一、概述
切削(磨削)加工的实质是靠一种比工件材料硬度更高的材料作为刀具，对工件施加切削力和机械能，切除工件上余量以形成已加工表面。但在现代机械制造中，常遇到一些零件，其形面复杂，材料硬脆或加工尺寸微小，常规切削加工难于达到要求，甚至无法加工。例如，汽轮机叶片的曲面，模具中的窄缝、小孔、深孔、型孔和型腔等。为适应现代工业发展的需要，采用近代发展起来的机械加工领域中的新工艺，即“特种加工”。
特种加工是指不仅用机械能，而且主要还采用电、声、光、热以及化学能来切除金属或非金属层的一种新型加工方法。特种加工过程中工具与工件之间不存着显著的机械切削力，工具材料的硬度可以低于工件材料的硬度。
特种加工可以按用途分为尺寸加工和表面加工两大类，每类中又按能量形式、作用原理分成多种不同的工艺方法，具体分类如表10一1。
本节将对几种主要的特种加工方法的原理、特点和应用作简要的介绍。
二、电火花加工
(一)加工原理
电火花加工是在一定的介质中通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。电火花加工的原理如图10一1所示。工件l与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置3(此处为液压油缸和活塞)使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙，当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下相对某一间隙最小处或绝缘强度最弱处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面局部熔化，甚至气化蒸发而电蚀掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑，如图10一2a所示，图10-2表示单个脉冲放电后的电蚀坑。图b表示多次脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过脉冲间隔时间，使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。整个加工表面将由无数小凹坑所组成。这种放电循环每秒钟重复数千次到数万次，使工件表面形成许许多多非常小的凹坑，称为电蚀现象。随着工具电极不断进给，工具电极的轮廓尺寸就被精确地“复印”在工件上，达到成型加工的目的。
为保证电蚀加工顺利进行，必须注意下列几点：
1．火花放电的时间必须极短，且是间歇性的、脉冲性的瞬时放电。一般每一脉冲延续时间应小于0.001s才能使热量来不及传导和扩散出去，从而局部地蚀掉金属，否则就会象电弧持续放电那样，只能起焊接和切割作用，无法用于尺寸加工。
2．电蚀加工中，不仅工件被蚀除，工具电极也被蚀除，但两极蚀除速度不同，这种现象称为“极效应”。为了减少工具电极的消耗和提高生产率，希望极效应越显著越好，即工件蚀除的速度要远远地超过工具电极蚀除的速度。为此电蚀加工的电源应选择直流脉冲电源。若采用交流脉冲电源时，由于工件与工具电极的极性不断改变，便总的极效应等于零。同时应正确选择极性，一般采用正极性(即工件接正极，工具电极接负极)。
3．电蚀加工是在液体介质中进行的，常用的液体介质有煤油、10号机油、锭子油等，液体介质不仅将电蚀产物从间隙中排除，并应起绝缘、冷却和提高电蚀的能力。
(二)电火花加工的特点
电火花加工是靠局部热效应实现加工的，它和一般切削加工相比有如下特点:
l．它能“以柔克刚”，即用软的工具电极来加工任何硬度的工件材料，如淬火钢、不锈钢、耐热合金和硬质合金等导电材料。
2．加工过程中没有显著的“切削力”。因而一切小孔、深孔、弯孔、窄缝和薄壁弹性件等，它们不会因工具或工件刚度太低而无法加工；各种复杂的型孔、型腔和立体曲面，都可以采用成型电极一次加工，不会因加工面积过大而引起切削变形。
3．脉冲参数可以任意调节。加工中不要更换工具电极，就可以在同一台机床上通过改变电规准(指脉冲宽度、电流、电压)连续进行粗、半精和精加工。精加工的尺寸精度可达0.01mm,
表面粗糙度Ra0.8um，微精加工的尺寸精度可达0.002～0.004mm，表面粗糙度Ra0.1～0.05um。
4．电火花加工工艺指标，可归纳为生产率(指蚀除速度)，表面粗糙度和尺寸精度。影响这些的工艺因素，可归纳为电极对、电参数和工作液等。当电极对及工作液已确定后，电参数成为工艺指标的重要参数。一般随着脉冲宽度和电流幅值的增加，放电间隙、生产率和表面粗糙度值均增大，由于提高生产率和降低表面粗糙度值有矛盾，因此，在加工时要根据工件的工艺要求进行综合考虑，以合理选择电参数。
(三)电火花加工的应用
1．电火花穿孔加工
电火花穿孔是电蚀加工申应用最广的一种方法，常用来加工冷冲模、拉丝模和喷嘴等各种小孔。
穿孔的尺寸精度主要取决于工具电极的尺寸精度和表面粗糙度。工具电极的横截面形状和加工的型孔横截面形状相一致，其轮廓尺寸比相应的型孔尺寸周边均匀地内缩一个值，即单边放电间隙。影响放电间隙的因素主要是电规准，当采用单个脉冲容量大(指脉冲峰值电流与电压大)的粗规准时，被蚀除的金属微粒大，放电间隙大；反之当采用精规准时，放电间隙小。电火花加工时，为了提高生产率，常用粗规准蚀除大量金属，再用精规准保证加工质量。为此，可将穿孔电极制成阶梯形，其头部尺寸周边缩小0.08～0.12mm，缩小部分长度为型孔长度的1.2～2倍，先由头部电极进行粗加工，而后改变电规准，接着由后部电极进行精加工。
