第一篇：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，當電壓（電位差）超過一定時即產生“擊穿”，電子由“－”極逸出飛向“+”極，由于真空中沒有物質阻擋電子的運動，所以沒有正離子形成，沒有發熱的放電“通道”的概念，示波器、顯像管中電子流的運動與此類似。基本上沒有“電蝕產物”成生。

（2）兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強化、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生大量的熱能用于強化、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，詳見教材中有關章節，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”、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行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等。不過回路中應串接限流電阻，限制放電電流不要過大。如需精規準對磨或跑合，則可在交流工頻電源上并聯 RC 電路（R?500~1000?, C?0.1~0.01μF），再接到兩個工件上。在用高速轉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電解電容濾波的直流電源進行電火花磨削。由于工具電極高速轉動，所以一般不會產生穩定電弧燒傷工件。最好是經調壓變壓器降壓到5~100V 再整流供磨削之用，一則可以調節電壓或電流，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給系統和車、鉆、磨削時的自動進給系統，在原理上、本質上有何不同？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節系統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，因此進給系統是剛性的、等速的，一般不需要自動調節。

4．電火花共軛同步回轉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之間有無相對移動？加工內螺紋時為什么不會“亂扣”？用銅螺桿做工具電極，在內孔中用平動法加工內螺紋，在原理上和共軛同步回轉法有何異同？ 答：不同之處在于電火花共軛同步回轉加工時：

（1）工具電極和工件的轉動方向相同；

（2）轉速嚴格相等（或成倍角、比例關系）；

（3）工具和工件上瞬時放電點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動；工具和工件的轉速并不相同，磨削點之間有很大的相對移動。加工內螺紋時，其所以不會“亂扣”，是因為加工中工具電極和工件的轉向和轉速相等，工具和工件圓周表面上有著“各點對應”的關系，所以能把工具表面的螺紋形狀復制到工件表面上去而不會“亂扣”。在內孔中用平動法加工內螺紋，本質上和共軛同步回轉法相同，不同之處在于平動法加工時工件不轉動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉”行星式運動，其內外圓上“各點對應”的規則仍然存在。

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）之間的關系，此關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、峰值電流等電規準不同，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，因此橫坐標上的 A 點（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 點將偏向左邊。

6．在電火花加工機床上用?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，各用正極性和負極性加工 10min，試畫出加工后兩桿的形狀、尺寸，電極側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曲線圖表來測算）。

答：加工示意圖見圖 2-1a。設先用正極性加工，加工后的圖形見圖 b，負極損耗較大；負極性加工后的圖形見圖 c，正極工具損耗較小。具體數據請自行在圖中標明，并與書中工 藝曲線圖表進行對照比較。

7．電火花加工一個紀念章淺型腔花紋模具，設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、電規準脈寬

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、精加工的規準。例如

第二篇：特種加工考試答案

1.切削加工的本質？特種加工與切削加工的不同點？

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

特種加工與傳統金屬切削加工的區別:（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械切削力。

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

對超精密加工機床的要求：高精度、高剛度、高穩定性、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，實現超薄切削；

3）刀刃無缺陷，切削時刀刃將復制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面；

4）與工件材料的抗粘結性好，化學親和小，摩擦因數低，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，特征加工和復合加工

(P13)3.金剛石晶體的解理現象？金剛石的相對磨削率？（P30-P31）

解理現象：指晶體受到定向的機械力作用時，可以沿某個平面平整的劈開的現象。

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）放電點的局部區域達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物，以確保電極間介電性能的穩定； 4）在具有一定絕緣強度和一定粘度的電介質中進行放電加工。

（2）電火花加工的機理：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）極間介質的擊穿與放電，形成放電通道；

2）能量的轉換、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，高低壓復合脈沖。（P68）6.何謂極性效應？為何產生？如何利用？如何降低工具電極相對損耗？二次放電現象？電規準？（1）極性效應：單純由于正負極性不同而彼此電蝕量不一樣的現象為極性效應。（P58）

（2）產生：在電火花放大過程中，正、負電極表面分別受到負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生極性效應的原因。（P58）

（3）利用：為了充分利用極性效應，最大限度降低工具電極的損耗，應合理選用工具電極的材料，根據電極對材料的物理性能，加工要求選用最佳的電參數，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，如極性效應、吸附效應、傳熱效應。（P62）

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

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

（1）表面變質層劃分：對于熔化，氣化材料，可將變質層分為熔化凝固層和熱影響層。（2）淬火鋼和未淬火鋼區別：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節特性曲線？畫圖并作簡要說明？自動進給調節系統的方框圖？（P74）

（1）間隙蝕除特性與調節特性曲線：

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

Ⅰ-蝕除特性曲線 Ⅱ-調節特性曲線

（2）電火花加工進給調節裝置：有測量環節、放大環節、執行環節等主要環節組成。

9.混粉加工的定義及作用機理？（P79）

定義：在工作液中添加一定數量的硅、鋁、鎳等微粉，達到有效降低電火花加工后的表面粗糙度值的目的。作用機理：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）金屬及半導體微粉與被加工表面之間將產生微放電，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？按電極絲運行速度，線切割機床分為？

RC電源屬于：弛張式脈沖電源。（P69）

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

1）不需要制造復雜的成形電極；

2）能夠方便快捷的加工薄壁，窄槽，異形孔等復雜結構零件；

3）一般采用精規準一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉換加工規準； 4）電極絲的損耗較少，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，容易實現安全無人操作運行； 6）沒有穩定的拉弧放電狀態；

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.線切割機床控制系統的功能？（P106）

在電火花線切割加工過程中，根據工件的形狀和尺寸要求，自動控制電極絲相對于工件的運動軌跡和進給速度，實現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給速度、電源裝置、走絲機構、工作液系統以及其它的機床操作控制。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：金屬表面帶負電，溶液帶正電。（P119）

電極電位:產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：當有電流通過電解池時，電極的平衡狀態被破壞，陽極電位向正方向增大，陰極電位向負方向增大，即所謂的極化現象。（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：加工過程中達到動態平衡狀態時的加工間隙。（P127）15.何為濃度超電壓？化學超電壓？電阻超電壓？（P122）

濃度超電壓：為了保持電化學電流和加工速度，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：為保證電化學過程繼續進行，必須增大外電源電壓以補償由于化學反應二引起的電位變化，由此所提高的電壓值稱為化學超電壓。

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）作為導電介質傳遞電流；

2）參與電化學反應；

3）及時帶走電解產物及熱量，起到更新極間介質狀態及冷卻的作用。（P130）

基本要求：1）電導率要高，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，減少發熱；

2）電解質在溶液中的電離度和溶解度要大；

3）陽極的電解產物應是不溶性的化合物，便于處理；

4）性能穩定，操作使用安全，對設備產生的腐蝕作用輕，不易燃，不爆炸，對環境污染和人體危害小；

5）價格低廉，適應性廣，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，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，導致金屬的溶解過程減慢，這就是通常所說的陽極鈍化現象。（P122）活化：在電化學加工中，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）改進電解液：復合型電解液，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.電解磨削與機械磨削以及電解加工的不同點？（P156）

