特种加工考试题(附有答案)全解

第一篇：特种加工考试题(附有答案)全解

一、填空题（15分，每空1分）

1、特种加工主要采用 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。（1分）

2、电火花加工原理是基于 工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要求。（2分）

3、电火花加工系统主要由 工件和工具、脉冲电源、自动进给和调节装置

几部分组成。（3分）

4、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：提高脉冲频率、增加单个脉冲能量、减少脉冲间隔。（3分）

5、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的 表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能。（3分）

6、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：测量环节、比较环节、放大驱动环节、执行环节、调节对象。（3分）

7、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含 伺服进给控制系统 和 参数控制系统。（2分）

8、电火花加工是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围分为两大类：穿孔加工、型腔加工。（2分）

9、线切割加工是利用 移动的、作为负极的、线状电极丝 和工件之间的脉冲放电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。（2分）

10、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是 乳化液，其注入方式为 喷入式。（2分）

11、线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张力。（2分）

12、线切割控制系统作用主要是：1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹；2）自动控制伺服的进给速度。（2分）

13、快速成形技术（RP）最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP技术的主流是： SLA立体光造型、LOM薄材叠层制造、SLS激光烧结、FDM熔融成型 四种技术。（4分）

14、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即STL格式 和 快速成型设备的通用数据接口即CLI 格式。（2分）

二、判断题（15分，每题1分）

1、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。（错）

2、在型号为DK7740的数控电火花线切割机床中，D表示电加工机床。（对）

3、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。（对）4、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。（错）

5、离子束加工必须在真空条件下进行。（对）

6、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。（错）

7、线切割加工一般采用负极性加工。（错）

8、电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿，需要更换电极。（错）

9、弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。（错）

10、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较大。

（对）

11、电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。

（对）

12、电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。（错）

13、在采取适当的工艺保证后，数控线切割也可以加工盲孔；（错）

14、当电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。（对）

15、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1 mm以上的黄铜丝作为电极丝。（对）

1、快走丝线切割加工中，常用的电极丝为钼丝。（对）2、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。（错）

3、电火花线切割加工可以用来制造成形电极。（对）

4、快走丝线切割的电极丝材料比慢走丝差，所以加工精度较后者低。（错）

5、电子束加工必须在真空条件下进行。（对）

6、电火花加工中的吸附效应都发生在阳极上。（对）

7、线切割加工一般采用正极性加工。（对）

8、电火花成型加工时，电极在长度方向上损耗后无法得到补偿，需要更换电极。（对）

9、电火花成型加工中的自动进给调节系统应保证工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度；（对）

10、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较小。

（错）

11、电火花成型加工电极损耗较难进行补偿。（对）

12、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极。（对）

13、数控线切割加工一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可 2

实现昼夜无人值守连续加工。（对）

14、电火花加工的粗规准一般选取的是宽脉冲、高峰值电流。（对）

15、线切割机床走丝机构的作用是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张力。（对）

16、电极丝的进给速度若明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越来越大，造成开路。（对）

17、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1 mm以下的细钼丝作为电极丝。（错）

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）

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）

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电，电容器两端的电压上升，电能往电容器上储存；（2分）

RuEEACVud0(a)原理图2）当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙的击穿电压时，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）

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）

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+2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）

2、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）

四、综合题

1、参照右图，简述电火花加工的一般过程：

脉冲电源提供脉冲电压→作用于工具电极和工件电极上→两电极之间的工作液被电离、介质被击穿→ 形成放电通道；在电场力作用下→电子奔向阳极、正离子奔向阴极→导致火花放电；电子和离子的高速运动→轰击阳极和阴极，使动能转化为热能（10000℃）→电极表面金属迅速熔化甚至汽化→工件表面形成一个极小的圆坑，工件被蚀除，工具不断进给→工件不断被蚀除。

脉冲电源AB工具电极(a)工件电极特种加工技术的应用：

1、难加工材料的加工；

2、复杂型面、微细表面和低刚度零件的加工；

3、高精密表面的加工；

4、特殊要求零件的加工，如薄壁和弹性零件等；

(d)特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响

1、提高了材料的可加工性

2、改变了零件的典型工艺路线

3、改变了试制新产品的模式

4、影响了产品零件的结构设计

5、改变了传统零件工艺结构的评价标准

6、成为微细加工的主要手段

改变了零件的典型工艺路线

1、落料模凸、凹模加工的原工艺路线为：

下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨

2、落料模凸、凹模加工的现工艺路线为：

下料→锻造→正火→粗加工→高频淬火及回火→线切割加工

电火花加工定义：

在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时，局部、瞬时产生的高温，将金属蚀除下来。

电火花加工原理

基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要求。

脉冲电源工具电极AB(a)工件电极参照右图，简述电火花加工的一般过程：

脉冲电源提供脉冲电压→作用于工具电极和工件电极上→两电极之间的工作液被电离、介质被

(d)6

击穿→ 形成放电通道；在电场力作用下→电子奔向阳极、正离子奔向阴极→导致火花放电；电子和离子的高速运动→轰击阳极和阴极，使动能转化为热能（10000℃）→电极表面金属迅速熔化甚至汽化→工件表面形成一个极小的圆坑，工件被蚀除，工具不断进给→工件不断被蚀除。

