第一篇：特種加工課后習(xí)題答案

《特種加工》習(xí)題解答 概 論

1.從特種加工的發(fā)生和發(fā)展來舉例分析科學(xué)技術(shù)中有哪些事例是“物極必反” 有哪些事例是“壞事有時變?yōu)楹檬隆?/p>

答:這種事例還是很多的.以“物極必反”來說,人們發(fā)明了螺旋槳式飛機(jī),并不斷加大螺旋槳的轉(zhuǎn)速和功率以提高飛機(jī)的飛行速度和飛行高度.但后來人們發(fā)現(xiàn)證實螺旋槳原理本身限制了飛機(jī)很難達(dá)到音速和超音速,隨著飛行高度愈高,空氣愈稀薄,螺旋槳的效率愈來愈低,更不可能在宇宙空間中飛行.于是人們采用爆竹升空的簡單原理研制出噴氣式發(fā)動機(jī)取代了螺旋槳式飛行器,實現(xiàn)了洲際和太空飛行.由輪船發(fā)展成氣墊船,也有類似規(guī)律.以“壞事變好事”來說,火花放電會把接觸器、繼電器等電器開關(guān)的觸點(diǎn)燒毛、損蝕,而利用脈沖電源瞬時、局部的火花放電高溫可用作難加工材料的尺寸加工.同樣,鋁飯盒盛放咸菜日久會腐蝕穿孔,鋼鐵器皿、小刀等在潮濕的環(huán)境下會腐蝕.鋼鐵在風(fēng)吹雨淋時遭受銹蝕,海洋船艦的鋼鐵船體為了防止海水的腐蝕,得消耗巨資進(jìn)行防銹、防蝕.人們研究清楚鋼鐵電化學(xué)銹蝕的原理后,創(chuàng)造了選擇性陽極溶解的電解加工方法.這些都是“壞事變好事”的實例.2.試列舉幾種采用特種加工工藝之后,對材料的可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性產(chǎn)生重大影響的實例.答:這類實例是很多的,例如: ⑴硬質(zhì)合金歷來被認(rèn)為是可加工性較差的材料,因為普通刀具和砂輪無法對它進(jìn)行切削磨削加工,只有碳化硅和金剛石砂輪才能對硬質(zhì)合金進(jìn)行磨削.可是用電火花成形加工或電火花線切割加工卻可輕而易舉地加工出各式內(nèi)外圓、平面、小孔、深孔、窄槽等復(fù)雜表面,其生產(chǎn)效率往往高于普通磨削加工的生產(chǎn)率.更有甚者,金剛石和聚晶金剛石是世界上最硬的材料,過去把它作為刀具和拉絲模具等材料只有用金剛石砂輪或磨料“自己磨自己”,磨削時金剛石工具損耗很大,正是硬碰硬兩敗俱傷,確實是可加工性極差.但特種加工中電火花可成形加工聚晶金剛石刀具,工具,而激光加工則不但“削鐵如泥”而且可“削金剛石如泥”.在激光加工面前,金剛石的可加工性和鋼鐵差不多了.對過去傳統(tǒng)概念上的可加工性,的確需要重新評價.(2)對結(jié)構(gòu)工藝性,過去認(rèn)為方孔,小孔,小深孔,深槽,窄縫以及細(xì)長桿,薄壁等低剛度零件的結(jié)構(gòu)工藝性很差,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量避免.對E字形的硅鋼片硬質(zhì)合金沖模,由于90*內(nèi)角很難磨削,因此常采用多塊硬質(zhì)合金拼鑲結(jié)構(gòu)的沖模.但采用電火花成形加工或線切割數(shù)控加工,則很容易加工成整體硬質(zhì)合金的E形硅鋼片沖模,特種加工可使某些結(jié)構(gòu)工藝性由“差”變“好”.3.常規(guī)工藝和特種加工工藝之間有何關(guān)系(應(yīng)該說如何正確處理常規(guī)工藝和特種加工之間的差別)

答:一般而言,常規(guī)工藝是在切削,磨削,研磨等技術(shù)進(jìn)步中形成和發(fā)展起來的行之有效的實用工藝,而且今后也始終是主流工藝.但是隨著難加工的新材料,復(fù)雜表面和有特殊要求的零件愈來愈多,常規(guī),傳統(tǒng)工藝必然會有所不適應(yīng).所以可以認(rèn)為特種加工工藝是常規(guī)加工工藝的補(bǔ)充和發(fā)展.特種加工工藝可以在特定的條件下取代一部分常規(guī)加工工藝,但不可能取代和排斥主流的常規(guī)加工工藝.第二章 電火花加工

1.兩金屬在(1)在真空中火花放電;(2)在空氣中;(3)在純水(蒸餾水或去離子水)中;(4)在線切割乳化液中;(5)在煤油中火花放電時,在宏觀和微觀過程以及電蝕產(chǎn)物方面有何相同和相異之處

答:(1)兩金屬在真空中火花放電時,當(dāng)電壓(電位差)超過一定時即產(chǎn)生“擊穿”,電子由“-”極逸出飛向“+”極,由于真空中沒有物質(zhì)阻擋電子的運(yùn)動,所以沒有正離子形成,沒有發(fā)熱的放電“通道”的概念,示波器,顯象管中電子流的運(yùn)動與此類似.基本上沒有“電蝕產(chǎn)物”生成.(2)兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強(qiáng)化,涂覆.電焊,等離子切割,等離子焊等,也是在空氣中放電,利用電子流在空氣中撞擊氣體原子形成放電通道,在通道中和工件表面產(chǎn)生大量的熱能用于強(qiáng)化,涂覆,切割和焊接.(3)在純水,蒸餾水或去離子水中,兩金屬間電火花放電與在煤油中類似,只是水分子,原子受電子,正離子撞擊發(fā)熱氣化,最后分解為氧原子和氫原子(分子),而不像煤油中會分解出碳原子(碳黑微粒)和氫氣等.(4),(5)在乳化液中和煤油中放電過程,詳見教材中有關(guān)章節(jié),不再另行論述.2.有沒有可能或在什么情況下可以用工頻交流電源作為電火花加工的脈沖直流電源 在什么情況下可用直流電源作為電火花加工用的脈沖直流電源(提示:軋輥電火花對磨,齒輪電火花跑合時,不考慮電極相對磨損的情況下,可用工頻交流電源;在電火花磨削,切割下料等工具,工件間有高速相對運(yùn)動時,可用直流電源代替脈沖電源,但為什么)如提示所述,在不需要“極性效應(yīng)”,不需要考慮電極損耗率等的情況下,可以直接用220V的50HZ交流電作為脈沖電源進(jìn)行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等.不過回路中應(yīng)串接限流電阻,限制放電電流不要過大.如需精規(guī)準(zhǔn)對磨或跑合,則可在交流工頻電源上并聯(lián)RC電路(R=500-1000,C=0.1-0.01),再接到兩個工件上.在用高速轉(zhuǎn)動的金屬輪或圓片作電火花磨削,電火花切割,下料時,如果可以不計電極損耗率,則就可以用全波整流或整流后并聯(lián)電解電容濾波的直流電源進(jìn)行電火花磨削.由于工具電極高速轉(zhuǎn)動,所以一般不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧燒傷工件.最好是經(jīng)調(diào)壓變壓器降壓到5-100V再整流供磨削之用,一則可以調(diào)節(jié)電壓或電流,二則和220V交流電源隔離,以保障人身避免觸電的危險.3.電火花加工時的自動進(jìn)給系統(tǒng)和車,鉆,磨削時的自動進(jìn)給系統(tǒng),在原理上,本質(zhì)上有何不同 為什么會引起這種不同

答:電火花加工時工具電極和工件間并不接觸,火花放電時需通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持一定的放電間隙,而車,鉆,磨削時是接觸加工,靠切削力把多余的金屬除去,因此進(jìn)給系統(tǒng)是剛性的,等速的,一般不需要自動調(diào)節(jié).4.電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工和電火花磨削在原理上有何不同 工具電極和工件上的瞬間放電之間有無相對移動 加工內(nèi)螺紋時為什么不會“亂扣” 用銅螺桿做工具電極,在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,在原理上和共軛同步回轉(zhuǎn)法有何異同

答:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:(1)工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;(2)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等(或成倍角,比例關(guān)系);(3)工具和工件上瞬時放電點(diǎn)之間有很慢的相對移動.而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點(diǎn)之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點(diǎn)對應(yīng)”的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動,其內(nèi)外圓上“各點(diǎn)對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在.5,電火花加工時,什么叫做間隙蝕除特性曲線 粗,中,精加工時,間隙蝕除特性曲線有何不同 脈沖電源的空載電壓不一樣時(例如80V,100V,300V三種不同的空載電壓),間隙曲線有何不同 試定性,半定量地作圖分析之.答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小(間隙平均電壓的大小)之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同,同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣,總的來說,粗加工時蝕除速度較大,上凹的間隙蝕除特性曲線就高于中,精加工的曲線.當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時,例如電壓較高為300V時,其擊穿間隙,平均放電間隙都大于100V或80V的放電間隙,因此橫坐標(biāo)上的A點(diǎn)(電火花擊穿間隙)將大于100V或80V時的間隙.間隙特征曲線原點(diǎn)不動,整個曲線稍向右移.同理,80V空載電壓的間隙特征曲線的A點(diǎn)將偏向左邊.S/ m /V

6,在電火花加工機(jī)床上用Ф10mm的純銅桿加工Ф10mm的鐵桿,加工時兩桿的中心矩偏距5mm,選用=200 s, i=5.4A,各用正極性和負(fù)極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值(提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負(fù)極損耗較大;負(fù)極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明,并與書中工藝曲線圖表進(jìn)行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀(jì)年章淺型腔花模具,設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63 m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)準(zhǔn)脈寬,峰值電流,加工余量及加工時間,并列成一表(提示:用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算).答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準(zhǔn).例如: 極 性 脈 寬 脈 間 峰值 電流 加工 余量

加工后表面粗糙度 時 間

粗加工(可不加抬刀)負(fù) 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負(fù) 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:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:(1)工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;(2)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等(或成倍角,比例關(guān)系);(3)工具和工件上瞬時放電點(diǎn)之間有很慢的相對移動.而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點(diǎn)之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點(diǎn)對應(yīng)”的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動,其內(nèi)外圓上“各點(diǎn)對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在.5,電火花加工時,什么叫做間隙蝕除特性曲線 粗,中,精加工時,間隙蝕除特性曲線有何不同 脈沖電源的空載電壓不一樣時(例如80V,100V,300V三種不同的空載電壓),間隙曲線有何不同 試定性,半定量地作圖分析之.答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小(間隙平均電壓的大小)之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同,同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣,總的來說,粗加工時蝕除速度較大,上凹的間隙蝕除特性曲線就高于中,精加工的曲線.當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時,例如電壓較高為300V時,其擊穿間隙,平均放電間隙都大于100V或80V的放電間隙,因此橫坐標(biāo)上的A點(diǎn)(電火花擊穿間隙)將大于100V或80V時的間隙.間隙特征曲線原點(diǎn)不動,整個曲線稍向右移.同理,80V空載電壓的間隙特征曲線的A點(diǎn)將偏向左邊.S/ m /V 6,在電火花加工機(jī)床上用Ф10mm的純銅桿加工Ф10mm的鐵桿,加工時兩桿的中心矩偏距5mm,選用=200 s, i=5.4A,各用正極性和負(fù)極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值(提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負(fù)極損耗較大;負(fù)極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明,并與書中工藝曲線圖表進(jìn)行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀(jì)年章淺型腔花模具,設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63 m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)準(zhǔn)脈寬,峰值電流,加工余量及加工時間,并列成一表(提示:用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算).答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準(zhǔn).例如: 極 性 脈 寬 脈 間 峰值 電流 加工 余量

加工后表面粗糙度 時 間

粗加工(可不加抬刀)負(fù) 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負(fù) 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 電火花線切割加工

1.電火花線切割時,粗,種,精加工時生產(chǎn)率的大小和脈沖電源的功率,輸出電流的大小有關(guān).用什么方法衡量,判斷脈沖電源加工性能的好壞(絕對性能和相對性能)

答:可用單位電流(每安培電流)的生產(chǎn)率來衡量,即可客觀地判斷脈沖電源加工性能的 好壞.例如某脈沖電源峰值電流25A時的切割速度為100mm2/min,另一電源峰值電流27A時切割速度為106mm2/min,則前者的相對生產(chǎn)率為100/25=4mm2/min,優(yōu)于后者106/27=3.9mm2/min.又如某線切割脈沖電源3A s時切割速度為100mm2/min,另一電源3,5A時為124mm2/min,則前者相對切割速度為33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.2.電火花加工和線切割加工時,如何計算脈沖電源的電能的利用率 試估計一般線切割方波脈沖電源的電能利用率

答:設(shè)脈沖電源的空載電壓為100V ,加工時火花放電間隙的維持電壓為25V則消耗在晶體管限流電阻上的電壓為 100-25=75V,由此可以算出電能利用率: 有用能量:輸入能量=25:100=1:4=25% 能量的消耗率為: 損耗能量:輸入能量=75:100=3:4=75% 可見75%的能量損耗在限流電阻的發(fā)熱上.4.一般線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線和電火花加工機(jī)床的進(jìn)給特性曲線有何不同 與有短路回退功能的線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線又有什么不同

答:一般線切割機(jī)床的進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng),往往沒有短路回退功能,或短路后經(jīng)一定時間例如30s后仍不能自動消除短路狀態(tài),則回退256步(相當(dāng)于0.256 mm),如仍不能消除短路,則自動停止進(jìn)給或同時報警,這與電火花成型加工機(jī)床遇短路即退回不一樣.上述無短路回退功能的線切割機(jī)床的進(jìn)給特性曲線就不會有橫坐標(biāo)左下部分的曲線,亦即工具電極(鉬絲)的進(jìn)給速度 vd沒有負(fù)值.即使有短路回退功能的線切割機(jī)床,短路后的回退速度是固定的(不象電火花成型加工機(jī)床那樣短路后將以較高的速度vd0回退),所以進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線的左下部為窄小矩形,即放電間隙較小時,進(jìn)給速度vd《0,一旦完全短路后,鉬絲才低速(恒速)回退.6.今擬用數(shù)控線切割加工有8個齒的爪牙離合器,試畫出其工藝示意圖并編制出相應(yīng)的線切割3B相應(yīng)程序.答:由于爪牙離合器工件是圓筒形的,端面上需切割出8個爪牙方齒,故切割時必須有一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件.辦法為先在圓套筒上鉆一個∮1~2mm的穿絲孔,裝夾好工件后,調(diào)整到穿絲孔為最高點(diǎn)時穿絲,回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動切除爪牙的端面,見示意圖.(俯視圖)切割的程序(一次切出凹,凸兩個爪牙離合器)為: BBBJ=穿絲孔距離GXL3(x向移動)BBBJ=1/2齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)BBBJ=齒深GXL3(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)BBBJ=齒深GXL1(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)……

第四章

電化學(xué)加工

1．從原理和機(jī)理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為“納米級加工”或“原子級加工”技術(shù)？原則上要采用哪些措施才能實現(xiàn)？

答：由于電化學(xué)加工從機(jī)理上看，是通過電極表面逐層地原子或分子的電子交換，使之在電解液中“陽極溶解”而被去除來實現(xiàn)加工的，可以控制微量、極薄層“切削”去除。因此，電化學(xué)加工有可能發(fā)展成為納米級加工或原子級的精密、微細(xì)加工。但是真的要實現(xiàn)它，從技術(shù)上講還有相當(dāng)難度。主要是由于電化學(xué)加工的實質(zhì)是實現(xiàn)選擇性陽極溶解或選擇性陰極沉積，只要能把這種溶解或沉積的大小、方向控制到原子級上就可以了。但是由于它們的影響因素太多，如溫度、成分、濃度、材料性能、電流、電壓等，故綜合控制起來還很不容易。

2．為什么說電化學(xué)加工過程中的陽極溶解是氧化過程，而陰極沉積是還原過程？

答：從電化學(xué)過程來說，凡是反應(yīng)過程中原子失去電子成為正離子（溶入溶液）的，稱為氧化，反之，溶液中的正離子得到電子成為中性原子（沉積在陰極上）的稱為還原，即由正離子狀態(tài)還原成為原來的中性原子狀態(tài)。例如在精煉電解銅的時候，在電源正極上純度不高的銅板上的銅原子在電場的作用下，失去兩個電子成為Cu 2+正離子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu 2+正離子在陰極上，得到兩個電子還原成為原子而沉積在陰極上。

3．原電池、微電池、干電池、蓄電池中的正極和負(fù)極，與電解加工中的陽極和陰極有何區(qū)別？兩者的電流（或電子流）方向有何區(qū)別？

答：原電池、微電池、干電池和蓄電池中的正極，一般都是較不活潑的金屬或?qū)щ婓w，而其負(fù)極，則為較活潑的金屬。例如干電池，正極為不活潑的石墨（碳）棒，負(fù)極為活潑金屬鋅，蓄電池的正極是不活潑的鉛。金屬與導(dǎo)電液體形成的微電池中的正極往往是不活潑的碳原子或雜質(zhì)。兩種活潑程度不同的金屬（導(dǎo)電體）在導(dǎo)電溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生電位差，電位較正的稱為“正極”，流出電流（流入電子流），電位較低的流入電流（流出電子流）。電解加工時人為地外部加以電源，接電源正極稱陽極，接電源負(fù)極的稱陰極，陽極表面流出電流（流入電子流），陰極表面流入電流（流出電子流），兩者的方向仍一致，見圖4-1。

