特种加工试题与答案[最终版]

第一篇：特种加工试题与答案[最终版]

特种加工试题

一、名词解释：

1.极性效应 在电火花加工中，把由于正负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。

2.线性电解液

电解加工速度与电流密度的关系曲线为通过原点的直线的电解液。

3.倍频现象

通入线圈的电流为交流正弦波，每周期的正半波和负半波引起磁场两次大小变化，使换能器也伸缩两次，引起振动节奏模糊且共振长度变短的现象。

4.混粉电火花加工

在电火花工作液中混入一定比例的导电或半导电微细粉末，以降低表面粗糙度、消除微观裂纹，使加工后表面达到类似镜面的效果的电火花加工方法。

5.振动切削加工

通过在切削刀具上施加某种有规律的可控振动，使切削速度、切削深度产生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。

二、判断题（判断正误并改正）

1.电火花和电化学加工是非接触加工，加工后的工件表面无残余应力。（√）2.电化学反应时，金属的电极电位越正，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中。（√）3.激光加工与离子束加工要求有真空装置。（×）激光加工不需真空装置。

4.超声波加工时变幅杆可以将振动的振幅放大是利用能量在不同截面是相同的原理。（√）

5.电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属，电化学作用是为了加速磨削过程。（×）电化学作用是是去除金属的主要作用，磨削为辅助作用。

三、简答题

1、电火花加工按工具电极和工件相对运动方式和用途的不同分哪几种类型？ 答：可分五类：①利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；②利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；③利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；④用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；⑤小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

2、电火花加工中的极性效应是什么？加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？线切割加工一般采用什么极性加工，为什么？

答：1）电火花加工中，把由于正负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。

2）①确选择电极的极性

短脉宽精加工时，选正极性加工，将工件接正极；用长脉宽粗加工时，选负极性加工，将工件接负极。

②正确选择电极的材料

选择熔点高、沸点高的材料，选择导热性好的材料。常用石墨和纯铜作电极材料。

③正确选择脉宽等电参数。

④利用加工过程中的吸附效应来补偿和减小电极损耗，炭黑膜通常只在正极上形成，工具应接正极损耗小。

3）线切割加工一般采用正极性加工。因工具电极是直径很小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精、正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。

3、简述电解磨削加工的基本原理、设备组成及应用？

答：1）原理 砂轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙（约0.02～0.05毫米），同时向间隙中供给电解液。在直流电的作用下，工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜。这些电解产物不断地被旋转的磨轮所刮除，使新的金属表面露出，继续产生电解作用，工件材料遂不断地被去除，从而达到磨削的目的。

2）设备：磨头部分，工作台及运动部分，机床进给运动，工作液分值环系统，夹具部分，排风系统，电源部分，机床电气。

3）应用：磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料，如硬质合金、高速钢、钛合金、不锈钢、镍基合金和磁钢等。

4、超声加工系统中,声学部件主要有哪几部分组成？超声频电振荡是如何转换为工具头加工用的机械振动的？

答：1）组成：换能器、传振杆、聚能器、耦合杆和声极。

2）超声波发生器将高频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具生超声波机械振动。

5、分析振动切削加工中的基本规律和特性？

答：振动切削是通过在切削刀具上施加某种有规律的、可控的振动，使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件，从而改变了加工（切削）机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动。低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件，主要用来解决断屑问题以及与此相关的一系列问题，而超声振动（高频振动）切削已经使切屑形成机理产生重大变化，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具寿命和工件加工质量。超声加工的工艺效果来自刀具和工件之间的分离运动，即它是一种脉冲式的断续切削过程。

6、利用电化学加工的基本规律推导电化学加工时，当初始间隙为Δ0，Δb平衡间隙，当工具以一定速度vc，在达到平衡间隙前，工作间隙与时间的关系？

答：、、==

7、编程题:试编写在快走丝数控线切割机床上加工的3B程序。独立设计一适合线切割加工的零件并编写出加工程序（从零件材料初始位置开始）？

解：加工图形如下：

以A点为起点，沿工件轮廓顺时针加工，编程如下： 000 B40000B20000B40000GX L1 001 B20000B0B20000GX L1 002 B0B20000B20000GY SR1 003 B0B30000B30000GY L4 004 B80000B0B80000GX L3 005 B0B30000B30000GY L2 006 D

四、计算题

用NaCl电解液在低碳钢上加工30×80的长方形孔，深度为40mm,若要求10min内加工完，需要用多大电流？若直流电源的最大容量为3000A，应改用的最大进给速度为多少？加工完一个工件需多长时间？（Fe的体积电化学当量ω为2.22mm3/(A/min)）

五、实验设计

设计一实验方法研究电化学磨削加工中，确定电化学加工与磨削加工各自在加工材料时所占的比重？

解：1）在一定时间内先进行一次完整的电化学磨削加工，记录磨削量（磨削深度）。

2）控制其他条件不变，仅去除导电砂轮与工件间电压，加工相同时间测量磨削量。

3）控制其他条件不变，仅使砂轮不进行磨削运动，加工相同时间测量磨削量。

4）比较以上三种情况磨削量，计算比重。

C D

B A E

解：R=5, AB=4, BC=5-3=2 AB段：BBB4000GyL2 BC段：BBB2000GxL3 CD段：B5000B0B10000GySR2 DE段：B2B4B4000GyL3 EA段：B3000B4000B6000GxSR4

AB段：B4B2B40000 GxL1 BC段：BBB20000GxL1 CD段：B0B20000B20000GySR1 DE段：BBB30000 GyL4 EF段：BBB80000 GxL3 FA段：BBB30000GyL2

解：R=25, AE=25-15=10, DE=20 AB段：B0B25000B25000GySR1 BC段：B45B15B45000GxL3 CD段：B20000B15000B30000GySR3 DE段：BBB20000GxL1 EA段：BBB10000Gy L2

三、简答题（30分，每题6分）

1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？（6分）

答：1）特种加工是用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。（2分）

2）特种加工打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。（2分）3）特种加工过程中，工具与工件不受切削力的作用。（2分）

2、特种加工的本质特点是什么？（6分）

答：1）特种加工所使用的工具硬度可以低于被加工材料的硬度；（2分）

2）特种加工不依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除材料（2分）3）特种加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。（2分）

3、电火花加工必须解决的问题有哪些？（6分）

答：

1、由于在电火花加工的不同阶段，金属蚀除的速度不同，因此必须具有工具电极的自动进给和调节装置，使工具和工件之间保持合适的放电间隙；（2分）

2、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；（2分）

3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。（2分）

4、什么是电火花加工的机理？火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？（6分）

答：电火花加工的机理是指电火花加工的物理本质，即火花放电时，电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的这一微观物理过程。（2分）

火花放电过程大致可分为如下四个阶段：

1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；（1分）

2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；（1分）

3、电极材料的抛出；（1分）

4、极间介质的消电离；（1分）

5、电火花加工的优缺点有哪些？（6分）答：电火花加工的优点主要体现在以下四个方面：

1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；（1分）

2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；（1分）

3、工具与工件不接触，作用力极小；（1分）

4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小。（1分）但存在以下缺陷：

1、主要用于加工金属等导电材料；（1分）

2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）且存在一定的电极损耗。（1分）

6、简要叙述电火花加工的应用场合（6分）

答：

1、可以使用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极，去加工任何硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；（2分）

2、加工时工件与工具不接触，无切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。（2分）

3、可以加工任何形状特殊、结构复杂的工件；（1分）

4、脉冲电源的参数可以任意调节，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工或精加工。（1分）

7、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？（6分）

答：1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复放电间隙的绝缘状态；（2分）

2）压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性；（2分）3）加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电；（1分）4）加速电蚀产物的排除；（1分）

8、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求（6分）

答：脉冲电源作用：把工频交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量，以蚀除金属。（2分）

脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出应满足如下要求：（4分）1）足够的放电能量 2）短时间放电 3）波形单向

4）主要参数有较宽的调节范围 5）有适当的脉冲间隔时间

9、简述RC线路脉冲电源的工作过程（6分）答：RC线路脉冲电源的工作过程：

1）当直流电源接通后，电流经限流电阻向电容器充器两端的电压上升，电能往电容器上储存；（2分）

RuEEACVu电，电容d2）当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙

0电的击穿

(a压时，电容器上储存的电能就瞬间释放，形成较大的脉冲电流；（2分）)原理图3）电容器上的电能释放后，电压下降到接近于0，极间工作液又迅速恢复到绝缘状态；此后，电容器再次充电，重复上述过程！（2分）

10、对电火花加工用脉冲电源的要求有哪些？（6分）

答：

1、总的要求：有较高的加工速度、工具电极损耗低、加工过程稳定性好、工艺范围广，从而，能适应粗加工、半精加工、精加工的要求；能适应不同材料的加工；能采用不同工具电极材料进行加工。（2分）

2、具体要求：

1）所产生的脉冲应该是单向的；其目的是最大限度地利用极性效应，以提高生产率和减少工具电极的损耗。（1分）

2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡；其目的是保证加工工艺过程相对稳定。（1分）3）脉冲电源的主要参数应能在很宽的范围内可以调节；其目的是满足粗加工、半精加工、精加工的不同要求。（1分）

4）工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。（1分）

11、简述快走丝线切割机床的工作过程（6分）答：快走丝线切割机床是利用细钼丝作为电极，多工件进行火花放电“切割”加工；贮丝筒使钼丝作正、反向交替移动，加工能源由脉冲电源供给，电极丝和工件之间浇注专用工作液介质。（3分）

工作台在水平面两个坐标方向上，各自按预定的控制程序、并根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线运动，将工件切割成型。（3分）

12、简述电化学反应加工的基本原理（6分）

答：当两铜片接上约10v的直流电流并插入CuCl2的水溶液时，即形成通路，在金属片和溶液的界面上，必定会产生电化学反应，溶液中的Cu移向阴极，在阴极上析出为铜；同时，在阳极上的Cu原子因失去电子而成为Cu+2，进入溶液；这便是电解(电镀)液中的电化学反应；（4分）