電解磨削比機械磨削有較高的生產率。

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行活化，或靠高的電流密度破壞，電解產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生陽極溶解的原理實現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制某些復雜或特殊形狀工件的特種加工方法。利用電化學過程中的陰極沉積現象來進行成型加工的，即在原模上通過電化學方法沉積金屬，然后分離以制造或復制金屬制品。

電刷鍍：在金屬表面局部快速電化學沉積金屬。（P166）

20.激光特點？躍遷？自發輻射？受激輻射？受激吸收？粒子數反轉？激光加工設備的基本組成？激光打孔與那些因素有關？

激光特點：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）能態跳到低（高）能態發射（吸收）光子的過程就是躍遷。自發輻射：處于激發態的原子，在沒有外界信號作用下，自發的躍遷到低能態時產生的光輻射。（P170）受激輻射：處于激發態的原子，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，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）

粒子數反轉：由于受激吸收作用的存在，使處在高能級（激發態）的原子數目大于低能級（基態）的原子數目的現象。（P171）

設備的基本組成：包括激光器、電源、光學系統、冷卻系統、機械系統、控制系統及安全系統等。（174）激光打孔與那些因素有關：1）激光照射能量與照射時間

2）焦距與發散角 3）焦點的位置

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

21.電子束加工裝置的控制系統控制內容？（206）

包括束流聚焦控制、束流位置控制、束流強度控制、工作臺位移控制束流通斷時間控制、束流偏轉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？分類？電子束和離子束加工的不同點？

（1）離子束加工的物理基礎是離子束射到材料表面時所發生的撞擊效應、濺射效應和注入效應。（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：

1）帶正電荷的離子質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來蝕除材料或光化學作用來進行曝光，而離子束加工是通過質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、破壞等機械作用進行加工。3）電子束加工是電能轉化成熱能，而離子束加工是電能轉化成動能。

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

超聲波加工的本質：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：1）適合于加工硬脆材料；

2）工具形狀可以較復雜，而機床結構簡單，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，加工間隙內形成負壓和局部真空，在工作液體內形成很多微空腔，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。

超聲加工設備的組成：超聲波發生器，超聲振動系統，超聲加工機床本體，磨料懸浮液冷卻及循環系統。超聲振動系統包括：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）機械壓縮效應；

2）熱收縮效應； 3）磁收縮效應。

25.超高壓水射流切割設備的組成？磨料噴射加工的設備組成？

（1）超高壓水射流切割設備的組成: 超高壓水發生裝置、噴嘴、超高壓管路系統、執行機構、電氣控制系統等（P219）

（2）磨料噴射加工的設備組成：1）儲藏、混合和載運磨料裝置；（P236）

2）工作室； 3）粉塵集收器；

4）干燥氣體供應裝置。

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，超精密磨削機理？ 28.快速成型的原理？以及典型的運用技術？

原理：

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

彈道微控制造技術BPM

第三篇：特種加工課后習題答案

《特種加工》習題解答 概 論

1.從特種加工的發生和發展來舉例分析科學技術中有哪些事例是“物極必反” 有哪些事例是“壞事有時變為好事”

答:這種事例還是很多的.以“物極必反”來說,人們發明了螺旋槳式飛機,并不斷加大螺旋槳的轉速和功率以提高飛機的飛行速度和飛行高度.但后來人們發現證實螺旋槳原理本身限制了飛機很難達到音速和超音速,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動機取代了螺旋槳式飛行器,實現了洲際和太空飛行.由輪船發展成氣墊船,也有類似規律.以“壞事變好事”來說,火花放電會把接觸器、繼電器等電器開關的觸點燒毛、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、小刀等在潮濕的環境下會腐蝕.鋼鐵在風吹雨淋時遭受銹蝕,海洋船艦的鋼鐵船體為了防止海水的腐蝕,得消耗巨資進行防銹、防蝕.人們研究清楚鋼鐵電化學銹蝕的原理后,創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構工藝性產生重大影響的實例.答:這類實例是很多的,例如: ⑴硬質合金歷來被認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行切削磨削加工,只有碳化硅和金剛石砂輪才能對硬質合金進行磨削.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外圓、平面、小孔、深孔、窄槽等復雜表面,其生產效率往往高于普通磨削加工的生產率.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.對過去傳統概念上的可加工性,的確需要重新評價.(2)對結構工藝性,過去認為方孔,小孔,小深孔,深槽,窄縫以及細長桿,薄壁等低剛度零件的結構工藝性很差,在結構設計時應盡量避免.對E字形的硅鋼片硬質合金沖模,由于90*內角很難磨削,因此常采用多塊硬質合金拼鑲結構的沖模.但采用電火花成形加工或線切割數控加工,則很容易加工成整體硬質合金的E形硅鋼片沖模,特種加工可使某些結構工藝性由“差”變“好”.3.工藝和特種加工工藝之間有何關系(應該說如何正確處理常規工藝和特種加工之間的差別)答:一般而言,常規工藝是在切削,磨削,研磨等技術進步中形成和發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,復雜表面和有特殊要求的零件愈來愈多,常規,傳統工藝必然會有所不適應.所以可以認為特種加工工藝是常規加工工藝的補充和發展.特種加工工藝可以在特定的條件下取代一部分常規加工工藝,但不可能取代和排斥主流的常規加工工藝.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,當電壓(電位差)超過一定時即產生“擊穿”,電子由“-”極逸出飛向“+”極,由于真空中沒有物質阻擋電子的運動,所以沒有正離子形成,沒有發熱的放電“通道”的概念,示波器,顯象管中電子流的運動與此類似.基本上沒有“電蝕產物”生成.(2)兩金屬在空氣中放電的例子是電火花表面強化,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生大量的熱能用于強化,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,詳見教材中有關章節,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”,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行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等.不過回路中應串接限流電阻,限制放電電流不要過大.如需精規準對磨或跑合,則可在交流工頻電源上并聯RC電路(R=500-1000,C=0.1-0.01),再接到兩個工件上.在用高速轉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電解電容濾波的直流電源進行電火花磨削.由于工具電極高速轉動,所以一般不會產生穩定電弧燒傷工件.最好是經調壓變壓器降壓到5-100V再整流供磨削之用,一則可以調節電壓或電流,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給系統和車,鉆,磨削時的自動進給系統,在原理上,本質上有何不同 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節系統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,因此進給系統是剛性的,等速的,一般不需要自動調節.4.電火花共軛同步回轉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 加工內螺紋時為什么不會“亂扣” 用銅螺桿做工具電極,在內孔中用平動法加工內螺紋,在原理上和共軛同步回轉法有何異同

答:不同之處在于電火花共軛同步回轉加工時:(1)工具電極和工件的轉動方向相同;(2)轉速嚴格相等(或成倍角,比例關系);(3)工具和工件上瞬時放電點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動;工具和工件的轉速并不相同,磨削點之間有很大的相對移動.加工內螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉向和轉速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點對應”的關系,所以能把工具表面的螺紋形狀復制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內孔中用平動法加工內螺紋,本質上和共軛同步回轉法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉”行星式運動,其內外圓上“各點對應”的規則仍然存在.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)之間的關系,此關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,峰值電流等電規準不同,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,因此橫坐標上的A點(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點將偏向左邊.S/ m /V

