第一篇：精密與特種加工的發展現狀與技術展望

精密與特種加工的發展現狀與技術展望

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精密與特種加工的發展現狀與技術展望

精密與特種加工的發展現狀

精密加工是指加工精度和表面質量達到極高精度的加工工藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，加工精度的不斷提高對提高機電產品的性能、質量和可靠性，提高裝配效率等都有至關重要的作用。精密和超精密加工已成為當前國際經濟競爭的關鍵技術。精密工程，微米工程和納米技術已成為世界技術的制高點，是現代制造技術的前沿，也是明天技術的基礎

特種加工是將電能、熱能、光能、聲能和磁能等物理能量或其組合乃至機械能組合直接施加到被加工的部位上，從而實現材料去除的加工方法，也被稱為非傳統加工技術。近半個多世紀以來，相繼出現了數十種特種加工方法，如電解加工、超聲波加工、放電成型加工、激光加工、電子束加工等。特種加工在難加工材料加工、磨具及復雜面加工、、零件精細加工等領域已成為重要的加工方法或僅有的加工方法。

隨著航空航天、核能熱能以及微電子工業的發展，產品向高精度、高速度、耐高溫、耐高壓、耐腐蝕、大功率、小型化和高可靠性方向發展，零件的特殊結構和新材料的應用對制造業提出了更高的要求，特種加工作為跨世紀的先進制造技術的重要組成部分將在21世紀人類社會進步及我國現代化建設中發揮重大作用。

精密加工

精密、超精密切削加工

所謂精密加工是指加工精度和表面質量達到極高程度的加工工藝。目前，在工業發達的國家中，一般工廠能掌握的加工精度是1微米，精密工程正在向其終極目標—原子級精度逼近，也就是實現“移動原子”。

精密加工總是與高加工成本聯系在一起，在過去它主要應用于軍事、航空航天等部門。近十幾年來，隨著科學技術發展和人們生活水平的提高，精密加工的產品已經入人民生活的各個領域，工業發達國家已將精密加工機床直接用于產品零件的精密加工，產生了顯著的經濟效益。正是精密加工具有優良的特性，因此得到了世界各地的高度重視。我國必須大力發展精密加工技術，使其為我國的國民經濟創造出巨大的經濟效益。

精密機床是實現精密加工的先決條件，隨著加工精度的提高和精密加工技術的發展，機床的精度不斷提高，精密機床獲得了飛速發展。

我國在20世紀60年代起開始發展精密機床，經過40多年的努力，我國的精密機床已有相當規模，不僅品種上基本滿足我國生產需求，而且精度和質量都達到一定水平。例如北京機床研究所已批量生產多種規格的三坐標測量機。我國超精密機床的生產和研究其比較晚，和國外的差距較大。由于涉及到許多保密技術，從國外引進超精密機床受到限制，我們必須加大力度研制性能更優越的超精密機床，為國防工業、尖端技術的發展創造條件。

超精密切削加工是20世紀60年代發展起來的新技術，它在國防和尖端技術的發展中起到了重要的作用。例如導彈的命中精度等等。另外，由于采用了超精密切削技術，一些民用產品其生產成本降低，生產率提高，產品性能得到極大的改善。超精密加工的尖端部分分擔著支撐最新科學技術進步的重任，必須把分散在各個領域的技術成就集結在一起，把加工精度提高1～2個數量級。為此需要在國家的科學研究規劃中投入大量的財力和人力。

根據我國當前的實際情況，參考國外的發展趨勢，我國應該開展超精密加工技術的基礎研究，其主要內容包括超精密加工的基本理論和工藝、環境控制技術、材料和超精密加工設備的精度、動特性及熱穩定性。只要我們能對精密加工技術給與足夠的重視，投入相當的人力財力進行研究，相信我國能在15～20年內達到美國等先進國家的水平，并在某些主要單項技術上達到國際先進水平。精密超精密磨削加工

磨削是一種常用的半精加工和精加工方法，砂輪是磨削的主要切削工具，磨削在切削加工中的比重日益增大。在工業發達的國家磨床在機床總數中的比重占到30%～40%，且有不斷增長的趨勢。磨削在機械制造業中將得到廣泛的應用。

隨著科學技術的不斷發展，近年來電子工業、航天工業和核工業等領域給精密加工提出了更高的要求，為了達到這個目標，精密機械進一步朝著精密加工方向發展。因此超精密磨削是近年發展起來的最高加工精度、最小表面粗糙度值的砂輪磨削方法，這將進一步促進超精密磨削的發展。