4．舉例說明電極電位理論在電解加工中有什么具體應(yīng)用？ 答：電極電位理論在研究、分析電解加工中有很重要的作用，具體應(yīng)用在：

1）分析電極上電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物

在電解加工時，在陰陽兩極都有電化學(xué)反應(yīng)，可能參與反應(yīng)的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產(chǎn)物H +、OH。但真正能在電極上完成電化學(xué)反應(yīng)的是什么？則需要應(yīng)用電極電位理論加以分析判斷。即：在陽極上，只有電極電位最“－”的離子才能參與反應(yīng)。

2）估計某種金屬材料電解加工的質(zhì)量和可加工性

每一種金屬材料都是由不同元素所組成（真正由單一元素組成的材料極少），而在電解加工時，人們希望陽極金屬的電解過程是均勻的。只有這樣，加工表面的粗糙度值才會比較好，加工過程才能平穩(wěn)。如果陽極金屬材料的組成元素其電極電位相差很大，則在電解加工中會由于一些元素的電極電位較“＋”，而不能及時溶解，使加工表面形成一些凸出點(diǎn)，造成加工表面粗糙度值增大。更為嚴(yán)重的是這種凸出的質(zhì)點(diǎn)會造成加工過程的短路、燒損電極，甚至使加工無法進(jìn)行。例如鑄鐵和高碳鋼中有C及Fe 3C存在，它們的電極電位高達(dá)+0.37V，而Fe/Fe 2+的電極電位僅為－0.59V，因 此C及Fe 3C在電解加工中幾乎無法被陽極溶解而最終形成凸出質(zhì)點(diǎn)，從而造成鑄鐵、高碳鋼甚至滲碳鋼的電解加工可加工性很差。

5．陽極鈍化現(xiàn)象在電解加工中是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)？舉例說明。

答：電極鈍化現(xiàn)象的存在，使電解加工中陽極溶解速度下降甚至停頓。從生產(chǎn)率的角度出發(fā)人們不希望選用能產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的鈍化型電解液。

但是，當(dāng)采用 NaCl 等非鈍化型電解液工作時，雖然生產(chǎn)率很高，但因為雜散腐蝕嚴(yán)重，成形精度較差，嚴(yán)重影響了電解加工的應(yīng)用。而當(dāng)采用鈍化型電解液加工時，盡管電極工具的非工作面沒有絕緣，但當(dāng)加工間隙達(dá)到一定尺寸后，對應(yīng)的工件表面就會產(chǎn)生鈍化膜，可以避免產(chǎn)生雜散腐蝕，提高加工精度，促進(jìn)電解加工的推廣應(yīng)用。

電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽極鈍化現(xiàn)象的存在而開發(fā)出來的。它們利用了鈍化膜對金屬表面的保護(hù)作用，采用機(jī)械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點(diǎn)的鈍化膜被刮除，并迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護(hù)作用，使局部不被電解，最終使金屬表面的整平作用加快，可實現(xiàn)精加工。

6．在厚度為 64mm的低碳鋼鋼板上用電解加工方法加工通孔，已知陰極直徑24mm，端面平衡間隙? b＝0.2mm。求：（1）當(dāng)陰極側(cè)面不絕緣時，加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？（2）當(dāng)陰極工具側(cè)面絕緣，且陰極側(cè)面工作圈高度 b=1mm 時，所加工出的孔徑是多少？

7．電解加工（如套料、成形加工等）的自動進(jìn)給系統(tǒng)和電火花加工的自動進(jìn)給系統(tǒng)有何異同？為什么會形成這些不同？

答：一般電解加工自動進(jìn)給系統(tǒng)主要是控制均勻等速的進(jìn)給速度，它的大小是事先設(shè)定的。進(jìn)給速度的大小與端面平衡間隙有直接關(guān)系（雙曲線關(guān)系），而端面平衡間隙又直接影響到陰極形狀（成形加工時）。在正常電解加工時，主要依照電流的大小來進(jìn)行控制，但在電極開始進(jìn)入或即將退出工件時，由于加工面積的變化，則不能按照電流的大小進(jìn)行控制。電火花加工的自動進(jìn)給控制系統(tǒng)的目的是保證某一設(shè)定加工間隙（放電狀態(tài)）的穩(wěn)定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線來工作的，它的進(jìn)給速度不是均勻等速的。之所以形成這種不同的進(jìn)給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進(jìn)給速度大，平衡間隙變小。在進(jìn)給方向、端面上不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進(jìn)給速度稍大于蝕除速度，極易引起短路，所以必須調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以保證放電間隙。

8．電解加工時，何謂電流效率？它與電能利用率有何不同？如果用 12V 的直流電源(如汽車蓄電池)作電解加工，電路中串聯(lián)一個滑桿電阻來調(diào)節(jié)電解加工時的電壓和電流(例如調(diào)到兩極間隙電壓為

8V)，問：這樣是否會降低電解加工時的電流效率？為什么？

答：電解加工時的電流效率是指按照法拉第電解定律所計算出的理論金屬蝕除量與實際金屬蝕除量之比。由于在電解加工陽極溶解的同時，還會出現(xiàn)如析氧等副反應(yīng)，因此電解加工時電流效率一般小于 1。

電能利用率是指電源輸入的總能量在電解加工中用了多少，在其它方面（如線路損耗）又用了多少。如題所示，利用滑桿電阻可以調(diào)節(jié)電解加工時的輸入電流、電壓，而滑桿電阻本身產(chǎn)生的熱損耗與電解加工無關(guān)?；瑮U電阻的熱損耗愈大，電能利用率愈低。而經(jīng)過滑桿電阻調(diào)節(jié)電壓、電流之后進(jìn)行電解加工時，它的電流效率并沒有變化，仍然是按照法拉第電解定律計算，與其它因素?zé)o關(guān)。

9．電解加工時的電極間隙蝕除特性與電火花加工時的電極間隙蝕除特性有

何不同？為什么？

答：電解加工時，電極間隙蝕除特性曲線是一條雙曲線，即 a ? = C（常數(shù)）如圖 4-3a 所示；而電火花加工的蝕除特性曲線則是一條蝕除速度在起點(diǎn)和終點(diǎn)都為零的上凸二次曲線，如圖 4-3b 所示。

電解加工時，只要電極不發(fā)生短路，電極間隙愈小，陽極工件的蝕除速度就愈高，生產(chǎn)率就愈高；反之，當(dāng)電極間隙變大時，蝕除速度將下降。

電火花加工時，當(dāng)放電間隙為零時，蝕除速度也為零。其實，當(dāng)放電間隙很小時，排屑困難，短路率增加，蝕除速度將大大下降，甚至無法正常加工；而當(dāng)放電間隙過大時，間隙無法擊穿，蝕除速度也為零（相當(dāng)于非線性電解液中電解加工時有一“切斷間隙”）。

10．如何用電極間隙的理論進(jìn)行電解加工陰極工具的設(shè)計？

答：電解加工時的蝕除速度應(yīng)遵循雙曲線規(guī)律，即 a ? = C。對平板電極而言，當(dāng)電極進(jìn)給速度與陽極蝕除速度相等時，電極間隙相對平衡不變，稱為端面平衡間隙。對于曲面電極各法線方向的平衡間隙等于：

第五章 激光打印

1.激光為什么比普通光有更大的加工瞬時能量和功率密度 為什么稱它為“激”光

答:因為激光器可在較長時間吸收,積聚某一波長光的能量,然后在很短的時間內(nèi)放出,并且通過光學(xué)透鏡將大面積光通道上的激光束聚焦在很小的焦點(diǎn)上,經(jīng)過時間上和空間上的兩次能量集中,所以能達(dá)到很大的瞬時能量和功率密度.其所以稱之為“激光”,是因為激光器中的工作物質(zhì)吸收某一波長的光能,達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)之后,再受到這一波長的光照后,就會瞬時受激,產(chǎn)生躍遷,并發(fā)出與此波長相同的激光.2.試述激光加工的能量轉(zhuǎn)換過程,即如何從電能具體轉(zhuǎn)換為光能又轉(zhuǎn)化為熱能來蝕除材料的答:固體激光器一般都用亮度很高的氙燈將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?使激光器內(nèi)的工作物質(zhì)如紅寶石中的鉻離子,釹玻璃或釹釔鋁石榴石(YAG)中的釹離子吸收光能,達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),經(jīng)觸發(fā)而產(chǎn)生功率密度很大的強(qiáng)激光,照射到工件上的光能轉(zhuǎn)換為熱能,使材料氣化而蝕除材料.3.固體,氣體等不同激光器的能量轉(zhuǎn)換過程是否相同 如不相同,則具體有何不同

答:并不完全相同.固體激光器有由電能點(diǎn)燃氙燈等強(qiáng)光源(光泵),將電能轉(zhuǎn)換為能使激光器吸收的一般光,到一定程度后發(fā)出激光.而氣體激光器則直接由電激勵激光物質(zhì),例如二氧化碳分子,使之連續(xù)產(chǎn)生激光.4.不同波長的紅外線,紅光,綠光,紫光,紫外線光能轉(zhuǎn)換為熱能的效率有何不同

答:不同波長,頻率的光所含的能量E=hv,其中v為光的頻率,h為普朗克常數(shù).可見光所含的能量和其頻率成正比.但照射到物體上后光能轉(zhuǎn)換成熱能的大小,即光能轉(zhuǎn)換的頻率,卻隨波長(頻率)和物體對該光波的吸收率不同而不同.例如紅光或紅外線照射到人體皮膚上,人們感覺到遠(yuǎn)比綠光,紫光更溫暖,因為皮膚吸收紅光的效率遠(yuǎn)比其他廣博為高.同樣激光打孔,切割時,影響光能轉(zhuǎn)換為熱能效率的因素,除材料對該光波的吸收率外,還有反射率也起很大作用,因此很難加工反射率很高的光潔鏡面.5.從激光產(chǎn)生的原理來思考,分析,它以后如何被逐步應(yīng)用于精密測量,加工,表面熱處理,甚至激光信息存儲,激光通信,激光計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的 這些應(yīng)用的共同技術(shù)基礎(chǔ)是什么 可以從中獲得哪些啟迪

答:激光之所以能廣泛應(yīng)用于上述高,新技術(shù)中,主要是基于它的一系列固有的特點(diǎn),例如單色性,相干性,方向性極好,瞬時功率,能量密度極大等技術(shù)基礎(chǔ).以激光通信為例,由于光的頻率高,波長短,發(fā)射角小,故具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)信息容量大,傳送路數(shù)多.因為信息容量和信息道的帶寬成正比.帶寬愈寬容量愈大.光波的頻率極高,約可容納100億個通話線路;若每個電視臺占用10MHZ帶寬,則可同時播送1000萬套電視節(jié)目而互不干擾.這是過去任何一種通信系統(tǒng)所不能達(dá)到的巨大通信容量.(2)通信距離遠(yuǎn),保密性能好.由天線發(fā)射的波束,其發(fā)散角和λ∕D成正比(λ為波長,D為天線直徑).所以波長愈短,天線愈大,發(fā)射就愈小.例如,對于波長為1 m的光波,若用直徑20cm的透鏡(就是激光的發(fā)射天線),那么發(fā)射角就只是1.1,而對于微波來說,即使使用龐大的天線,發(fā)射角仍有幾度.由于激光束發(fā)射角很小,能量集中在狹小的范圍內(nèi),以此可以把信息傳送到很遠(yuǎn)的距離.這對空間通信,宇宙通信有重要的意義.激光束不僅發(fā)射角小,而且可以采用不可見光,因此敵人不易從中截獲,保密性能好.(3)結(jié)構(gòu)輕便,設(shè)備經(jīng)濟(jì).由于激光的發(fā)散角小,方向性好,光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可以做得很小.一般天線直徑為幾十厘米,重量不過幾公斤.而功能類似的微波天線,重量以十噸,百噸計.激光電視與普通電視相比,后者存在著屏幕小,亮度低,設(shè)備龐大等缺點(diǎn).而激光電視則:(1)攝像時無需外部照明,免除了龐大的照明設(shè)備,因而輕便,激動,還可以拍攝完全處于黑暗中的景物.以其狹窄的光束迅速掃描,即使在黑暗中也難于覺察.若采用不可見的紫外光或紅外光,則肉眼根本無法發(fā)現(xiàn),保密性極高.(2)激光攝像無需成像光學(xué)系統(tǒng).物體不管多遠(yuǎn),都在焦點(diǎn)上.其有效范圍僅受短距離的視覺和長距離的信號功率的限制.至于顯示過程,在普通電視中,傳遞的電視圖象顯示在顯象管的熒光屏上.而在激光電視中,圖象可以通過顯示器在普通的電影屏幕上.由于激光具有很高的亮度,所以激光電視圖象的亮度很高,可以在白天普通的房子里觀看,不需要暗室設(shè)備.(3)激光顯示不需要在真空條件下工作,顯示圖象的屏幕單獨(dú)擺在大氣空間,這樣電視圖象就可以放得很大.根據(jù)現(xiàn)有水平,圖象面積可達(dá)3×4m 甚至更大.看電視和看電影一樣.這是激光電視的一個重要特色.由于激光束很平行,激光顯示的清晰度可以做得比較高.由于激光的顏色很純,因而所顯示圖象色彩鮮艷.以上給人的啟迪是:任何一種物理化學(xué)現(xiàn)象,只要有它一定的與眾不同的特點(diǎn),就有可能發(fā)展成為一種有用的新技術(shù),所謂天生其物,比有其用.第六章 電子束和離子束加工

1.電子束加工和離子束加工在原理上和在應(yīng)用范圍上有何異同

答:二者在原理上的相同點(diǎn)是基于帶電粒子于真空中在電磁場的加速,控制作用下,對工件進(jìn)行撞擊而進(jìn)行加工.其不同處在于電子束加工加速轉(zhuǎn)換成電能,在撞擊工件時動能轉(zhuǎn)換成熱能使金屬熔化,氣化而被蝕除.而離子束加工是電能使質(zhì)量較大的正離子加速后,打到工件表面,是靠機(jī)械撞擊能量使工件表面的原子層變形,破壞或切除分離,并不發(fā)熱.在工藝上:有離子刻蝕,漸射沉積,離子鍍,離子注入(表面改性)等多種形式,而不象電子束加工,有打孔,切割,焊接,熱處理等形式.2.電子束加工,離子束加工和激光加工相比各自的使用范圍如何,三者各有什么優(yōu)缺點(diǎn)

答:三者都適用于精密,微細(xì)加工,但電子束,離子束需在真空中進(jìn)行,因此加工表面不會被氧化,污染,特別適合于“清潔”,“潔凈”加工.離子束主要用于精微“表面工程”,激光因可在空氣中加工,不受空間結(jié)構(gòu)的限制,故也適用于大型工件的切割,熱處理等工藝.3.子束,離子束,激光束三者相比,哪種束流和相應(yīng)的加工工藝能聚焦得更細(xì) 最細(xì)的焦點(diǎn)直徑大約是多少

答:激光聚焦后焦點(diǎn)的直徑取決于光的波長.波長為0.69 m的紅色激光,聚焦的光斑直徑很難小于1 m,因為聚焦透鏡有像差等誤差.二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)光1.06 m的紅外激光,其焦點(diǎn)光斑直徑更大.波長較短的綠色激光和準(zhǔn)分子激光器可獲得較小的焦點(diǎn),常用于精密,微細(xì)加工.電子束最佳時可獲得0.25 m的聚焦直徑.可用于制作大規(guī)模集成電路的光刻.如果用波長很短的X光射線(波長為10-9-10-10,即1-0.1nm),可得到0.1 m左右的聚焦直徑.4.電子束加工裝置和示波器,電視機(jī)的原理有何異同之處

答:它們都有一個電子槍用來發(fā)射電子,使電子奔向高電壓的正極,而后再用線圈(電磁透鏡)進(jìn)行聚焦,用電場進(jìn)行偏轉(zhuǎn),控制掃描出圖形來.只不過電子束加工裝置的功率較大,而示波器,電視機(jī)的功率較小而已.彩色電視機(jī)因有紅,藍(lán),黃三種基本色,故需有三個電子槍,結(jié)構(gòu)和控制更為復(fù)雜.第七章 超聲加工

超聲加工時的進(jìn)給系統(tǒng)有何特點(diǎn)

答:超聲加工時的進(jìn)給系統(tǒng)是靠重錘通過杠桿使工具輕輕壓在工件上,靠輕微的壓力使工具端面和磨粒與工件表面接觸,工件表面去掉多少,進(jìn)給多少,是懸浮式的柔性進(jìn)給系統(tǒng),而不是剛性的進(jìn)給系統(tǒng)實現(xiàn)的,它與機(jī)械加工和電火花加工的進(jìn)給系統(tǒng)不一樣.2.一共振頻率為25KHZ的磁致伸縮型超聲清洗器,底面中心點(diǎn)的最大振幅為0.01mm,試計算該點(diǎn)最大速度和最大加速度.它是重力加速度g的多少倍 如果是共振頻率為50KHZ的壓電陶瓷型超聲清洗器,底面中心點(diǎn)的最大振幅為0.005mm,則最大速度和加速度又是多少

答:按教材中超聲振動時的最大速度Vmax和最大加速度amax計算公式 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.如果共振頻率增加為一倍f=50KHZ,振幅減小成一半A=0.005mm,則 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.試判斷超聲加工時:(1)工具整體在作超聲振動;(2)只有工具端面在作超聲振動;(3)工具各個橫截面都在作超聲振動,單個截面同一時間的振幅并不一樣;(4)工具各個橫截面依次都在作“原地踏步”式的振動.以上各點(diǎn),哪種說法最確切 有無更確切的說法