6,在電火花加工機床上用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,各用正極性和負極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側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曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負極損耗較大;負極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數據請自行在圖中標明,并與書中工藝曲線圖表進行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀年章淺型腔花模具,設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,電規準脈寬,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,精加工的規準.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 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負 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加工時:(1)工具電極和工件的轉動方向相同;(2)轉速嚴格相等(或成倍角,比例關系);(3)工具和工件上瞬時放電點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動;工具和工件的轉速并不相同,磨削點之間有很大的相對移動.加工內螺紋時,其所以不會“亂扣”,是因為加工中工具電極和工件的轉向和轉速相等,工具和工件圓周表面上有著“各點對應”的關系,所以能把工具表面的螺紋形狀復制到工件表面上去而不會“亂扣”.在內孔中用平動法加工內螺紋,本質上和共軛同步回轉法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉動而代之以工具電極在平動頭中作“公轉”行星式運動,其內外圓上“各點對應”的規則仍然存在.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)之間的關系,此關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,峰值電流等電規準不同,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,因此橫坐標上的A點(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點將偏向左邊.S/ m /V

6,在電火花加工機床上用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,各用正極性和負極性加工10min, 試畫出加工后兩桿的形狀,尺寸,電極側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曲線圖表來測算).答:加工示意圖見圖2-1a.設先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負極損耗較大;負極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數據請自行在圖中標明,并與書中工藝曲線圖表進行對照比較).圖2-1

7,電火花加工一個紀年章淺型腔花模具,設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,電規準脈寬,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,精加工的規準.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 600 s 100 s 10A 0.9㎜ 3 m 約30min 中加工(加抬刀)負 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,精加工時生產率的大小和脈沖電源的功率,輸出電流的大小有關.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,則前者的相對生產率為100/25=4mm2/min,優于后者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熱上.3.設計一個測量,繪制數控線切割加工的間隙蝕除特性曲線的方法(提示:使線切割等速進給,由欠跟蹤到過跟蹤).答:這一習題有一定的難度,需對間隙蝕除特性曲線和線切割加工伺服進給系統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)的關系曲線(參見第二章電火花加工的伺服進給).線切割加工時,調節伺服進給量的大小,可以在一定程度上改變平均放電間隙.例如把進給速度人為放慢,處于“欠進給”狀態,則平均放電間隙偏大,反之,進給速度過高,“過進給”時,則放電間隙偏小.測繪間隙蝕除特性曲線時,利用“改變預置進給速度”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,先不用線切割機床的“自動檔”(伺服)進給,而采用“人工檔”(等速進給)進給功能.最初用較慢的等速進給速度進行切割,此時處于“欠跟蹤”的進給狀態,待切割穩定后就記下進給速度和此時的間隙平均電壓,在坐標上作出曲線上的某一點.以后稍微調快進給速度(仍為等速進給),同樣測得第二,三```點的數據.當調節到進給速度約等于蝕除速度時,此時即為最佳狀態 B 點放電間隙為最佳放電間隙SB 此時的切割速度為最大.當以更大的進給速度(等速)切割時,由于沒有伺服功能,進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.此時應盡快停止進給,并事先作好記錄.在曲線最高點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,因此應多加小心.4.一般線切割加工機床的進給調解特性曲線和電火花加工機床的進給特性曲線有何不同 與有短路回退功能的線切割加工機床的進給調解特性曲線又有什么不同

答:一般線切割機床的進給的進給系統,往往沒有短路回退功能,或短路后經一定時間例如30s后仍不能自動消除短路狀態,則回退256步(相當于0.256 mm),如仍不能消除短路,則自動停止進給或同時報警,這與電火花成型加工機床遇短路即退回不一樣.上述無短路回退功能的線切割機床的進給特性曲線就不會有橫坐標左下部分的曲線,亦即工具電極(鉬絲)的進給速度 vd沒有負值.即使有短路回退功能的線切割機床,短路后的回退速度是固定的(不象電火花成型加工機床那樣短路后將以較高的速度vd0回退),所以進給調節特性曲線的左下部為窄小矩形,即放電間隙較小時,進給速度vd《0,一旦完全短路后,鉬絲才低速(恒速)回退.5.設計一個測量,繪制數控線切割加工機床的進給調解特性曲線的方法(提示:在線切割機床上做空載模擬實驗.用可調的的直流電源模擬火花間隙的平均電壓).答:這一習題也有一定難度,需對線切割機床的變頻進給系統有一定的了解.線切割機床的進給速度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床的進給調解特性曲線.具體的的方法是:使線切割機床處于加工狀態,可不開絲筒,不開高頻電源,但應使工作臺處于“人工”等速進給狀態.此時工作臺進給的“取樣電壓”,并不是來自火花放電間隙的平均電壓ue(ue再經電阻分壓成10~12v的電壓,經“變頻調節”電位器送至“壓—頻”(u-f)轉換器,將此低電壓u轉換成進給脈沖,頻率為f,另工作臺進給),而是由+12V的外加電壓,經“變頻調節”電位器調壓輸入至 “壓—頻”(u-f)轉換器.低電壓0V相當于間隙短路,最高10~12V相當于間隙開路狀態.可以將此電壓由低向高調節,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給速度(可以從控制器面板數顯表上測得),然后即可繪制出進給調節特性曲線.6.今擬用數控線切割加工有8個齒的爪牙離合器,試畫出其工藝示意圖并編制出相應的線切割3B相應程序.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控回轉工作臺附件.辦法為先在圓套筒上鉆一個∮1~2mm的穿絲孔,裝夾好工件后,調整到穿絲孔為最高點時穿絲,回轉臺轉動切除爪牙的端面,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向轉動)BBBJ=齒深GXL3(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉動)BBBJ=齒深GXL1(x向移動)BBBJ=齒寬GYL4(y向轉動)……

第四章

電化學加工

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

答：由于電化學加工從機理上看，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”而被去除來實現加工的，可以控制微量、極薄層“切削”去除。因此，電化學加工有可能發展成為納米級加工或原子級的精密、微細加工。但是真的要實現它，從技術上講還有相當難度。主要是由于電化學加工的實質是實現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：從電化學過程來說，凡是反應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，即由正離子狀態還原成為原來的中性原子狀態。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極，與電解加工中的陽極和陰極有何區別？兩者的電流（或電子流）方向有何區別？

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導電體，而其負極，則為較活潑的金屬。例如干電池，正極為不活潑的石墨（碳）棒，負極為活潑金屬鋅，蓄電池的正極是不活潑的鉛。金屬與導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。兩種活潑程度不同的金屬（導電體）在導電溶液中發生電化學反應能產生電位差，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，具體應用在：