这种以电化学反应为基础，对金属进行加工（阳极溶解、阴极沉积）的方法称为电化学加工；（2分）

13、简述激光加工的基本原理（6分）

答：激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应下产生高温熔融，来加工各种材料；（2分）

激光加工时，把光束聚集在工件的表面上，由于区域小、亮度高，其焦点处的功率密度极高，温度可以达到一万多度；在此高温下，可以在瞬间熔化和蒸发任何坚硬的材料，并产生很强的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除。（4分）

14、简述激光加工的特点（6分）

答：1）不受工件材料硬度、熔点、导电性等各种性质的影响，几乎对所有金属和非金属都可以进行激光加工；（2分）

2）激光能聚集成极小的光斑，可以进行细微和精密加工；（1分）

3）可使用反射镜，将激光输送到远离激光器的隔离室或其它地点，进行加工；（1分）4）无刀具，属于非接触式加工，无机械加工变形；（1分）

5）对环境无特殊要求，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小；（1分）

15、简述电子束加工原理（6分）

答：电子束加工是利用电子高速运动时的冲击动能来加工工件的；（1分）

在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，再经过加速极加速，将具有很高速度和能量的电子束聚焦在被加工材料上，高速电子撞击工件，其动能绝大部分转化为热能，使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除；（4分）

所以说电子束加工是通过热效应进行加工的。（1分）

16、简述电子束加工特点（6分）

答：

1、电子束加工时，电子束聚焦直径小，可实现精密微细的加工。（1分）

+

22、电子束加工属非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏现应力和变形。（1分）

3、加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。（1分）

4、电子束的能量密度高，因而加工生产率很高。（1分）

5、电子束容易控制，加工过程便于实现自动化。（1分）

6、电子束加工在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。（1分）

17、简述离子束加工原理（6分）

答：与电子束加工比较相似，离子束加工也是在真空条件下，把惰性气体，通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。（4分）

与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。（2分）

18、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？（6分）答：

1、只有在较高的真空条件中，电子和离子才能高速运动。（3分）

2、由于加工时的金属蒸汽会影响电子和离子发射，产生不稳定现象，所以在加工过程中，需要利用真空吸力，不断地把所产生的金属蒸汽抽出去。（3分）

19、简述超声波加工的原理（6分）

答：超声波加工是利用振动频率超过16000 Hz的工具头的振动，通过悬浮液磨料的撞击和抛磨作用，对工件进行成型加工的一种方法；（2分）

超声波加工时，在工件和工具之间注入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液，工具对工件保持一定的进给压力，并作高频振荡，频率为16~30kHz，振幅为0.01~0.15mm。磨料在工具的超声振荡作用下，以极高的速度不断地撞击工件表面，使工件材料在瞬间高压下产生局部破碎；由于悬浮液的告诉搅动，又使磨料不断抛磨工件表面。随着悬浮液的循环流动，使磨料不断得到更新，同时带走被粉碎下来的材料微粒。在加工中，工具逐步伸入到工件中，工具的形状便被复制到工件上。（4分）20、简述超声波加工的主要特点（6分）

答：

1、适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。（2分）

2、加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度Ra值很小，可达0.2 μm，加工精度可达0.05～0.02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。（2分）

3、由于工具材料较软，易制成复杂的形状，工具和工件又无需作复杂的相对运动，因此普通的超声波加工设备结构简单。加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。（2分）

第二篇：特种加工答案

第二章

电火花加工

1．两金属在（1）在真空中火花放电；（2）在空气中；（3）在纯水（蒸馏水或去离子水）中；（4）在线切割乳化液中；（5）在煤油中火花放电时，在宏观和微观过程以及电蚀产物方面有何相同和相异之处？

答：（1）两金属在真空中火花放电时，当电压（电位差）超过一定时即产生“击穿”，电子由“－”极逸出飞向“+”极，由于真空中没有物质阻挡电子的运动，所以没有正离子形成，没有发热的放电“通道”的概念，示波器、显像管中电子流的运动与此类似。基本上没有“电蚀产物”成生。

（2）两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化、涂覆。电焊、等离子切割、等离子焊等，也是在空气中放电，利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道，在通道中和工件表面产生大量的热能用于强化、涂覆、切割和焊接。

（3）在纯水、蒸馏水或去离子水中，两金属间电火花放电与在煤油中类似，只是水分子、原子受电子、正离子撞击发热气化，最后分解为氧原子和氢原子（分子），而不像煤油中会分解出碳原子（碳黑微粒）和氢气等。

（4）、（5）在乳化液中和煤油中放电过程，详见教材中有关章节，不再另行论述。

2．有没有可能或在什么情况下可以用工频交流电源作为电火花加工的脉冲 直流电源？在什么情况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直流电源？（提示：轧辊电火花对磨、齿轮电火花跑合时，不考虑电极相对磨损的情况下，可用工频交流电源；在电火花磨削、切割下料等工具、工件间有高速相对运动时，可用直流电源代替脉冲电源，但为什么？）答：如提示所述，在不需要“极性效应”、不需考虑电极损耗率等的情况下，可以直接用 220V 的 50Hz 交流电作为脉冲电源进行轧辊电火花对磨和齿轮电火花跑合等。不过回路中应串接限流电阻，限制放电电流不要过大。如需精规准对磨或跑合，则可在交流工频电源上并联 RC 电路（R500~1000, C0.1~0.01µF），再接到两个工件上。在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削、电火花切断、下料时，如果可以不计电极损耗率，则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削。由于工具电极高速转动，所以一般不会产生稳定电弧烧伤工件。最好是经调压变压器降压到5~100V 再整流供磨削之用，一则可以调节电压或电流，二则和 220V 交流电源隔离，以保障人身避免触电的危险。

3．电火花加工时的自动进给系统和车、钻、磨削时的自动进给系统，在原理上、本质上有何不同？为什么会引起这种不同？

答：电火花加工时工具电极和工件间并不接触，火花放电时需通过自动调节系统保持一定的放电间隙，而车、钻、磨削时是接触加工，靠切削力把多余的金属除去，因此进给系统是刚性的、等速的，一般不需要自动调节。

4．电火花共轭同步回转加工和电火花磨削在原理上有何不同？工具电极和工件上的瞬间放电点之间有无相对移动？加工内螺纹时为什么不会“乱扣”？用铜螺杆做工具电极，在内孔中用平动法加工内螺纹，在原理上和共轭同步回转法有何异同？ 答：不同之处在于电火花共轭同步回转加工时：

（1）工具电极和工件的转动方向相同；

（2）转速严格相等（或成倍角、比例关系）；

（3）工具和工件上瞬时放电点之间有很慢的相对移动。而电火花磨削时工具和工件可以同向或反向转动；工具和工件的转速并不相同，磨削点之间有很大的相对移动。加工内螺纹时，其所以不会“乱扣”，是因为加工中工具电极和工件的转向和转速相等，工具和工件圆周表面上有着“各点对应”的关系，所以能把工具表面的螺纹形状复制到工件表面上去而不会“乱扣”。在内孔中用平动法加工内螺纹，本质上和共轭同步回转法相同，不同之处在于平动法加工时工件不转动而代之以工具电极在平动头中作“公转”行星式运动，其内外圆上“各点对应”的规则仍然存在。

5．电火花加工时，什么叫做间隙蚀除特性曲线？粗、中、精加工时，间隙蚀除特性曲线有何不同？脉冲电源的空载电压不一样时（例如 80V、100V、300V三种不同的空载电压），间隙曲线有何不同？试定性、半定量地作图分析之。

答：间隙蚀除特性曲线是电火花放电间隙蚀除速度和放电间隙大小（间隙平均电压的大小）之间的关系，此关系可以定量地用作图法画成间隙蚀除特性曲线。粗、中、精加工时，由于脉宽、峰值电流等电规准不同，同样大小间隙的蚀除速度也就不一样，总的来说，粗加工时蚀除速度较大，上凸的间隙蚀除特性曲线就高于中、精加工的曲线。

当脉冲电源的空载电压不一样时，例如电压较高为 300V 时，其击穿间隙、平均放电间隙都大于 100V 或 80V 的放电间隙，因此横坐标上的 A 点（电火花击穿间隙）将大于 100V 或 80V 时的间隙。间隙特征曲线原点不动，整个曲线稍向右移。同理 80V 空载电压的间隙特征曲线的 A 点将偏向左边。

6．在电火花加工机床上用10mm的纯铜杆加工10mm的铁杆，加工时两杆的中心线偏距 5mm，选用

1t = 200µs，i=5.4A，各用正极性和负极性加工 10min，试画出加工后两杆的形状、尺寸，电极侧面间隙大小和表面粗糙度值（提示：利用电火花加工工艺参数曲线图表来测算）。

答：加工示意图见图 2-1a。设先用正极性加工，加工后的图形见图 b，负极损耗较大；负极性加工后的图形见图 c，正极工具损耗较小。具体数据请自行在图中标明，并与书中工 艺曲线图表进行对照比较。

7．电火花加工一个纪念章浅型腔花纹模具，设花纹模电极的面积为10mm×20mm=200mm，花纹的深度为 0.8mm，要求加工出模具的深度为 1mm，表面粗糙度为R a=0.63µm，分粗、中、精三次加工，试选择每次的加工极性、电规准脉宽

1t、峰值电流

ei、加工余量及加工时间，并列成一表（提示：用电火花加工工艺参数曲线图表来计算）。

答：可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗、中、精加工的规准。例如

第三篇：特种加工考试答案

1.切削加工的本质？特种加工与切削加工的不同点？

切削加工的本质：一是靠刀具材料比工件更硬；二是靠机械能把工件上多余的材料切除。

特种加工与传统金属切削加工的区别:（P2）1）利用的主要能量形式不同；

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机械切削力。

2.对超精密加工机床的要求？对超精密切削刀具的要求？超精密加工按加工方式分类？

对超精密加工机床的要求：高精度、高刚度、高稳定性、高自动化。（P16）对超精密切削刀具的要求：（P27）

1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，保证刀具有很高的尺寸耐用度； 2）刃口能磨的极其锋锐，实现超薄切削；