电火花加工必须解决的问题

1、由于在加工的不同阶段，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、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；

3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。

电火花加工系统的基本组成

1、工件和工具；

2、脉冲电源；

3、自动进给和调节装置

电火花加工的特点

1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；

2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；

3、工具与工件不接触，作用力极小；

4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小 但存在以下缺陷：

1、主要用于加工金属等导电材料；

2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）；

3、存在电极损耗，；

电火花加工的应用

1、可以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、可以加工任何特殊及复杂形状的工件；

3、没有机械加工时那样的切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。

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。

电火花加工的机理

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。电火花腐蚀的四个阶段

1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；

2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；

3、电极材料的抛出；

4、极间介质的消电离；

影响材料放电腐蚀的因素:

1、极性效应

2、吸附效应

3、电参数

4、金属材料的热学常数

5、工作液

极性效应对电蚀量的影响

定义：单纯由于正、负极性不同，而彼此电蚀量不同的现象叫极性效应。原因：由于在不同的脉冲宽度下，工作液中所电离出来的电子与离子对电极发生作用的大小是不同的。

吸附效应对电蚀量的影响

正电极表面能吸附工作液中分解、游离出来的带负电的碳离子，形成熔点和气化点比较高的薄层碳黑膜，保护正极，从而减少电极的损耗；

吸附层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。

极性效应和吸附效应可以提高加工生产率、减少工具损耗，必须充分利用；

因此，电火花加工所用的脉冲电源都是单向、直流的脉冲电源。

电参数对电蚀量的影响

提高电蚀量和加工效率的电参数途径有： 1）提高脉冲频率

2）增加单个脉冲能量 3）减少脉冲间隔

放电所产生的热能主要消耗在以下几个方面：

1、向电极其它部位和工作液中传导；

2、使局部金属材料温度升高，达到熔点；

3、熔化金属材料；

4、使熔化后的金属材料继续升温至沸点；

5、使熔融金属气化；

6、使金属蒸气继续加热成过热蒸气； 金属材料热学常数对电蚀量的影响

1）金属材料的熔点、沸点，比热容，熔化热，气化热愈高，电蚀量将愈小，愈难加工；

2）导热率大的金属材料，能将热量传导、散失到其它部位，降低本身的蚀除量； 工作液对电蚀量的影响

1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；

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；

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； 4）加速电蚀产物的排除；

实验表明：介电性好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应；但是，粘度过大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。

所以，粗加工使用粘度大的机油，精加工时使用粘度小的煤油； 提高加工速度的途径

1、选用适当的脉冲宽度

2、选用适当的脉冲间隔

3、增加单位脉冲能量（主要是增加峰值电流）

4、提高脉冲频率f 影响加工精度的主要因素

1．放电间隙大小及其一致性：采用较小的电规准，可以缩小放电间隙；这样，可以提高

仿形精度，也使间隙变化量小，从而提高加工精度。

2．工具电极的损耗及其稳定性：电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿；但电火花成型加工时，电极损耗后无法得到补偿，需要更换电极； 3．二次放电

电火花加工表面电火花加工的表面质量：表面粗糙度、表面变质层、表

熔化层面力学性能

影响表面粗糙度的因素：

热影响层 基体金属

1）单个脉冲能量大，则表面粗糙度差； 2）材料熔点高，则表面粗糙度好；

3）工具电极的表面粗糙度对工件表面粗糙度有复印现象；

4）工作液的电阻率降低，可以形成多个并存的放电通道，脉冲放电能量被分散，相应的放电痕迹较小，可以获得较好的表面粗糙度。

表面变质层：火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的结果，表面变质层的厚度大约在0.01～0.5 mm之间，一般将其分为熔化层和热影响层

显微裂纹：火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的结果； 1）脉冲能量越大，显微裂纹越明显； 2）工件材料越脆，显微裂纹越明显；（硬质合金、预先热处理、淬火材料等脆性大）