1）分析電極上電化學反應的產物

在電解加工時，在陰陽兩極都有電化學反應，可能參與反應的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產物H +、OH。但真正能在電極上完成電化學反應的是什么？則需要應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。

2）估計某種金屬材料電解加工的質量和可加工性

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。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，造成加工表面粗糙度值增大。更為嚴重的是這種凸出的質點會造成加工過程的短路、燒損電極，甚至使加工無法進行。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+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點，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．陽極鈍化現象在電解加工中是優點還是缺點？舉例說明。

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

但是，當采用 NaCl 等非鈍化型電解液工作時，雖然生產率很高，但因為雜散腐蝕嚴重，成形精度較差，嚴重影響了電解加工的應用。而當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，但當加工間隙達到一定尺寸后，對應的工件表面就會產生鈍化膜，可以避免產生雜散腐蝕，提高加工精度，促進電解加工的推廣應用。

電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽極鈍化現象的存在而開發出來的。它們利用了鈍化膜對金屬表面的保護作用，采用機械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點的鈍化膜被刮除，并迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護作用，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）當陰極側面不絕緣時，加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？（2）當陰極工具側面絕緣，且陰極側面工作圈高度 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）的自動進給系統和電火花加工的自動進給系統有何異同？為什么會形成這些不同？

答：一般電解加工自動進給系統主要是控制均勻等速的進給速度，它的大小是事先設定的。進給速度的大小與端面平衡間隙有直接關系（雙曲線關系），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行控制，但在電極開始進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行控制。電火花加工的自動進給控制系統的目的是保證某一設定加工間隙（放電狀態）的穩定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調節特性曲線來工作的，它的進給速度不是均勻等速的。之所以形成這種不同的進給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進給速度大，平衡間隙變小。在進給方向、端面上不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進給速度稍大于蝕除速度，極易引起短路，所以必須調節進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，電路中串聯一個滑桿電阻來調節電解加工時的電壓和電流(例如調到兩極間隙電壓為

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，還會出現如析氧等副反應，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節電解加工時的輸入電流、電壓，而滑桿電阻本身產生的熱損耗與電解加工無關。滑桿電阻的熱損耗愈大，電能利用率愈低。而經過滑桿電阻調節電壓、電流之后進行電解加工時，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，與其它因素無關。

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）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和終點都為零的上凸二次曲線，如圖 4-3b 所示。

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

電火花加工時，當放電間隙為零時，蝕除速度也為零。其實，當放電間隙很小時，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；而當放電間隙過大時，間隙無法擊穿，蝕除速度也為零（相當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行電解加工陰極工具的設計？

答：電解加工時的蝕除速度應遵循雙曲線規律，即 a ? = C。對平板電極而言，當電極進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放出,并且通過光學透鏡將大面積光通道上的激光束聚焦在很小的焦點上,經過時間上和空間上的兩次能量集中,所以能達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吸收某一波長的光能,達到粒子數反轉之后,再受到這一波長的光照后,就會瞬時受激,產生躍遷,并發出與此波長相同的激光.2.試述激光加工的能量轉換過程,即如何從電能具體轉換為光能又轉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變為光能,使激光器內的工作物質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,達到粒子數反轉狀態,經觸發而產生功率密度很大的強激光,照射到工件上的光能轉換為熱能,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燃氙燈等強光源(光泵),將電能轉換為能使激光器吸收的一般光,到一定程度后發出激光.而氣體激光器則直接由電激勵激光物質,例如二氧化碳分子,使之連續產生激光.4.不同波長的紅外線,紅光,綠光,紫光,紫外線光能轉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.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換成熱能的大小,即光能轉換的頻率,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,人們感覺到遠比綠光,紫光更溫暖,因為皮膚吸收紅光的效率遠比其他廣博為高.同樣激光打孔,切割時,影響光能轉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.從激光產生的原理來思考,分析,它以后如何被逐步應用于精密測量,加工,表面熱處理,甚至激光信息存儲,激光通信,激光計算機等技術領域的 這些應用的共同技術基礎是什么 可以從中獲得哪些啟迪

答:激光之所以能廣泛應用于上述高,新技術中,主要是基于它的一系列固有的特點,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基礎.以激光通信為例,由于光的頻率高,波長短,發射角小,故具有下列優點:(1)信息容量大,傳送路數多.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1000萬套電視節目而互不干擾.這是過去任何一種通信系統所不能達到的巨大通信容量.(2)通信距離遠,保密性能好.由天線發射的波束,其發散角和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(就是激光的發射天線),那么發射角就只是1.1,而對于微波來說,即使使用龐大的天線,發射角仍有幾度.由于激光束發射角很小,能量集中在狹小的范圍內,以此可以把信息傳送到很遠的距離.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)結構輕便,設備經濟.由于激光的發散角小,方向性好,光通信所需的發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,設備龐大等缺點.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,則肉眼根本無法發現,保密性極高.(2)激光攝像無需成像光學系統.物體不管多遠,都在焦點上.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擺在大氣空間,這樣電視圖象就可以放得很大.根據現有水平,圖象面積可達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:任何一種物理化學現象,只要有它一定的與眾不同的特點,就有可能發展成為一種有用的新技術,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用范圍上有何異同

答:二者在原理上的相同點是基于帶電粒子于真空中在電磁場的加速,控制作用下,對工件進行撞擊而進行加工.其不同處在于電子束加工加速轉換成電能,在撞擊工件時動能轉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量較大的正離子加速后,打到工件表面,是靠機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,三者各有什么優缺點

答:三者都適用于精密,微細加工,但電子束,離子束需在真空中進行,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,不受空間結構的限制,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,哪種束流和相應的加工工藝能聚焦得更細 最細的焦點直徑大約是多少

答:激光聚焦后焦點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.二氧化碳氣體激光器發光1.06 m的紅外激光,其焦點光斑直徑更大.波長較短的綠色激光和準分子激光器可獲得較小的焦點,常用于精密,微細加工.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,電視機的原理有何異同之處

答:它們都有一個電子槍用來發射電子,使電子奔向高電壓的正極,而后再用線圈(電磁透鏡)進行聚焦,用電場進行偏轉,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,電視機的功率較小而已.彩色電視機因有紅,藍,黃三種基本色,故需有三個電子槍,結構和控制更為復雜.第七章 超聲加工

超聲加工時的進給系統有何特點

答:超聲加工時的進給系統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,進給多少,是懸浮式的柔性進給系統,而不是剛性的進給系統實現的,它與機械加工和電火花加工的進給系統不一樣.2.一共振頻率為25KHZ的磁致伸縮型超聲清洗器,底面中心點的最大振幅為0.01mm,試計算該點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,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(如固定超聲系統的駐波點),有的有時振幅最大,如工具端面的加工點.最確切的說法是,應按教材中的超聲波在固體中的傳播過程,各質點都在傳播方向上振動,但傳到端面后波在反射,兩者的合成運動才是各質點的實際運動.4.超聲波為什么能“強化”工藝過程,試舉出幾種超聲波在工業,農業或其他行業中的應用.答:超聲波因具有較大的瞬時速度,尤其是瞬時加速度,故可用作強化工藝過程.如工業中的粉碎(使物質顆粒細化),乳化.在農業上可用強超聲處理種子優化品種,在醫學上可用強超聲波擊碎人體內的腎結石,膽結石等等.第八章 快速成型加工