穿孔电极常用的材料有钢、铸铁、紫铜、黄铜、石墨及钨合金等。钢和铸铁机加工性能好，但电加工稳定性差，紫铜和黄铜的电加工性能好，但电极损耗较大;石墨电极的损耗小，电加工稳定性好，但电极磨削困难;铜钨、银钨合金电加工稳定性好，电极损耗小，但价格贵，多用于硬质合金穿孔及深孔加工等。
用电火花加工较大的孔时，应先开预孔，留适当的加工余量，一般单边余量为0.5～lmm左右。若加工余量太大，生产效率低;加工余量太小，电火花加工时电极定位困难。
2.电火花型腔加工
用电火花加工锻模、压铸模、挤压模等型腔以及叶轮、叶片等曲面，比穿孔困难得多。原因是:
(1)型腔属盲孔，所需蚀除的金属量多，工作液难以有效地循环，以致电蚀产物排除不净而影响电加工的稳定性。
(2)型腔各处深浅不一和圆角不等，使工具电极各处损耗不一致，影响尺寸仿形加工的精度。
(3)不能用阶梯电极来实现粗、精规准的转换加工，影响生产率的提高。
针对上述原因，电火花加工型腔时，采取如下措施:
(1)在工具电极上开冲油孔，利用压力油将电蚀物强迫排除。
(2)合理地选择脉冲电源和极性，一般采用电参数调节范围较大的晶体管脉冲电源，用紫铜或石墨作电极，粗加工时(宽脉冲)时负极性，精加工时正极性，以减少工具电极的损耗。
(3)采用多规准加工方法，即先用宽脉冲，大电流和低损耗的粗规准加工成型，然后逐极转精整形来实现粗、精规准的转换加工，以提高生产率。
如图10一3所示为电极平动法加工型腔，利用平动头使电极作圆周平面运动，电极轮廓线上的小圆是平动时电极表面上各点的运动轨迹抢为放电间隙。
3.电火花线切割加工
(1)线切割加工的基本原理
电火花线切割加工简称为“线切割”，是在电火花穿孔成形加工的基础上发展起来的。它采用连续移动的细金属丝(φ0.05～φ0.3mm的钼丝或黄铜丝)作工具电极，与工件间产生电蚀而进行切割加工的。其加工原理如图10一4所示。电极丝4穿过工件预先钻好的小孔，经导轮3由滚丝筒2带动作往复交换移动。工件通过绝缘板7安装在工作台上，由数控装置1按加工要求发出指令，控制两台步迸电动机11，以驱动工作台在水平x、y两个坐标方向上移动合成任意的曲线轨迹，电极丝与高频脉冲电源负极相接，工件与电源正极相接。喷嘴6将工作液以一定的压力喷向加工区，当脉冲电压击穿电极丝与工件之间的间隙时，两者之间即产生电火花放电而蚀除金属，便能切割出一定形状的工件。还有一种线切割机床，电极丝单向低速移动，加工精度高，但电极丝只一次性使用。常用的线切割机床控制方式是数字程序控制，其加工精度在0.Olmm之内，表面粗糙度在RaO.6～0.08um。
（2）线切割的加工特点及应用
与电火花穿孔成形加工相比，线切割有以下特点：
①不需要成形的工具电极，大大降低了设计制造费用，缩短了生产准备时间和加工周期。
②电极丝极细，可加工细微异形孔、窄缝和复杂形状的工件。
③电极丝连续移动，损耗较小，对加工精度影响很小。特别是低速走丝线切割加工时，电极丝为一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。
④线切割缝很窄，且只对工件材料进行轮廓切割，蚀除量小，且余料还可以利用，这对加工贵重金属有重要意义。
⑤自动化程度高，工人劳动强度低，且线切割使用的工作液为脱离子水，没有火灾发生的危险，可实现无人运转。
电火花线切割的缺点是不能加工盲孔和阶梯孔类零件的表面。此外，线切割易产生较大的内应力变形而破坏零件的加工精度。
线切割加工广泛应用于各种硬质合金和淬火钢的冲、样板，各种形状复杂的精细小零件、窄缝等，并可多件迭加起来加工，能获得一致的尺寸。因此线切割工艺为新产品试制，精密零件和模具制造开辟一条新的工艺途径。
三、电解加工
l．电解加工的基本原理
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理，将工件加工成形的。图10一5为电解加工示意图。加工时，工件接直流电源的阳极，工具接电源阴极。工具向工件缓慢迸给，使两间保持较小的间隙(0.l～lmm)，在间隙间通过高速流动的电解液(Nacl水溶液)。这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物被电解液冲走。2.电解加工的特点
电解加工与其他加工方法相比较，具有以下特点：
(1)加工范围广，不受金属材料硬度影响，可以加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、耐热合金等高硬度、高强度及韧性金属材料，并可加工叶片，锻模等各种复杂型面。
(2)生产率较高，约为电火花加工的5～10倍，在某种情况下，比切削加工的生产率还高；且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。
(3)表面粗糙度值较小(Ra1.25～0.2um)，平均加工精度可达士0.1mm左右。
(4)加工过程中无热及机械切削力的作用，所以在加工面上不产生应力，变形及加工变质层。
(5)加工过程中阴极工具在理论上不会损耗，可长期使用。
电解加工的主要缺点为:
(1)不易达到较高的加工精度和加工稳定性。一是由于工具阴极制造困难；二是影响电解加工稳定性的参数很多，难于控制。
(2)电解加工的附属设备较多，占地面积较大，机床需有足够的刚性、防腐蚀性和安全性能，造价较高。
(3)电解产物应妥善处理，否则污染环境。