答:以上說法中,(3)比較確切,超聲波在工具(變幅桿)內(nèi)傳遞時,各個橫截面都在作超聲振動,單個截面在同一時間的振幅不一樣,有的截面始終為零(如固定超聲系統(tǒng)的駐波點(diǎn)),有的有時振幅最大,如工具端面的加工點(diǎn).最確切的說法是,應(yīng)按教材中的超聲波在固體中的傳播過程,各質(zhì)點(diǎn)都在傳播方向上振動,但傳到端面后波在反射,兩者的合成運(yùn)動才是各質(zhì)點(diǎn)的實際運(yùn)動.4.超聲波為什么能“強(qiáng)化”工藝過程,試舉出幾種超聲波在工業(yè),農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)中的應(yīng)用.答:超聲波因具有較大的瞬時速度,尤其是瞬時加速度,故可用作強(qiáng)化工藝過程.如工業(yè)中的粉碎(使物質(zhì)顆粒細(xì)化),乳化.在農(nóng)業(yè)上可用強(qiáng)超聲處理種子優(yōu)化品種,在醫(yī)學(xué)上可用強(qiáng)超聲波擊碎人體內(nèi)的腎結(jié)石,膽結(jié)石等等.第八章 快速成型加工

1.快速成型的工藝原理與常規(guī)加工工藝有何不同 具有什么優(yōu)點(diǎn)

答:快速成型在工藝原理上是“增材法”,與切削加工,電火花蝕除,電化學(xué)陽極溶解等“減材法”不同.其特點(diǎn)是整個工藝過程建立在激光(斷層)掃描,數(shù)控技術(shù),計算機(jī)CAD技術(shù),高分子材料等高科技基礎(chǔ)之上,因此工藝先進(jìn),柔性好,生產(chǎn)周期短.2.試對常用的快速成型工藝作一優(yōu)缺點(diǎn)比較.答:下表是4種快速成形工藝的綜合比較.幾種最常用的快速成形工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較 有關(guān)指標(biāo) 工 藝 精 度 表面 質(zhì)量 材料 價格 材料 利用率 運(yùn)行成本 生產(chǎn) 效率 設(shè)備費(fèi)用 市場占有率 % 液相固化SL法 好 優(yōu) 較貴

接近100% 較高 高 較貴 70 粉末燒結(jié)SLS法 一般 一般 較貴

接近100% 較高 一般 較貴 10 紙片疊層LOM法 一般 較差 較便宜 較差 較低 高 較便宜 7 熔絲堆積FDM法 較差 較差 較貴 接近一般 較低 較便宜 6 第九章 其它特種加工

試列表歸納,比較本章中各種特種加工方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍.答: 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用范圍 化學(xué)銑削加工

可大面積多工件同時加工 不易加工深孔,型孔

航空航天零件減薄,去毛刺 光化學(xué)腐蝕加工

可刻蝕精度的文字圖案 刻蝕深度有限

用于相片制版,刻蝕精細(xì)的網(wǎng)孔圖案 等離子體加工

可高速切割難加工材料 切割精度較差,割縫較寬 切割,下料各種難加工金屬 擠壓研磨

可去除內(nèi)(外)表面的毛刺和改善表面質(zhì)量 只是表面加工,不能改變尺寸 表面光整加工 水射流切割

可對任何材料切割下料,加工速度高,無毛刺,無殘余應(yīng)力 切縫較寬,尺寸精度較差

適用于石材,鋼筋,水泥板等切削 磁性磨料研磨 可無應(yīng)力表面光整加工 去除量小,生產(chǎn)率較低 精密零件的表面光整加工

2.如何能提高化學(xué)刻蝕加工和光化學(xué)腐蝕加工的精密度(分辨率)答:在腐蝕液中加入保護(hù)劑等添加劑,以減小“鉆蝕”,詳見教材有關(guān)章節(jié).3.從水滴穿石到水射流切割工藝的實用化,在思想上有何啟迪 要具體逐步解決什么技術(shù)關(guān)鍵問題

答:滴水穿石因能量密度較小,所以只能靠長年累月時間才能穿石.要提高穿石的速度,水射流切割技術(shù)中應(yīng)使超高的水由小孔中噴出,尤其是水中混有細(xì)小磨料顆粒高速撞擊工件表面,更能提高單位面積上的能量密度和切割速度.當(dāng)然噴嘴的材料小孔的加工也是關(guān)鍵問題.4.人們?nèi)粘９ぷ骱腿粘Ｉ钪?有哪些物品,商品(包括工藝美術(shù)品等),是由本書所述的特種加工方法制造的

答:很多家電的外殼,內(nèi)部構(gòu)件,如電視機(jī),照相機(jī),洗衣機(jī)等的模具都是由電火花,線切割等很多方法制造的.汽車,門窗,建筑用的鋁材型品都是電火花,線切割加工的拉伸,擠壓模具,又經(jīng)過擠壓拋光后拉制的.有些金黃色的手表殼,手鏈都是離子鍍覆的氮化鈦.有些太陽眼鏡是離子鍍覆的反光層.珍珠項鏈等采用超聲鉆孔,金銀首飾廠用超聲清洗首飾.電動剃須刀的網(wǎng)罩是電鑄的產(chǎn)物,手表中寶石軸承小孔都是經(jīng)過激光打孔而后又用超聲研磨的.諸如此類,不勝枚舉.爪牙側(cè)面 穿絲孔 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺

第二篇：特種加工課后習(xí)題答案

《特種加工》習(xí)題解答 概 論

1.從特種加工的發(fā)生和發(fā)展來舉例分析科學(xué)技術(shù)中有哪些事例是“物極必反” 有哪些事例是“壞事有時變?yōu)楹檬隆?/p>

答:這種事例還是很多的.以“物極必反”來說,人們發(fā)明了螺旋槳式飛機(jī),并不斷加大螺旋槳的轉(zhuǎn)速和功率以提高飛機(jī)的飛行速度和飛行高度.但后來人們發(fā)現(xiàn)證實螺旋槳原理本身限制了飛機(jī)很難達(dá)到音速和超音速,隨著飛行高度愈高,空氣愈稀薄,螺旋槳的效率愈來愈低,更不可能在宇宙空間中飛行.于是人們采用爆竹升空的簡單原理研制出噴氣式發(fā)動機(jī)取代了螺旋槳式飛行器,實現(xiàn)了洲際和太空飛行.由輪船發(fā)展成氣墊船,也有類似規(guī)律.以“壞事變好事”來說,火花放電會把接觸器、繼電器等電器開關(guān)的觸點(diǎn)燒毛、損蝕,而利用脈沖電源瞬時、局部的火花放電高溫可用作難加工材料的尺寸加工.同樣,鋁飯盒盛放咸菜日久會腐蝕穿孔,鋼鐵器皿、小刀等在潮濕的環(huán)境下會腐蝕.鋼鐵在風(fēng)吹雨淋時遭受銹蝕,海洋船艦的鋼鐵船體為了防止海水的腐蝕,得消耗巨資進(jìn)行防銹、防蝕.人們研究清楚鋼鐵電化學(xué)銹蝕的原理后,創(chuàng)造了選擇性陽極溶解的電解加工方法.這些都是“壞事變好事”的實例.2.試列舉幾種采用特種加工工藝之后,對材料的可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性產(chǎn)生重大影響的實例.答:這類實例是很多的,例如: ⑴硬質(zhì)合金歷來被認(rèn)為是可加工性較差的材料,因為普通刀具和砂輪無法對它進(jìn)行切削磨削加工,只有碳化硅和金剛石砂輪才能對硬質(zhì)合金進(jìn)行磨削.可是用電火花成形加工或電火花線切割加工卻可輕而易舉地加工出各式內(nèi)外圓、平面、小孔、深孔、窄槽等復(fù)雜表面,其生產(chǎn)效率往往高于普通磨削加工的生產(chǎn)率.更有甚者,金剛石和聚晶金剛石是世界上最硬的材料,過去把它作為刀具和拉絲模具等材料只有用金剛石砂輪或磨料“自己磨自己”,磨削時金剛石工具損耗很大,正是硬碰硬兩敗俱傷,確實是可加工性極差.但特種加工中電火花可成形加工聚晶金剛石刀具,工具,而激光加工則不但“削鐵如泥”而且可“削金剛石如泥”.在激光加工面前,金剛石的可加工性和鋼鐵差不多了.對過去傳統(tǒng)概念上的可加工性,的確需要重新評價.(2)對結(jié)構(gòu)工藝性,過去認(rèn)為方孔,小孔,小深孔,深槽,窄縫以及細(xì)長桿,薄壁等低剛度零件的結(jié)構(gòu)工藝性很差,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量避免.對E字形的硅鋼片硬質(zhì)合金沖模,由于90*內(nèi)角很難磨削,因此常采用多塊硬質(zhì)合金拼鑲結(jié)構(gòu)的沖模.但采用電火花成形加工或線切割數(shù)控加工,則很容易加工成整體硬質(zhì)合金的E形硅鋼片沖模,特種加工可使某些結(jié)構(gòu)工藝性由“差”變“好”.3.工藝和特種加工工藝之間有何關(guān)系(應(yīng)該說如何正確處理常規(guī)工藝和特種加工之間的差別)答:一般而言,常規(guī)工藝是在切削,磨削,研磨等技術(shù)進(jìn)步中形成和發(fā)展起來的行之有效的實用工藝,而且今后也始終是主流工藝.但是隨著難加工的新材料,復(fù)雜表面和有特殊要求的零件愈來愈多,常規(guī),傳統(tǒng)工藝必然會有所不適應(yīng).所以可以認(rèn)為特種加工工藝是常規(guī)加工工藝的補(bǔ)充和發(fā)展.特種加工工藝可以在特定的條件下取代一部分常規(guī)加工工藝,但不可能取代和排斥主流的常規(guī)加工工藝.第二章 電火花加工

1.兩金屬在(1)在真空中火花放電;(2)在空氣中;(3)在純水(蒸餾水或去離子水)中;(4)在線切割乳化液中;(5)在煤油中火花放電時,在宏觀和微觀過程以及電蝕產(chǎn)物方面有何相同和相異之處

答:(1)兩金屬在真空中火花放電時,當(dāng)電壓(電位差)超過一定時即產(chǎn)生“擊穿”,電子由“-”極逸出飛向“+”極,由于真空中沒有物質(zhì)阻擋電子的運(yùn)動,所以沒有正離子形成,沒有發(fā)熱的放電“通道”的概念,示波器,顯象管中電子流的運(yùn)動與此類似.基本上沒有“電蝕產(chǎn)物”生成.(2)兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強(qiáng)化,涂覆.電焊,等離子切割,等離子焊等,也是在空氣中放電,利用電子流在空氣中撞擊氣體原子形成放電通道,在通道中和工件表面產(chǎn)生大量的熱能用于強(qiáng)化,涂覆,切割和焊接.(3)在純水,蒸餾水或去離子水中,兩金屬間電火花放電與在煤油中類似,只是水分子,原子受電子,正離子撞擊發(fā)熱氣化,最后分解為氧原子和氫原子(分子),而不像煤油中會分解出碳原子(碳黑微粒)和氫氣等.(4),(5)在乳化液中和煤油中放電過程,詳見教材中有關(guān)章節(jié),不再另行論述.2.有沒有可能或在什么情況下可以用工頻交流電源作為電火花加工的脈沖直流電源 在什么情況下可用直流電源作為電火花加工用的脈沖直流電源(提示:軋輥電火花對磨,齒輪電火花跑合時,不考慮電極相對磨損的情況下,可用工頻交流電源;在電火花磨削,切割下料等工具,工件間有高速相對運(yùn)動時,可用直流電源代替脈沖電源,但為什么)如提示所述,在不需要“極性效應(yīng)”,不需要考慮電極損耗率等的情況下,可以直接用220V的50HZ交流電作為脈沖電源進(jìn)行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等.不過回路中應(yīng)串接限流電阻,限制放電電流不要過大.如需精規(guī)準(zhǔn)對磨或跑合,則可在交流工頻電源上并聯(lián)RC電路(R=500-1000,C=0.1-0.01),再接到兩個工件上.在用高速轉(zhuǎn)動的金屬輪或圓片作電火花磨削,電火花切割,下料時,如果可以不計電極損耗率,則就可以用全波整流或整流后并聯(lián)電解電容濾波的直流電源進(jìn)行電火花磨削.由于工具電極高速轉(zhuǎn)動,所以一般不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧燒傷工件.最好是經(jīng)調(diào)壓變壓器降壓到5-100V再整流供磨削之用,一則可以調(diào)節(jié)電壓或電流,二則和220V交流電源隔離,以保障人身避免觸電的危險.3.電火花加工時的自動進(jìn)給系統(tǒng)和車,鉆,磨削時的自動進(jìn)給系統(tǒng),在原理上,本質(zhì)上有何不同 為什么會引起這種不同

答:電火花加工時工具電極和工件間并不接觸,火花放電時需通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持一定的放電間隙,而車,鉆,磨削時是接觸加工,靠切削力把多余的金屬除去,因此進(jìn)給系統(tǒng)是剛性的,等速的,一般不需要自動調(diào)節(jié).4.電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工和電火花磨削在原理上有何不同 工具電極和工件上的瞬間放電之間有無相對移動 加工內(nèi)螺紋時為什么不會“亂扣” 用銅螺桿做工具電極,在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,在原理上和共軛同步回轉(zhuǎn)法有何異同

答:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:(1)工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;(2)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等(或成倍角,比例關(guān)系);(3)工具和工件上瞬時放電點(diǎn)之間有很慢的相對移動.而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點(diǎn)之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點(diǎn)對應(yīng)”的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動,其內(nèi)外圓上“各點(diǎn)對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在.5,電火花加工時,什么叫做間隙蝕除特性曲線 粗,中,精加工時,間隙蝕除特性曲線有何不同 脈沖電源的空載電壓不一樣時(例如80V,100V,300V三種不同的空載電壓),間隙曲線有何不同 試定性,半定量地作圖分析之.答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小(間隙平均電壓的大小)之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同,同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣,總的來說,粗加工時蝕除速度較大,上凹的間隙蝕除特性曲線就高于中,精加工的曲線.當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時,例如電壓較高為300V時,其擊穿間隙,平均放電間隙都大于100V或80V的放電間隙,因此橫坐標(biāo)上的A點(diǎn)(電火花擊穿間隙)將大于100V或80V時的間隙.間隙特征曲線原點(diǎn)不動,整個曲線稍向右移.同理,80V空載電壓的間隙特征曲線的A點(diǎn)將偏向左邊.S/ m /V

6,在電火花加工機(jī)床上用Ф10mm的純銅桿加工Ф10mm的鐵桿,加工時兩桿的中心矩偏距5mm,選用=200 s, i=5.4A,各用正極性和負(fù)極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值(提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負(fù)極損耗較大;負(fù)極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明,并與書中工藝曲線圖表進(jìn)行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀(jì)年章淺型腔花模具,設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63 m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)準(zhǔn)脈寬,峰值電流,加工余量及加工時間,并列成一表(提示:用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算).答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準(zhǔn).例如: 極 性 脈 寬 脈 間 峰值 電流 加工 余量

加工后表面粗糙度 時 間

粗加工(可不加抬刀)負(fù) 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負(fù) 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:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:(1)工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;(2)轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等(或成倍角,比例關(guān)系);(3)工具和工件上瞬時放電點(diǎn)之間有很慢的相對移動.而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點(diǎn)之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點(diǎn)對應(yīng)”的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動,其內(nèi)外圓上“各點(diǎn)對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在.5,電火花加工時,什么叫做間隙蝕除特性曲線 粗,中,精加工時,間隙蝕除特性曲線有何不同 脈沖電源的空載電壓不一樣時(例如80V,100V,300V三種不同的空載電壓),間隙曲線有何不同 試定性,半定量地作圖分析之.答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小(間隙平均電壓的大小)之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同,同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣,總的來說,粗加工時蝕除速度較大,上凹的間隙蝕除特性曲線就高于中,精加工的曲線.當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時,例如電壓較高為300V時,其擊穿間隙,平均放電間隙都大于100V或80V的放電間隙,因此橫坐標(biāo)上的A點(diǎn)(電火花擊穿間隙)將大于100V或80V時的間隙.間隙特征曲線原點(diǎn)不動,整個曲線稍向右移.同理,80V空載電壓的間隙特征曲線的A點(diǎn)將偏向左邊.S/ m /V

6,在電火花加工機(jī)床上用Ф10mm的純銅桿加工Ф10mm的鐵桿,加工時兩桿的中心矩偏距5mm,選用=200 s, i=5.4A,各用正極性和負(fù)極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值(提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負(fù)極損耗較大;負(fù)極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明,并與書中工藝曲線圖表進(jìn)行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀(jì)年章淺型腔花模具,設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63 m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)準(zhǔn)脈寬,峰值電流,加工余量及加工時間,并列成一表(提示:用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算).答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準(zhǔn).例如: 極 性 脈 寬 脈 間 峰值 電流 加工 余量

加工后表面粗糙度 時 間

粗加工(可不加抬刀)負(fù) 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負(fù) 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 電火花線切割加工

1.電火花線切割時,粗,種,精加工時生產(chǎn)率的大小和脈沖電源的功率,輸出電流的大小有關(guān).用什么方法衡量,判斷脈沖電源加工性能的好壞(絕對性能和相對性能)

答:可用單位電流(每安培電流)的生產(chǎn)率來衡量,即可客觀地判斷脈沖電源加工性能的 好壞.例如某脈沖電源峰值電流25A時的切割速度為100mm2/min,另一電源峰值電流27A時切割速度為106mm2/min,則前者的相對生產(chǎn)率為100/25=4mm2/min,優(yōu)于后者106/27=3.9mm2/min.又如某線切割脈沖電源3A s時切割速度為100mm2/min,另一電源3,5A時為124mm2/min,則前者相對切割速度為33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.2.電火花加工和線切割加工時,如何計算脈沖電源的電能的利用率 試估計一般線切割方波脈沖電源的電能利用率