1.快速成型的工藝原理與常規加工工藝有何不同 具有什么優點

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,電化學陽極溶解等“減材法”不同.其特點是整個工藝過程建立在激光(斷層)掃描,數控技術,計算機CAD技術,高分子材料等高科技基礎之上,因此工藝先進,柔性好,生產周期短.2.試對常用的快速成型工藝作一優缺點比較.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缺點比較 有關指標 工 藝 精 度 表面 質量 材料 價格 材料 利用率 運行成本 生產 效率 設備費用 市場占有率 % 液相固化SL法 好 優 較貴

接近100% 較高 高 較貴 70 粉末燒結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缺點和適用范圍.答: 優點 缺點 適用范圍 化學銑削加工

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,刻蝕精細的網孔圖案 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(外)表面的毛刺和改善表面質量 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

可無應力表面光整加工 去除量小,生產率較低 精密零件的表面光整加工

2.如何能提高化學刻蝕加工和光化學腐蝕加工的精密度(分辨率)答:在腐蝕液中加入保護劑等添加劑,以減小“鉆蝕”,詳見教材有關章節.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關鍵問題

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,水射流切割技術中應使超高的水由小孔中噴出,尤其是水中混有細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.當然噴嘴的材料小孔的加工也是關鍵問題.4.人們日常工作和日常生活中,有哪些物品,商品(包括工藝美術品等),是由本書所述的特種加工方法制造的

答:很多家電的外殼,內部構件,如電視機,照相機,洗衣機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.電動剃須刀的網罩是電鑄的產物,手表中寶石軸承小孔都是經過激光打孔而后又用超聲研磨的.諸如此類,不勝枚舉.爪牙側面 穿絲孔 數控回轉臺

第四篇：特種加工試題與答案[最終版]

特種加工試題

一、名詞解釋：

1.極性效應 在電火花加工中，把由于正負極性接法不同而蝕除速度不同的現象叫極性效應。

2.線性電解液

電解加工速度與電流密度的關系曲線為通過原點的直線的電解液。

3.倍頻現象

通入線圈的電流為交流正弦波，每周期的正半波和負半波引起磁場兩次大小變化，使換能器也伸縮兩次，引起振動節奏模糊且共振長度變短的現象。

4.混粉電火花加工

在電火花工作液中混入一定比例的導電或半導電微細粉末，以降低表面粗糙度、消除微觀裂紋，使加工后表面達到類似鏡面的效果的電火花加工方法。

5.振動切削加工

通過在切削刀具上施加某種有規律的可控振動，使切削速度、切削深度產生周期性的改變，從而得到特殊的切削效果的方法。

二、判斷題（判斷正誤并改正）

1.電火花和電化學加工是非接觸加工，加工后的工件表面無殘余應力。（√）2.電化學反應時，金屬的電極電位越正，越易失去電子變成正離子溶解到溶液中。（√）3.激光加工與離子束加工要求有真空裝置。（×）激光加工不需真空裝置。

4.超聲波加工時變幅桿可以將振動的振幅放大是利用能量在不同截面是相同的原理。（√）

5.電解磨削時主要靠砂輪的磨削作用來去除金屬，電化學作用是為了加速磨削過程。（×）電化學作用是是去除金屬的主要作用，磨削為輔助作用。

三、簡答題

1、電火花加工按工具電極和工件相對運動方式和用途的不同分哪幾種類型？ 答：可分五類：①利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；②利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導電材料的電火花線切割加工；③利用金屬絲或成形導電磨輪作工具電極，進行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；④用于加工螺紋環規、螺紋塞規、齒輪等的電火花共軛回轉加工；⑤小孔加工、刻印、表面合金化、表面強化等其他種類的加工。

2、電火花加工中的極性效應是什么？加工中如何利用極性效應來提高加工效率降低工具損耗？線切割加工一般采用什么極性加工，為什么？

答：1）電火花加工中，把由于正負極性接法不同而蝕除速度不同的現象叫極性效應。

2）①確選擇電極的極性

短脈寬精加工時，選正極性加工，將工件接正極；用長脈寬粗加工時，選負極性加工，將工件接負極。

②正確選擇電極的材料

選擇熔點高、沸點高的材料，選擇導熱性好的材料。常用石墨和純銅作電極材料。

③正確選擇脈寬等電參數。

④利用加工過程中的吸附效應來補償和減小電極損耗，炭黑膜通常只在正極上形成，工具應接正極損耗小。

3）線切割加工一般采用正極性加工。因工具電極是直徑很小的細絲，故脈沖寬度、平均電流等不能太大，加工工藝參數的范圍較小，屬中、精、正極性電火花加工，工件常接脈沖電源正極。

3、簡述電解磨削加工的基本原理、設備組成及應用？

答：1）原理 砂輪表面的非導電性磨料使工件表面與磨輪導電基體之間形成一定的電解間隙（約0.02～0.05毫米），同時向間隙中供給電解液。在直流電的作用下，工件表面金屬由于電解作用生成離子化合物和陽極膜。這些電解產物不斷地被旋轉的磨輪所刮除，使新的金屬表面露出，繼續產生電解作用，工件材料遂不斷地被去除，從而達到磨削的目的。

2）設備：磨頭部分，工作臺及運動部分，機床進給運動，工作液分值環系統，夾具部分，排風系統，電源部分，機床電氣。

3）應用：磨削各種高強度、高硬度、熱敏性、脆性等難磨削的金屬材料，如硬質合金、高速鋼、鈦合金、不銹鋼、鎳基合金和磁鋼等。

4、超聲加工系統中,聲學部件主要有哪幾部分組成？超聲頻電振蕩是如何轉換為工具頭加工用的機械振動的？

答：1）組成：換能器、傳振桿、聚能器、耦合桿和聲極。

2）超聲波發生器將高頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩，換能器將超聲頻電振蕩轉變為超聲機械振動，通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具生超聲波機械振動。

5、分析振動切削加工中的基本規律和特性？

答：振動切削是通過在切削刀具上施加某種有規律的、可控的振動，使切削速度、背吃刀量發生周期性的改變，從而得到特殊的切削效果的方法。振動切削改變了工具和被加工材料之間的空間與時間存在條件，從而改變了加工（切削）機理，達到減小切削力、切削熱，提高加工質量和效率的目的。振動切削按所加頻率不同可分為高頻振動和低頻振動。低頻振動僅僅從量上改變切屑的形成條件，主要用來解決斷屑問題以及與此相關的一系列問題，而超聲振動（高頻振動）切削已經使切屑形成機理產生重大變化，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具壽命和工件加工質量。超聲加工的工藝效果來自刀具和工件之間的分離運動，即它是一種脈沖式的斷續切削過程。