3）刀刃无缺陷，切削时刀刃将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的镜面；

4）与工件材料的抗粘结性好，化学亲和小，摩擦因数低，以得到极好的加工表面完整性。按加工方式分类：切削加工，磨料加工，特征加工和复合加工

(P13)3.金刚石晶体的解理现象？金刚石的相对磨削率？（P30-P31）

解理现象：指晶体受到定向的机械力作用时，可以沿某个平面平整的劈开的现象。

相对磨削率：金刚石的耐磨性通常用它的相对磨削率表示，指单位载荷和单位线速度下的磨削体积。4.精密磨削机理？（P39）

1）微刃的微切削作用； 2）微刃的等高切削作用；

3）微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

5.电火花加工的条件？电火花加工的机理？极间放电电压波形和电流波形如何？电火花电源按波形分类？（1）电火花加工的条件：（P51）

1）电极之间始终保持确定的距离；

2）放电点的局部区域达到足够高的电流密度，以确保被加工材料能在局部熔化、气化，否则只能加工被加工材料；

3）及时排除电极间的电蚀产物，以确保电极间介电性能的稳定； 4）在具有一定绝缘强度和一定粘度的电介质中进行放电加工。

（2）电火花加工的机理：是电力、热力、磁力、流体动力等综合作用的过程。（P52）

大致分为四个阶段: 1）极间介质的击穿与放电，形成放电通道；

2）能量的转换、分布与传递；材料熔化、气化热膨胀 3）电极材料的抛出； 4）极间介质的消电离。

（3）极间放电电压波形和电流波形：见P53 图4-3（4）电火花电源按波形分类：矩形波，梳状波分组脉冲，三角形波，阶梯波，正弦波，高低压复合脉冲。（P68）6.何谓极性效应？为何产生？如何利用？如何降低工具电极相对损耗？二次放电现象？电规准？（1）极性效应：单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象为极性效应。（P58）

（2）产生：在电火花放大过程中，正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、气化抛出的电蚀量也不一样。同时电极表面的吸附，覆盖和镀覆作用也是产生极性效应的原因。（P58）

（3）利用：为了充分利用极性效应，最大限度降低工具电极的损耗，应合理选用工具电极的材料，根据电极对材料的物理性能，加工要求选用最佳的电参数，正确选用极性，使工件的蚀除速度最高，工具损耗尽可能小。（4）降低工具电极相对损耗：首先要根据电极对材料特性确定最佳脉宽，其次有效利用电火花加工过程的各

种效应，如极性效应、吸附效应、传热效应。（P62）

（5）二次放电现象：指已加工表面上由于电蚀产物等的介入而再次进行的非正常放电，集中反映在加工深度方向产生斜度和加工棱角棱边变钝方面。（P65）

（6）电规准：电火花加工过程中一组电参数，如电压、电流、脉宽、脉间等。（P83）7.电火花加工的表面变质层如何划分？淬火钢和未淬火钢有何区别？（P66）

（1）表面变质层划分：对于熔化，气化材料，可将变质层分为熔化凝固层和热影响层。（2）淬火钢和未淬火钢区别：淬火钢的热影响层厚度比未淬火钢大。

8.何谓间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线？画图并作简要说明？自动进给调节系统的方框图？（P74）

（1）间隙蚀除特性与调节特性曲线：

由图可知：当间隙过大，例如大于60μm（为A点的开路电压）时，电极工具将以较大的空载速度vdA向工件进给。随着放电间隙减小和火花率的提高，向下进给速度也逐渐减小，直至为零。当间隙短路时，工具将反向以vd0高速回退。在交点B，进给速度等于蚀除速度，是稳定的工作点和稳定的放电间隙。

Ⅰ-蚀除特性曲线 Ⅱ-调节特性曲线

（2）电火花加工进给调节装置：有测量环节、放大环节、执行环节等主要环节组成。

9.混粉加工的定义及作用机理？（P79）

定义：在工作液中添加一定数量的硅、铝、镍等微粉，达到有效降低电火花加工后的表面粗糙度值的目的。作用机理：1）加工放电间隙明显增大，使放电对工件表面的冲击力减小，从而使放电凹坑中蚀除抛出量减少，形成较浅的放电凹坑。

2）金属及半导体微粉与被加工表面之间将产生微放电，形成分散式放电状况，有效的防止放电凹坑的多次重叠，使凹坑较浅。

3）分散极间电容，使极间电容减小，从而有效的减小了放电脉冲能量。

4）混粉工作液中的微粉对工件表面有抛光作用，磨料喷射加工等作用。

10.RC电源属于何种电源？按电极丝运行速度，线切割机床分为？

RC电源属于：弛张式脉冲电源。（P69）

按电极丝运行速度：高速走丝线切割机床和低速走丝线切割机床。（P103）11.线切割与电火花加工的不同点？（P102）

1）不需要制造复杂的成形电极；

2）能够方便快捷的加工薄壁，窄槽，异形孔等复杂结构零件；

3）一般采用精规准一次加工成形，在加工过程中大都不需要转换加工规准； 4）电极丝的损耗较少，从而对加工精度影响较小；

5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火，容易实现安全无人操作运行； 6）没有稳定的拉弧放电状态；

7）脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属于中、精加工范畴，采用正极性加工方式。12.线切割机床控制系统的功能？（P106）

在电火花线切割加工过程中，根据工件的形状和尺寸要求，自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹和进给速度，实现对工件的形状和尺寸加工

主要功能包括轨迹控制和加工控制：

（1）轨迹控制就是精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸；

（2）加工控制主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其它的机床操作控制。13.3B格式编程？

P107 14.画出活泼金属和不活泼金属的双电层图形？双电层？电极电位？极化？超电压？端面平衡间隙15.双电层图形：见P119 图6-4 双电层：金属表面带负电，溶液带正电。（P119）

电极电位:产生在金属和它的盐溶液之间的电位差称为该金属的电位电极。（P119）

极化：当有电流通过电解池时，电极的平衡状态被破坏，阳极电位向正方向增大，阴极电位向负方向增大，即所谓的极化现象。（P122）

超电压：极化后的电极电位（E）与平衡电位的增值。（P122）端面平衡间隙：加工过程中达到动态平衡状态时的加工间隙。（P127）15.何为浓度超电压？化学超电压？电阻超电压？（P122）

浓度超电压：为了保持电化学电流和加工速度，必须增加一个外加电压，即为浓度超电压。化学超电压：要克服钝化膜的电阻，就需要额外增加电源电压，这个电压称之为电阻超电压。

电阻超电压：为保证电化学过程继续进行，必须增大外电源电压以补偿由于化学反应二引起的电位变化，由此所提高的电压值称为化学超电压。

16.电解液的作用？基本要求及常用电解液的类型？钝化？活化？

作用：1）作为导电介质传递电流；

2）参与电化学反应；

3）及时带走电解产物及热量，起到更新极间介质状态及冷却的作用。（P130）

基本要求：1）电导率要高，流动性要好，可以保证用较低的加工电压获得较大的加工电流，减少发热；

2）电解质在溶液中的电离度和溶解度要大；

3）阳极的电解产物应是不溶性的化合物，便于处理；

4）性能稳定，操作使用安全，对设备产生的腐蚀作用轻，不易燃，不爆炸，对环境污染和人体危害小；

5）价格低廉，适应性广，使用寿命长。（130）

常用电解液的类型：酸性溶液，中性溶液和碱性溶液。（P132）

钝化：由于电极反应，会在阳极金属表面形成一层致密而又非常薄的粘膜（钝化膜），从而使金属表面失去原有的活泼性，导致金属的溶解过程减慢，这就是通常所说的阳极钝化现象。（P122）活化：在电化学加工中，把去掉钝化膜的过程叫做活化。（P122）17.提高电解加工精度的措施？电流效率？

（1）提高电解加工精度：（P131）

1）脉冲电流电解加工：改善流场特性；间隙中存在压力波动，可降低电解液流速；电流效率一般高于直流加工，平均电流比直流加工时低，所以加工去除速度低于直流加工。

2）小间隙电解加工

3）改进电解液：复合型电解液，低浓度电解液 4）混气电解加工（2）电流效率：指电解时，在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比，通常用符号η表示。实际蚀除量100%（P124）

理论蚀除量18.电解磨削与机械磨削以及电解加工的不同点？（P156）

电解磨削比机械磨削有较高的生产率。

电解磨削与电解加工：电解加工时工件表面形成的钝化膜是靠活性离子进行活化，或靠高的电流密度破坏，电解产物的排除是靠高速流动的电解液的冲刷作用。电解磨削时，工件表面氧化膜的去除是靠砂轮上磨粒的机械刮除作用，采用小型离心泵。电解磨削比电解加工具有较好的加工精度和表面粗糙度。

19.电解加工、电铸、电刷镀的原理？

电解加工：利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理实现金属零件的成形加工。（P117）

电铸：金属的电解沉积原理来精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。

电刷镀：在金属表面局部快速电化学沉积金属。（P166）

20.激光特点？跃迁？自发辐射？受激辐射？受激吸收？粒子数反转？激光加工设备的基本组成？激光打孔与那些因素有关？

激光特点：单色性好，相干性好和方向性好和能量密度高等特性。（P171）

跃迁：原子在光的照射下从高（低）能态跳到低（高）能态发射（吸收）光子的过程就是跃迁。自发辐射：处于激发态的原子，在没有外界信号作用下，自发的跃迁到低能态时产生的光辐射。（P170）受激辐射：处于激发态的原子，在频率为v21的外界入射信号作用下，从E2能级跃迁到E1能级上，在跃迁过程中，原子辐射出的光子能量为hv21,该光子与外界输入信号处于同一状态，这一辐射过程称受激辐射.（P171）