答:設(shè)脈沖電源的空載電壓為100V ,加工時火花放電間隙的維持電壓為25V則消耗在晶體管限流電阻上的電壓為 100-25=75V,由此可以算出電能利用率: 有用能量:輸入能量=25:100=1:4=25% 能量的消耗率為: 損耗能量:輸入能量=75:100=3:4=75% 可見75%的能量損耗在限流電阻的發(fā)熱上.3.設(shè)計一個測量,繪制數(shù)控線切割加工的間隙蝕除特性曲線的方法(提示:使線切割等速進(jìn)給,由欠跟蹤到過跟蹤).答:這一習(xí)題有一定的難度,需對間隙蝕除特性曲線和線切割加工伺服進(jìn)給系統(tǒng)有一定深度的理解才行.間隙蝕除特性曲線是蝕除速度和放電間隙(間隙平均電壓)的關(guān)系曲線(參見第二章電火花加工的伺服進(jìn)給).線切割加工時,調(diào)節(jié)伺服進(jìn)給量的大小,可以在一定程度上改變平均放電間隙.例如把進(jìn)給速度人為放慢,處于“欠進(jìn)給”狀態(tài),則平均放電間隙偏大,反之,進(jìn)給速度過高,“過進(jìn)給”時,則放電間隙偏小.測繪間隙蝕除特性曲線時,利用“改變預(yù)置進(jìn)給速度”來改變放電間隙的大小.實際上放電間隙的大小(絕對值)很難測量,但可以用加工時的平均間隙電壓大小來相對測量間隙值的大小.為此,要在工件和鉬絲(導(dǎo)電塊)或直接在電源輸出端并一個滿刻度100V(用于測空載,偏空載時的開路間隙電壓),20V(用于測偏短路時的間隙電壓)的直流電壓表.實際測繪時,先不用線切割機(jī)床的“自動檔”(伺服)進(jìn)給,而采用“人工檔”(等速進(jìn)給)進(jìn)給功能.最初用較慢的等速進(jìn)給速度進(jìn)行切割,此時處于“欠跟蹤”的進(jìn)給狀態(tài),待切割穩(wěn)定后就記下進(jìn)給速度和此時的間隙平均電壓,在坐標(biāo)上作出曲線上的某一點(diǎn).以后稍微調(diào)快進(jìn)給速度(仍為等速進(jìn)給),同樣測得第二,三```點(diǎn)的數(shù)據(jù).當(dāng)調(diào)節(jié)到進(jìn)給速度約等于蝕除速度時,此時即為最佳狀態(tài) B 點(diǎn)放電間隙為最佳放電間隙SB 此時的切割速度為最大.當(dāng)以更大的進(jìn)給速度(等速)切割時,由于沒有伺服功能,進(jìn)給速度大于可能的蝕除速度,放電間隙逐步減小,最后即將形成短路,放電間隙為零.此時應(yīng)盡快停止進(jìn)給,并事先作好記錄.在曲線最高點(diǎn)B只右,用上述方法比較容易做出間隙蝕除特性曲線的右半部分.但B點(diǎn)左邊的曲線,因放電間隙逐步減小并趨于短路,易把鉬絲頂彎,因此應(yīng)多加小心.4.一般線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線和電火花加工機(jī)床的進(jìn)給特性曲線有何不同 與有短路回退功能的線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線又有什么不同

答:一般線切割機(jī)床的進(jìn)給的進(jìn)給系統(tǒng),往往沒有短路回退功能,或短路后經(jīng)一定時間例如30s后仍不能自動消除短路狀態(tài),則回退256步(相當(dāng)于0.256 mm),如仍不能消除短路,則自動停止進(jìn)給或同時報警,這與電火花成型加工機(jī)床遇短路即退回不一樣.上述無短路回退功能的線切割機(jī)床的進(jìn)給特性曲線就不會有橫坐標(biāo)左下部分的曲線,亦即工具電極(鉬絲)的進(jìn)給速度 vd沒有負(fù)值.即使有短路回退功能的線切割機(jī)床,短路后的回退速度是固定的(不象電火花成型加工機(jī)床那樣短路后將以較高的速度vd0回退),所以進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線的左下部為窄小矩形,即放電間隙較小時,進(jìn)給速度vd《0,一旦完全短路后,鉬絲才低速(恒速)回退.5.設(shè)計一個測量,繪制數(shù)控線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線的方法(提示:在線切割機(jī)床上做空載模擬實驗.用可調(diào)的的直流電源模擬火花間隙的平均電壓).答:這一習(xí)題也有一定難度,需對線切割機(jī)床的變頻進(jìn)給系統(tǒng)有一定的了解.線切割機(jī)床的進(jìn)給速度vd是由火花放電間隙的平均電壓ue來決定的.ue越大,vd亦大,ue小vd也小, ue=0,vd=0或等速回退.為此可以用“模擬法”來測繪線切割加工機(jī)床的進(jìn)給調(diào)解特性曲線.具體的的方法是:使線切割機(jī)床處于加工狀態(tài),可不開絲筒,不開高頻電源,但應(yīng)使工作臺處于“人工”等速進(jìn)給狀態(tài).此時工作臺進(jìn)給的“取樣電壓”,并不是來自火花放電間隙的平均電壓ue(ue再經(jīng)電阻分壓成10~12v的電壓,經(jīng)“變頻調(diào)節(jié)”電位器送至“壓—頻”(u-f)轉(zhuǎn)換器,將此低電壓u轉(zhuǎn)換成進(jìn)給脈沖,頻率為f,另工作臺進(jìn)給),而是由+12V的外加電壓,經(jīng)“變頻調(diào)節(jié)”電位器調(diào)壓輸入至 “壓—頻”(u-f)轉(zhuǎn)換器.低電壓0V相當(dāng)于間隙短路,最高10~12V相當(dāng)于間隙開路狀態(tài).可以將此電壓由低向高調(diào)節(jié),例如0V,2V,4V,6V,8V,10V……直至12V,模擬不同的ue.記錄下每種不同電壓時的工作臺進(jìn)給速度(可以從控制器面板數(shù)顯表上測得),然后即可繪制出進(jìn)給調(diào)節(jié)特性曲線.6.今擬用數(shù)控線切割加工有8個齒的爪牙離合器,試畫出其工藝示意圖并編制出相應(yīng)的線切割3B相應(yīng)程序.答:由于爪牙離合器工件是圓筒形的,端面上需切割出8個爪牙方齒,故切割時必須有一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件.辦法為先在圓套筒上鉆一個∮1~2mm的穿絲孔,裝夾好工件后,調(diào)整到穿絲孔為最高點(diǎn)時穿絲,回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動切除爪牙的端面,見示意圖.(俯視圖)切割的程序(一次切出凹,凸兩個爪牙離合器)為: BBBJ=穿絲孔距離GXL3(x向移動)BBBJ=1/2齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)BBBJ=齒深GXL3(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)BBBJ=齒深GXL1(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉(zhuǎn)動)……

第四章

電化學(xué)加工

1．從原理和機(jī)理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為“納米級加工”或“原子級加工”技術(shù)？原則上要采用哪些措施才能實現(xiàn)？

答：由于電化學(xué)加工從機(jī)理上看，是通過電極表面逐層地原子或分子的電子交換，使之在電解液中“陽極溶解”而被去除來實現(xiàn)加工的，可以控制微量、極薄層“切削”去除。因此，電化學(xué)加工有可能發(fā)展成為納米級加工或原子級的精密、微細(xì)加工。但是真的要實現(xiàn)它，從技術(shù)上講還有相當(dāng)難度。主要是由于電化學(xué)加工的實質(zhì)是實現(xiàn)選擇性陽極溶解或選擇性陰極沉積，只要能把這種溶解或沉積的大小、方向控制到原子級上就可以了。但是由于它們的影響因素太多，如溫度、成分、濃度、材料性能、電流、電壓等，故綜合控制起來還很不容易。

2．為什么說電化學(xué)加工過程中的陽極溶解是氧化過程，而陰極沉積是還原過程？

答：從電化學(xué)過程來說，凡是反應(yīng)過程中原子失去電子成為正離子（溶入溶液）的，稱為氧化，反之，溶液中的正離子得到電子成為中性原子（沉積在陰極上）的稱為還原，即由正離子狀態(tài)還原成為原來的中性原子狀態(tài)。例如在精煉電解銅的時候，在電源正極上純度不高的銅板上的銅原子在電場的作用下，失去兩個電子成為Cu 2+正離子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu 2+正離子在陰極上，得到兩個電子還原成為原子而沉積在陰極上。

3．原電池、微電池、干電池、蓄電池中的正極和負(fù)極，與電解加工中的陽極和陰極有何區(qū)別？兩者的電流（或電子流）方向有何區(qū)別？

答：原電池、微電池、干電池和蓄電池中的正極，一般都是較不活潑的金屬或?qū)щ婓w，而其負(fù)極，則為較活潑的金屬。例如干電池，正極為不活潑的石墨（碳）棒，負(fù)極為活潑金屬鋅，蓄電池的正極是不活潑的鉛。金屬與導(dǎo)電液體形成的微電池中的正極往往是不活潑的碳原子或雜質(zhì)。兩種活潑程度不同的金屬（導(dǎo)電體）在導(dǎo)電溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生電位差，電位較正的稱為“正極”，流出電流（流入電子流），電位較低的流入電流（流出電子流）。電解加工時人為地外部加以電源，接電源正極稱陽極，接電源負(fù)極的稱陰極，陽極表面流出電流（流入電子流），陰極表面流入電流（流出電子流），兩者的方向仍一致，見圖4-1。

4．舉例說明電極電位理論在電解加工中有什么具體應(yīng)用？

答：電極電位理論在研究、分析電解加工中有很重要的作用，具體應(yīng)用在：

1）分析電極上電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物

在電解加工時，在陰陽兩極都有電化學(xué)反應(yīng)，可能參與反應(yīng)的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產(chǎn)物H +、OH。但真正能在電極上完成電化學(xué)反應(yīng)的是什么？則需要應(yīng)用電極電位理論加以分析判斷。即：在陽極上，只有電極電位最“－”的離子才能參與反應(yīng)。

2）估計某種金屬材料電解加工的質(zhì)量和可加工性

每一種金屬材料都是由不同元素所組成（真正由單一元素組成的材料極少），而在電解加工時，人們希望陽極金屬的電解過程是均勻的。只有這樣，加工表面的粗糙度值才會比較好，加工過程才能平穩(wěn)。如果陽極金屬材料的組成元素其電極電位相差很大，則在電解加工中會由于一些元素的電極電位較“＋”，而不能及時溶解，使加工表面形成一些凸出點(diǎn)，造成加工表面粗糙度值增大。更為嚴(yán)重的是這種凸出的質(zhì)點(diǎn)會造成加工過程的短路、燒損電極，甚至使加工無法進(jìn)行。例如鑄鐵和高碳鋼中有C及Fe 3C存在，它們的電極電位高達(dá)+0.37V，而Fe/Fe 2+的電極電位僅為－0.59V，因 此C及Fe 3C在電解加工中幾乎無法被陽極溶解而最終形成凸出質(zhì)點(diǎn)，從而造成鑄鐵、高碳鋼甚至滲碳鋼的電解加工可加工性很差。

5．陽極鈍化現(xiàn)象在電解加工中是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)？舉例說明。

答：電極鈍化現(xiàn)象的存在，使電解加工中陽極溶解速度下降甚至停頓。從生產(chǎn)率的角度出發(fā)人們不希望選用能產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的鈍化型電解液。

但是，當(dāng)采用 NaCl 等非鈍化型電解液工作時，雖然生產(chǎn)率很高，但因為雜散腐蝕嚴(yán)重，成形精度較差，嚴(yán)重影響了電解加工的應(yīng)用。而當(dāng)采用鈍化型電解液加工時，盡管電極工具的非工作面沒有絕緣，但當(dāng)加工間隙達(dá)到一定尺寸后，對應(yīng)的工件表面就會產(chǎn)生鈍化膜，可以避免產(chǎn)生雜散腐蝕，提高加工精度，促進(jìn)電解加工的推廣應(yīng)用。

電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽極鈍化現(xiàn)象的存在而開發(fā)出來的。它們利用了鈍化膜對金屬表面的保護(hù)作用，采用機(jī)械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點(diǎn)的鈍化膜被刮除，并迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護(hù)作用，使局部不被電解，最終使金屬表面的整平作用加快，可實現(xiàn)精加工。

6．在厚度為 64mm的低碳鋼鋼板上用電解加工方法加工通孔，已知陰極直徑24mm，端面平衡間隙? b＝0.2mm。求：（1）當(dāng)陰極側(cè)面不絕緣時，加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？（2）當(dāng)陰極工具側(cè)面絕緣，且陰極側(cè)面工作圈高度 b=1mm 時，所加工出的孔徑是多少？

7．電解加工（如套料、成形加工等）的自動進(jìn)給系統(tǒng)和電火花加工的自動進(jìn)給系統(tǒng)有何異同？為什么會形成這些不同？

答：一般電解加工自動進(jìn)給系統(tǒng)主要是控制均勻等速的進(jìn)給速度，它的大小是事先設(shè)定的。進(jìn)給速度的大小與端面平衡間隙有直接關(guān)系（雙曲線關(guān)系），而端面平衡間隙又直接影響到陰極形狀（成形加工時）。在正常電解加工時，主要依照電流的大小來進(jìn)行控制，但在電極開始進(jìn)入或即將退出工件時，由于加工面積的變化，則不能按照電流的大小進(jìn)行控制。電火花加工的自動進(jìn)給控制系統(tǒng)的目的是保證某一設(shè)定加工間隙（放電狀態(tài)）的穩(wěn)定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線來工作的，它的進(jìn)給速度不是均勻等速的。之所以形成這種不同的進(jìn)給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進(jìn)給速度大，平衡間隙變小。在進(jìn)給方向、端面上不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進(jìn)給速度稍大于蝕除速度，極易引起短路，所以必須調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以保證放電間隙。

8．電解加工時，何謂電流效率？它與電能利用率有何不同？如果用 12V 的直流電源(如汽車蓄電池)作電解加工，電路中串聯(lián)一個滑桿電阻來調(diào)節(jié)電解加工時的電壓和電流(例如調(diào)到兩極間隙電壓為

8V)，問：這樣是否會降低電解加工時的電流效率？為什么？

答：電解加工時的電流效率是指按照法拉第電解定律所計算出的理論金屬蝕除量與實際金屬蝕除量之比。由于在電解加工陽極溶解的同時，還會出現(xiàn)如析氧等副反應(yīng)，因此電解加工時電流效率一般小于 1。

電能利用率是指電源輸入的總能量在電解加工中用了多少，在其它方面（如線路損耗）又用了多少。如題所示，利用滑桿電阻可以調(diào)節(jié)電解加工時的輸入電流、電壓，而滑桿電阻本身產(chǎn)生的熱損耗與電解加工無關(guān)?；瑮U電阻的熱損耗愈大，電能利用率愈低。而經(jīng)過滑桿電阻調(diào)節(jié)電壓、電流之后進(jìn)行電解加工時，它的電流效率并沒有變化，仍然是按照法拉第電解定律計算，與其它因素?zé)o關(guān)。

9．電解加工時的電極間隙蝕除特性與電火花加工時的電極間隙蝕除特性有

何不同？為什么？

答：電解加工時，電極間隙蝕除特性曲線是一條雙曲線，即 a ? = C（常數(shù)）如圖 4-3a 所示；而電火花加工的蝕除特性曲線則是一條蝕除速度在起點(diǎn)和終點(diǎn)都為零的上凸二次曲線，如圖 4-3b 所示。

電解加工時，只要電極不發(fā)生短路，電極間隙愈小，陽極工件的蝕除速度就愈高，生產(chǎn)率就愈高；反之，當(dāng)電極間隙變大時，蝕除速度將下降。

電火花加工時，當(dāng)放電間隙為零時，蝕除速度也為零。其實，當(dāng)放電間隙很小時，排屑困難，短路率增加，蝕除速度將大大下降，甚至無法正常加工；而當(dāng)放電間隙過大時，間隙無法擊穿，蝕除速度也為零（相當(dāng)于非線性電解液中電解加工時有一“切斷間隙”）。

10．如何用電極間隙的理論進(jìn)行電解加工陰極工具的設(shè)計？

答：電解加工時的蝕除速度應(yīng)遵循雙曲線規(guī)律，即 a ? = C。對平板電極而言，當(dāng)電極進(jìn)給速度與陽極蝕除速度相等時，電極間隙相對平衡不變，稱為端面平衡間隙。對于曲面電極各法線方向的平衡間隙等于：

第五章 激光打印

1.激光為什么比普通光有更大的加工瞬時能量和功率密度 為什么稱它為“激”光

答:因為激光器可在較長時間吸收,積聚某一波長光的能量,然后在很短的時間內(nèi)放出,并且通過光學(xué)透鏡將大面積光通道上的激光束聚焦在很小的焦點(diǎn)上,經(jīng)過時間上和空間上的兩次能量集中,所以能達(dá)到很大的瞬時能量和功率密度.其所以稱之為“激光”,是因為激光器中的工作物質(zhì)吸收某一波長的光能,達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)之后,再受到這一波長的光照后,就會瞬時受激,產(chǎn)生躍遷,并發(fā)出與此波長相同的激光.2.試述激光加工的能量轉(zhuǎn)換過程,即如何從電能具體轉(zhuǎn)換為光能又轉(zhuǎn)化為熱能來蝕除材料的答:固體激光器一般都用亮度很高的氙燈將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?使激光器內(nèi)的工作物質(zhì)如紅寶石中的鉻離子,釹玻璃或釹釔鋁石榴石(YAG)中的釹離子吸收光能,達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),經(jīng)觸發(fā)而產(chǎn)生功率密度很大的強(qiáng)激光,照射到工件上的光能轉(zhuǎn)換為熱能,使材料氣化而蝕除材料.3.固體,氣體等不同激光器的能量轉(zhuǎn)換過程是否相同 如不相同,則具體有何不同