6、利用電化學加工的基本規律推導電化學加工時，當初始間隙為Δ0，Δb平衡間隙，當工具以一定速度vc，在達到平衡間隙前，工作間隙與時間的關系？

答：、、==

7、編程題:試編寫在快走絲數控線切割機床上加工的3B程序。獨立設計一適合線切割加工的零件并編寫出加工程序（從零件材料初始位置開始）？

解：加工圖形如下：

以A點為起點，沿工件輪廓順時針加工，編程如下： 000 B40000B20000B40000GX L1 001 B20000B0B20000GX L1 002 B0B20000B20000GY SR1 003 B0B30000B30000GY L4 004 B80000B0B80000GX L3 005 B0B30000B30000GY L2 006 D

四、計算題

用NaCl電解液在低碳鋼上加工30×80的長方形孔，深度為40mm,若要求10min內加工完，需要用多大電流？若直流電源的最大容量為3000A，應改用的最大進給速度為多少？加工完一個工件需多長時間？（Fe的體積電化學當量ω為2.22mm3/(A/min)）

五、實驗設計

設計一實驗方法研究電化學磨削加工中，確定電化學加工與磨削加工各自在加工材料時所占的比重？

解：1）在一定時間內先進行一次完整的電化學磨削加工，記錄磨削量（磨削深度）。

2）控制其他條件不變，僅去除導電砂輪與工件間電壓，加工相同時間測量磨削量。

3）控制其他條件不變，僅使砂輪不進行磨削運動，加工相同時間測量磨削量。

4）比較以上三種情況磨削量，計算比重。

C D

B A E

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

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

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

三、簡答題（30分，每題6分）

1、特種加工與傳統切削加工方法在加工原理上的主要區別有哪些？（6分）

答：1）特種加工是用機械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以達到圖樣上全部技術要求。（2分）

2）特種加工打破傳統的硬刀具加工軟材料的規律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。（2分）3）特種加工過程中，工具與工件不受切削力的作用。（2分）

2、特種加工的本質特點是什么？（6分）

答：1）特種加工所使用的工具硬度可以低于被加工材料的硬度；（2分）

2）特種加工不依靠機械能，而是主要用其他能量（如電、化學、光、聲、熱等）去除材料（2分）3）特種加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。（2分）

3、電火花加工必須解決的問題有哪些？（6分）

答：

1、由于在電火花加工的不同階段，金屬蝕除的速度不同，因此必須具有工具電極的自動進給和調節裝置，使工具和工件之間保持合適的放電間隙；（2分）

2、火花放電必須是瞬時的、單極性、脈沖放電；（2分）

3、火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行。（2分）

4、什么是電火花加工的機理？火花放電過程大致可分為哪四個連續的階段？（6分）

答：電火花加工的機理是指電火花加工的物理本質，即火花放電時，電極表面的金屬材料是如何被蝕除下來的這一微觀物理過程。（2分）

火花放電過程大致可分為如下四個階段：

1、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道；（1分）

2、介質熱分解、電極材料融化、氣化，熱膨脹；（1分）

3、電極材料的拋出；（1分）

4、極間介質的消電離；（1分）

5、電火花加工的優缺點有哪些？（6分）答：電火花加工的優點主要體現在以下四個方面：

1、特別適合任何難以進行切削加工的材料；（1分）

2、可以加工特殊或形狀復雜的表面和零件；（1分）

3、工具與工件不接觸，作用力極小；（1分）

4、脈沖放電時間短，冷卻作用好，加工表面熱影響小。（1分）但存在以下缺陷：

1、主要用于加工金屬等導電材料；（1分）

2、加工速度較慢（需進行預加工，去除大部分余量）且存在一定的電極損耗。（1分）

6、簡要敘述電火花加工的應用場合（6分）

答：

1、可以使用硬度不高的紫銅或石墨作工具電極，去加工任何硬、脆、韌、軟和高熔點的導電材料；（2分）

2、加工時工件與工具不接觸，無切削力，因此適于加工薄壁、窄槽、低剛度及微細精密的零件。（2分）

3、可以加工任何形狀特殊、結構復雜的工件；（1分）

4、脈沖電源的參數可以任意調節，能在同一臺機床上進行粗加工、半精加工或精加工。（1分）

7、在電火花加工中，工作液的作用有哪些？（6分）

答：1）形成火花放電通道，并在放電結束后迅速恢復放電間隙的絕緣狀態；（2分）

2）壓縮放電通道，并限制其擴展，使放電能量高度集中在極小的區域內，既加強了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性；（2分）3）加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現破壞性電弧放電；（1分）4）加速電蝕產物的排除；（1分）

8、簡述電火花加工用的脈沖電源的作用和輸出要求（6分）

答：脈沖電源作用：把工頻交流電流轉變成頻率較高的單向脈沖電流，向工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量，以蝕除金屬。（2分）

脈沖電源輸入為380 V、50 Hz的交流電，其輸出應滿足如下要求：（4分）1）足夠的放電能量 2）短時間放電 3）波形單向

4）主要參數有較寬的調節范圍 5）有適當的脈沖間隔時間

9、簡述RC線路脈沖電源的工作過程（6分）答：RC線路脈沖電源的工作過程：

1）當直流電源接通后，電流經限流電阻向電容器充器兩端的電壓上升，電能往電容器上儲存；（2分）

RuEEACVu電，電容d2）當電容器兩端的電壓上升到工具與工件之間間隙

0電的擊穿

(a壓時，電容器上儲存的電能就瞬間釋放，形成較大的脈沖電流；（2分）)原理圖3）電容器上的電能釋放后，電壓下降到接近于0，極間工作液又迅速恢復到絕緣狀態；此后，電容器再次充電，重復上述過程！（2分）

10、對電火花加工用脈沖電源的要求有哪些？（6分）

答：

1、總的要求：有較高的加工速度、工具電極損耗低、加工過程穩定性好、工藝范圍廣，從而，能適應粗加工、半精加工、精加工的要求；能適應不同材料的加工；能采用不同工具電極材料進行加工。（2分）

2、具體要求：

1）所產生的脈沖應該是單向的；其目的是最大限度地利用極性效應，以提高生產率和減少工具電極的損耗。（1分）

2）脈沖電壓波形的前后沿應該較陡；其目的是保證加工工藝過程相對穩定。（1分）3）脈沖電源的主要參數應能在很寬的范圍內可以調節；其目的是滿足粗加工、半精加工、精加工的不同要求。（1分）

4）工作可靠、成本低、操作方便、節能省電。（1分）

11、簡述快走絲線切割機床的工作過程（6分）答：快走絲線切割機床是利用細鉬絲作為電極，多工件進行火花放電“切割”加工；貯絲筒使鉬絲作正、反向交替移動，加工能源由脈沖電源供給，電極絲和工件之間澆注專用工作液介質。（3分）