受激吸收：处于低能级的原子在外界信号的作用下从低能级向高能级跃迁的过程。（P171）

粒子数反转：由于受激吸收作用的存在，使处在高能级（激发态）的原子数目大于低能级（基态）的原子数目的现象。（P171）

设备的基本组成：包括激光器、电源、光学系统、冷却系统、机械系统、控制系统及安全系统等。（174）激光打孔与那些因素有关：1）激光照射能量与照射时间

2）焦距与发散角 3）焦点的位置

4）光斑内的能量分布 5）激光的照射次数 6）工件材料。（P179-P180）

21.电子束加工装置的控制系统控制内容？（206）

包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流强度控制、工作台位移控制束流通断时间控制、束流偏转控制以及电磁透镜控制等几部分。

22.离子束加工的物理基础？分类？电子束和离子束加工的不同点？

（1）离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。（P210）（2）分类：1）离子束刻蚀加工；

2）离子镀膜加工：包括溅射镀膜和离子镀。

3）离子注入加工。（P212）

（3）电子束和离子束加工的不同点：

1）带正电荷的离子质量比电子大成千上万倍，离子束比电子束具有更大的撞击动能；

2）电子束加工主要通过热效应来蚀除材料或光化学作用来进行曝光，而离子束加工是通过质量较大的离子束的动能，在撞击工件材料时，引起材料变形、分离、破坏等机械作用进行加工。3）电子束加工是电能转化成热能，而离子束加工是电能转化成动能。

23.超声波加工的本质、特点？空化作用？超声加工设备的组成？超声振动系统包括？（P192-194）

超声波加工的本质：利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形加工方法。特点：1）适合于加工硬脆材料；

2）工具形状可以较复杂，而机床结构简单，操作方便； 3）宏观切削力很小，所以工件被加工表面完整性较好。

空化作用：指工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工间隙内形成负压和局部真空，在工作液体内形成很多微空腔，促使工作液钻入被加工工件表面材料的微裂纹处。当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空腔闭合，引起极强的液压冲击波，加速了磨料对工件表面的破碎作用。

超声加工设备的组成：超声波发生器，超声振动系统，超声加工机床本体，磨料悬浮液冷却及循环系统。超声振动系统包括：超声换能器，变幅杆及工具三部分。24.等离子体？加工原理？具有极高的能量密度？（P228）

气体在高温下离解成正离子及自由电子，整体仍旧保持电中性，这种高温电离气体称为等离子体。加工原理：利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气化来去除工件材料。具有极高的能量密度原因：1）机械压缩效应；

2）热收缩效应； 3）磁收缩效应。

25.超高压水射流切割设备的组成？磨料喷射加工的设备组成？

（1）超高压水射流切割设备的组成: 超高压水发生装置、喷嘴、超高压管路系统、执行机构、电气控制系统等（P219）

（2）磨料喷射加工的设备组成：1）储藏、混合和载运磨料装置；（P236）

2）工作室； 3）粉尘集收器；

4）干燥气体供应装置。

26.电流效率解释？为什么大于1？

电流效率是指电解时，在电极上实际沉积或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解量之比，通常用符号η表示 27.磨削，精密磨削，超精密磨削机理？ 28.快速成型的原理？以及典型的运用技术？

原理：

分层物体制造技术LOM 立体平板印刷技术SLA 选择性激光烧结技术SLS 熔丝沉积制造技术FDM 三维印刷技术3DP

弹道微控制造技术BPM

第四篇：特种加工课后习题答案

《特种加工》习题解答 概 论

1.从特种加工的发生和发展来举例分析科学技术中有哪些事例是“物极必反” 有哪些事例是“坏事有时变为好事”

答:这种事例还是很多的.以“物极必反”来说,人们发明了螺旋桨式飞机,并不断加大螺旋桨的转速和功率以提高飞机的飞行速度和飞行高度.但后来人们发现证实螺旋桨原理本身限制了飞机很难达到音速和超音速,随着飞行高度愈高,空气愈稀薄,螺旋桨的效率愈来愈低,更不可能在宇宙空间中飞行.于是人们采用爆竹升空的简单原理研制出喷气式发动机取代了螺旋桨式飞行器,实现了洲际和太空飞行.由轮船发展成气垫船,也有类似规律.以“坏事变好事”来说,火花放电会把接触器、继电器等电器开关的触点烧毛、损蚀,而利用脉冲电源瞬时、局部的火花放电高温可用作难加工材料的尺寸加工.同样,铝饭盒盛放咸菜日久会腐蚀穿孔,钢铁器皿、小刀等在潮湿的环境下会腐蚀.钢铁在风吹雨淋时遭受锈蚀,海洋船舰的钢铁船体为了防止海水的腐蚀,得消耗巨资进行防锈、防蚀.人们研究清楚钢铁电化学锈蚀的原理后,创造了选择性阳极溶解的电解加工方法.这些都是“坏事变好事”的实例.2.试列举几种采用特种加工工艺之后,对材料的可加工性和结构工艺性产生重大影响的实例.答:这类实例是很多的,例如: ⑴硬质合金历来被认为是可加工性较差的材料,因为普通刀具和砂轮无法对它进行切削磨削加工,只有碳化硅和金刚石砂轮才能对硬质合金进行磨削.可是用电火花成形加工或电火花线切割加工却可轻而易举地加工出各式内外圆、平面、小孔、深孔、窄槽等复杂表面,其生产效率往往高于普通磨削加工的生产率.更有甚者,金刚石和聚晶金刚石是世界上最硬的材料,过去把它作为刀具和拉丝模具等材料只有用金刚石砂轮或磨料“自己磨自己”,磨削时金刚石工具损耗很大,正是硬碰硬两败俱伤,确实是可加工性极差.但特种加工中电火花可成形加工聚晶金刚石刀具,工具,而激光加工则不但“削铁如泥”而且可“削金刚石如泥”.在激光加工面前,金刚石的可加工性和钢铁差不多了.对过去传统概念上的可加工性,的确需要重新评价.(2)对结构工艺性,过去认为方孔,小孔,小深孔,深槽,窄缝以及细长杆,薄壁等低刚度零件的结构工艺性很差,在结构设计时应尽量避免.对E字形的硅钢片硬质合金冲模,由于90*内角很难磨削,因此常采用多块硬质合金拼镶结构的冲模.但采用电火花成形加工或线切割数控加工,则很容易加工成整体硬质合金的E形硅钢片冲模,特种加工可使某些结构工艺性由“差”变“好”.3.工艺和特种加工工艺之间有何关系(应该说如何正确处理常规工艺和特种加工之间的差别)答:一般而言,常规工艺是在切削,磨削,研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺,而且今后也始终是主流工艺.但是随着难加工的新材料,复杂表面和有特殊要求的零件愈来愈多,常规,传统工艺必然会有所不适应.所以可以认为特种加工工艺是常规加工工艺的补充和发展.特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分常规加工工艺,但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺.第二章 电火花加工

1.两金属在(1)在真空中火花放电;(2)在空气中;(3)在纯水(蒸馏水或去离子水)中;(4)在线切割乳化液中;(5)在煤油中火花放电时,在宏观和微观过程以及电蚀产物方面有何相同和相异之处

答:(1)两金属在真空中火花放电时,当电压(电位差)超过一定时即产生“击穿”,电子由“-”极逸出飞向“+”极,由于真空中没有物质阻挡电子的运动,所以没有正离子形成,没有发热的放电“通道”的概念,示波器,显象管中电子流的运动与此类似.基本上没有“电蚀产物”生成.(2)两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化,涂覆.电焊,等离子切割,等离子焊等,也是在空气中放电,利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道,在通道中和工件表面产生大量的热能用于强化,涂覆,切割和焊接.(3)在纯水,蒸馏水或去离子水中,两金属间电火花放电与在煤油中类似,只是水分子,原子受电子,正离子撞击发热气化,最后分解为氧原子和氢原子(分子),而不像煤油中会分解出碳原子(碳黑微粒)和氢气等.(4),(5)在乳化液中和煤油中放电过程,详见教材中有关章节,不再另行论述.2.有没有可能或在什么情况下可以用工频交流电源作为电火花加工的脉冲直流电源 在什么情况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直流电源(提示:轧辊电火花对磨,齿轮电火花跑合时,不考虑电极相对磨损的情况下,可用工频交流电源;在电火花磨削,切割下料等工具,工件间有高速相对运动时,可用直流电源代替脉冲电源,但为什么)如提示所述,在不需要“极性效应”,不需要考虑电极损耗率等的情况下,可以直接用220V的50HZ交流电作为脉冲电源进行轧辊电火花对磨和齿轮电火花跑合等.不过回路中应串接限流电阻,限制放电电流不要过大.如需精规准对磨或跑合,则可在交流工频电源上并联RC电路(R=500-1000,C=0.1-0.01),再接到两个工件上.在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削,电火花切割,下料时,如果可以不计电极损耗率,则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削.由于工具电极高速转动,所以一般不会产生稳定电弧烧伤工件.最好是经调压变压器降压到5-100V再整流供磨削之用,一则可以调节电压或电流,二则和220V交流电源隔离,以保障人身避免触电的危险.3.电火花加工时的自动进给系统和车,钻,磨削时的自动进给系统,在原理上,本质上有何不同 为什么会引起这种不同

答:电火花加工时工具电极和工件间并不接触,火花放电时需通过自动调节系统保持一定的放电间隙,而车,钻,磨削时是接触加工,靠切削力把多余的金属除去,因此进给系统是刚性的,等速的,一般不需要自动调节.4.电火花共轭同步回转加工和电火花磨削在原理上有何不同 工具电极和工件上的瞬间放电之间有无相对移动 加工内螺纹时为什么不会“乱扣” 用铜螺杆做工具电极,在内孔中用平动法加工内螺纹,在原理上和共轭同步回转法有何异同