答:并不完全相同.固體激光器有由電能點(diǎn)燃氙燈等強(qiáng)光源(光泵),將電能轉(zhuǎn)換為能使激光器吸收的一般光,到一定程度后發(fā)出激光.而氣體激光器則直接由電激勵激光物質(zhì),例如二氧化碳分子,使之連續(xù)產(chǎn)生激光.4.不同波長的紅外線,紅光,綠光,紫光,紫外線光能轉(zhuǎn)換為熱能的效率有何不同

答:不同波長,頻率的光所含的能量E=hv,其中v為光的頻率,h為普朗克常數(shù).可見光所含的能量和其頻率成正比.但照射到物體上后光能轉(zhuǎn)換成熱能的大小,即光能轉(zhuǎn)換的頻率,卻隨波長(頻率)和物體對該光波的吸收率不同而不同.例如紅光或紅外線照射到人體皮膚上,人們感覺到遠(yuǎn)比綠光,紫光更溫暖,因為皮膚吸收紅光的效率遠(yuǎn)比其他廣博為高.同樣激光打孔,切割時,影響光能轉(zhuǎn)換為熱能效率的因素,除材料對該光波的吸收率外,還有反射率也起很大作用,因此很難加工反射率很高的光潔鏡面.5.從激光產(chǎn)生的原理來思考,分析,它以后如何被逐步應(yīng)用于精密測量,加工,表面熱處理,甚至激光信息存儲,激光通信,激光計算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的 這些應(yīng)用的共同技術(shù)基礎(chǔ)是什么 可以從中獲得哪些啟迪

答:激光之所以能廣泛應(yīng)用于上述高,新技術(shù)中,主要是基于它的一系列固有的特點(diǎn),例如單色性,相干性,方向性極好,瞬時功率,能量密度極大等技術(shù)基礎(chǔ).以激光通信為例,由于光的頻率高,波長短,發(fā)射角小,故具有下列優(yōu)點(diǎn):(1)信息容量大,傳送路數(shù)多.因為信息容量和信息道的帶寬成正比.帶寬愈寬容量愈大.光波的頻率極高,約可容納100億個通話線路;若每個電視臺占用10MHZ帶寬,則可同時播送1000萬套電視節(jié)目而互不干擾.這是過去任何一種通信系統(tǒng)所不能達(dá)到的巨大通信容量.(2)通信距離遠(yuǎn),保密性能好.由天線發(fā)射的波束,其發(fā)散角和λ∕D成正比(λ為波長,D為天線直徑).所以波長愈短,天線愈大,發(fā)射就愈小.例如,對于波長為1 m的光波,若用直徑20cm的透鏡(就是激光的發(fā)射天線),那么發(fā)射角就只是1.1,而對于微波來說,即使使用龐大的天線,發(fā)射角仍有幾度.由于激光束發(fā)射角很小,能量集中在狹小的范圍內(nèi),以此可以把信息傳送到很遠(yuǎn)的距離.這對空間通信,宇宙通信有重要的意義.激光束不僅發(fā)射角小,而且可以采用不可見光,因此敵人不易從中截獲,保密性能好.(3)結(jié)構(gòu)輕便,設(shè)備經(jīng)濟(jì).由于激光的發(fā)散角小,方向性好,光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可以做得很小.一般天線直徑為幾十厘米,重量不過幾公斤.而功能類似的微波天線,重量以十噸,百噸計.激光電視與普通電視相比,后者存在著屏幕小,亮度低,設(shè)備龐大等缺點(diǎn).而激光電視則:(1)攝像時無需外部照明,免除了龐大的照明設(shè)備,因而輕便,激動,還可以拍攝完全處于黑暗中的景物.以其狹窄的光束迅速掃描,即使在黑暗中也難于覺察.若采用不可見的紫外光或紅外光,則肉眼根本無法發(fā)現(xiàn),保密性極高.(2)激光攝像無需成像光學(xué)系統(tǒng).物體不管多遠(yuǎn),都在焦點(diǎn)上.其有效范圍僅受短距離的視覺和長距離的信號功率的限制.至于顯示過程,在普通電視中,傳遞的電視圖象顯示在顯象管的熒光屏上.而在激光電視中,圖象可以通過顯示器在普通的電影屏幕上.由于激光具有很高的亮度,所以激光電視圖象的亮度很高,可以在白天普通的房子里觀看,不需要暗室設(shè)備.(3)激光顯示不需要在真空條件下工作,顯示圖象的屏幕單獨(dú)擺在大氣空間,這樣電視圖象就可以放得很大.根據(jù)現(xiàn)有水平,圖象面積可達(dá)3×4m 甚至更大.看電視和看電影一樣.這是激光電視的一個重要特色.由于激光束很平行,激光顯示的清晰度可以做得比較高.由于激光的顏色很純,因而所顯示圖象色彩鮮艷.以上給人的啟迪是:任何一種物理化學(xué)現(xiàn)象,只要有它一定的與眾不同的特點(diǎn),就有可能發(fā)展成為一種有用的新技術(shù),所謂天生其物,比有其用.第六章 電子束和離子束加工

1.電子束加工和離子束加工在原理上和在應(yīng)用范圍上有何異同

答:二者在原理上的相同點(diǎn)是基于帶電粒子于真空中在電磁場的加速,控制作用下,對工件進(jìn)行撞擊而進(jìn)行加工.其不同處在于電子束加工加速轉(zhuǎn)換成電能,在撞擊工件時動能轉(zhuǎn)換成熱能使金屬熔化,氣化而被蝕除.而離子束加工是電能使質(zhì)量較大的正離子加速后,打到工件表面,是靠機(jī)械撞擊能量使工件表面的原子層變形,破壞或切除分離,并不發(fā)熱.在工藝上:有離子刻蝕,漸射沉積,離子鍍,離子注入(表面改性)等多種形式,而不象電子束加工,有打孔,切割,焊接,熱處理等形式.2.電子束加工,離子束加工和激光加工相比各自的使用范圍如何,三者各有什么優(yōu)缺點(diǎn)

答:三者都適用于精密,微細(xì)加工,但電子束,離子束需在真空中進(jìn)行,因此加工表面不會被氧化,污染,特別適合于“清潔”,“潔凈”加工.離子束主要用于精微“表面工程”,激光因可在空氣中加工,不受空間結(jié)構(gòu)的限制,故也適用于大型工件的切割,熱處理等工藝.3.子束,離子束,激光束三者相比,哪種束流和相應(yīng)的加工工藝能聚焦得更細(xì) 最細(xì)的焦點(diǎn)直徑大約是多少

答:激光聚焦后焦點(diǎn)的直徑取決于光的波長.波長為0.69 m的紅色激光,聚焦的光斑直徑很難小于1 m,因為聚焦透鏡有像差等誤差.二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)光1.06 m的紅外激光,其焦點(diǎn)光斑直徑更大.波長較短的綠色激光和準(zhǔn)分子激光器可獲得較小的焦點(diǎn),常用于精密,微細(xì)加工.電子束最佳時可獲得0.25 m的聚焦直徑.可用于制作大規(guī)模集成電路的光刻.如果用波長很短的X光射線(波長為10-9-10-10,即1-0.1nm),可得到0.1 m左右的聚焦直徑.4.電子束加工裝置和示波器,電視機(jī)的原理有何異同之處

答:它們都有一個電子槍用來發(fā)射電子,使電子奔向高電壓的正極,而后再用線圈(電磁透鏡)進(jìn)行聚焦,用電場進(jìn)行偏轉(zhuǎn),控制掃描出圖形來.只不過電子束加工裝置的功率較大,而示波器,電視機(jī)的功率較小而已.彩色電視機(jī)因有紅,藍(lán),黃三種基本色,故需有三個電子槍,結(jié)構(gòu)和控制更為復(fù)雜.第七章 超聲加工

超聲加工時的進(jìn)給系統(tǒng)有何特點(diǎn)

答:超聲加工時的進(jìn)給系統(tǒng)是靠重錘通過杠桿使工具輕輕壓在工件上,靠輕微的壓力使工具端面和磨粒與工件表面接觸,工件表面去掉多少,進(jìn)給多少,是懸浮式的柔性進(jìn)給系統(tǒng),而不是剛性的進(jìn)給系統(tǒng)實現(xiàn)的,它與機(jī)械加工和電火花加工的進(jìn)給系統(tǒng)不一樣.2.一共振頻率為25KHZ的磁致伸縮型超聲清洗器,底面中心點(diǎn)的最大振幅為0.01mm,試計算該點(diǎn)最大速度和最大加速度.它是重力加速度g的多少倍 如果是共振頻率為50KHZ的壓電陶瓷型超聲清洗器,底面中心點(diǎn)的最大振幅為0.005mm,則最大速度和加速度又是多少

答:按教材中超聲振動時的最大速度Vmax和最大加速度amax計算公式 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.如果共振頻率增加為一倍f=50KHZ,振幅減小成一半A=0.005mm,則 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.試判斷超聲加工時:(1)工具整體在作超聲振動;(2)只有工具端面在作超聲振動;(3)工具各個橫截面都在作超聲振動,單個截面同一時間的振幅并不一樣;(4)工具各個橫截面依次都在作“原地踏步”式的振動.以上各點(diǎn),哪種說法最確切 有無更確切的說法

答:以上說法中,(3)比較確切,超聲波在工具(變幅桿)內(nèi)傳遞時,各個橫截面都在作超聲振動,單個截面在同一時間的振幅不一樣,有的截面始終為零(如固定超聲系統(tǒng)的駐波點(diǎn)),有的有時振幅最大,如工具端面的加工點(diǎn).最確切的說法是,應(yīng)按教材中的超聲波在固體中的傳播過程,各質(zhì)點(diǎn)都在傳播方向上振動,但傳到端面后波在反射,兩者的合成運(yùn)動才是各質(zhì)點(diǎn)的實際運(yùn)動.4.超聲波為什么能“強(qiáng)化”工藝過程,試舉出幾種超聲波在工業(yè),農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)中的應(yīng)用.答:超聲波因具有較大的瞬時速度,尤其是瞬時加速度,故可用作強(qiáng)化工藝過程.如工業(yè)中的粉碎(使物質(zhì)顆粒細(xì)化),乳化.在農(nóng)業(yè)上可用強(qiáng)超聲處理種子優(yōu)化品種,在醫(yī)學(xué)上可用強(qiáng)超聲波擊碎人體內(nèi)的腎結(jié)石,膽結(jié)石等等.第八章 快速成型加工

1.快速成型的工藝原理與常規(guī)加工工藝有何不同 具有什么優(yōu)點(diǎn)

答:快速成型在工藝原理上是“增材法”,與切削加工,電火花蝕除,電化學(xué)陽極溶解等“減材法”不同.其特點(diǎn)是整個工藝過程建立在激光(斷層)掃描,數(shù)控技術(shù),計算機(jī)CAD技術(shù),高分子材料等高科技基礎(chǔ)之上,因此工藝先進(jìn),柔性好,生產(chǎn)周期短.2.試對常用的快速成型工藝作一優(yōu)缺點(diǎn)比較.答:下表是4種快速成形工藝的綜合比較.幾種最常用的快速成形工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較 有關(guān)指標(biāo) 工 藝 精 度 表面 質(zhì)量 材料 價格 材料 利用率 運(yùn)行成本 生產(chǎn) 效率 設(shè)備費(fèi)用 市場占有率 % 液相固化SL法 好 優(yōu) 較貴

接近100% 較高 高 較貴 70 粉末燒結(jié)SLS法 一般 一般 較貴

接近100% 較高 一般 較貴 10 紙片疊層LOM法 一般 較差 較便宜 較差 較低 高 較便宜 7 熔絲堆積FDM法 較差 較差 較貴 接近一般 較低 較便宜 6 第九章 其它特種加工

試列表歸納,比較本章中各種特種加工方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍.答: 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用范圍 化學(xué)銑削加工

可大面積多工件同時加工 不易加工深孔,型孔

航空航天零件減薄,去毛刺 光化學(xué)腐蝕加工

可刻蝕精度的文字圖案 刻蝕深度有限

用于相片制版,刻蝕精細(xì)的網(wǎng)孔圖案 等離子體加工

可高速切割難加工材料 切割精度較差,割縫較寬 切割,下料各種難加工金屬 擠壓研磨

可去除內(nèi)(外)表面的毛刺和改善表面質(zhì)量 只是表面加工,不能改變尺寸 表面光整加工 水射流切割

可對任何材料切割下料,加工速度高,無毛刺,無殘余應(yīng)力 切縫較寬,尺寸精度較差

適用于石材,鋼筋,水泥板等切削 磁性磨料研磨

可無應(yīng)力表面光整加工 去除量小,生產(chǎn)率較低 精密零件的表面光整加工

2.如何能提高化學(xué)刻蝕加工和光化學(xué)腐蝕加工的精密度(分辨率)答:在腐蝕液中加入保護(hù)劑等添加劑,以減小“鉆蝕”,詳見教材有關(guān)章節(jié).3.從水滴穿石到水射流切割工藝的實用化,在思想上有何啟迪 要具體逐步解決什么技術(shù)關(guān)鍵問題

答:滴水穿石因能量密度較小,所以只能靠長年累月時間才能穿石.要提高穿石的速度,水射流切割技術(shù)中應(yīng)使超高的水由小孔中噴出,尤其是水中混有細(xì)小磨料顆粒高速撞擊工件表面,更能提高單位面積上的能量密度和切割速度.當(dāng)然噴嘴的材料小孔的加工也是關(guān)鍵問題.4.人們?nèi)粘９ぷ骱腿粘Ｉ钪?有哪些物品,商品(包括工藝美術(shù)品等),是由本書所述的特種加工方法制造的

答:很多家電的外殼,內(nèi)部構(gòu)件,如電視機(jī),照相機(jī),洗衣機(jī)等的模具都是由電火花,線切割等很多方法制造的.汽車,門窗,建筑用的鋁材型品都是電火花,線切割加工的拉伸,擠壓模具,又經(jīng)過擠壓拋光后拉制的.有些金黃色的手表殼,手鏈都是離子鍍覆的氮化鈦.有些太陽眼鏡是離子鍍覆的反光層.珍珠項鏈等采用超聲鉆孔,金銀首飾廠用超聲清洗首飾.電動剃須刀的網(wǎng)罩是電鑄的產(chǎn)物,手表中寶石軸承小孔都是經(jīng)過激光打孔而后又用超聲研磨的.諸如此類,不勝枚舉.爪牙側(cè)面 穿絲孔 數(shù)控回轉(zhuǎn)臺

第三篇：特種加工答案

第二章

電火花加工

1．兩金屬在（1）在真空中火花放電；（2）在空氣中；（3）在純水（蒸餾水或去離子水）中；（4）在線切割乳化液中；（5）在煤油中火花放電時，在宏觀和微觀過程以及電蝕產(chǎn)物方面有何相同和相異之處？

答：（1）兩金屬在真空中火花放電時，當(dāng)電壓（電位差）超過一定時即產(chǎn)生“擊穿”，電子由“－”極逸出飛向“+”極，由于真空中沒有物質(zhì)阻擋電子的運(yùn)動，所以沒有正離子形成，沒有發(fā)熱的放電“通道”的概念，示波器、顯像管中電子流的運(yùn)動與此類似?；旧蠜]有“電蝕產(chǎn)物”成生。

（2）兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強(qiáng)化、涂覆。電焊、等離子切割、等離子焊等，也是在空氣中放電，利用電子流在空氣中撞擊氣體原子形成放電通道，在通道中和工件表面產(chǎn)生大量的熱能用于強(qiáng)化、涂覆、切割和焊接。

（3）在純水、蒸餾水或去離子水中，兩金屬間電火花放電與在煤油中類似，只是水分子、原子受電子、正離子撞擊發(fā)熱氣化，最后分解為氧原子和氫原子（分子），而不像煤油中會分解出碳原子（碳黑微粒）和氫氣等。

（4）、（5）在乳化液中和煤油中放電過程，詳見教材中有關(guān)章節(jié)，不再另行論述。

2．有沒有可能或在什么情況下可以用工頻交流電源作為電火花加工的脈沖 直流電源？在什么情況下可用直流電源作為電火花加工用的脈沖直流電源？（提示：軋輥電火花對磨、齒輪電火花跑合時，不考慮電極相對磨損的情況下，可用工頻交流電源；在電火花磨削、切割下料等工具、工件間有高速相對運(yùn)動時，可用直流電源代替脈沖電源，但為什么？）答：如提示所述，在不需要“極性效應(yīng)”、不需考慮電極損耗率等的情況下，可以直接用 220V 的 50Hz 交流電作為脈沖電源進(jìn)行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等。不過回路中應(yīng)串接限流電阻，限制放電電流不要過大。如需精規(guī)準(zhǔn)對磨或跑合，則可在交流工頻電源上并聯(lián) RC 電路（R?500~1000?, C?0.1~0.01μF），再接到兩個工件上。在用高速轉(zhuǎn)動的金屬輪或圓片作電火花磨削、電火花切斷、下料時，如果可以不計電極損耗率，則就可以用全波整流或整流后并聯(lián)電解電容濾波的直流電源進(jìn)行電火花磨削。由于工具電極高速轉(zhuǎn)動，所以一般不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧燒傷工件。最好是經(jīng)調(diào)壓變壓器降壓到5~100V 再整流供磨削之用，一則可以調(diào)節(jié)電壓或電流，二則和 220V 交流電源隔離，以保障人身避免觸電的危險。