电火花加工用的脉冲电源

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。

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：

(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 对电火花加工用脉冲电源的要求

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、具体要求

1）所产生的脉冲应该是单向的；

目的：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。

2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡（一般采用矩形波脉冲电源）； 目的：保证加工工艺过程比较稳定。

3）脉冲电源的主要参数应能在很宽的范围内可以调节； 目的：满足粗加工、半精加工、精加工的要求。4)工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。RC线路脉冲电源的组成： uR两个回路：充电回路和放电回路

E1、充电回路：直流电源、充电电阻、电容器

ud2、放电回路：电容器、工具电极、极间间隙 ECVRC线路脉冲电源的原理： 1）、当直流电源接通后，电流经限流电阻向电

A容器充电，电容器两端的电压上升，电能往电0容器上储存；

(a)原理图2）、当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙的击穿电压时，电容器上储存的电能就瞬间释放，形成较大的脉冲电流； 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！等

1）工作液循环方式：冲油式和抽油式；

2）工作液过滤方式：自然沉淀法和介质过滤法； 电火花穿孔成形加工：是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围可以分为两大类：穿孔加工、型腔加工（成形加工）。

电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点：

(1)盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。

(2)电极损耗较难进行补偿。

(3)材料去除量大，表面粗糙度要求严格。

(4)加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。

电蚀产物的排除

1)电极冲油、2)工件冲油、3)工件抽油、4)开排气孔、5)抬刀、6)电极的摇动或平动

加工规准的选择

1）粗规准：一般选取宽脉冲(大于400μs)、高峰值电流进行粗加工。速度高、电极损耗低

2）中规准：一般选用脉冲宽度为20－400 μs、峰值电流较小的参数进行半精加工。

3）精规准：2－20 μs的窄脉宽，小峰值电流。

线切割加工：是利用移动的、作为负极的、线状电极丝和作为正极的金属材料—工件之间的脉冲放电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。线切割加工特点

1、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极，大大降低了加工费用，缩短了生产周期。

2、直接利用电能进行脉冲放电加工，工具电极和工件不直接接触，无机械加工中的宏观切削力，适宜于加工低刚度零件及细小零件。

3、无论工件硬度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。

4、切缝可窄达仅 0.005mm，可以做到只对工件材料沿轮廓进行“套料”加工，材料利用率高，能有效节约贵重材料。

5、移动的长电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加工精度高。

6、一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可实现昼夜无人值守连

续加工。

7、通常用于加工零件上的直壁曲面，通过 X-Y-U-V 四轴联动控制，也可进行锥度切割和加工上下截面异形体、形状扭曲的曲面体和球形体等零件。

8、不能加工盲孔；

9、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。

10、一般没有稳定的电弧放电状态；电极和工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。

线切割机床分类

1.按电极丝运动速度分：快走丝、慢走丝

2.按电极丝位置分：立式、卧式

3.按工作液供给方式分：冲液式、供液式 快走丝线切割机床简介：

利用细钼丝作为电极进行切割，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。

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。DK7725的基本含义为：

D为机床的类别代号，表示是电加工机床；

K为机床的特性代号，表示是数控机床；

第一个7为组代号，表示是电火花加工机床；

第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；

25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250 mm。快走丝线切割机床结构

由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成 ； 线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张力； 线切割机床脉冲电源：窄脉宽(2～60 μs)、单个脉冲能量小、平均电流小(1～5 A)，故总采用正极性加工

线切割机床数控系统种类及作用

1）轨迹控制：自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹

2）加工控制：自动控制伺服的进给速度、短路回退、间隙补偿（刀补）、图形的缩放、旋转和平移、适应控制、自动找中心、信息显示等。

线切割机床工作液循环系统

由工作液、工作液箱、工作液泵和循环过滤系统等组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。

低速走丝线切割机床大多采用去离子水作工作液；高速走丝线切割机床大多采用专用乳化液作工作液。

供液方式有：浇注式和浸液式两种 线切割控制系统作用

1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹 2）自动控制伺服的进给速度。

钼丝：抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝作电极丝，直径在0.08～0.2mm范围内 ；慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1

mm以上的黄铜丝作为电极丝。

快走丝线切割工作液：广泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走丝线切割机床采用的工作液：是去离子水和煤油。

工作液的注入方式和注入方向对线切割加工精度有较大影响。工作液的注入方式有浸泡式、喷入式和浸泡喷入复合式。浸泡式和喷入式比较，喷入式的优点明显，所以大多数快走丝线切割机床采用这种方式。

在精密电火花线切割加工中，慢走丝线切割加工普遍采用浸泡喷入复合式的工作液注入方式，它既体现了喷入式的优点，同时又避免了喷入时带入空气的隐患。电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。电极丝的进给速度明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越来越大，造成开路。