答:不同之处在于电火花共轭同步回转加工时:(1)工具电极和工件的转动方向相同;(2)转速严格相等(或成倍角,比例关系);(3)工具和工件上瞬时放电点之间有很慢的相对移动.而电火花磨削时工具和工件可以同向或反向转动;工具和工件的转速并不相同,磨削点之间有很大的相对移动.加工内螺纹时,其所以不会“乱扣”,是因为加工中工具电极和工件的转向和转速相等,工具和工件圆周表面上有着“各点对应”的关系,所以能把工具表面的螺纹形状复制到工件表面上去而不会“乱扣”.在内孔中用平动法加工内螺纹,本质上和共轭同步回转法相同,不同之处在于平动法加工时工件不转动而代之以工具电极在平动头中作“公转”行星式运动,其内外圆上“各点对应”的规则仍然存在.5,电火花加工时,什么叫做间隙蚀除特性曲线 粗,中,精加工时,间隙蚀除特性曲线有何不同 脉冲电源的空载电压不一样时(例如80V,100V,300V三种不同的空载电压),间隙曲线有何不同 试定性,半定量地作图分析之.答:间隙蚀除特性曲线是电火花放电间隙蚀除速度和放电间隙大小(间隙平均电压的大小)之间的关系,此关系可以定量地用作图法画成间隙蚀除特性曲线.粗,中,精加工时,由于脉宽,峰值电流等电规准不同,同样大小间隙的蚀除速度也就不一样,总的来说,粗加工时蚀除速度较大,上凹的间隙蚀除特性曲线就高于中,精加工的曲线.当脉冲电源的空载电压不一样时,例如电压较高为300V时,其击穿间隙,平均放电间隙都大于100V或80V的放电间隙,因此横坐标上的A点(电火花击穿间隙)将大于100V或80V时的间隙.间隙特征曲线原点不动,整个曲线稍向右移.同理,80V空载电压的间隙特征曲线的A点将偏向左边.S/ m /V

6,在电火花加工机床上用Ф10mm的纯铜杆加工Ф10mm的铁杆,加工时两杆的中心矩偏距5mm,选用=200 s, i=5.4A,各用正极性和负极性加工10min, 试画出加工后两杆的形状,尺寸,电极侧面间隙大小和表面粗糙度值(提示:利用电火花加工工艺参数曲线图表来测算).答:加工示意图见图2-1a.设先用正极性加工,加工后的图形见图b,负极损耗较大;负极性加工后的图形见图c,正极工具损耗较小.具体数据请自行在图中标明,并与书中工艺曲线图表进行对照比较).图2-1

7,电火花加工一个纪年章浅型腔花模具,设花纹模电极的面积为10mm×20mm=200,花纹的深度为0.8㎜,要求加工出模具的深度为1㎜,表面粗糙度为=0.63 m,分粗,中,精三次加工,试选择每次的加工极性,电规准脉宽,峰值电流,加工余量及加工时间,并列成一表(提示:用电火花加工工艺参数曲线图表来计算).答:可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗,中,精加工的规准.例如: 极 性 脉 宽 脉 间 峰值 电流 加工 余量

加工后表面粗糙度 时 间

粗加工(可不加抬刀)负 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 约30min 中加工(加抬刀)负 100 s 50 s 4A 0.08㎜ 1.25 m 30min 精加工(加 正 20 s 50 s 2A 0.02㎜ 30min 答:不同之处在于电火花共轭同步回转加工时:(1)工具电极和工件的转动方向相同;(2)转速严格相等(或成倍角,比例关系);(3)工具和工件上瞬时放电点之间有很慢的相对移动.而电火花磨削时工具和工件可以同向或反向转动;工具和工件的转速并不相同,磨削点之间有很大的相对移动.加工内螺纹时,其所以不会“乱扣”,是因为加工中工具电极和工件的转向和转速相等,工具和工件圆周表面上有着“各点对应”的关系,所以能把工具表面的螺纹形状复制到工件表面上去而不会“乱扣”.在内孔中用平动法加工内螺纹,本质上和共轭同步回转法相同,不同之处在于平动法加工时工件不转动而代之以工具电极在平动头中作“公转”行星式运动,其内外圆上“各点对应”的规则仍然存在.5,电火花加工时,什么叫做间隙蚀除特性曲线 粗,中,精加工时,间隙蚀除特性曲线有何不同 脉冲电源的空载电压不一样时(例如80V,100V,300V三种不同的空载电压),间隙曲线有何不同 试定性,半定量地作图分析之.答:间隙蚀除特性曲线是电火花放电间隙蚀除速度和放电间隙大小(间隙平均电压的大小)之间的关系,此关系可以定量地用作图法画成间隙蚀除特性曲线.粗,中,精加工时,由于脉宽,峰值电流等电规准不同,同样大小间隙的蚀除速度也就不一样,总的来说,粗加工时蚀除速度较大,上凹的间隙蚀除特性曲线就高于中,精加工的曲线.当脉冲电源的空载电压不一样时,例如电压较高为300V时,其击穿间隙,平均放电间隙都大于100V或80V的放电间隙,因此横坐标上的A点(电火花击穿间隙)将大于100V或80V时的间隙.间隙特征曲线原点不动,整个曲线稍向右移.同理,80V空载电压的间隙特征曲线的A点将偏向左边.S/ m /V

6,在电火花加工机床上用Ф10mm的纯铜杆加工Ф10mm的铁杆,加工时两杆的中心矩偏距5mm,选用=200 s, i=5.4A,各用正极性和负极性加工10min, 试画出加工后两杆的形状,尺寸,电极侧面间隙大小和表面粗糙度值(提示:利用电火花加工工艺参数曲线图表来测算).答:加工示意图见图2-1a.设先用正极性加工,加工后的图形见图b,负极损耗较大;负极性加工后的图形见图c,正极工具损耗较小.具体数据请自行在图中标明,并与书中工艺曲线图表进行对照比较).图2-1

7,电火花加工一个纪年章浅型腔花模具,设花纹模电极的面积为10mm×20mm=200,花纹的深度为0.8㎜,要求加工出模具的深度为1㎜,表面粗糙度为=0.63 m,分粗,中,精三次加工,试选择每次的加工极性,电规准脉宽,峰值电流,加工余量及加工时间,并列成一表(提示:用电火花加工工艺参数曲线图表来计算).答:可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗,中,精加工的规准.例如: 极 性 脉 宽 脉 间 峰值 电流 加工 余量

加工后表面粗糙度 时 间

粗加工(可不加抬刀)负 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 约30min 中加工(加抬刀)负 100 s 50 s 4A 0.08㎜ 1.25 m 30min 精加工(加 正 20 s 50 s 2A 0.02㎜ 30min

第三章 电火花线切割加工

1.电火花线切割时,粗,种,精加工时生产率的大小和脉冲电源的功率,输出电流的大小有关.用什么方法衡量,判断脉冲电源加工性能的好坏(绝对性能和相对性能)

答:可用单位电流(每安培电流)的生产率来衡量,即可客观地判断脉冲电源加工性能的 好坏.例如某脉冲电源峰值电流25A时的切割速度为100mm2/min,另一电源峰值电流27A时切割速度为106mm2/min,则前者的相对生产率为100/25=4mm2/min,优于后者106/27=3.9mm2/min.又如某线切割脉冲电源3A s时切割速度为100mm2/min,另一电源3,5A时为124mm2/min,则前者相对切割速度为33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.2.电火花加工和线切割加工时,如何计算脉冲电源的电能的利用率 试估计一般线切割方波脉冲电源的电能利用率

答:设脉冲电源的空载电压为100V ,加工时火花放电间隙的维持电压为25V则消耗在晶体管限流电阻上的电压为 100-25=75V,由此可以算出电能利用率: 有用能量:输入能量=25:100=1:4=25% 能量的消耗率为: 损耗能量:输入能量=75:100=3:4=75% 可见75%的能量损耗在限流电阻的发热上.3.设计一个测量,绘制数控线切割加工的间隙蚀除特性曲线的方法(提示:使线切割等速进给,由欠跟踪到过跟踪).答:这一习题有一定的难度,需对间隙蚀除特性曲线和线切割加工伺服进给系统有一定深度的理解才行.间隙蚀除特性曲线是蚀除速度和放电间隙(间隙平均电压)的关系曲线(参见第二章电火花加工的伺服进给).线切割加工时,调节伺服进给量的大小,可以在一定程度上改变平均放电间隙.例如把进给速度人为放慢,处于“欠进给”状态,则平均放电间隙偏大,反之,进给速度过高,“过进给”时,则放电间隙偏小.测绘间隙蚀除特性曲线时,利用“改变预置进给速度”来改变放电间隙的大小.实际上放电间隙的大小(绝对值)很难测量,但可以用加工时的平均间隙电压大小来相对测量间隙值的大小.为此,要在工件和钼丝(导电块)或直接在电源输出端并一个满刻度100V(用于测空载,偏空载时的开路间隙电压),20V(用于测偏短路时的间隙电压)的直流电压表.实际测绘时,先不用线切割机床的“自动档”(伺服)进给,而采用“人工档”(等速进给)进给功能.最初用较慢的等速进给速度进行切割,此时处于“欠跟踪”的进给状态,待切割稳定后就记下进给速度和此时的间隙平均电压,在坐标上作出曲线上的某一点.以后稍微调快进给速度(仍为等速进给),同样测得第二,三```点的数据.当调节到进给速度约等于蚀除速度时,此时即为最佳状态 B 点放电间隙为最佳放电间隙SB 此时的切割速度为最大.当以更大的进给速度(等速)切割时,由于没有伺服功能,进给速度大于可能的蚀除速度,放电间隙逐步减小,最后即将形成短路,放电间隙为零.此时应尽快停止进给,并事先作好记录.在曲线最高点B只右,用上述方法比较容易做出间隙蚀除特性曲线的右半部分.但B点左边的曲线,因放电间隙逐步减小并趋于短路,易把钼丝顶弯,因此应多加小心.4.一般线切割加工机床的进给调解特性曲线和电火花加工机床的进给特性曲线有何不同 与有短路回退功能的线切割加工机床的进给调解特性曲线又有什么不同

