Электрофизические способы обработки включают: электроэрозионный, ультразвуковой абразивный и лучевой. Электроэрозионная обработка основана на использовании явления электрической эрозии – разрушении материала электродов при электрическом пробое межэлектродного промежутка. Профилированный электрод-инструмент задает конфигурацию обрабатываемой поверхности детали. Материал его должен обладать высокой эрозионной стойкостью, прочностью, малым электросопротивлением и высокой обрабатываемостью резанием.

В качестве материала для электродов при обработке высокоуглеродистых инструментальных сталей и жаропрочных сплавов на никелевой основе выбирают графит, медь
и композиционный материал МНБ-3 (97 % Cu и 3 % нитрида бора). В качестве рабочих жидкостей используют керосин, трансформаторное масло или воду. Производительность процесса Q оценивается скоростью съёма материала заготовки.

Рис. 81. Условная схема процесса УЗАО: 1 – заготовка; 2 – ультразвуковой инструмент; 3 – абразивная суспензия; Aк– амплитуда колебания торца инструмента; Ds – подача; Fст – усилие прижима абразивных зёрен к обрабатываемой поверхности детали

Обрабатываемую заготовку 1 помещают в ванну под инструмент 2. В зону обработки поливом или под давлением подают абразивную суспензию 3, состоящую из абразивного материала и воды. Колеблющийся торец инструмента, ударяя по абразивным зернам, передаёт им энергию колебаний. Изменяя форму инструмента и вид подачи, можно осуществлять различные операции.

По кинематике процессы ультразвуковой обработки аналогичны электроэрозионной обработке и делятся на три группы: 1) получение поверхности копированием формы инструмента; 2) формирование поверхности взаимным перемещением заготовки и непрофильного инструмента; 3) получение поверхности путём взаимного перемещения профильного инструмента и заготовки.

где    l – глубина обработки, мм;
                  S_o – площадь обработки, мм²;
                  t – время, мин.

Примерами технологических операций ультразвуковой обработки могут быть: ультразвуковая вырезка, прошивка-шлифование и удаление заусенцев.

К лучевым методам относятся электронно-лучевая и светолучевая обработки. При электронно-лучевой обработке используют кинетическую энергию сфокусированного пучка электронов в вакууме (остаточное давление 5?10^-2–10^-3 Па). Формирование, фокусировка и управление электронным лучом осуществляется в электронной пушке. Разрушение обрабатываемого материала происходит в результате его взрывного вскипания с выносом материала из зоны обработки в виде паров и капель. В итоге на бомбардируемом электронным лучом участке поверхности формируется лунка. Размер лунки, температура нагрева
и доля жидкого металла на стенках регулируются мощностью и длительностью импульса, а также диаметром луча.

Основные операции обработки – сверление глухих и сквозных отверстий, фрезерование пазов, контурная резка листового материала. Глубина микроотверстий при оптимальном положении фокуса и длительности единичных импульсов, обеспечивающих максимальную производительность обработки, выражается эмпирической зависимостью:

H = 4,4 ? 10^-13 · U ^6,02·J ^1,2·n ^0,6,

где    H – глубина отверстия, мм;
                  U – ускоряющее напряжение, В;
                  J – сила тока луча, А;
                  n – число единичных импульсов.

Электронным лучом обрабатывают как электропроводные, так и неэлектропроводные материалы, в первую очередь труднообрабатываемые (алмаз, вольфрам, титан, рубин и др.). Метод обеспечивает высокую точность и малую шероховатость обрабатываемых поверхностей. К его недостаткам можно отнести необходимость использования вакуума, ограниченный круг выполняемых операций и высокую стоимость оборудования.

Светолучевая (лазерная) обработка используется для съёма материала сфокусированным потоком электромагнитной энергии высокой мощности – оптическим квантовым генератором. Метод во многих случаях заменяет электронно-лучевую обработку и является более удобным, так как не требует специальных вакуумных камер. Можно обрабатывать любые материалы независимо от их твёрдости и вязкости. Однако обрабатываемая поверхность требует специальной подготовки вследствие низкого КПД.

Электрохимическая обработка (ЭХО) заключается в получении деталей требуемой геометрической формы, размеров и качества поверхностей путём снятия с поверхностей заготовок слоя припуска электрохимическим растворением. Способ позволяет обрабатывать только электропроводные материалы. Производительность способа не зависит от твёрдости и прочности обрабатываемого материала. Можно обрабатывать поверхности любой формы, в обработанной поверхности отсутствуют остаточные напряжения и наклёп. Недостатком метода является ограниченная область применения. В частности, он применим только для материалов, которые не образуют труднорастворимых плёнок.