国内线切割程序常用格式：有3B格式和ISO格式。其中慢走丝机床普遍采用ISO格式，快走丝机床大部分采用3B格式。电化学反应加工原理：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+2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；

以这种电化学反应为基础，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； 激光加工的原理

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；

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。激光加工的特点

1）几乎对所有金属和非金属都可以进行激光加工；

2）激光能聚集成极小的光斑，可以进行细微和精密加工；

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； 4）无刀具，属于非接触式加工，无机械加工变形；

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；

激光加工的基本设备：由激光器、导光聚焦系统和加工机(激光加工系统)三部分组成。

激光加工工艺：激光打孔、激光切割、激光焊接、激光打标 电子束加工原理：

电子束加工就是利用高速电子的冲击动能来加工工件的；

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；

所以说电子束加工是通过热效应进行加工的； 电子束加工特点与应用

1、聚焦直径小，焦点直径甚至能聚焦到0.1um。可实现精密微细的加工。

2、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。

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。

4、电子束的能量密度高，因而加工生产率很高。例如，每秒钟可以在2.5mm厚的钢板上打50个直径为0.4 mm的孔。

5、电子束容易控制，加工过程便于实现自动化。特别是在电子束曝光中，从加工位置找准到加工图形的扫描，都可实现自动化。在电子束打孔和切割时，可以通过电气控制加工异形孔，实现曲面弧形切割等。

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。

7、电子束加工需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，生产应用有一定局限性。

电子束加工时，为什么要抽真空

1、只有在高真空中，电子才能高速运动。

2、在加工过程中，需要不断地把所产生的金属蒸汽抽出去，因为加工时的金属蒸汽会影响电子发射，产生不稳定现象。

离子束加工原理：与电子束加工比较相似，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。与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。离子束加工的四种工作方式：

1、离子束溅射去除加工，即将被加速的离子聚焦成细束，射到被加工表面上。被加工表面受“轰击”后，打出原子或分子，实现分子级去除加工。

2、离子束溅射镀膜加工，即用加速的离子从靶材上打出原子或分子，并将这些原子或分子附着到工件上，形成“镀膜”。又被称为“干式镀”

3、离子束溅射注入加工，即用高能离子（数十万KeV）轰击工件表面，离子打入工件表层，其电荷被中和，并留在工件中（置换原子或填隙原子），从而改变工件材料和性质。

4、离子束曝光，即用在大规模集成电路制作中，与电子束相比有更高的灵敏度和分辨率。

超声波加工的主要特点如下：

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、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。

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。

超声清洗的原理：

主要是利用超声频振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用。超声波在清洗液(汽油、煤油、酒精、丙酮或水等)中传播时，液体分子往复高频振动形成正负交变的冲击波。当声强达到一定数值时，液体中产生微小空化气泡并瞬时强烈闭合，造成的微冲击波使被清洗物表面的污物脱落下来。由于超声波无孔不入，即使污物在被清洗物上的窄缝、细小深孔、弯孔中，也容易被清洗干净。虽然每个微气

泡的作用并不大，但每秒钟有上亿个空化气泡作用，仍可获得很好的清洗效果。所以，超声波广泛用于对喷油嘴、锁丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表整体机芯、印制电路板、集成电路微电子器件的清洗。

快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP技术的主流是：

1、SLA立体光造型；

2、LOM薄材叠层制造；

3、SLS激光烧结；

4、FDM熔融成型四种技术。快速成形技术的原理

RP是用离散/堆积即分层加工、迭加成形原理来制造产品原型，其原理为：产品三维CAD模型→分层离散→按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料→生成实体模型。

该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠CAD软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。快速成形技术的特点

快速原型技术突破了“毛坯→切削加工→成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：

1、可以制造任意复杂的三维几何实体。

2、快速性。

3、高度柔性。

4、是实现快速制造的核心。

快速成形技术按成型方法可分为两类：

1、基于激光或其它光源的成形技术，如：立体光造型（SLA）、迭层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）等。

2、基于喷射的成形技术，如：熔融沉积制造（FDM）、三维打印制造（3DP）等。

立体光造型（SLA）工作原理：由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描在光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂，每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息，使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。

快速成型的数据接口：

1、STL（Stereolithography）：快速成型领域的标准数据格式，通过对三维模型表面三角网格化获得，即用小三角面片去逼近自由曲面，逼近精度由曲面到三角形面的距离误差或曲面到三角形边的弦高差控制。

2、CLI（Common Layer Interface）：作为STL文件切片之后的加工路径的数据存储格式，是快速成型设备的通用数据接口。同样有文本和二进制两种格式，每层用层厚和轮廓线描述。

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.常规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.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.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