工作臺在水平面兩個坐標方向上，各自按預定的控制程序、并根據火花間隙狀態作伺服進給移動，從而合成各種曲線運動，將工件切割成型。（3分）

12、簡述電化學反應加工的基本原理（6分）

答：當兩銅片接上約10v的直流電流并插入CuCl2的水溶液時，即形成通路，在金屬片和溶液的界面上，必定會產生電化學反應，溶液中的Cu移向陰極，在陰極上析出為銅；同時，在陽極上的Cu原子因失去電子而成為Cu+2，進入溶液；這便是電解(電鍍)液中的電化學反應；（4分）

這種以電化學反應為基礎，對金屬進行加工（陽極溶解、陰極沉積）的方法稱為電化學加工；（2分）

13、簡述激光加工的基本原理（6分）

答：激光加工是利用光能經過透鏡聚焦后達到很高的能量密度，依靠光熱效應下產生高溫熔融，來加工各種材料；（2分）

激光加工時，把光束聚集在工件的表面上，由于區域小、亮度高，其焦點處的功率密度極高，溫度可以達到一萬多度；在此高溫下，可以在瞬間熔化和蒸發任何堅硬的材料，并產生很強的沖擊波，使熔化物質爆炸式地噴射去除。（4分）

14、簡述激光加工的特點（6分）

答：1）不受工件材料硬度、熔點、導電性等各種性質的影響，幾乎對所有金屬和非金屬都可以進行激光加工；（2分）

2）激光能聚集成極小的光斑，可以進行細微和精密加工；（1分）

3）可使用反射鏡，將激光輸送到遠離激光器的隔離室或其它地點，進行加工；（1分）4）無刀具，屬于非接觸式加工，無機械加工變形；（1分）

5）對環境無特殊要求，便于自動控制連續加工，加工效率高，加工變形和熱變形小；（1分）

15、簡述電子束加工原理（6分）

答：電子束加工是利用電子高速運動時的沖擊動能來加工工件的；（1分）

在真空條件下，利用電流加熱陰極發射電子束，再經過加速極加速，將具有很高速度和能量的電子束聚焦在被加工材料上，高速電子撞擊工件，其動能絕大部分轉化為熱能，使工件材料局部、瞬時熔融，汽化蒸發而去除；（4分）

所以說電子束加工是通過熱效應進行加工的。（1分）

16、簡述電子束加工特點（6分）

答：

1、電子束加工時，電子束聚焦直徑小，可實現精密微細的加工。（1分）

+

22、電子束加工屬非接觸式加工，工件不受機械力作用，不產生宏現應力和變形。（1分）

3、加工材料范圍很廣，對脆性、韌性、導體、非導體及半導體材料都可加工。（1分）

4、電子束的能量密度高，因而加工生產率很高。（1分）

5、電子束容易控制，加工過程便于實現自動化。（1分）

6、電子束加工在真空中進行，因而污染少，加工表面不氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導體材料。（1分）

17、簡述離子束加工原理（6分）

答：與電子束加工比較相似，離子束加工也是在真空條件下，把惰性氣體，通過離子源產生離子束并經過加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以實現去除加工。（4分）

與電子束加工相比，離子束加工具有更大的能量。（2分）

18、電子束和離子束加工為什么必須在真空條件下進行？（6分）答：

1、只有在較高的真空條件中，電子和離子才能高速運動。（3分）

2、由于加工時的金屬蒸汽會影響電子和離子發射，產生不穩定現象，所以在加工過程中，需要利用真空吸力，不斷地把所產生的金屬蒸汽抽出去。（3分）

19、簡述超聲波加工的原理（6分）

答：超聲波加工是利用振動頻率超過16000 Hz的工具頭的振動，通過懸浮液磨料的撞擊和拋磨作用，對工件進行成型加工的一種方法；（2分）

超聲波加工時，在工件和工具之間注入液體（水或煤油等）和磨料混合的懸浮液，工具對工件保持一定的進給壓力，并作高頻振蕩，頻率為16~30kHz，振幅為0.01~0.15mm。磨料在工具的超聲振蕩作用下，以極高的速度不斷地撞擊工件表面，使工件材料在瞬間高壓下產生局部破碎；由于懸浮液的告訴攪動，又使磨料不斷拋磨工件表面。隨著懸浮液的循環流動，使磨料不斷得到更新，同時帶走被粉碎下來的材料微粒。在加工中，工具逐步伸入到工件中，工具的形狀便被復制到工件上。（4分）20、簡述超聲波加工的主要特點（6分）

答：

1、適合于加工各種硬脆材料，特別是某些不導電的非金屬材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等。也可以加工淬火鋼和硬質合金等材料，但效率相對較低。（2分）

2、加工時宏觀切削力很小，不會引起變形、燒傷。表面粗糙度Ra值很小，可達0.2 μm，加工精度可達0.05～0.02 mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛度的零件。（2分）

3、由于工具材料較軟，易制成復雜的形狀，工具和工件又無需作復雜的相對運動，因此普通的超聲波加工設備結構簡單。加工機床結構和工具均較簡單，操作維修方便。（2分）

第五篇：特種加工論文

特種加工技術的現代應用及其發展研究

摘要：特種加工技術是直接借助電能、熱能、聲能、光化學能或者復合能實現材料切削的加工方法，是難切削材料、復雜型面、低剛度零件及模具加工中的重要工藝方法。本文介紹了概念、特點、分類以及近些年應用于特種加工的一些新方法、新工藝。

關鍵詞：特種加工 電火花加工 電化學加工 高能束流加工 超聲波加工 復合加工

1、特種加工技術的特點

現代特種加工（SP，SpciaI Machining）技術是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量或其復合以實現材料切除的加工方法。與常規機械加工方法相比它具有許多獨到之處。

1.1以柔克剛。因為工具與工件不直接接觸，加工時無明顯的強大機械作用力，故加工脆性材料和精密微細零件、薄壁零件、彈性元件時，工具硬度可低于被加工材料的硬度。

1.2用簡單運動加工復雜型面。特種加工技術只需簡單的進給運動即可加工出三維復雜型面。特種加工技術已成為復雜型面的主要加工手段。

1.3不受材料硬度限制。因為特種加工技術主要不依靠機械力和機械能切除材料，而是直接用電、熱、聲、光、化學和電化學能去除金屬和非金屬材料。它們瞬時能量密度高，可以直接有效地利用各種能量，造成瞬時或局部熔化，以強力、高速爆炸、沖擊去除材料。其加工性能與工件材料的強度或硬度力學性能無關，故可以加工各種超硬超強材料、高脆性和熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料，因此，特別適用于航空產品結構材料的加工。

1.4可以獲得優異的表面質量。由于在特種加工過程中，工件表面不產生強烈的彈、塑性變形，故有些特種加工方法可獲得良好的表面粗糙度。熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區及毛刺等表面缺陷均比機械切削表面小。各種加工方法可以任意復合，揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優越性，便于擴大應用范圍。

由于特種加工技術具有其它常規加工技術無法比擬的優點，在現代加工技術中，占有越來越重要的地位。許多現代技術裝備，特別是航空航天高技術產品的一些結構件，如工程陶瓷、渦輪葉片、燃燒室的三維型腔、型孔的加工和航空陀 螺、傳感器等精細表面尺寸精度達0.001Pm 或納米（nm）級精度，表面粗糙度#$ <0.01Pm 的超精密表面的加工，非采用特種加工技術不可。如今，特種加工技術的應用已遍及到各個加工領域。

