探讨特种加工与机械制造工艺技术变革

2015-01-28王志超

科学中国人 2015年15期

关键词：淬火工艺技术特种

王志超

北华大学信息技术与传媒学院

探讨特种加工与机械制造工艺技术变革

王志超

北华大学信息技术与传媒学院

特种加工技术给我国机械制造业带来了巨大的影响，引发了我国机械制造工艺技术的变革。如今，特种加工技术利用物理、化学、生物甚至数学领域的科技，不断提出新的加工工艺，未来，特种工艺需要不断改进，提高高能束源品质，并向大功率、高可靠性方向发展，不断推出新的加工工艺、加工技术。

特种加工；机械制造；工艺技术；变革

机械制造业是国家重要的产业支柱，机械制造工艺与加工技术的提高，有利于我国经济的发展、社会的进步。本文以我国机械制造为研究背景，主要介绍了特种加工的概念、特点、分类，通过特种加工引发机械制造工艺技术变革，从可加工材料的范围、零件制造工艺路线、加工手段、修复手段等方面阐述变革思路，希望能为相关行业提供参考。

一、特种加工介绍

（1）特种加工的产生。随着生产不断地发展，科技不断地进步，各种新型材料被研制出来，各种新型材料制作的高精度、高复杂程度的工件被应用在机械生产当中，新材料、新结构的工件需要的机械制作工艺不断提高，传统的切削加工的方法，对于高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温和磁性等新材料以及精密复杂、微细构件已经无济于事，人们迫切需要新的机械加工技术。将传统切削加工技术进行改革，产生了新的机械加工技术——特种加工。（2）特种加工特点介绍。特种加工是由传统切削加工演变而来的，直接或复合利用电能、电化学能、化学能、光能、声能、热能、磁能、等对工件进行加工的工艺方法的总称。这种加工技术与传统技术相比，有着很大的改变，从加工过程来看，机械不再是唯一的加工工具；从使用的工具来看，工具硬度可以小于被加工工件的硬度，扩大了制造工具的材料范围；从环境角度来看，不会产生机械切削噪音与摩擦有害烟雾；从加工方法来说，形式多样、灵活多变。（3）特种加工的范围。革新后的机械加工技术——特种加工，在机械加工范围上也有了很大的改变。从加工硬度上来说，特种加工可以加工各种硬度较大的材料，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、宝石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料；从加工工件的复杂程度上来说，特种加工可以完成各类复杂的工件，不论是精密的喷气蜗轮机叶片，还是复杂的发动机机匣，它都能办到；从加工精度来说，特种加工可以完成各种纳米级材料的加工，许多航空航天仪器工件都由特种加工来完成。（4）特种加工的分类。由于特种加工起步较晚，目前还没有一个统一的分类方法，一般按照主要作用能量和主要作用机理两项进行分类，如主要作用能量——化学能，主要作用机理——腐蚀。

二、特种加工与机械制造工艺技术变革

（1）加工材料范围的变革

特种加工方法使机制工艺可加工的材料范围从普通材料发展到超硬材料和特殊材料，使任何材料的加工均成为可能。传统切削加工，需要不断考虑材料的硬度、强度、韧性、脆性等，稍有不慎就会使工件损坏。但是，有了特种加工，传统工艺切削不动的金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等材料，特种加工可以办到，大大减小了加工材料的局限性。

（2）结构工艺好与坏概念的变革

在传统切削加工技术层面上来讲，由于技术限制，许多结构设计很难做到，因此被认为是“坏”工艺，有些结构设计十分简单，加工技术可以做到，就被认为是“好”，如方孔、窄缝、小孔、深孔、弯孔等结构工艺性差，其它一些简单结构工艺好，但特种加工改变了结构工艺好与坏的概念，原来认为“坏”的结构工艺现在可以变为好。

（3）传统的淬火工艺路线及零件不合格品的可修复性变革

淬火热处理是机械加工中一道十分重要的程序，在传统机械加工工艺中，这一道程序一般甚至是必须放到除磨削以外的其它切削成型加工之后，由于特种加工的出现，这一传统淬火工艺路线已被打破。传统工艺先加工后淬火，可能会引起工件应力变形，特种加工不受工件硬度的限制，可以先淬火而后加工，完善了传统工艺的不足。在过去，由于技术限制，产品合格率比较低，而且许多不合格产品都不能回收，一般以废品处理，造成很大的浪费，现在，有了特种加工，很多不合格工件都能够修复。例如：过去淬火前忘了钻定位销孔、铣槽等工艺，淬火后只能报废，现在可以用电火花打孔、切槽进行补救。

（4）新产品试制的传统模式变革

传统新产品的试制，第一步都要设计各种刀具、模具、量具以及工装夹具。例如：加工花键孔需要设计制造花键孔拉刀；加工各种标准和非标准直齿轮需要准备滚刀或设计加工成形铣刀；整个过程显得十分繁琐。现在，有了特种加工，可以直接利用数控电火花线切割，加工各种花键孔、非标直齿轮，无需设计各种刀具、模具、量具等，从而大大优化了加工程序，节约了试制成本。

（5）微细加工、纳米加工变革

过去，传统的加工技术只能够技工一些较大的工件，对于微小的工件，技术难以实现。如今，有了特种加工，过去许多无法实现的精密仪器加工，都变成了现实。不仅如此，如今的特种加工正在进一步朝着微细加工、纳米加工转变，电子束、离子束、激光、电火花、电化学等电物理、电化学特种加工技术，是未来机械加工的必然趋势。

（6）产品设计思路的变革

特种加工扩大了加工材料的范围，提高了加工仪器的精度。随着特种加工的不断发展，特种加工工艺技术越来越多，使产品设计中考虑的零件材料、制造工艺方法等有了更广阔的选择余地，产品的设计思路变得不那么单一，设计的产品更难满足市场需求，更具科技含量与创新意识。