机械加工要求刀具材料硬度必须大于工件硬度，而且由于加工中存在切削力，因此无论刀具或工件都必须具有一定的刚度和强度才能保证加工的顺利进行。常规的机械加工是依靠刀具与工件相互作用，去除工件上的多余金属以达到加工要求的加工技术。随着生产和科技发展的需要，许多工业部门要求尖端科技产品向高精度、高速、高压、大功率、小型化等方向发展，它们越来越多地使用各种硬质难熔或有特殊物理、力学性能的材料，而常规的切削加工无法满足其要求。而且这些产品中有些零部件精密细小、结构复杂、尺寸、形状、位置和表面粗糙度等几何精度要求很高。为了解决这些加工困难，人们长期以来不断探索、研究新的加工方法，特种加工就是在这种前提下产生和发展起来，特种加工也称非传统加工或现代加工方法，泛指用电能、热能、光能、电化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。特种加工与传统机械加工方法相比具有许多独到之处。

特种加工一般按能量来源和作用原理来分类，加工范围不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的或高熔点金属以及非金属材料。易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响等不大。各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。按照一定的尺寸和表面预定要求的加工方法，也称放电加工或电蚀加工，电火花加工能加工任何导电材料。电火花加工中材料去除是放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及热学特性。电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削能力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能便于实现自动化。电火花加工主要用于加工具有复杂形状的模具和零件；加工各种硬、脆材料，如硬质合金和淬火钢等；加工深细孔、异型孔、深槽、窄缝和切割薄片等；加工各种成型刀具、样板和螺纹环规等工具和量具。

5.6.2.1　电火花线切割加工工艺

电火花线切割加工又称线切割，其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝，又称为电极丝，作为电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。电火花线割加工可以加工一切导电金属，其加工机制、表面粗糙度、材料的可加工性等与电火花加工相似，其特点如下：省掉了成型工具电极，大大降低了电极设计和制造费用，缩短了生产准备时间；电蚀余量小，蚀除金属量少，适用于加工和切割稀有、贵重金属；加工小孔、小槽、窄缝、凸凹模可一次完成，可以多个工件叠起来加工，能获得一致的尺寸；工具电极损耗很小，加工精度高；便于实现自动控制。电火花线切割加工主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如加工冲裁模凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成型刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等。

5.6.2.2　激光加工工艺

激光加工是将这种高能量密度的激光束照射到工件表面，导致光斑处的材料瞬间熔化、气化、膨胀，使熔融物爆炸式地喷射出来，高速喷射产生的反冲压力又在工件内部形成两个方向性很强的冲击波。激光是一种在激光器中受辐射产生的光源，它不仅具有普通光的反射、折射、衍射等共性，还具有极高的亮度和能量密度，以及很好的单色性、方向性和相干性。由于激光的方向性好，发散角很小，通过透镜聚焦后，可以得到直径很小的焦点，焦点处能量高度集中，温度可达上万度，超过金属材料的沸点。工件材料在高温熔融和冲击波作用下，被蚀除部分物质，形成一个带锥度的小孔，这样经多次照射就可完成预定的加工。激光加工具有以下特点：能量密度高，应用广泛，几乎能加工所有的材料，如各种金属材料、陶瓷、石英、金刚石等，反射率或透射率高的工件进行打毛或色化处理后，仍可加工；加工速度快，效率高，可控性好，容易实现自动化；能透过空气、惰性气体或透明体对工件进行加工，因此，可通过由玻璃等制成的窗口对被封闭零件进行加工，在真空环境下也可加工。激光光斑大小可以聚焦到微米级，输出功率可调节，因此可用于精密微细加工。激光加工主要应用于激光打孔、激光切割、激光焊接、激光热处理、激光微调和激光存储等方面。图5-7为选择性激光烧结示意图。

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图5-17　选择性激光烧结示意图

5.6.2.3　光化学腐蚀加工工艺

光化学腐蚀加工简称光化学加工，是光学照相制版和光刻相结合的一种精密微细加工技术。光学照相制版是把所需的图像摄影到照相底片上，经过光化学反应将图像复制到涂有感光胶的铜板或锌板上，再经过坚膜固化处理使感光胶具有一定的抗腐蚀能力，经过化学腐蚀即可获得具所需图形的金属板。它利用照相感光来确定工件表面要蚀除的图形和线条，因此可以加工出非常精细的文字图案，目前已在工艺美术、机械工业和电子工业中获得应用。照相制版是印刷工业的关键工艺，利用它可以加工一些机械加工难以解决的具有复杂图形的薄板、薄片或在金属表画上蚀刻图案、花纹等。

电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，在几分之一微秒的时间内其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化或气化的加工方法。通过控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，可以达到不同的加工目的。电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于打孔、刻饰、切割、焊接和光刻加工等。

离子束加工原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面的加工方法。离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工。由于离子束可以通过电子光学系统进行聚焦扫描，离子束轰击材料是逐层去除原子的，离子束流密度及离子能量可以精确控制，所以离子刻蚀可以达到毫微米，即纳米级的加工精度，因此离子束加工是所有特种加工方法中最精密、最细微的加工方法。离子束加工在高真空中进行，适用于对易氧化金属、合金和高纯度半导体材料的加工。

超声加工是利用超声频做小振幅运动，并通过它与工件之间游离于液体中的磨料对被加工表面的捶击作用，使工件材料表面逐步破碎的特种加工方法。超声加工适合于加工各种脆硬非金属材料，如玻璃、硅、石墨、玛瑙、宝石、陶瓷、半导体、石英、蜡、金刚石等。超声加工过程的热影响小，可加工形状复杂的型腔、型孔、薄壁零件、窄缝、小孔等，而且能获得较好的表面质量，一般加工精度可达0.01～0.02 mm。除了上述加工技术之外，常用的特种加工还有电化学加工、化学加工、等离子弧加工等。