生和发展起来的。
1.2 特种加工技术产生的内因
1943年，前苏联的拉扎林柯夫妇在研究开关触点的电火花腐蚀现象时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，从而开创了最基本、最普遍的特种加工技术，即电火花加工方法。他们使用细的铜杆在淬火钢上加工出小孔，首次摆脱了传统的机械切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了“以柔克刚”的效果。后来，技术人员又陆续发明了激光加工、超声加工等不同类型的特种加工。这些特种加工都具有以下的本质特点：
(I)工具硬度可以低于被加工材料的硬度(甚至不用工具)；
(2)不依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除材料；
(3)加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
这些特点是特种加工技术得以产生和广泛应用的根本内因。
2 特种加工技术的发展及应用
特种加工技术发展迅速，目前已有多种加工方法。按照能量来源和作用形式，以及加工原理的不同，特种加工技术可分为电火花加工、电化学加工、激光加工、电子(离子)束加工、超声波加工和快速成型等几大类。
2.1 电火花加工
电火花加工是最早得到应用的特种加工技术，它是利用工具和工件(正、负电极)之间脉冲性电火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求，如图1所示。
目前比较成熟的电火花加工技术主要是电火花穿孔成型加工和电火花线切割加工两大类，它们在各类高硬度刀具、量具和模具零件的加工上得到了极为广泛的应用。
2.2 电化学加工
实验表明：当两铜片接上约10v的直流电流并插入CuCl2的水溶液时，即形成通路，在金属片和溶液的界面上，必定会产生电化学反应，溶液中的Cu+1移向阴极，在阴极上析出为铜；同时阳极上的cu原子因失去电子而成为Cu+1，进入溶液，这便是电解(电镀)液中的电化学反应；以这种电化学反应为基础，对金属进行加工的方法称为电化学加工，如图2所示。
根据利用电化学加工中阳极溶解或阴极沉积的不同，电化学加工可分为以下三种类型：
(1)利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解和电化学抛光等；
(2)利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀和电铸等；
(3)利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，主要有电解磨削和电化学阳极机械加工。
电化学加工的适用范围很广，其中电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”，齿轮和液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等都能用电解加工；电镀、电铸则可以复制零件上复杂、精细的表面。
2.3 激光加工
激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应下产生高温熔融，来加工各种材料；激光加工时，把光束聚集在工件的表面上，由于区域小、亮度高。其焦点处的功率密度极高，温度可以达到一万多度；在此高温下，可以在瞬间熔化和蒸发任何坚硬的材料，并产生很强的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除，达到对零件加工的效果，如图3所示。
激光加工对几乎所有金属和非金属都可以进行；由于激光能聚集成极小的光斑，因此可以进行细微和精密加32；如果使用反射镜，则可以将激光输送到远离激光器的其它地点，进行远距离加工。
2.4 电子(离子)束加工
电子柬加工是在真空条件下，利用电流加热阴极，发射电子束，再经过加速极加速，将具有很高速度和能量的电子束聚焦在被加工的工件材料上，高速电子撞击工件，其动能绝大部分转化为热能，使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除，如图4所示。离子束加工原理与电子束加工相似，与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。
2.5 超声波加工
超声波加工是利用振动频率超过16000 Hz的工具的振动，通过悬浮液磨料的撞击和抛磨作用，对工件进行成型加工的一种方法，如图5所示。
超声波加工的精度和表面粗糙度相当好，而且适应性广，能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等，在实际生产中，被广泛地应用在型(腔)孔加工、切割加工和清洗等方面。
2.6 快速成型
快速成型技术是根据零件的CAD几何模型而快速生产产品样件或直接生产零件的成组技术的总称。它直接从零件的CAD几何模型出发，通过分层离散软件和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积，形成实体零件，图6为立体光固化快速成型加工原理图。
由于可以把任意复杂的三维实体制造转化成一系列简单的二维制造的叠加，因而快速成型技术可以在不使用传统模具和工具的条件下，加工出几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。目前，它已经成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段，在航空航天、交通运输、家电等领域得到了广泛应用。
3 结束语
进入二十一世纪以来，科技人员广泛采用自动化技术，对各类特种加工技术实现计算机数控化，极大地提高了特种加工技术的加工精度。与此同时，大量复合工艺和新工艺方法的开发与应用，使特种加工技术的适用范围得到了极大的扩展。
参考文献：
[1]刘晋春，白基成，等，特种加工[M]，北京：机械工业出版社。2008，
[2]李伟，先进制造技术[M]，北京：机械工业出版社，2005，
[3]王葵，姜海，等，立体光固化特种加工技术的应用及发展[J]，新技术新工艺，2008(2)：55-56.
[4]刘伟军，特种加工技术及应用[M]，北京：机械工业出版社，2005