答:一般线切割机床的进给的进给系统,往往没有短路回退功能,或短路后经一定时间例如30s后仍不能自动消除短路状态,则回退256步(相当于0.256 mm),如仍不能消除短路,则自动停止进给或同时报警,这与电火花成型加工机床遇短路即退回不一样.上述无短路回退功能的线切割机床的进给特性曲线就不会有横坐标左下部分的曲线,亦即工具电极(钼丝)的进给速度 vd没有负值.即使有短路回退功能的线切割机床,短路后的回退速度是固定的(不象电火花成型加工机床那样短路后将以较高的速度vd0回退),所以进给调节特性曲线的左下部为窄小矩形,即放电间隙较小时,进给速度vd《0,一旦完全短路后,钼丝才低速(恒速)回退.5.设计一个测量,绘制数控线切割加工机床的进给调解特性曲线的方法(提示:在线切割机床上做空载模拟实验.用可调的的直流电源模拟火花间隙的平均电压).答:这一习题也有一定难度,需对线切割机床的变频进给系统有一定的了解.线切割机床的进给速度vd是由火花放电间隙的平均电压ue来决定的.ue越大,vd亦大,ue小vd也小, ue=0,vd=0或等速回退.为此可以用“模拟法”来测绘线切割加工机床的进给调解特性曲线.具体的的方法是:使线切割机床处于加工状态,可不开丝筒,不开高频电源,但应使工作台处于“人工”等速进给状态.此时工作台进给的“取样电压”,并不是来自火花放电间隙的平均电压ue(ue再经电阻分压成10~12v的电压,经“变频调节”电位器送至“压—频”(u-f)转换器,将此低电压u转换成进给脉冲,频率为f,另工作台进给),而是由+12V的外加电压,经“变频调节”电位器调压输入至 “压—频”(u-f)转换器.低电压0V相当于间隙短路,最高10~12V相当于间隙开路状态.可以将此电压由低向高调节,例如0V,2V,4V,6V,8V,10V……直至12V,模拟不同的ue.记录下每种不同电压时的工作台进给速度(可以从控制器面板数显表上测得),然后即可绘制出进给调节特性曲线.6.今拟用数控线切割加工有8个齿的爪牙离合器,试画出其工艺示意图并编制出相应的线切割3B相应程序.答:由于爪牙离合器工件是圆筒形的,端面上需切割出8个爪牙方齿,故切割时必须有一个数控回转工作台附件.办法为先在圆套筒上钻一个∮1~2mm的穿丝孔,装夹好工件后,调整到穿丝孔为最高点时穿丝,回转台转动切除爪牙的端面,见示意图.(俯视图)切割的程序(一次切出凹,凸两个爪牙离合器)为: BBBJ=穿丝孔距离GXL3(x向移动)BBBJ=1/2齿宽GYL4(y向转动)BBBJ=齿深GXL3(x向移动)BBBJ=齿宽GYL4(y向转动)BBBJ=齿深GXL1(x向移动)BBBJ=齿宽GYL4(y向转动)……

第四章

电化学加工

1．从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？原则上要采用哪些措施才能实现？

答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。

2．为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？

答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu 2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu 2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。

3．原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？两者的电流（或电子流）方向有何区别？

答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子流）。电解加工时人为地外部加以电源，接电源正极称阳极，接电源负极的称阴极，阳极表面流出电流（流入电子流），阴极表面流入电流（流出电子流），两者的方向仍一致，见图4-1。

4．举例说明电极电位理论在电解加工中有什么具体应用？

答：电极电位理论在研究、分析电解加工中有很重要的作用，具体应用在：

1）分析电极上电化学反应的产物

在电解加工时，在阴阳两极都有电化学反应，可能参与反应的有电极金属材料、电解液中的有效成分以及水的电离产物H +、OH。但真正能在电极上完成电化学反应的是什么？则需要应用电极电位理论加以分析判断。即：在阳极上，只有电极电位最“－”的离子才能参与反应。

2）估计某种金属材料电解加工的质量和可加工性

每一种金属材料都是由不同元素所组成（真正由单一元素组成的材料极少），而在电解加工时，人们希望阳极金属的电解过程是均匀的。只有这样，加工表面的粗糙度值才会比较好，加工过程才能平稳。如果阳极金属材料的组成元素其电极电位相差很大，则在电解加工中会由于一些元素的电极电位较“＋”，而不能及时溶解，使加工表面形成一些凸出点，造成加工表面粗糙度值增大。更为严重的是这种凸出的质点会造成加工过程的短路、烧损电极，甚至使加工无法进行。例如铸铁和高碳钢中有C及Fe 3C存在，它们的电极电位高达+0.37V，而Fe/Fe 2+的电极电位仅为－0.59V，因 此C及Fe 3C在电解加工中几乎无法被阳极溶解而最终形成凸出质点，从而造成铸铁、高碳钢甚至渗碳钢的电解加工可加工性很差。

5．阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点？举例说明。

答：电极钝化现象的存在，使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿。从生产率的角度出发人们不希望选用能产生钝化现象的钝化型电解液。

但是，当采用 NaCl 等非钝化型电解液工作时，虽然生产率很高，但因为杂散腐蚀严重，成形精度较差，严重影响了电解加工的应用。而当采用钝化型电解液加工时，尽管电极工具的非工作面没有绝缘，但当加工间隙达到一定尺寸后，对应的工件表面就会产生钝化膜，可以避免产生杂散腐蚀，提高加工精度，促进电解加工的推广应用。

电解磨削、电解研磨等加工方法也是利用了阳极钝化现象的存在而开发出来的。它们利用了钝化膜对金属表面的保护作用，采用机械去除钝化膜的方法，使金属微观表面凸点的钝化膜被刮除，并迅速电解，而低凹处的钝化膜起保护作用，使局部不被电解，最终使金属表面的整平作用加快，可实现精加工。

6．在厚度为 64mm的低碳钢钢板上用电解加工方法加工通孔，已知阴极直径24mm，端面平衡间隙∆ b＝0.2mm。求：（1）当阴极侧面不绝缘时，加工出的通孔在钢板上表面及下表面其孔径各是多少？（2）当阴极工具侧面绝缘，且阴极侧面工作圈高度 b=1mm 时，所加工出的孔径是多少？

7．电解加工（如套料、成形加工等）的自动进给系统和电火花加工的自动进给系统有何异同？为什么会形成这些不同？

答：一般电解加工自动进给系统主要是控制均匀等速的进给速度，它的大小是事先设定的。进给速度的大小与端面平衡间隙有直接关系（双曲线关系），而端面平衡间隙又直接影响到阴极形状（成形加工时）。在正常电解加工时，主要依照电流的大小来进行控制，但在电极开始进入或即将退出工件时，由于加工面积的变化，则不能按照电流的大小进行控制。电火花加工的自动进给控制系统的目的是保证某一设定加工间隙（放电状态）的稳定，它是按照电极间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线来工作的，它的进给速度不是均匀等速的。之所以形成这种不同的进给特性，主要是电解加工中存在平衡间隙，进给速度大，平衡间隙变小。在进给方向、端面上不易短路；而电火花加工中不存在平衡间隙，进给速度稍大于蚀除速度，极易引起短路，所以必须调节进给速度以保证放电间隙。

8．电解加工时，何谓电流效率？它与电能利用率有何不同？如果用 12V 的直流电源(如汽车蓄电池)作电解加工，电路中串联一个滑杆电阻来调节电解加工时的电压和电流(例如调到两极间隙电压为

8V)，问：这样是否会降低电解加工时的电流效率？为什么？

答：电解加工时的电流效率是指按照法拉第电解定律所计算出的理论金属蚀除量与实际金属蚀除量之比。由于在电解加工阳极溶解的同时，还会出现如析氧等副反应，因此电解加工时电流效率一般小于 1。

电能利用率是指电源输入的总能量在电解加工中用了多少，在其它方面（如线路损耗）又用了多少。如题所示，利用滑杆电阻可以调节电解加工时的输入电流、电压，而滑杆电阻本身产生的热损耗与电解加工无关。滑杆电阻的热损耗愈大，电能利用率愈低。而经过滑杆电阻调节电压、电流之后进行电解加工时，它的电流效率并没有变化，仍然是按照法拉第电解定律计算，与其它因素无关。

9．电解加工时的电极间隙蚀除特性与电火花加工时的电极间隙蚀除特性有

何不同？为什么？

答：电解加工时，电极间隙蚀除特性曲线是一条双曲线，即 a ∆ = C（常数）如图 4-3a 所示；而电火花加工的蚀除特性曲线则是一条蚀除速度在起点和终点都为零的上凸二次曲线，如图 4-3b 所示。

电解加工时，只要电极不发生短路，电极间隙愈小，阳极工件的蚀除速度就愈高，生产率就愈高；反之，当电极间隙变大时，蚀除速度将下降。

电火花加工时，当放电间隙为零时，蚀除速度也为零。其实，当放电间隙很小时，排屑困难，短路率增加，蚀除速度将大大下降，甚至无法正常加工；而当放电间隙过大时，间隙无法击穿，蚀除速度也为零（相当于非线性电解液中电解加工时有一“切断间隙”）。

10．如何用电极间隙的理论进行电解加工阴极工具的设计？

答：电解加工时的蚀除速度应遵循双曲线规律，即 a ∆ = C。对平板电极而言，当电极进给速度与阳极蚀除速度相等时，电极间隙相对平衡不变，称为端面平衡间隙。对于曲面电极各法线方向的平衡间隙等于：

第五章 激光打印

1.激光为什么比普通光有更大的加工瞬时能量和功率密度 为什么称它为“激”光

答:因为激光器可在较长时间吸收,积聚某一波长光的能量,然后在很短的时间内放出,并且通过光学透镜将大面积光通道上的激光束聚焦在很小的焦点上,经过时间上和空间上的两次能量集中,所以能达到很大的瞬时能量和功率密度.其所以称之为“激光”,是因为激光器中的工作物质吸收某一波长的光能,达到粒子数反转之后,再受到这一波长的光照后,就会瞬时受激,产生跃迁,并发出与此波长相同的激光.2.试述激光加工的能量转换过程,即如何从电能具体转换为光能又转化为热能来蚀除材料的答:固体激光器一般都用亮度很高的氙灯将电能转变为光能,使激光器内的工作物质如红宝石中的铬离子,钕玻璃或钕钇铝石榴石(YAG)中的钕离子吸收光能,达到粒子数反转状态,经触发而产生功率密度很大的强激光,照射到工件上的光能转换为热能,使材料气化而蚀除材料.3.固体,气体等不同激光器的能量转换过程是否相同 如不相同,则具体有何不同