Рис. 82. Условная схема ЭХО: 1 – электрод-инструмент; 2 – электролит; 3 – источник питания постоянного(периодического) тока; 4 – обрабатываемая заготовка (анод); 5 – шлам; МЭП – межэлектродный промежуток;  – зазоры МЭП;  – соответственно максимальное и минимальное значения припуска на обработку; U – скорость прокачки электролита через МЭП

Кинематика операций во многом сходна с электроэрозионной обработкой. Основным электрохимическим процессом является растворение анода, происходящее с линейной скоростью:

V_л = К_?К_эф · ? · (U ? ??)/?,

где    K_? – электрохимический эквивалент растворяемого вещества;
                    K_эф – эффективная удельная электропроводность электролита,
                    ? – коэффициент потерь на нагрев электролита;
                    U – напряжение, приложенное к электродам;
                    ?? – сумма электродных потенциалов поляризации электродов;
                    ? – межэлектродный зазор.

Примерами технологических операций электрохимической обработки являются: заготовительные операции для резки заготовок из труднообрабатываемых сплавов без заусенцев; формообразующие операции методами копирования, электрохимического точения и прошивания; электрохимическое калибрование; отделочные операции и электрохимическое полирование.

Комбинированные методы размерной обработки. Комбинированными называют методы, совмещающие одновременно в одном процессе обработки несколько традиционных методов, рассмотренных выше. При этом повышается производительность, точность
и экономичность.

В настоящее время промышленностью освоены ультразвуковая механическая, плазменно-механическая обработки и электрохимическое шлифование.

Ультразвуковая обработка включает операции точения, фрезерования, строгания, протягивания, сверления, зенкерования и нарезания резьб. Ультразвуковые колебания прикладываются к инструменту в основном направлении подачи. Они могут быть продольными, крутильными и изгибными. Механизм воздействия ультразвука заключается
в снижении сопротивления обрабатываемого материала пластической деформации в зоне стружкообразования и снижении трения в контактных зонах. Наиболее эффективно применение метода для нарезания резьб. Для ультразвуковой обработки применяют стандартные станки, оснащённые сменными ультразвуковыми головками.

Плазменно-механическая обработка включает локальный нагрев срезаемого слоя плазменной струёй и последующий съём этого слоя режущим инструментом. Удаляемый при резании металл нагревают плазменным электрическим разрядом на расстоянии, исключающем разогрев режущего инструмента. Нагрев при черновом точении увеличивает производительность в 4–8 раз. Чистовая обработка проводится на тех же станках, но уже без плазменного нагрева. Используются стандартные станки, оснащённые плазменной установкой мощностью 150 кВА, с рабочим током 200–500 А, напряжением 100–270 В.
В качестве плазмообразующего газа используют воздух.

Наконец, электрохимическое шлифование выполняют токопроводящим алмазным или абразивным кругами на металлической связке, являющимся катодом в электролите. По сравнению с традиционным шлифованием исключаются сколы и трещины в металле при обработке хрупких сплавов, исключаются прижоги при обработке вязких сталей, резко повышается производительность труда.

Часто выбор способа обработки материала определяется его обрабатываемостью. Оценку обрабатываемости материала производят путём сравнения с обрабатываемостью стали 45, значение которой принимается за единицу. К легкообрабатываемым материалам относят латуни, бронзы, дуралюмины и чугуны. Обрабатываемостью ниже средней обладают высоколегированные стали аустенитного класса, мартенситного, аустенитно-мартенситного классов, жаростойкие, кислотостойкие стали, композитные материалы, никелевые и твёрдые сплавы, керамические материалы и минералы. Обрабатываемость конструкционных материалов зависит от их механических свойств и ухудшается с увеличением в сплаве упрочняющих фаз, неметаллических включений, измельчением структуры, увеличением вязкости.

Повышение обрабатываемости достигается предварительной термической обработкой заготовок, применением инструментов из твёрдых сплавов, использованием смазочно-охлаждающих жидкостей, оптимизацией режимов резания и т. д. Такие труднообрабатываемые материалы, как жаропрочная сталь или тугоплавкие сплавы, требуют применения физико-химических методов обработки.

В конечном счёте выбор способа обработки определяется техническими требованиями к изделию и затратами на изготовление. Так называемые приведённые годовые затраты (включающие капитальные и эксплуатационные расходы) в предпочтительном варианте должны быть минимальны.