第 9章 特种加工
主要内容
9.1 特种加工方法的特点与分类
9.2 电火花加工
9.3 电火花线切割加工
9.4 电解加工
9.5 超声波加工
9.6 激光加工
9.7 电子束加工
9.8 离子束加工
9.1 特种加工方法的特点与分类
对机械
制造技
术提出
了新的
要求
第一，解决各种难加
工材料的问题
第二，解决各种复
杂表面的加工问题
第三，解决各种超精
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，以及低刚
度零件的加工。
高强度、高硬度、高
韧性、高脆性的金属
及非金属材料的加工
如喷气涡轮机叶片、
整体涡轮、注射模的
立体成型表面等
人们研究探索出了许多新的加工方法，直接利
用电能、声能、光能、化学能、热能等进行加工，
这些方法统称为特种加工 。
特种加工的主要特点,
（ 1）不是依靠机械能去除材料。
（ 2）工具硬度可以低于被加工材料硬度。
（ 3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
特种加工已经成为当前机械制造领域不可缺少的加工方
法，为新产品设计与开发提供了许多加工手段，为新材料
的研制提供了应用基础。本章只简略介绍几种常用的特种
加工方法。
9.2 电火花加工
? 1,电火花加工的原理
? 电火花加工（ Electrical Discharge Machining,
简称 EDM）是通过工具电极和工件之间产生脉冲
性的火花放电，靠放电的瞬间局部产生高温把金
属蚀除下来。由于在放电过程中可见到火花，故
称之为电火花加工。
图 11-1 电火花加工原理示意图
1-自动进给调节装置 2-工具 3-工作液 4-工件 5-工作液泵 6-脉冲电源
电火花加工
? 2,电火花加工的特点
（ 1）适合于难切削材料的加工，能“以柔克刚”
（ 2）工具电极与工件不接触，两者间作用力很小
（ 3）脉冲参数可调节，能在同一机床连续进行粗、
半精、精加工，加工过程易于自动控制
（ 4）主要用于加工金属等导电材料，在一定条件
下也可以加工半导体和非金属材料
(5）电极的耗损影响加工精度
? 3,电火花加工的应用
加工各种金属及合金材料、特殊热敏感材料、半
导体材料等；
加工各种形状复杂的型腔和型孔，如各种模具的
型腔、型孔，样板、成形刀具以及小孔（直径
0.01mm）、异型孔等；
加工范围已达到小至十微米的孔、缝，大到几米的大
型模具和零件
9.3 电火花线切割加工
? 1,电火花线切割加工的原理
电火花线切割加工（ Wire Cut EDM,简称
WEDM）是在电火花加工基础上发展起来的一种
工艺方法，其基本原理是利用移动的细金属导线
（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放
电、切割成形。
图 11-2 电火花线切割原理
1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源
4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-贮丝筒
电火花线切割加工过程
? 2,线切割加工的特点
（ 1）无需特定形状的工具电极，节约了电极设计、制造
费用，缩短了生产准备时间
（ 2）由于加工表面的几何轮廓由 CNC控制的运动获得，
容易获得复杂的平面形状
（ 3）电极丝在加工中不断移动，使电极丝损耗较少，有
利于提高加工精度
（ 4）由于电极丝较细，可以加工微细异形孔、窄缝
和复杂形状工件，由于切缝很窄，金属去除量少，
可对工件套料加工，材料利用率高，节约贵重金属
（ 5）不同工件只需编制不同程序，易实现自动化
（ 6）不能加工盲孔类零件表面和阶梯形表面（立体形状
表面）
? 3,线切割加工的应用
加工各种硬质合金和淬火钢的冲模、
拉丝模、冷拔模、样板、成形刀具、各
种形状复杂的零件、窄缝和栅网等。将
许多同样零件叠起来加工，并获得一致
的尺寸，加工精密细小零件其经济效果
尤其显著。
9.4 电解加工
? 1,电解加工的原理
利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理来
去除工件上多余材料
图 11-3 电解加
工示意图
1-工具阴极 2-
工件阳极
3-电解液泵 4-
电解液 5-直流
电源
? 2,电解加工的特点
（ 1）加工范围广，不受金属材料本身力学性能的
限制，可加工硬质合金、耐热合金等
（ 2）电解加工的生产率高，约为电火花加工的
5~10倍
（ 3）加工过程中工具阴极不耗损，可长期使用
(4） 不易达到较高的精度和加工稳定性，难以实
现窄缝、小孔的加工
（ 5）电极工具设计与制造麻烦，工件必须是导
电材料
（ 6）电解液对设备与环境有腐蚀和污染作用，需
要防腐和无害化处理
? 3,电解加工的应用
电解加工在各种膛线、花键孔、深孔、内
齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具型腔等方
面得到了广泛的应用。由于机床费用较 高，