3．電火花加工時的自動進(jìn)給系統(tǒng)和車、鉆、磨削時的自動進(jìn)給系統(tǒng)，在原理上、本質(zhì)上有何不同？為什么會引起這種不同？

答：電火花加工時工具電極和工件間并不接觸，火花放電時需通過自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持一定的放電間隙，而車、鉆、磨削時是接觸加工，靠切削力把多余的金屬除去，因此進(jìn)給系統(tǒng)是剛性的、等速的，一般不需要自動調(diào)節(jié)。

4．電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工和電火花磨削在原理上有何不同？工具電極和工件上的瞬間放電點(diǎn)之間有無相對移動？加工內(nèi)螺紋時為什么不會“亂扣”？用銅螺桿做工具電極，在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋，在原理上和共軛同步回轉(zhuǎn)法有何異同？ 答：不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時：

（1）工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同；

（2）轉(zhuǎn)速嚴(yán)格相等（或成倍角、比例關(guān)系）；

（3）工具和工件上瞬時放電點(diǎn)之間有很慢的相對移動。而電火花磨削時工具和工件可以同向或反向轉(zhuǎn)動；工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同，磨削點(diǎn)之間有很大的相對移動。加工內(nèi)螺紋時，其所以不會“亂扣”，是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等，工具和工件圓周表面上有著“各點(diǎn)對應(yīng)”的關(guān)系，所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會“亂扣”。在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋，本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同，不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉(zhuǎn)”行星式運(yùn)動，其內(nèi)外圓上“各點(diǎn)對應(yīng)”的規(guī)則仍然存在。

5．電火花加工時，什么叫做間隙蝕除特性曲線？粗、中、精加工時，間隙蝕除特性曲線有何不同？脈沖電源的空載電壓不一樣時（例如 80V、100V、300V三種不同的空載電壓），間隙曲線有何不同？試定性、半定量地作圖分析之。

答：間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小（間隙平均電壓的大?。┲g的關(guān)系，此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線。粗、中、精加工時，由于脈寬、峰值電流等電規(guī)準(zhǔn)不同，同樣大小間隙的蝕除速度也就不一樣，總的來說，粗加工時蝕除速度較大，上凸的間隙蝕除特性曲線就高于中、精加工的曲線。

當(dāng)脈沖電源的空載電壓不一樣時，例如電壓較高為 300V 時，其擊穿間隙、平均放電間隙都大于 100V 或 80V 的放電間隙，因此橫坐標(biāo)上的 A 點(diǎn)（電火花擊穿間隙）將大于 100V 或 80V 時的間隙。間隙特征曲線原點(diǎn)不動，整個曲線稍向右移。同理 80V 空載電壓的間隙特征曲線的 A 點(diǎn)將偏向左邊。

6．在電火花加工機(jī)床上用?10mm的純銅桿加工?10mm的鐵桿，加工時兩桿的中心線偏距 5mm，選用

1t = 200μs，i=5.4A，各用正極性和負(fù)極性加工 10min，試畫出加工后兩桿的形狀、尺寸，電極側(cè)面間隙大小和表面粗糙度值（提示：利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算）。

答：加工示意圖見圖 2-1a。設(shè)先用正極性加工，加工后的圖形見圖 b，負(fù)極損耗較大；負(fù)極性加工后的圖形見圖 c，正極工具損耗較小。具體數(shù)據(jù)請自行在圖中標(biāo)明，并與書中工 藝曲線圖表進(jìn)行對照比較。

7．電火花加工一個紀(jì)念章淺型腔花紋模具，設(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200mm，花紋的深度為 0.8mm，要求加工出模具的深度為 1mm，表面粗糙度為R a=0.63μm，分粗、中、精三次加工，試選擇每次的加工極性、電規(guī)準(zhǔn)脈寬

1t、峰值電流

ei、加工余量及加工時間，并列成一表（提示：用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來計算）。

答：可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗、中、精加工的規(guī)準(zhǔn)。例如

第四篇：特種加工考試答案

1.切削加工的本質(zhì)？特種加工與切削加工的不同點(diǎn)？

切削加工的本質(zhì)：一是靠刀具材料比工件更硬；二是靠機(jī)械能把工件上多余的材料切除。

特種加工與傳統(tǒng)金屬切削加工的區(qū)別:（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）加工過程中工具和工件之間不存在顯著機(jī)械切削力。

2.對超精密加工機(jī)床的要求？對超精密切削刀具的要求？超精密加工按加工方式分類？

對超精密加工機(jī)床的要求：高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、高自動化。（P16）對超精密切削刀具的要求：（P27）

1）極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量，保證刀具有很高的尺寸耐用度； 2）刃口能磨的極其鋒銳，實現(xiàn)超薄切削；

3）刀刃無缺陷，切削時刀刃將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面；

4）與工件材料的抗粘結(jié)性好，化學(xué)親和小，摩擦因數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。按加工方式分類：切削加工，磨料加工，特征加工和復(fù)合加工

(P13)3.金剛石晶體的解理現(xiàn)象？金剛石的相對磨削率？（P30-P31）

解理現(xiàn)象：指晶體受到定向的機(jī)械力作用時，可以沿某個平面平整的劈開的現(xiàn)象。

相對磨削率：金剛石的耐磨性通常用它的相對磨削率表示，指單位載荷和單位線速度下的磨削體積。4.精密磨削機(jī)理？（P39）

1）微刃的微切削作用； 2）微刃的等高切削作用；

3）微刃的滑擠、摩擦、拋光作用。

5.電火花加工的條件？電火花加工的機(jī)理？極間放電電壓波形和電流波形如何？電火花電源按波形分類？（1）電火花加工的條件：（P51）

1）電極之間始終保持確定的距離；

2）放電點(diǎn)的局部區(qū)域達(dá)到足夠高的電流密度，以確保被加工材料能在局部熔化、氣化，否則只能加工被加工材料；

3）及時排除電極間的電蝕產(chǎn)物，以確保電極間介電性能的穩(wěn)定； 4）在具有一定絕緣強(qiáng)度和一定粘度的電介質(zhì)中進(jìn)行放電加工。

（2）電火花加工的機(jī)理：是電力、熱力、磁力、流體動力等綜合作用的過程。（P52）

大致分為四個階段: 1）極間介質(zhì)的擊穿與放電，形成放電通道；

2）能量的轉(zhuǎn)換、分布與傳遞；材料熔化、氣化熱膨脹 3）電極材料的拋出； 4）極間介質(zhì)的消電離。

（3）極間放電電壓波形和電流波形：見P53 圖4-3（4）電火花電源按波形分類：矩形波，梳狀波分組脈沖，三角形波，階梯波，正弦波，高低壓復(fù)合脈沖。（P68）6.何謂極性效應(yīng)？為何產(chǎn)生？如何利用？如何降低工具電極相對損耗？二次放電現(xiàn)象？電規(guī)準(zhǔn)？（1）極性效應(yīng)：單純由于正負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象為極性效應(yīng)。（P58）

（2）產(chǎn)生：在電火花放大過程中，正、負(fù)電極表面分別受到負(fù)電子和正離子的轟擊和瞬時熱源的作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因而熔化、氣化拋出的電蝕量也不一樣。同時電極表面的吸附，覆蓋和鍍覆作用也是產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因。（P58）

（3）利用：為了充分利用極性效應(yīng)，最大限度降低工具電極的損耗，應(yīng)合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對材料的物理性能，加工要求選用最佳的電參數(shù)，正確選用極性，使工件的蝕除速度最高，工具損耗盡可能小。（4）降低工具電極相對損耗：首先要根據(jù)電極對材料特性確定最佳脈寬，其次有效利用電火花加工過程的各

種效應(yīng)，如極性效應(yīng)、吸附效應(yīng)、傳熱效應(yīng)。（P62）

（5）二次放電現(xiàn)象：指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角棱邊變鈍方面。（P65）

（6）電規(guī)準(zhǔn)：電火花加工過程中一組電參數(shù)，如電壓、電流、脈寬、脈間等。（P83）7.電火花加工的表面變質(zhì)層如何劃分？淬火鋼和未淬火鋼有何區(qū)別？（P66）

（1）表面變質(zhì)層劃分：對于熔化，氣化材料，可將變質(zhì)層分為熔化凝固層和熱影響層。（2）淬火鋼和未淬火鋼區(qū)別：淬火鋼的熱影響層厚度比未淬火鋼大。

8.何謂間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線？畫圖并作簡要說明？自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖？（P74）

（1）間隙蝕除特性與調(diào)節(jié)特性曲線：

由圖可知：當(dāng)間隙過大，例如大于60μm（為A點(diǎn)的開路電壓）時，電極工具將以較大的空載速度vdA向工件進(jìn)給。隨著放電間隙減小和火花率的提高，向下進(jìn)給速度也逐漸減小，直至為零。當(dāng)間隙短路時，工具將反向以vd0高速回退。在交點(diǎn)B，進(jìn)給速度等于蝕除速度，是穩(wěn)定的工作點(diǎn)和穩(wěn)定的放電間隙。

Ⅰ-蝕除特性曲線 Ⅱ-調(diào)節(jié)特性曲線

（2）電火花加工進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置：有測量環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、執(zhí)行環(huán)節(jié)等主要環(huán)節(jié)組成。

9.混粉加工的定義及作用機(jī)理？（P79）

定義：在工作液中添加一定數(shù)量的硅、鋁、鎳等微粉，達(dá)到有效降低電火花加工后的表面粗糙度值的目的。作用機(jī)理：1）加工放電間隙明顯增大，使放電對工件表面的沖擊力減小，從而使放電凹坑中蝕除拋出量減少，形成較淺的放電凹坑。

2）金屬及半導(dǎo)體微粉與被加工表面之間將產(chǎn)生微放電，形成分散式放電狀況，有效的防止放電凹坑的多次重疊，使凹坑較淺。

3）分散極間電容，使極間電容減小，從而有效的減小了放電脈沖能量。

4）混粉工作液中的微粉對工件表面有拋光作用，磨料噴射加工等作用。

10.RC電源屬于何種電源？按電極絲運(yùn)行速度，線切割機(jī)床分為？

RC電源屬于：弛張式脈沖電源。（P69）

按電極絲運(yùn)行速度：高速走絲線切割機(jī)床和低速走絲線切割機(jī)床。（P103）11.線切割與電火花加工的不同點(diǎn)？（P102）

1）不需要制造復(fù)雜的成形電極；

2）能夠方便快捷的加工薄壁，窄槽，異形孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件；

3）一般采用精規(guī)準(zhǔn)一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)； 4）電極絲的損耗較少，從而對加工精度影響較?。?/p>

5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火，容易實現(xiàn)安全無人操作運(yùn)行； 6）沒有穩(wěn)定的拉弧放電狀態(tài)；

7）脈沖電源的加工電流較小，脈沖寬度較窄，屬于中、精加工范疇，采用正極性加工方式。12.線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的功能？（P106）

在電火花線切割加工過程中，根據(jù)工件的形狀和尺寸要求，自動控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡和進(jìn)給速度，實現(xiàn)對工件的形狀和尺寸加工

主要功能包括軌跡控制和加工控制：

（1）軌跡控制就是精確控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡，以獲得所需的形狀和尺寸；

（2）加工控制主要包括對伺服進(jìn)給速度、電源裝置、走絲機(jī)構(gòu)、工作液系統(tǒng)以及其它的機(jī)床操作控制。13.3B格式編程？

P107 14.畫出活潑金屬和不活潑金屬的雙電層圖形？雙電層？電極電位？極化？超電壓？端面平衡間隙15.雙電層圖形：見P119 圖6-4 雙電層：金屬表面帶負(fù)電，溶液帶正電。（P119）

電極電位:產(chǎn)生在金屬和它的鹽溶液之間的電位差稱為該金屬的電位電極。（P119）

極化：當(dāng)有電流通過電解池時，電極的平衡狀態(tài)被破壞，陽極電位向正方向增大，陰極電位向負(fù)方向增大，即所謂的極化現(xiàn)象。（P122）

超電壓：極化后的電極電位（E）與平衡電位的增值。（P122）端面平衡間隙：加工過程中達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)時的加工間隙。（P127）15.何為濃度超電壓？化學(xué)超電壓？電阻超電壓？（P122）

濃度超電壓：為了保持電化學(xué)電流和加工速度，必須增加一個外加電壓，即為濃度超電壓。化學(xué)超電壓：要克服鈍化膜的電阻，就需要額外增加電源電壓，這個電壓稱之為電阻超電壓。

電阻超電壓：為保證電化學(xué)過程繼續(xù)進(jìn)行，必須增大外電源電壓以補(bǔ)償由于化學(xué)反應(yīng)二引起的電位變化，由此所提高的電壓值稱為化學(xué)超電壓。

16.電解液的作用？基本要求及常用電解液的類型？鈍化？活化？

作用：1）作為導(dǎo)電介質(zhì)傳遞電流；

2）參與電化學(xué)反應(yīng)；

3）及時帶走電解產(chǎn)物及熱量，起到更新極間介質(zhì)狀態(tài)及冷卻的作用。（P130）

基本要求：1）電導(dǎo)率要高，流動性要好，可以保證用較低的加工電壓獲得較大的加工電流，減少發(fā)熱；

2）電解質(zhì)在溶液中的電離度和溶解度要大；

3）陽極的電解產(chǎn)物應(yīng)是不溶性的化合物，便于處理；

4）性能穩(wěn)定，操作使用安全，對設(shè)備產(chǎn)生的腐蝕作用輕，不易燃，不爆炸，對環(huán)境污染和人體危害??；

5）價格低廉，適應(yīng)性廣，使用壽命長。（130）

常用電解液的類型：酸性溶液，中性溶液和堿性溶液。（P132）

鈍化：由于電極反應(yīng)，會在陽極金屬表面形成一層致密而又非常薄的粘膜（鈍化膜），從而使金屬表面失去原有的活潑性，導(dǎo)致金屬的溶解過程減慢，這就是通常所說的陽極鈍化現(xiàn)象。（P122）活化：在電化學(xué)加工中，把去掉鈍化膜的過程叫做活化。（P122）17.提高電解加工精度的措施？電流效率？

（1）提高電解加工精度：（P131）

1）脈沖電流電解加工：改善流場特性；間隙中存在壓力波動，可降低電解液流速；電流效率一般高于直流加工，平均電流比直流加工時低，所以加工去除速度低于直流加工。

2）小間隙電解加工

3）改進(jìn)電解液：復(fù)合型電解液，低濃度電解液 4）混氣電解加工（2）電流效率：指電解時，在電極上實際沉積或溶解的物質(zhì)的量與按理論計算出的析出或溶解量之比，通常用符號η表示。??實際蝕除量?100%（P124）

理論蝕除量18.電解磨削與機(jī)械磨削以及電解加工的不同點(diǎn)？（P156）

電解磨削比機(jī)械磨削有較高的生產(chǎn)率。

電解磨削與電解加工：電解加工時工件表面形成的鈍化膜是靠活性離子進(jìn)行活化，或靠高的電流密度破壞，電解產(chǎn)物的排除是靠高速流動的電解液的沖刷作用。電解磨削時，工件表面氧化膜的去除是靠砂輪上磨粒的機(jī)械刮除作用，采用小型離心泵。電解磨削比電解加工具有較好的加工精度和表面粗糙度。

19.電解加工、電鑄、電刷鍍的原理？

電解加工：利用金屬在電解液中產(chǎn)生陽極溶解的原理實現(xiàn)金屬零件的成形加工。（P117）

電鑄：金屬的電解沉積原理來精確復(fù)制某些復(fù)雜或特殊形狀工件的特種加工方法。利用電化學(xué)過程中的陰極沉積現(xiàn)象來進(jìn)行成型加工的，即在原模上通過電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。

電刷鍍：在金屬表面局部快速電化學(xué)沉積金屬。（P166）

20.激光特點(diǎn)？躍遷？自發(fā)輻射？受激輻射？受激吸收？粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？激光加工設(shè)備的基本組成？激光打孔與那些因素有關(guān)？

激光特點(diǎn)：單色性好，相干性好和方向性好和能量密度高等特性。（P171）

躍遷：原子在光的照射下從高（低）能態(tài)跳到低（高）能態(tài)發(fā)射（吸收）光子的過程就是躍遷。自發(fā)輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子，在沒有外界信號作用下，自發(fā)的躍遷到低能態(tài)時產(chǎn)生的光輻射。（P170）受激輻射：處于激發(fā)態(tài)的原子，在頻率為v21的外界入射信號作用下，從E2能級躍遷到E1能級上，在躍遷過程中，原子輻射出的光子能量為hv21,該光子與外界輸入信號處于同一狀態(tài)，這一輻射過程稱受激輻射.（P171）

受激吸收：處于低能級的原子在外界信號的作用下從低能級向高能級躍遷的過程。（P171）

粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：由于受激吸收作用的存在，使處在高能級（激發(fā)態(tài)）的原子數(shù)目大于低能級（基態(tài)）的原子數(shù)目的現(xiàn)象。（P171）

設(shè)備的基本組成：包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及安全系統(tǒng)等。（174）激光打孔與那些因素有關(guān)：1）激光照射能量與照射時間

2）焦距與發(fā)散角 3）焦點(diǎn)的位置

4）光斑內(nèi)的能量分布 5）激光的照射次數(shù) 6）工件材料。（P179-P180）

21.電子束加工裝置的控制系統(tǒng)控制內(nèi)容？（206）

包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強(qiáng)度控制、工作臺位移控制束流通斷時間控制、束流偏轉(zhuǎn)控制以及電磁透鏡控制等幾部分。