答:并不完全相同.固体激光器有由电能点燃氙灯等强光源(光泵),将电能转换为能使激光器吸收的一般光,到一定程度后发出激光.而气体激光器则直接由电激励激光物质,例如二氧化碳分子,使之连续产生激光.4.不同波长的红外线,红光,绿光,紫光,紫外线光能转换为热能的效率有何不同

答:不同波长,频率的光所含的能量E=hv,其中v为光的频率,h为普朗克常数.可见光所含的能量和其频率成正比.但照射到物体上后光能转换成热能的大小,即光能转换的频率,却随波长(频率)和物体对该光波的吸收率不同而不同.例如红光或红外线照射到人体皮肤上,人们感觉到远比绿光,紫光更温暖,因为皮肤吸收红光的效率远比其他广博为高.同样激光打孔,切割时,影响光能转换为热能效率的因素,除材料对该光波的吸收率外,还有反射率也起很大作用,因此很难加工反射率很高的光洁镜面.5.从激光产生的原理来思考,分析,它以后如何被逐步应用于精密测量,加工,表面热处理,甚至激光信息存储,激光通信,激光计算机等技术领域的 这些应用的共同技术基础是什么 可以从中获得哪些启迪

答:激光之所以能广泛应用于上述高,新技术中,主要是基于它的一系列固有的特点,例如单色性,相干性,方向性极好,瞬时功率,能量密度极大等技术基础.以激光通信为例,由于光的频率高,波长短,发射角小,故具有下列优点:(1)信息容量大,传送路数多.因为信息容量和信息道的带宽成正比.带宽愈宽容量愈大.光波的频率极高,约可容纳100亿个通话线路;若每个电视台占用10MHZ带宽,则可同时播送1000万套电视节目而互不干扰.这是过去任何一种通信系统所不能达到的巨大通信容量.(2)通信距离远,保密性能好.由天线发射的波束,其发散角和λ∕D成正比(λ为波长,D为天线直径).所以波长愈短,天线愈大,发射就愈小.例如,对于波长为1 m的光波,若用直径20cm的透镜(就是激光的发射天线),那么发射角就只是1.1,而对于微波来说,即使使用庞大的天线,发射角仍有几度.由于激光束发射角很小,能量集中在狭小的范围内,以此可以把信息传送到很远的距离.这对空间通信,宇宙通信有重要的意义.激光束不仅发射角小,而且可以采用不可见光,因此敌人不易从中截获,保密性能好.(3)结构轻便,设备经济.由于激光的发散角小,方向性好,光通信所需的发射天线和接收天线都可以做得很小.一般天线直径为几十厘米,重量不过几公斤.而功能类似的微波天线,重量以十吨,百吨计.激光电视与普通电视相比,后者存在着屏幕小,亮度低,设备庞大等缺点.而激光电视则:(1)摄像时无需外部照明,免除了庞大的照明设备,因而轻便,激动,还可以拍摄完全处于黑暗中的景物.以其狭窄的光束迅速扫描,即使在黑暗中也难于觉察.若采用不可见的紫外光或红外光,则肉眼根本无法发现,保密性极高.(2)激光摄像无需成像光学系统.物体不管多远,都在焦点上.其有效范围仅受短距离的视觉和长距离的信号功率的限制.至于显示过程,在普通电视中,传递的电视图象显示在显象管的荧光屏上.而在激光电视中,图象可以通过显示器在普通的电影屏幕上.由于激光具有很高的亮度,所以激光电视图象的亮度很高,可以在白天普通的房子里观看,不需要暗室设备.(3)激光显示不需要在真空条件下工作,显示图象的屏幕单独摆在大气空间,这样电视图象就可以放得很大.根据现有水平,图象面积可达3×4m 甚至更大.看电视和看电影一样.这是激光电视的一个重要特色.由于激光束很平行,激光显示的清晰度可以做得比较高.由于激光的颜色很纯,因而所显示图象色彩鲜艳.以上给人的启迪是:任何一种物理化学现象,只要有它一定的与众不同的特点,就有可能发展成为一种有用的新技术,所谓天生其物,比有其用.第六章 电子束和离子束加工

1.电子束加工和离子束加工在原理上和在应用范围上有何异同

答:二者在原理上的相同点是基于带电粒子于真空中在电磁场的加速,控制作用下,对工件进行撞击而进行加工.其不同处在于电子束加工加速转换成电能,在撞击工件时动能转换成热能使金属熔化,气化而被蚀除.而离子束加工是电能使质量较大的正离子加速后,打到工件表面,是靠机械撞击能量使工件表面的原子层变形,破坏或切除分离,并不发热.在工艺上:有离子刻蚀,渐射沉积,离子镀,离子注入(表面改性)等多种形式,而不象电子束加工,有打孔,切割,焊接,热处理等形式.2.电子束加工,离子束加工和激光加工相比各自的使用范围如何,三者各有什么优缺点

答:三者都适用于精密,微细加工,但电子束,离子束需在真空中进行,因此加工表面不会被氧化,污染,特别适合于“清洁”,“洁净”加工.离子束主要用于精微“表面工程”,激光因可在空气中加工,不受空间结构的限制,故也适用于大型工件的切割,热处理等工艺.3.子束,离子束,激光束三者相比,哪种束流和相应的加工工艺能聚焦得更细 最细的焦点直径大约是多少

答:激光聚焦后焦点的直径取决于光的波长.波长为0.69 m的红色激光,聚焦的光斑直径很难小于1 m,因为聚焦透镜有像差等误差.二氧化碳气体激光器发光1.06 m的红外激光,其焦点光斑直径更大.波长较短的绿色激光和准分子激光器可获得较小的焦点,常用于精密,微细加工.电子束最佳时可获得0.25 m的聚焦直径.可用于制作大规模集成电路的光刻.如果用波长很短的X光射线(波长为10-9-10-10,即1-0.1nm),可得到0.1 m左右的聚焦直径.4.电子束加工装置和示波器,电视机的原理有何异同之处

答:它们都有一个电子枪用来发射电子,使电子奔向高电压的正极,而后再用线圈(电磁透镜)进行聚焦,用电场进行偏转,控制扫描出图形来.只不过电子束加工装置的功率较大,而示波器,电视机的功率较小而已.彩色电视机因有红,蓝,黄三种基本色,故需有三个电子枪,结构和控制更为复杂.第七章 超声加工

超声加工时的进给系统有何特点

答:超声加工时的进给系统是靠重锤通过杠杆使工具轻轻压在工件上,靠轻微的压力使工具端面和磨粒与工件表面接触,工件表面去掉多少,进给多少,是悬浮式的柔性进给系统,而不是刚性的进给系统实现的,它与机械加工和电火花加工的进给系统不一样.2.一共振频率为25KHZ的磁致伸缩型超声清洗器,底面中心点的最大振幅为0.01mm,试计算该点最大速度和最大加速度.它是重力加速度g的多少倍 如果是共振频率为50KHZ的压电陶瓷型超声清洗器,底面中心点的最大振幅为0.005mm,则最大速度和加速度又是多少

答:按教材中超声振动时的最大速度Vmax和最大加速度amax计算公式 Vmax=wA=2πfA=2π×25000×0.01=1570.8mm/s=1.57m/s, amax=w A=4π ×25000 ×0.01=246.74×106mm/s =246740m/s , 是地心加速度g=9.8m/s 的25000倍.如果共振频率增加为一倍f=50KHZ,振幅减小成一半A=0.005mm,则 Vmax=1.57×2/2=1.57mm/s, amax=246740×4/2=493480m/s , 是地心加速度g的5000倍.3.试判断超声加工时:(1)工具整体在作超声振动;(2)只有工具端面在作超声振动;(3)工具各个横截面都在作超声振动,单个截面同一时间的振幅并不一样;(4)工具各个横截面依次都在作“原地踏步”式的振动.以上各点,哪种说法最确切 有无更确切的说法

答:以上说法中,(3)比较确切,超声波在工具(变幅杆)内传递时,各个横截面都在作超声振动,单个截面在同一时间的振幅不一样,有的截面始终为零(如固定超声系统的驻波点),有的有时振幅最大,如工具端面的加工点.最确切的说法是,应按教材中的超声波在固体中的传播过程,各质点都在传播方向上振动,但传到端面后波在反射,两者的合成运动才是各质点的实际运动.4.超声波为什么能“强化”工艺过程,试举出几种超声波在工业,农业或其他行业中的应用.答:超声波因具有较大的瞬时速度,尤其是瞬时加速度,故可用作强化工艺过程.如工业中的粉碎(使物质颗粒细化),乳化.在农业上可用强超声处理种子优化品种,在医学上可用强超声波击碎人体内的肾结石,胆结石等等.第八章 快速成型加工

1.快速成型的工艺原理与常规加工工艺有何不同 具有什么优点

答:快速成型在工艺原理上是“增材法”,与切削加工,电火花蚀除,电化学阳极溶解等“减材法”不同.其特点是整个工艺过程建立在激光(断层)扫描,数控技术,计算机CAD技术,高分子材料等高科技基础之上,因此工艺先进,柔性好,生产周期短.2.试对常用的快速成型工艺作一优缺点比较.答:下表是4种快速成形工艺的综合比较.几种最常用的快速成形工艺优缺点比较 有关指标 工 艺 精 度 表面 质量 材料 价格 材料 利用率 运行成本 生产 效率 设备费用 市场占有率 % 液相固化SL法 好 优 较贵

接近100% 较高 高 较贵 70 粉末烧结SLS法 一般 一般 较贵

接近100% 较高 一般 较贵 10 纸片叠层LOM法 一般 较差 较便宜 较差 较低 高 较便宜 7 熔丝堆积FDM法 较差 较差 较贵 接近一般 较低 较便宜 6 第九章 其它特种加工