2、特種加工的幾種方法及分類

2.1電火花加工（也叫放電加工，EDM，ElectrosparkDischarge Machining）是一種電加熱加工過程。它是將工具電極和工件置于絕緣的工作液中，工件和工具分別接直流脈沖電源正極和負極，加上電壓，因電極之間的放電效應，產生火花放電對金屬產生腐蝕來進行加工。由于電極之間工件材料的微小體積上可集中很高的能量（106 ~ 107W / mm2）足以使材料熔化和蒸發。總能量的一部分也釋放到工具電極上造成工具磨損。因此，工具電極磨損和加工精度低是電火花加工的重要問題也是研究發展工作的主攻方向。

電火花加工方法，按其加工過程中工具與工件相對運動的方式和加工用途的不同，可分為電火花穿孔和成形加工、電火花線切割、電火花磨削、電火花同步回轉加工及電火花強化與刻字等幾大類。電火花加工這種工藝方法在航空工業中直接進入產品加工的比重是比較小，大多數用于工具和非標準設備制造。它已廣泛用于加工各種模具、曲面零件、異形孔和盲孔，用電火花切割可切割沖模，二次曲面或空間曲面的零件，用電火花鏜、磨可加工高精度的小孔、外圓、內外螺紋和齒輪等。如今，電火花加工和線切割電火花加工技術和設備都取得了長足的進步，無論從設備自動化完備程度、加工精度、效率和功能都有很大改觀。

2.2電解加工（ECM，Electrochemical Machining）屬于電化學加工范疇，它是利用金屬在電解液中發生“陽極溶解”的原理，將零件加工成形的。加工時，工件接直流電源的正極（陽極），按要求形狀制成的工具接負極（陰極），具有一定壓力的電解液從兩極間隙中迅速流過，于是工件表面的金屬按工具陰極的形狀迅速溶解，并隨即被高速的電解液沖走，這種加工方法沒有機械加工中切削力和切削熱的作用，也沒有電火花加工中的熱影響，在航空工業中，發動機新結構、新材料構件廣泛利用電解加工，如鈦合金零件、高溫渦輪深細冷卻孔、整體渦輪和葉輪以及大型環形殼體件的內外旋轉表面、中小型支承件、盤形件腹板、特形孔均可采用電解加工。如今，電解加工技術已成為研制先進的航空發動機的關鍵制造技術之一。

電解加工的發展趨勢：進一步拓寬電解加工的應用范圍，提高加工精度，降低加工成本，提高生產率，建立電解加工柔性制造系統（FMS），開展計算機數 2 控仿形電解加工技術研究，開展理論研究和建立過程模型。

2.3復合加工（CM，Combined Machinin）是指用多種能量組合進行材料去除的工藝方法，以便能提高加工效率或獲得很高的尺寸精度、形狀精度和表面完整性。對于陶瓷、玻璃和半導體等高脆性材料，復合加工是經濟、可靠地實現高的成形精度和極低的表面粗糙度（可達10nm），并是使表面和亞表層的晶體結構組織的損傷減少至最低程度的有效方法。復合加工的方法大多是在機械加工的同時，應用流體力學、化學、光學、電力、磁力和聲波等能量進行綜合加工。也有不用常規的加工方法而僅僅依靠化學、光學或液動力等作用的復合加工。復合加工的技術發展趨勢：復合加工是對傳統中常用的單一的機械加工、電加工和激光加工等方法的重要發展和補充。隨著精密機械大量使用脆性材料（如陶瓷、光學玻璃和寶石晶體等）以及電子工業要求超精密的晶體材料（如超大規模集成電路的半導體晶片、電子槍的單晶體LaB4 和藍寶石等），將促使對其他能量形式的加工機理進行深入研究，并發展出多種多樣的適用

于各類特殊需求的最佳復合加工方法。發展虛擬制造技術。在實驗基礎上，應用計算機仿真模擬有限元分析方法來精確優化加工參數。如對脆性材料的物理化學特性多樣的研究，可以開發出對脆性材料進行無微細裂紋且經濟性高的有效的工藝，并可預測出各種不同的復合加工工藝的物理參數和磨料特性下的表面精整質量、形狀精度和材料去除率，以利于對加工過程進行優化控制。

2.4高能束流加工 高能束流加工也稱為三束流加工，是利用能量密度很高的激光束 電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱，其中電子束加工技術改變了原有的設計思想，可將原有的高精度復雜難加工型面或無法加工的大型整體零件分成若干個易加工的單元，精加工和熱處理以后，用電子束將其焊接成整體零件。

2.5超聲波加工 它是利用加工工具的超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工硬脆材料的一種成形方法、超聲波加工的尺寸精度可達0.05 0.01mm，表面粗糟度Ra值可達0.8 0.1 m，它適宜加工任何脆硬材料，可加工各種孔和型腔，也可進行套料切割、開槽和雕刻等，由于超聲波加工的生產效率比電火花加工低，而加工精度和表面粗糟度相對較好，所以常用于對工件的拋磨和光整加工。

3、特種加工的發展趨勢

為進一步提高特種加工技術水平及擴大其應用范圍 , 當前特種加工技術的發展趨勢主要包括以下幾點: 3 3.1、采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統、電源系統進行優化 , 加大對特種加工的基本原理、加工機理、工藝規律、加工穩定性等深入研究的力度 , 建立綜合工藝參數自適應控制裝置、數據庫等(如超聲、激光等加工), 進而建立特種加工的 CAD /CAM與 FMS(Flexible ManufacturingSystem,柔性制造系統)系統 , 使加工設備向自動化、柔性化方向發展 , 這是當前特種加工技術的主要發展方向。

3.2、趨向精密化研究。高新技術的發展促使高新技術產品向超精密化與小型化方向發展 , 對產品零件的精度與表面粗糙度提出更嚴格的要求。為適應這一發展趨勢 , 特種加工的精密化研究已引起人們的高度重視 , 因此 , 大力開發用于超精加工的特種加工技術(如等離子弧加工等)已成為重要的發展方向。

3.3、開發新工藝方法及復合工藝。為適應產品的高技術性能要求與新型材料的加工要求 , 需要不斷開發新工藝方法 , 包括微細加工和復合加工 , 尤其是質量高、效率高、經濟型的復合加工 , 如工程陶瓷、復合材料以及聚晶金剛石等。

3.4、污染問題是影響和限制有些特種加工應用、發展的嚴重障礙。加工過程中產生的廢渣、廢氣如果排放不當 , 會造成環境污染 , 影響工人健康。必須花大力氣處理并利用廢氣、廢液、廢渣 , 向“ 綠色 ” 加工的方向發展。

3.5進一步開拓特種加工技術。以多種能量同時作用 , 相互取長補短的復合加工技術 , 如電解磨削、電火花磨削、電解放電加工、超聲電火花加工等 ,需要不斷。

參考文獻

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