22.離子束加工的物理基礎(chǔ)？分類？電子束和離子束加工的不同點(diǎn)？

（1）離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。（P210）（2）分類：1）離子束刻蝕加工；

2）離子鍍膜加工：包括濺射鍍膜和離子鍍。

3）離子注入加工。（P212）

（3）電子束和離子束加工的不同點(diǎn)：

1）帶正電荷的離子質(zhì)量比電子大成千上萬倍，離子束比電子束具有更大的撞擊動能；

2）電子束加工主要通過熱效應(yīng)來蝕除材料或光化學(xué)作用來進(jìn)行曝光，而離子束加工是通過質(zhì)量較大的離子束的動能，在撞擊工件材料時，引起材料變形、分離、破壞等機(jī)械作用進(jìn)行加工。3）電子束加工是電能轉(zhuǎn)化成熱能，而離子束加工是電能轉(zhuǎn)化成動能。

23.超聲波加工的本質(zhì)、特點(diǎn)？空化作用？超聲加工設(shè)備的組成？超聲振動系統(tǒng)包括？（P192-194）

超聲波加工的本質(zhì)：利用工具端面做超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工脆性材料的一種成形加工方法。特點(diǎn)：1）適合于加工硬脆材料；

2）工具形狀可以較復(fù)雜，而機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便； 3）宏觀切削力很小，所以工件被加工表面完整性較好。

空化作用：指工具端面以很大的加速度離開工件表面時，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在工作液體內(nèi)形成很多微空腔，促使工作液鉆入被加工工件表面材料的微裂紋處。當(dāng)工具端面以很大的加速度接近工件表面時，空腔閉合，引起極強(qiáng)的液壓沖擊波，加速了磨料對工件表面的破碎作用。

超聲加工設(shè)備的組成：超聲波發(fā)生器，超聲振動系統(tǒng)，超聲加工機(jī)床本體，磨料懸浮液冷卻及循環(huán)系統(tǒng)。超聲振動系統(tǒng)包括：超聲換能器，變幅桿及工具三部分。24.等離子體？加工原理？具有極高的能量密度？（P228）

氣體在高溫下離解成正離子及自由電子，整體仍舊保持電中性，這種高溫電離氣體稱為等離子體。加工原理：利用電弧放電使氣體電離成過熱的等離子氣體流束，靠局部熔化及氣化來去除工件材料。具有極高的能量密度原因：1）機(jī)械壓縮效應(yīng)；

2）熱收縮效應(yīng)； 3）磁收縮效應(yīng)。

25.超高壓水射流切割設(shè)備的組成？磨料噴射加工的設(shè)備組成？

（1）超高壓水射流切割設(shè)備的組成: 超高壓水發(fā)生裝置、噴嘴、超高壓管路系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等（P219）

（2）磨料噴射加工的設(shè)備組成：1）儲藏、混合和載運(yùn)磨料裝置；（P236）

2）工作室； 3）粉塵集收器；

4）干燥氣體供應(yīng)裝置。

26.電流效率解釋？為什么大于1？

電流效率是指電解時，在電極上實際沉積或溶解的物質(zhì)的量與按理論計算出的析出或溶解量之比，通常用符號η表示 27.磨削，精密磨削，超精密磨削機(jī)理？ 28.快速成型的原理？以及典型的運(yùn)用技術(shù)？

原理：

分層物體制造技術(shù)LOM 立體平板印刷技術(shù)SLA 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)SLS 熔絲沉積制造技術(shù)FDM 三維印刷技術(shù)3DP

彈道微控制造技術(shù)BPM

第五篇：精密與特種加工技術(shù)課后習(xí)題解答

精密與特種加工技術(shù)復(fù)習(xí)資料

第一章

1.精密與特種加工技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域的作用與地位如何？ 答：目前，精密和特種加工技術(shù)已經(jīng)成為機(jī)械制造領(lǐng)域不可缺少的重要手段，在難切削材料、復(fù)雜型面、精細(xì)零件、低剛度零件、模具加工、快速原形制造以及大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在國防工業(yè)、尖端技術(shù)、微電子工業(yè)方面作用尤為明顯。由于精密與特種加工技術(shù)的特點(diǎn)以及逐漸被廣泛應(yīng)用，已引起了機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)的許多變革，已經(jīng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。精密與特種加工技術(shù)水平是一個國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

2.精密與特種加工技術(shù)的逐漸廣泛應(yīng)用引起的機(jī)械制造領(lǐng)域的那些變革？

答：⑴ 提高了材料的可加工性。

⑵ 改變了零件的典型工藝路線。

⑶ 大大縮短新產(chǎn)品試制周期。

⑷ 對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生很大的影響。

⑸ 對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響。

3.特種加工工藝與常規(guī)加工工藝之間有何關(guān)系？應(yīng)該改如何正確處理特種加工與常規(guī)加工之間的關(guān)系？

答：常規(guī)工藝是在切削、磨削、研磨等技術(shù)進(jìn)步中形成和發(fā)展起來的行之有效的實用工藝，而且今后也始終是主流工藝。但是隨著難加工的新材料、復(fù)雜表面和有特殊要求的零件越來越多，常規(guī)傳統(tǒng)工藝必然難以適應(yīng)。所以可以認(rèn)為特種加工工藝是常規(guī)加工工藝的補(bǔ)充和發(fā)展，特種加工工藝可以在特定的條件下取代一部分常規(guī)加工工藝，但不可能取代和排斥主流的常規(guī)加工工藝。

4.特種加工對材料的可加工性以及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性有何影響？舉例說明.工件材料的可加工性不再與其硬度，強(qiáng)度，韌性，脆性，等有直接的關(guān)系，對于電火花，線切割等加工技術(shù)而言，淬火鋼比未淬火鋼更容易加工。

對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生重要影響，以往普遍認(rèn)為方孔，小孔，彎孔，窄縫等是工藝性差的典型，但對于電火花穿孔加工，電火花線切割加工來說，加工方孔和加工圓孔的難以程度是一樣的，相反現(xiàn)在有時為了避免淬火產(chǎn)生開裂，變形等缺陷，故意把鉆孔開槽，等工藝安排在淬火處理之后，使工藝路線安排更為靈活。

第二章

1.簡述超精密加工的方法，難點(diǎn)和實現(xiàn)條件? 答：超微量去除技術(shù)是實現(xiàn)超精密加工的關(guān)鍵，其難度比常規(guī)的大尺寸去除加工技術(shù)大的多，因為：工具和工件表面微觀的彈性變形和塑性變形是隨即的。精度難以控制，工藝系統(tǒng)的剛度和熱變形對加工精度有很大的影響，去除層越薄，被加工便面所受的切應(yīng)力越大，材料就越不易去除。超精密加工按加工方法不同可以分為切削加工，磨料加工，特種加工和復(fù)合加工四類。

2.超精密加工對刀具材料有那些要求？

1.極高的硬度，極高的耐磨性，和極高的彈性模量，以保證刀具有很高的尺寸耐用度。2.刃口能磨得極其鋒銳，即刃口半徑ρ值很小，以實現(xiàn)超薄切削。3.刀刃無缺陷，切削是將刃形變制在被加工表面上，從而鑄得超光滑的鏡面。4.與工件材料的抗粘結(jié)合性很好?；瘜W(xué)親和性很小，摩擦因數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。3.單晶金剛石有哪些個主要晶面？

立方晶系的金剛石《單晶金剛石》主要有三個主要晶面，：即100.111.110晶面

4試述金剛石晶體的各向異性和不同晶面研磨時的好磨難磨方向。

金剛石具有很高的硬度。較高的導(dǎo)熱系數(shù)，與有色金屬間的摩擦因數(shù)低，開始氧化的溫度較高等特性。這些都有利于超精密加工的進(jìn)行，而且單晶金剛石可以研磨達(dá)到極鋒利的刃口，沒有其他材料可以磨到這樣鋒銳，并且能長期切削而磨損很小，因此金剛石是理想的不能替代的超精密切削的刀具材料。《110晶面的磨削率最高，最易磨損，100晶面的磨削次之.111的磨削率最低，最不易磨損。

5試述金剛石晶體的激光定向原理和方法？

金剛石晶體的激光定向是利用金剛石在不同結(jié)晶方向上，因此晶體的結(jié)構(gòu)不同，而對激光反射形成不同的衍射圖像進(jìn)行的激光晶體方向的原理，由氦氖激光管產(chǎn)生的激光束通過屏幕上的小孔射到金剛石表面，若被激光照射的金剛石使被測晶面與激光束相垂直時，激光被反射的圖形即可知道被激光照射的晶面為何種晶面。

6.金剛石車刀的刀頭形式有哪幾種？各自有何特點(diǎn)？ 刀頭形式：金剛石刀具刀頭一般采用在主切削刃和副切削刃直接加工渡刃----修光刃的形式，修光刃有小圓弧修光刃，直線修光刃和圓弧修光刃之分。7.典型的超精密機(jī)床有那些？

典型的超精密機(jī)床有~1.大型光學(xué)金剛石車床—LODTM。FG-OO超精密機(jī)床《德》。OAGM500大型超精密機(jī)床《英》4.AHNTO型高效專用車削，磨削超精密機(jī)床。

8.精密主軸不見有那幾種形式？說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)?？諝忪o壓軸承具有很高的回轉(zhuǎn)精度，在高速轉(zhuǎn)動時溫升很小，基本達(dá)到恒溫狀態(tài)，因此造成的熱變形誤差很小，缺點(diǎn)：空氣軸承剛度低，承受載荷很小，由于超精密加工的切削力很小，所以空氣軸承可以滿足相關(guān)要求。

液體靜壓軸承的油溫隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，溫度升高將造成熱變形，影響主軸精度。靜壓回油時將空氣帶入油源。形成微小氣泡懸浮在油中，不易排除，因而降低了液體靜壓軸承的剛度和動特性。優(yōu)點(diǎn)：回轉(zhuǎn)精度高《0.1微米》剛度較高，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，無震動的特點(diǎn)。

9.超精密機(jī)床有哪幾種總體布局形式？各自有何特點(diǎn)？ 1.雙半球空氣軸承主軸，優(yōu)點(diǎn)：球面具有自動調(diào)心，因此可以提高前后軸承的同心度，回轉(zhuǎn)精度，缺點(diǎn)：電動機(jī)的轉(zhuǎn)子直接與主軸剛性連接。所以電動機(jī)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度將對主軸的回轉(zhuǎn)精度產(chǎn)生影響。

2徑向-推力空氣靜壓軸承主軸：1.可以提高前后軸承的同心度，從而保證主軸的回轉(zhuǎn)精度，即使軸承發(fā)生少量旋轉(zhuǎn)，也不會因和軸承咬住而損壞主軸。缺點(diǎn)：這種主軸要求所用的多孔石墨組織均勻，各處透氣率相同，同時制造難度大。3.球形-徑向空氣軸承主軸：同上，自動調(diào)心，保證同心度，回轉(zhuǎn)精度。缺點(diǎn)：主軸的剛度和承載能力不高，4.立式--空氣軸承主軸，主要用于大型超精密車床，以保證加工系統(tǒng)具有較高的剛度且便于裝夾，其圓弧面的徑向軸承起自動調(diào)心，提高精度作用。

10.簡述超精密機(jī)床導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，并說明各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1.液體靜壓導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)：剛度高，承載能力大，直線運(yùn)動精度高，且無爬行，運(yùn)動平穩(wěn)。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動速度低。2.空氣靜壓導(dǎo)軌和氣浮導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)：它可以達(dá)到很高的直線運(yùn)動精度，運(yùn)動平穩(wěn)，無爬行，且摩擦因數(shù)接近于0，不發(fā)熱。

11.簡述摩擦驅(qū)動的工作原理。

摩擦驅(qū)動裝置原理：倆個摩擦輪均由靜壓軸承支承，可以無摩擦運(yùn)動，上摩擦輪由彈簧壓板在驅(qū)動桿上，當(dāng)彈簧壓板壓力足夠時，摩擦輪和驅(qū)動桿之間無相對滑動，直流電動機(jī)驅(qū)動下摩擦輪，靠摩擦力帶動驅(qū)動桿做非常平穩(wěn)的直線運(yùn)動。12.精密加工對微進(jìn)給裝置的性能有何要求？

1.精微進(jìn)給和粗進(jìn)給分開，以提高微位移的精度，分辨率和穩(wěn)定性。2.運(yùn)動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度以實現(xiàn)很高的重復(fù)精度，3.末級傳動元件必須有很高的剛度，即夾持金剛石刀具必須是高剛度的。4.內(nèi)部連接必須可靠，盡量采用整體結(jié)構(gòu)或剛性連接，否則微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)，很難實現(xiàn)很高的重復(fù)精度5.工藝性好，容易制造，6.具有好的動特性，即既有高的頻響。7.能實現(xiàn)微進(jìn)給的自動控制。

第三章

1.精密和超精密磨料加工分為哪倆大類？各自有何特點(diǎn) 固結(jié)磨料加工：具有表面精度保持性好，研磨效率高的優(yōu)點(diǎn)。2.游離磨料加工：優(yōu)點(diǎn)是拋光面加工變質(zhì)層和表面粗糙度值都很小，缺點(diǎn)：不易保持平面度。

2.試述精密磨削機(jī)理。

微刃的微切削作用：應(yīng)用較小的修整導(dǎo)程和休整深度對砂輪實施精細(xì)休整，其效果等同于砂輪磨粒的粒度變細(xì)。2.微刃的等高切削作用3.微刃的滑擠，摩擦，拋光作用

3.分析超硬磨料砂輪修正方法的機(jī)理和特點(diǎn)。超硬磨料砂輪磨削主要指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質(zhì)合金，陶瓷，剝離，半導(dǎo)體材料及石材等高硬度，高脆性材料。

特點(diǎn)：1.磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工及實現(xiàn)自動化2.磨削力小。，溫度低，加工質(zhì)量好，不燒傷，裂紋和組織變化3.磨削率高，4.加工成本低

5.試述超精密磨削的磨削機(jī)理。

超精密磨削機(jī)理，理想磨削軌跡是從接觸點(diǎn)開始至接觸終點(diǎn)結(jié)束，但由于磨削系統(tǒng)存在一定的彈性，實際磨削軌跡與理想磨削軌跡發(fā)生偏離。

6.試述精密研磨與拋光的機(jī)理。

研磨加工機(jī)理：精密研磨屬于游離磨粒切削加工是在剛性研具上注入磨料在一定壓力下，通過研具與工件的相對運(yùn)動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達(dá)到高級幾何精度和優(yōu)良表面粗糙度2.拋光是指用低速旋轉(zhuǎn)的軟質(zhì)彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉(zhuǎn)的低彈性材料。拋光盤加拋光劑具有一定研磨性質(zhì)的獲得光滑表面的加工方法。

7.影響精密研磨拋光的主要工藝因素有哪些？

研磨方法：加工方式，運(yùn)動，驅(qū)動方式。2.研具的材料，形狀，表面狀態(tài)。3.磨粒的種類，材質(zhì)，形狀，粒徑4.加工液的水質(zhì)，油質(zhì)5加工參數(shù)的研磨速度，壓力，時間，6.環(huán)境，溫度，塵埃

8.試述各種非接觸拋光的加工原理。

彈性發(fā)射加工：通過微粒子沖擊工件，以原子級的加工單位去除工件材料，從而無損傷的技工表面2.浮動拋光：拋光液覆蓋在整個拋光盤表面上，拋光盤及工件高速回轉(zhuǎn)時，在二者之間的拋光液主動壓流體狀態(tài)，形成一層液膜，從而使工件在浮起狀態(tài)下進(jìn)行拋光3.動壓浮離拋光：保持環(huán)中的工件浮離圓盤表面，由浮動間隙中的粉末顆粒對工件進(jìn)行拋光4.非接觸化學(xué)拋光：通過向拋光盤面供給化學(xué)拋光液，使其與被加工面做相對滑動，用拋光盤面來夾持被加工件面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成物。

第四章

1.電火花加工時，間隙液體介質(zhì)的擊穿機(jī)理？

通常所用的工作介質(zhì)是煤油，水，皂化油水溶液及多種介質(zhì)合成的專用工作液，用分光度計觀察電火花加工過程中放電現(xiàn)象，顯示放電時產(chǎn)生氧氣，氫氣泡的電離膨脹導(dǎo)致了間隙介質(zhì)的擊穿

2.電火花加工的基本要求？

材料的可加工性主要取決與材料的熱學(xué)特性，如熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，比熱容，導(dǎo)熱系數(shù)等。幾乎與其力學(xué)性能《硬度，強(qiáng)度》無關(guān)。

3.電火花加工機(jī)床的自動進(jìn)給系統(tǒng)與傳統(tǒng)加工機(jī)床的自動進(jìn)給系統(tǒng)有什么不同？為什么會引起這種不同？

電火花加工時，放電間隙很小，電蝕量放電間隙在瞬間都不是長值而在一定范圍內(nèi)隨即變化，人工進(jìn)給或恒速的“機(jī)動”進(jìn)給很難滿足要求，必須采用自動進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置。自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是維持某一穩(wěn)定的放電間隙。保證電火花加工正常而穩(wěn)定的進(jìn)行獲得較好的加工效果。

4分析伺服參考電壓對加工穩(wěn)定性的影響。

脈沖電源又稱為脈沖發(fā)生器，起作用是把220V或380V的50HZ工頻交流電轉(zhuǎn)換成一定形式的單向脈沖電流，供給電極放電間隙，產(chǎn)生火花所需要的能量來蝕除金屬。