试列表归纳,比较本章中各种特种加工方法的优缺点和适用范围.答: 优点 缺点 适用范围 化学铣削加工

可大面积多工件同时加工 不易加工深孔,型孔

航空航天零件减薄,去毛刺 光化学腐蚀加工

可刻蚀精度的文字图案 刻蚀深度有限

用于相片制版,刻蚀精细的网孔图案 等离子体加工

可高速切割难加工材料 切割精度较差,割缝较宽 切割,下料各种难加工金属 挤压研磨

可去除内(外)表面的毛刺和改善表面质量 只是表面加工,不能改变尺寸 表面光整加工 水射流切割

可对任何材料切割下料,加工速度高,无毛刺,无残余应力 切缝较宽,尺寸精度较差

适用于石材,钢筋,水泥板等切削 磁性磨料研磨

可无应力表面光整加工 去除量小,生产率较低 精密零件的表面光整加工

2.如何能提高化学刻蚀加工和光化学腐蚀加工的精密度(分辨率)答:在腐蚀液中加入保护剂等添加剂,以减小“钻蚀”,详见教材有关章节.3.从水滴穿石到水射流切割工艺的实用化,在思想上有何启迪 要具体逐步解决什么技术关键问题

答:滴水穿石因能量密度较小,所以只能靠长年累月时间才能穿石.要提高穿石的速度,水射流切割技术中应使超高的水由小孔中喷出,尤其是水中混有细小磨料颗粒高速撞击工件表面,更能提高单位面积上的能量密度和切割速度.当然喷嘴的材料小孔的加工也是关键问题.4.人们日常工作和日常生活中,有哪些物品,商品(包括工艺美术品等),是由本书所述的特种加工方法制造的

答:很多家电的外壳,内部构件,如电视机,照相机,洗衣机等的模具都是由电火花,线切割等很多方法制造的.汽车,门窗,建筑用的铝材型品都是电火花,线切割加工的拉伸,挤压模具,又经过挤压抛光后拉制的.有些金黄色的手表壳,手链都是离子镀覆的氮化钛.有些太阳眼镜是离子镀覆的反光层.珍珠项链等采用超声钻孔,金银首饰厂用超声清洗首饰.电动剃须刀的网罩是电铸的产物,手表中宝石轴承小孔都是经过激光打孔而后又用超声研磨的.诸如此类,不胜枚举.爪牙侧面 穿丝孔 数控回转台

第五篇：特种加工论文

特种加工技术的现代应用及其发展研究

摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能、声能、光化学能或者复合能实现材料切削的加工方法，是难切削材料、复杂型面、低刚度零件及模具加工中的重要工艺方法。本文介绍了概念、特点、分类以及近些年应用于特种加工的一些新方法、新工艺。

关键词：特种加工 电火花加工 电化学加工 高能束流加工 超声波加工 复合加工

1、特种加工技术的特点

现代特种加工（SP，SpciaI Machining）技术是直接借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合以实现材料切除的加工方法。与常规机械加工方法相比它具有许多独到之处。

1.1以柔克刚。因为工具与工件不直接接触，加工时无明显的强大机械作用力，故加工脆性材料和精密微细零件、薄壁零件、弹性元件时，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用简单运动加工复杂型面。特种加工技术只需简单的进给运动即可加工出三维复杂型面。特种加工技术已成为复杂型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因为特种加工技术主要不依靠机械力和机械能切除材料，而是直接用电、热、声、光、化学和电化学能去除金属和非金属材料。它们瞬时能量密度高，可以直接有效地利用各种能量，造成瞬时或局部熔化，以强力、高速爆炸、冲击去除材料。其加工性能与工件材料的强度或硬度力学性能无关，故可以加工各种超硬超强材料、高脆性和热敏材料以及特殊的金属和非金属材料，因此，特别适用于航空产品结构材料的加工。

1.4可以获得优异的表面质量。由于在特种加工过程中，工件表面不产生强烈的弹、塑性变形，故有些特种加工方法可获得良好的表面粗糙度。热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小。各种加工方法可以任意复合，扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。

由于特种加工技术具有其它常规加工技术无法比拟的优点，在现代加工技术中，占有越来越重要的地位。许多现代技术装备，特别是航空航天高技术产品的一些结构件，如工程陶瓷、涡轮叶片、燃烧室的三维型腔、型孔的加工和航空陀 螺、传感器等精细表面尺寸精度达0.001Pm 或纳米（nm）级精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特种加工技术不可。如今，特种加工技术的应用已遍及到各个加工领域。

2、特种加工的几种方法及分类

2.1电火花加工（也叫放电加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一种电加热加工过程。它是将工具电极和工件置于绝缘的工作液中，工件和工具分别接直流脉冲电源正极和负极，加上电压，因电极之间的放电效应，产生火花放电对金属产生腐蚀来进行加工。由于电极之间工件材料的微小体积上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸发。总能量的一部分也释放到工具电极上造成工具磨损。因此，工具电极磨损和加工精度低是电火花加工的重要问题也是研究发展工作的主攻方向。

电火花加工方法，按其加工过程中工具与工件相对运动的方式和加工用途的不同，可分为电火花穿孔和成形加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花同步回转加工及电火花强化与刻字等几大类。电火花加工这种工艺方法在航空工业中直接进入产品加工的比重是比较小，大多数用于工具和非标准设备制造。它已广泛用于加工各种模具、曲面零件、异形孔和盲孔，用电火花切割可切割冲模，二次曲面或空间曲面的零件，用电火花镗、磨可加工高精度的小孔、外圆、内外螺纹和齿轮等。如今，电火花加工和线切割电火花加工技术和设备都取得了长足的进步，无论从设备自动化完备程度、加工精度、效率和功能都有很大改观。

2.2电解加工（ECM，Electrochemical Machining）属于电化学加工范畴，它是利用金属在电解液中发生“阳极溶解”的原理，将零件加工成形的。加工时，工件接直流电源的正极（阳极），按要求形状制成的工具接负极（阴极），具有一定压力的电解液从两极间隙中迅速流过，于是工件表面的金属按工具阴极的形状迅速溶解，并随即被高速的电解液冲走，这种加工方法没有机械加工中切削力和切削热的作用，也没有电火花加工中的热影响，在航空工业中，发动机新结构、新材料构件广泛利用电解加工，如钛合金零件、高温涡轮深细冷却孔、整体涡轮和叶轮以及大型环形壳体件的内外旋转表面、中小型支承件、盘形件腹板、特形孔均可采用电解加工。如今，电解加工技术已成为研制先进的航空发动机的关键制造技术之一。

电解加工的发展趋势：进一步拓宽电解加工的应用范围，提高加工精度，降低加工成本，提高生产率，建立电解加工柔性制造系统（FMS），开展计算机数 2 控仿形电解加工技术研究，开展理论研究和建立过程模型。

2.3复合加工（CM，Combined Machinin）是指用多种能量组合进行材料去除的工艺方法，以便能提高加工效率或获得很高的尺寸精度、形状精度和表面完整性。对于陶瓷、玻璃和半导体等高脆性材料，复合加工是经济、可靠地实现高的成形精度和极低的表面粗糙度（可达10nm），并是使表面和亚表层的晶体结构组织的损伤减少至最低程度的有效方法。复合加工的方法大多是在机械加工的同时，应用流体力学、化学、光学、电力、磁力和声波等能量进行综合加工。也有不用常规的加工方法而仅仅依靠化学、光学或液动力等作用的复合加工。复合加工的技术发展趋势：复合加工是对传统中常用的单一的机械加工、电加工和激光加工等方法的重要发展和补充。随着精密机械大量使用脆性材料（如陶瓷、光学玻璃和宝石晶体等）以及电子工业要求超精密的晶体材料（如超大规模集成电路的半导体晶片、电子枪的单晶体LaB4 和蓝宝石等），将促使对其他能量形式的加工机理进行深入研究，并发展出多种多样的适用

于各类特殊需求的最佳复合加工方法。发展虚拟制造技术。在实验基础上，应用计算机仿真模拟有限元分析方法来精确优化加工参数。如对脆性材料的物理化学特性多样的研究，可以开发出对脆性材料进行无微细裂纹且经济性高的有效的工艺，并可预测出各种不同的复合加工工艺的物理参数和磨料特性下的表面精整质量、形状精度和材料去除率，以利于对加工过程进行优化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也称为三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称，其中电子束加工技术改变了原有的设计思想，可将原有的高精度复杂难加工型面或无法加工的大型整体零件分成若干个易加工的单元，精加工和热处理以后，用电子束将其焊接成整体零件。

2.5超声波加工 它是利用加工工具的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种成形方法、超声波加工的尺寸精度可达0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可达0.8 0.1 m，它适宜加工任何脆硬材料，可加工各种孔和型腔，也可进行套料切割、开槽和雕刻等，由于超声波加工的生产效率比电火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相对较好，所以常用于对工件的抛磨和光整加工。

3、特种加工的发展趋势

为进一步提高特种加工技术水平及扩大其应用范围 , 当前特种加工技术的发展趋势主要包括以下几点: 3 3.1、采用自动化技术。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化 , 加大对特种加工的基本原理、加工机理、工艺规律、加工稳定性等深入研究的力度 , 建立综合工艺参数自适应控制装置、数据库等(如超声、激光等加工), 进而建立特种加工的 CAD /CAM与 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系统)系统 , 使加工设备向自动化、柔性化方向发展 , 这是当前特种加工技术的主要发展方向。

3.2、趋向精密化研究。高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展 , 对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势 , 特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视 , 因此 , 大力开发用于超精加工的特种加工技术(如等离子弧加工等)已成为重要的发展方向。

3.3、开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求 , 需要不断开发新工艺方法 , 包括微细加工和复合加工 , 尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工 , 如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等。

3.4、污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍。加工过程中产生的废渣、废气如果排放不当 , 会造成环境污染 , 影响工人健康。必须花大力气处理并利用废气、废液、废渣 , 向“ 绿色 ” 加工的方向发展。

3.5进一步开拓特种加工技术。以多种能量同时作用 , 相互取长补短的复合加工技术 , 如电解磨削、电火花磨削、电解放电加工、超声电火花加工等 ,需要不断。

参考文献

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