特种加工在先进机械发展的地位

摘要：现阶段，机械制造向着高精度、高效率方向发展，先进制造技术也不断发

展，作为先进制造技术中的重要的一部分，特种加工在未来对制造业的作用日益增大。本文中着重介绍了特种加工技术对社会发展的作用，并且对什么是特种加工、特种加工的方法、种类以及发展趋势等做了概要描述。从而更加突出显示了特种加工在现代社会发展过程中的重要作用和地位，大力发展特种加工的必要性。

关键词：特种加工 先进机械发展 地位 先进制造技术 前言：

什么是特种加工技术：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合施加在工件的被加工部位上以实现材料切除的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。与传统机械加工方法相比具有许多独到之处：

1)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、耐热或高熔点金属以及非金属材料。

2)易于加工复杂型面、微细表面以及柔性零件。

3)易获得良好的表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小。 4)各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。 1 特种加工产生背景

20世纪50年代以来，航空航天工业、核能工业、电子工业以及汽车工业的迅速发展，科学技术的突飞猛进，众多产品均要求具备很高的强度重量比与性能价格比，有些产品则要求在高温、高压、高速或腐蚀环境下长期而可靠地工作。为适应这一要求，各种新结构、新材料与复杂的精密零件大量出现，其结构形状愈来愈复杂，材料性能愈来愈强韧，精度要求愈来愈高，表面完整性愈来愈严格……而使机械制造部门面临一系列严峻的任务，为此，必须解决以下一些加工技术问题： 1.1各种难切削材料的加工问题

如硬质合金、钛合金、淬火钢、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的加工。

1.2各种特殊复杂表面的加工问题

如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机匣、锻压模和注射模的立体成形表面，喷油嘴、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。

1.3各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题

如对表面质量和精度要求很高的航空航天陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。

在生产的迫切需求下，人们通过各种渠道，借助于多种能量形式，探求新的工艺途径，于是各种冲破传统加工方法的束缚，不断地探索、寻求新的加工方法，于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生。目前，特种加工技术已成为机械制造技术中不可缺少的一个组成部分。 2发展过程

特种加工技术的发展可以追溯到20世纪50年代。20世纪以来，科学技术发展到了一个崭新阶段，特别是在新技术革命浪潮推动下，生产和科学技术的发展更为迅速。在许多工业部门特别是国防工业部门，高技术产品要求向高精度、高速度、高温、高压、大功率和小型化方向发展，对材料的要求越来越来高。相应地涌现出大量的具有高熔点、高强度、高硬度、高脆性和高纯度等特殊性能的材料。为了满足高技术产品的高性能要求，零件的结构形状愈来愈复杂，对精度、表面粗糙度和表面质量的特殊要求愈来愈高，特别是对表面完整性提出了更加严格的要求。

50年代以来，航空航天技术迅猛发展，高性能的航空产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，而且要求在高温、高压、高速、大载荷和强腐蚀等苛刻的条件下长期而可靠的工作。飞机、航空发动机、航空电子及仪表设备以及其他高技术武器装备的工作条件随着性能的提高而不断恶化。为此高性能的飞机、航空发动机等高新武器装备，必须不断发展和采用新结构和新材料。现代高性能的飞机和航空发动机上大量采用了钛合金、复合材料、粉末冶金和定向凝固高温合金材料。在高性能 战斗机上钛合金用量已经达到30%以上如F-22战斗机钛合金用量已经达到36%、碳纤维增强树脂基复合材料用量达到25%，而且先进复合材料的用量在先进战斗机上有不断增加的趋势。预计到2000年的高性能航空发动机的结构材料中超级合金、粉末冶金和定向凝固合金的结构重量约占55%，复合材料用量约占20%，钛合金重量约占10%高强度结构钢用量占15%，陶瓷材料占2%。航空发动机的热端部件将继续发展高温高强高韧合金特别是各向异性的超级耐热合金、热障陶瓷涂层材料、陶瓷结构材料。涡轮叶片已广泛采用定向凝固、单晶合金、快速凝固合金、粉末冶金合金和陶瓷材料；正在研制陶瓷和陶瓷基复合材料的涡轮叶片。为了提高和确保现代飞机和航空发动机的性能、可靠性和严格的质量要求采用了大量的新型结构。如根据高性能航空发动机对结构效率的要求，发动机的结构发生了重大变化，大量采用整体结构、蜂窝结构、钣金焊接结构和复杂的冷却结构。推重比20发动机将

采用整体鼓筒式全复合材料压气机转子结构，以减轻结构重量；上述新材料和新结构的大量采用使得高性能飞机、航空发动机等现代武器装备的可加工性和可生产性急剧恶化，对制造技术提出更加苛刻的要求。

许多新型材料和新型结构采用常规加工方法是难以加工甚至是根本无法加工的。为此必须解决：①难加工材料的加工；②复杂型面的加工；③高精密表面的加工(微米级、纳米级精度；表面粗糙度Ra≤0.01μm)；④特殊要求零件的加工(壁厚≤0.1mm薄壁和弹性零件等)。20世纪50年代以来国外工业界通过各种渠道，借助各种能量形式，探寻新的加工途径，相继推出了多种与传统加工方法截然不同的新型的特种加工方法，如电火花加工、电解加工、化学加工、超声波加工以及高能束加工等。20世纪70年代以来，以激光、电子束、离子束等高能束流为能源的特种加工技术获得了迅速发展和广泛应用。目前以高能束流为能源的特种加工技术和数控精密电加工技术已成为航空产品制造技术群中不可缺少的分支。在难加工材料、复杂型面、精密表面、低刚度零件及模具加工等领域中已成为关键制造技术。特种加工技术的发展和扩大应用大大促进了航空产品的发展，使一些先进的高性能飞机、发动机和机载设备的制造和生产得到可靠的保证。国内外经验表明，没有先进的特种加工技术，现代高性能航空产品难以制造和生产。因此先进的特种加工技术的开发和应用是与现代航空技术的发展息息相关，国内外对此项技术的发展和应用给予了高度重视。 3 发展方向

3.1人工智能技术的发展为特种加工工艺规律建模奠定了基础

特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、粘弹性力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难，通常很难用简单的解析式来表达。近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用还有一定距离。目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，但随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并取得了初步的成果。因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验用为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟，并为进一步开展特种加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定了基础。 3.2 智能控制将成为特种加工领域主要的控制策略

多数特种加工方法采用“以柔克刚”的非接触式加工机制，加工伴随着化学过程进行，其加工的微观过程非常复杂，迄今为止仍不能用一个确定的数学模型来描述，而且随着加工过程的进行，加工条件有时还会发生较大的变化，引起加工特性随时间而变化。