5.功率VDMOS開關(guān)式脈沖電源的特點(diǎn)。

VDMOS技術(shù)的發(fā)展，是高頻大功率開關(guān)技術(shù)日趨成熟，為提高大功率MOS管功率晶體管脈沖電源的開關(guān)沖擊性能，采用多管分組的方法來提高輸出功率。

6.極間能量分配分析。

電源向放電通道釋放的能量分配在陽極，陰極和放電通道上，能量分配系數(shù)的大小主要取決與被加工材料的特性，通過前面分析可知，電極主要通過高速運(yùn)動粒子的轟擊，光輻射，熱輻射，三種形式得到能量，在一定的條件下，光輻射與熱輻射起決定性的作用，電極表面局部得到高能，就能發(fā)生了融化，氣化的相變過程，電極表面出現(xiàn)了微觀相變區(qū)。

7．電火花加工時，油杯的作用？ 工作液循環(huán)過濾

第五章

1.電火花線切割加工的工藝和機(jī)理與電火花成形加工有那些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)？

電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣都是基于電極間脈沖放電時電火花腐蝕原理，實現(xiàn)零部件的加工，所不同的是電火花切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動的金屬絲《鋼絲，銅絲》作為工具電極，工件接照預(yù)定的軌跡運(yùn)動，切割出所需的各種尺寸和形狀?！痘驹怼?/p>

1不需要制造復(fù)雜的成形電極。方便快捷的加工薄壁，宅槽，異型孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件3.一般采用精準(zhǔn)規(guī)一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)。4.由于采用移動的電極絲進(jìn)行加工，單位長度損耗較小，從而對加工精度影響較小。5.工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火。容易實現(xiàn)安全，無人操作，6，沒有穩(wěn)定的拉弧放電狀態(tài)。7.脈沖電源的加工電流較小，脈沖寬度較窄，屬于中，精加工范疇。采用正極性加工方式。

2.線切割加工的生產(chǎn)率和脈沖電源的功率。輸出電流大小等有關(guān)。用什么方法，標(biāo)準(zhǔn)來衡量和判斷脈沖電源加工性能的好壞，《絕對性能和相對性能》？

受電極絲直徑的限制《一般在0.08-0.025mm》脈沖電源的脈沖峰值電流不能太大，與此相反，由于工件具有一定厚度，欲維持穩(wěn)定加工，放電峰值電流，又不能太小，否則加工將不穩(wěn)定或者根本不能加工，放電峰值，電流一般在5-25A范圍，為獲得較高的加工精度系數(shù)小的表面粗糙度值，應(yīng)控制單個脈沖能量，盡量減小脈沖寬度，一般在0.5-64ps，所以，總采用正極性加工方式。

3.電火花線切割加工的主要工藝指標(biāo)及其影響因素。加工對象：使用與各種形式的沖裁模及擠壓模，粉末合金模，塑壓模，等帶錐度的模具2.高硬度材料零件3.特殊形狀零件 4.加工電火花形成加工用的銅，鋼鎢，銀鎢合金等材料電極。

4試論述線切割加工的主要工藝指標(biāo)及其影響因素。切割速度，加工表面粗糙度，加工精度，電參數(shù)，對線切割加工工藝指標(biāo)的影響最為主要，放電脈沖寬度增加，脈沖間隔減小脈沖電壓幅值增加《電壓增加》峰值電流增大《功效管增多》都會提高切割加工速度。但加工表面粗糙度和精度則會下降，反之則可改善加工精度和粗糙度。

第六章

1.電化學(xué)加工從加工原理上共分為多少類？從原理，機(jī)理上來分析，電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為原子級的加工技術(shù)？ 利用陽極金屬的溶解作用去除材料2.利用陰極金屬的沉積作用進(jìn)行鍍覆加工3.電化學(xué)加工與其他加工方法結(jié)合完成的電化學(xué)復(fù)合加工

由于加工精度一般不如電火花加工，一般不舍和與單間和小批量生產(chǎn)。

不能發(fā)展成為原子級加工技術(shù)。

2.點(diǎn)解加工中的陽極和陰極與蓄電池中的正，負(fù)極有何區(qū)別？二者的電流方向相同么？

以工件為陽極《接直流電源正極》，工具為陰極《接直流電源負(fù)極》

3.請分析陽極鈍化現(xiàn)象在點(diǎn)解加工中及在電化學(xué)機(jī)械加工中的優(yōu)缺點(diǎn)，電化學(xué)機(jī)械加工與純電化學(xué)加工及純機(jī)械加工各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

在點(diǎn)解加工中，鈍化膜缺點(diǎn)是阻止陽極溶解，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)側(cè)面間隙大到一定程度后就基本保持不變，孔壁的錐度小，成形精度高。

復(fù)合加工同上。

電解加工的特點(diǎn)：1.能以簡單的直線進(jìn)給運(yùn)動一次加工出復(fù)雜的型面和型腔。2.可以加工高硬度，高強(qiáng)度和高韌性等難以切削加工的金屬材料3，加工過程中無切削力和切削熱，工件不產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。適合加工易變形和薄壁零件。4.加工后的兩件無毛刺和殘余應(yīng)力5.與其他加工方法相比生產(chǎn)率較高6.加工過程中工具電極不損耗。

缺點(diǎn)：1.加工精度不如電火花與超聲波加工2.加工復(fù)雜型腔時，費(fèi)用較高3.占地面積大，附屬設(shè)備多，投資大。4.電解溶液的處理和回收有難度，有污染。

電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工優(yōu)點(diǎn)：加工范圍廣，生產(chǎn)率高，2，加工精度和表面質(zhì)量優(yōu)良3.機(jī)械磨具磨損小，4.控制條件好，通過控制點(diǎn)參量實現(xiàn)自動控制5.成本低6對機(jī)床精度要求低，腐蝕性小。

缺點(diǎn)：電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工需要增加一套電化學(xué)加工系統(tǒng)。如直流電源，循環(huán)裝置等，另外，機(jī)床采取一定的防腐防銹措施。

第七章

1.試述激光加工中材料蝕除的微觀物理過程。

1.材料對激光的吸收和能量轉(zhuǎn)換。首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點(diǎn)的過量能量然后碰撞產(chǎn)生熱。2.材料的加熱熔化，汽化，吸收激光能后，并轉(zhuǎn)化為熱能后，其溫度升高，材料先氣化然后才熔化蝕除。3.蝕除產(chǎn)物的拋出，由于瞬時急劇熔化，壓力迅速增加，并產(chǎn)生爆炸沖擊波，使金屬蝕除物拋出。

2.激光與普通光相比有何特點(diǎn)？為什么激光可直接用于材料的蝕除加工，而普通光則不能？

激光除具有普通光的共性，還具有單色性好，相干性好，和能量密度高等特性。

擁有其他光源的光所難以達(dá)到的極高的單色性，光線的發(fā)散度小，相干性是區(qū)別激光和普通光源的重要特性

3.簡述影響激光打孔質(zhì)量的因數(shù)，并舉例說明采用什么措施可以提高激光打孔的工藝質(zhì)量？ 1.激光打孔工藝規(guī)律：若激光照射能量大，照射時間長，工件表面所獲得的能量多，則所加工的孔大而深。但時間過長，不僅損耗大，加工面積變大，使得能量密度降低，精度降低。2.聚焦與發(fā)散角：發(fā)散角小的激光束，經(jīng)短焦距聚焦后可以獲得較高的功率，穿透力大，不僅深而且錐度小，要設(shè)法減小激光的發(fā)散角，并盡可能采用短焦距加工。但短焦距不適合加工深孔。

3.焦點(diǎn)的位置：當(dāng)焦點(diǎn)的位置何地時，通過工件表面的光斑面積很大，若提高焦點(diǎn)位置，由于光斑直徑變小，能量密度增加，孔的深度得到加深。

4.光斑內(nèi)能量的分布：激光束經(jīng)聚焦后光斑內(nèi)各部分的光強(qiáng)是不同的，若光強(qiáng)以焦點(diǎn)中心對稱分布。稱為基模光束。這時光強(qiáng)最大，打出的孔是圓形的。

5.激光照射次數(shù)：激光束照射一次，加工深度大約為孔徑的五倍左右，但如多次加工后，加工可以大大增加《比例接近20：1》但多次加工后加工量將逐漸減小。

6.工件材料。工件的熱學(xué)物理常數(shù)對加工有有影響。如熔點(diǎn)沸點(diǎn)，導(dǎo)熱系數(shù)高的難以加工，另工件表面粗糙度值越小，其吸收率就越低，加工出的深度狀態(tài)明顯。

4.激光切割，激光焊接和激光處理的原理有何不同？ 激光切割：是利用經(jīng)焦距的高功率激光照射工件，在超過閥值高功率的前提下，由此引起材料熔化和汽化，形成孔洞，光束移動僅可行切縫。

焊接過程屬于傳導(dǎo)焊接。即激光輻照加工工件表面，產(chǎn)生的熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部傳遞，通過控制在工件上形成一定深度的熔池，而表面又無明顯的氣化。

激光相變硬化的原理：激光相變硬化是利用激光束作熱源照射待強(qiáng)化的工件表面，使工件表層材料產(chǎn)生相變或熔化，隨著激光束離開工件表面，工件表面的熱量迅速向內(nèi)部傳遞，形成極高冷卻速度，使表面硬化，從而提高工件表面的耐磨性，腐蝕性，疲勞強(qiáng)度。

5.常用的激光器有那些？各有何特點(diǎn)？并說明其各自的應(yīng)用范圍。

紅寶石激光器：機(jī)械強(qiáng)度大，能夠承受高功率密度，壽命長，大能量單模輸出。主要用于激光打孔。

摻釹釔鋁石榴晶體激光器：量子效率高，輻射截面大，良好的熱穩(wěn)定性，熱導(dǎo)率高，熱膨脹系數(shù)小，用于打孔，焊接，熱處理，打標(biāo)記，書寫，動平衡。

釹玻璃激光器：高功率激光，制造的零件工作物質(zhì)形狀，尺寸有較大的自由度。

氦-氖激光器：頻率穩(wěn)定性好，壽命長，價格低。適用于全息照相，準(zhǔn)直測量和激光干涉測量。

第八章

1.超聲波加工設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)有何特點(diǎn)？超聲波加工時，工具系統(tǒng)的振動有何特點(diǎn)？

超聲波的機(jī)械振動經(jīng)變幅桿放大后傳遞給工具，使磨料和工作液以一定的能量沖擊工件，加工出需要的尺寸和形狀。超聲波加工時并不是整個變幅桿和工具都在作上下高頻振動和低頻或工頻振動的概念完全不一樣。超聲波在金屬棒內(nèi)主要以縱波形式傳播，引起桿內(nèi)各點(diǎn)沿波的前進(jìn)方向，一般接正弦規(guī)律在原地作往復(fù)振動，并以聲速傳導(dǎo)到工具端面，使工具端面作超聲波振動

2為什么超聲波加工技術(shù)特別適合于加工硬脆材料？ 空化作用：是指當(dāng)工具端面以很大的加速度離開工具表面時，加工間隙內(nèi)形成負(fù)壓和局部真空，在工作液體內(nèi)形成很多微空腔。促使工作液鉆入被加工工作表面材料的微裂紋處，當(dāng)工具端面以很大加速度接近工件表面時，空腔閉合引起極強(qiáng)沖擊波，加速了磨料對表面的破碎作用。

綜上所述：超聲波加工是磨料在超聲振動作用下的機(jī)械撞擊和拋磨作用，其中磨粒撞擊作用是主要的，由此不難理解，超聲波加工特別適合加工硬脆材料。3試舉例說明超聲波在工業(yè)，農(nóng)業(yè)或其他行業(yè)中的應(yīng)用情況。1.超聲波加工型腔，型孔，具有精度高表面質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn).2.切割脆硬的半導(dǎo)體材料3.超聲波就清洗，精密零件中的細(xì)小孔，窄縫夾縫中的臟物。4超聲波焊接，電子電器元件和集成電路的接引線，包裝線。5.超聲波鍍錫，掛銀及涂覆熔化的金屬薄層。

第九章

1.何謂電子束加工？試說明電子束加工的分類，特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。

電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面的極小面積上，在極短的時間內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡粵_擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，從而加工目的。

電子束加工分為電子束熱加工和電子束非熱加工，特點(diǎn)：1.加工面積小2.電子束能量密度高3.能量密度高，而且能量利用率可達(dá)百分之九十以上，因而生產(chǎn)率高4.可以通過磁場或電場對電子束的強(qiáng)度位置，聚焦進(jìn)行控制，從而實現(xiàn)自動化5.由于在真空中進(jìn)行，因而污染小，加工表面不氧化6.電子束加工因需要一套專用設(shè)備，所以費(fèi)用昂貴。應(yīng)用：1.電子束打孔，在航天，電子，化纖及制革上應(yīng)用2.電子束可焊接的材料范圍廣，有利于焊接熔點(diǎn)更高的金屬和活潑金屬。3.電子束熱處理4.電子束曝光。

2.試述離子束加工的基本原理和應(yīng)用范圍，并比較它與電子束技工的優(yōu)缺點(diǎn)。

離子束加工是利用離子束對材料進(jìn)行成形或表面改進(jìn)的方法。在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子。經(jīng)過加速，投射到材料表面，產(chǎn)生濺射和注入效應(yīng)。它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量束加工的。

主要應(yīng)用在：利用離子撞擊和濺射效應(yīng)的離子束刻蝕，離子濺射鍍膜和離子鍍，以及離子注入效應(yīng)的離子注入。相比較電子束加工，便宜。

第十章

1.試述超高壓水射流切割技術(shù)的原理和特點(diǎn)。

超高壓水射流本身具有較高的剛性，在于工件發(fā)生碰撞時會產(chǎn)生極高的沖擊動壓和渦流。從微觀上看：相對于射流平均速度存在著超高速區(qū)與低速區(qū)。表面雖為圓柱形，而內(nèi)部實際存在著剛性高和剛性低的部分。剛性高的宏觀上起到快速碶劈作用，而低剛度部分碶吸屑，排屑作用，倆者結(jié)合，正好像鋸刀一樣，切割材料。

超高壓水射流切割具有切縫窄，切口平整，無熱變形，無邊緣毛刺，切割速度快，效率高，加工成本低，無塵，無味，無毒，無火花，振動小，噪聲低等特點(diǎn)。尤其適合于惡劣的工作環(huán)境和防燥要求的危險環(huán)境工作。

2.試述純水高壓水切割與磨料高壓水切割之間的異同及應(yīng)用。

純水切割噴嘴用于切割密度較小，硬度較低的非金屬軟質(zhì)材料，噴嘴內(nèi)孔的直徑范圍為0.08-0.5mm 磨料切割噴嘴的直徑范圍為0.5-1.65mm

3.試述往復(fù)式增壓器的工作原理。

增壓器交替往復(fù)運(yùn)動，不斷輸出超高壓水，直至達(dá)到切割工藝要求的水壓，即可開始加工。

4.試述影響超高壓水射流切割速度，切割精度的因素。影響超高壓水射流切割深度的工藝因數(shù)較多，包括射流的工作介質(zhì)，噴射的壓力，作用面積，切割時間，工件的材質(zhì)，以及噴嘴離工件表面的距離等。

切割速度與被加工的材料性質(zhì)有關(guān)，并與射流的功率或壓力成正比，與切割速度和工件厚度成反比

第十一章

1.在等離子體加工過程中，為什么可以獲得極高的能量密度？

等離子體具有極高的能量密度，其原有有以下三個方面：1.機(jī)械壓縮效應(yīng)，電弧在被迫通過噴嘴噴出時，通道對電弧產(chǎn)生機(jī)械壓縮作用2.熱收縮效應(yīng)。噴嘴的內(nèi)部通入冷卻水。噴嘴內(nèi)壁受到冷卻，溫度降低，靠近內(nèi)壁的氣體電離度急劇下降，使電流的有效截面積縮小，電流密度大大增加3.磁收縮效應(yīng)。由于電弧電流周圍磁場的作用，迫使電弧產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮作用，使電弧變得更細(xì)，電弧區(qū)中心的電流密度更大，使電弧更穩(wěn)定。

以上三種壓縮效應(yīng)的綜合作用下，等離子體的能量高度集中，電流密度，等離子體電弧的溫度都很高。

2.在擠壓洐磨技術(shù)有那些特點(diǎn)？舉例說明其實際應(yīng)用情況。擠壓洐磨的工藝特點(diǎn)：1.使用范圍廣，幾乎能加工所有的金屬材料，同時也能加工陶瓷，硬塑料等2.加工效果好3.加工效率高4.加工精度高

應(yīng)用與邊緣光整，倒圓角，去毛刺，拋光和少量的表面材料去除，3.說明磨料噴射加工的過程中，影響加工質(zhì)量的因數(shù)主要有那些？

磨料噴射加工是利用磨料與壓縮氣體混合后經(jīng)過噴嘴形成的高速束流，通過對工件的高速沖擊和拋磨作用來去除工件上多余的材料，達(dá)到加工目的。

加工的設(shè)備主要包括1.儲藏，混合和載運(yùn)磨料裝置2.工作室3.粉塵集收器4.干燥氣體供應(yīng)裝置。

4在磁性磨料研磨加工過程中，影響加工質(zhì)量的因素主要有哪些？

1.磁場強(qiáng)度的影響2.加工間隙的影響3.磁極形狀的影響。

5.光刻加工技術(shù)的基本過程通常包括哪些步驟？如何提高其加工精度？

1.涂膠2。曝光3.顯影4.腐蝕5.去膠

6如何理解納米級加工的物理實質(zhì)？

欲得到1nm的加工精度，加工的最小單位必然在亞微米級。由于原子間的距離為0.1-0.3nm，納米級加工實際上以及到了加工精度的極限。