一般在加工难加工材料、型面复杂、批量大的
零件时选用，而单件小批生产多采用电火花加
工。
9.5 超声波加工
? 1,超声波加工的原理
超声波加工（ Ultrasonic Machining,简称 USM）
是利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加
工脆硬材料的一种方法。
图 11-4 超声波加
工原理示意图
1-超声波发生器
2-换能器 3-振幅
扩大器
4-工具 5-工件 6-
磨料悬浮液
? 2,超声波加工的特点：
（ 1）适合加工各种硬脆材料，特别是不
导电的非金属材料，例如玻璃、陶瓷、
石英、宝石、金刚石等。
（ 2）工具可用较软的材料做较复杂的形
状。
（ 3）工具与工件相对运动简单，使机床
结构简单。
（ 4）切削力小、切削热少，不会引起变
形及烧伤，加工精度与表面质量也较好。
3,超声波加工的应用
超声波加工广泛就用于加工半导体和
非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、金刚
石等；由于其加工精度和表面粗糙度优于
电火花、电解加工，因此电火花加工后的
一些淬火钢、硬质合金零件，还常用超声
抛磨进行光整加工；此外，还可以用于套
料、清洗、焊接和探伤等。
9.6 激光加工
激光加工（ Laser Beam Machining,简
称 LBM）是用高强度、高亮度、方向性好、
单色性好的相干光，通过一系列的光学系统
聚焦成平行度很高的微细光束（直径几微米
至几十微米），获得极高的能量密度
（ 108~1010W/cm2）和 10000℃ 以上的高温，
使材料在极短的时间内（千分之几秒甚至更
短）熔化甚至气化，以达到去除材料的目的。
? 1,激光加工的原理
图 11-5 固体激光器加工简图
1-全反射镜 2-激光工作物质 3-激励能源
4-部分反射镜 5-透镜 6-工件
? 2,激光加工的特点
（ 1）对材料的适应性强。激光加工的功率密度是各种
加工方法中最高的一种，激光加工几乎可以用于任何金
属材料和非金属材料，如高熔点材料、耐热合金及陶瓷、
宝石、金刚石等硬脆性材料。
（ 2）打孔速度极快，热影响区小。 通常打一个孔只
需 0.001s,易于实现加工自动化和流水作业。
（ 3）激光加工不需要加工工具。由于它属非接触加工，
工件无变形，对刚性差的零件可实现高精度加工。
（ 4）激光能聚焦成极细的光束，能加工深而小的微孔
和窄缝（直径几微米，深度与直径比可达 10以上），适
于精微加工。
（ 5）可穿越介质进行加工。可以透过由玻璃等光学透
明介质制成的窗口对隔离室或真空室内的工件进行加工。
? 3,激光加工的应用
激光加工可用于打孔、切割、电子器件
的微调、焊接、热处理以及激光存贮等各个
领域。已经在生产实践中愈来愈多地显示了
它的优越性，受到广泛的重视。
9.7 电子束加工
? 1,电子束加工的原理
电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后
能量密度极高（ 106~109W/cm2）的电子束，
以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上，
在极短的时间（几分之一微秒）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，从而使材
料的局部熔化和气化，被真空系统抽走，如
图 11-6所示。
图 11-6 电子束加工原理及设备组成
1-电源及控制系统 2-抽真空系统 3-电子枪系统 4-聚焦系统
5-电子束 6-工件
? 2,电子束加工的特点
（ 1）电子束可以微细地聚焦，是一种精
密微细的加工方法。
（ 2）能量密度高，生产效率高，是非接
触式加工，不产生应力和变形，加工材料范
围广。
（ 3）可以通过电场或磁场对电子束的强
度、位置、聚焦等直接进行控制，整个加工
系统易实现自动化。
（ 4）污染少，表面不氧化，特适合加工
易氧化的材料。
（ 5）整个加工系统价格较贵，生产中受
到一定的限制。
? 3,电子束加工的应用
电子束加工按其能量密度和能量注入时
间的不同，可用于打孔、切割、蚀刻、焊接、
热处理和光刻加工等。例如在 0.1mm厚的不
锈钢板上加工直径为 0.2mm的孔，速度为每
秒 3000个孔。
9.8 离子束加工
离子束加工的原理和电子束加工基本相似，也是
在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚
焦，使之冲击到工件表面。 不同的是 离子带正电荷，
其质量比电子大几个数量级（如氩离子的质量是电子
的 7.2万倍），所以离子在加速到较高速度时，离子
束比电子束具有更大的冲击动能，它是利用微观的机
械冲击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。
离子束加工除具有电子束加工的特点外，还由
于离子束密度及离子能量可以精确控制，所以离子
刻蚀可以达到纳米级（ 1纳米为 0.001um）的加工
精度。
微孔、窄槽的加工