特種加工

電火花加工

電火花加工又稱放電加工，是一種電、熱能加工方法，利用工具和工件兩級間脈沖放電時局部瞬時產生的高溫把金屬腐蝕去除來對工件進行加工的一種方法。在20世紀50年代開始研究并逐步應用生產。

目前，電火花加工技術已廣泛應用于宇航、航空、電子、原子能等行業，以及科學研究部門，主要以解決難切削加工及復雜形狀工件的加工問題。加工范圍小至幾微米大到幾十米的超大型磨具和工件中。

電化學加工

電化學加工是指通過電化學反應從工件上去除或在工件上鍍覆金屬材料的特種加工方法，近十幾年來，借助高新技術，在精密電鑄等方面取得較快發展。目前，電化學加工技術已成為一種不可缺少的去除或鍍覆金屬材料及進行微細加工的重要方法之一，并廣泛應用于兵器、汽車、醫療器械、電子和模具行業之中，電化學加工在很多方面還有待進一步的發展和提高，如加工過程監測與自動化控制、工具設計、加工精度的提高，以及電化學作用產物的處理等。

高能束加工

激光加工、離子束加工和電子束加工是近幾年來得到較大發展的新興特種加工。我國20世紀60年代初期開始對電子束加工工藝進行研究，目前已經在儀器儀表、微電子工業、航天航空部門和化纖等工業中得到應用，激光的應用范圍日趨廣闊，在工業、商業、醫療、軍事等研究等方面具有廣泛的應用，而且用于各種精細加工。激光加工技術是實用化很高的技術，同時也是附加值很高的加工方法，對象的材質、形狀。尺寸、加工環境的自由度都很大。

復合加工

特種加工可以解決傳統加工難以或無法加工的難題，在加工范圍、加工質量、生產效率等方面，顯示了許多優越性和獨到之處，但是，科學的發展，各種材料的應用，國防、航空、尖端工業生產的需求向其提出更新的問題，有許多問題是

不能用一種加工手段來解決的。人們既不能一味追求“以柔克剛”，發展某種特種加工加工方法；也不排斥“以硬對柔”的某些特點，從而從加工的可能性、方便性、經濟性等因素綜合考慮，探索研究新的加工方法。復合加工正是在這種前提下生產和發展起來的。

制造業是將制造資源通過制造過程轉化為可供人們使用與利用的工業品和生活消費品的行業。制造業是國民經濟的基礎，它創造了人類社會財富的60﹪～80﹪。從某種意義上講，制造技術水平的高低已成為衡量一個國家國民經濟和綜合國力的重要指標之一。

第二篇：Chapt.7_精密與特種加工技術(課件)

第一章

概

論

第一節

精密與特種加工的產生背景

機械制造面臨著一系列嚴峻的任務：

⑴ 解決各種難切削材料的加工問題。

⑵ 解決各種特殊復雜型面的加工問題。

⑶ 解決各種超精密、光整零件的加工問題。

⑷ 特殊零件的加工問題。

第二節

精密與特種加工的特點 及其對機械制造領域的影響

精密與特種加工是一門多學科的綜合高級技術；

精密加工包括微細加工、光整加工和精整加工等，與特種加工關系密切。

特種加工是指利用機、光、電、聲、熱、化學、磁、原子能等能源來進行加工的非傳統加工方法（NTM，Non-Traditional Machining），它們與傳統切削加工的不同特點主要有： ① 主要不是依靠機械能；

② 刀具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度； ③ 在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的 機械切削力作用。

精密與特種加工技術引起了機械制造領域內的許多變革：

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 大大縮短新產品試制周期。

⑷ 對產品零件的結構設計產生很大的影響。

⑸ 對傳統的結構工藝性好與壞的衡量標準產生重要影響。

第三節

精密與特種加工的方法及分類

1．加工成形的原理

分為去除加工、結合加工、變形加工三大類。

去除加工又稱為分離加工，是從工件上去除多余的材料。

結合加工是利用理化方法將不同材料結合在一起。

又可分為附著、注入、連接三種。

變形加工又稱為流動加工，是利用力、熱、分子運動等手段使工件產生變形，改變其尺寸、形狀和性能。

2．加工方法機理

按機理精密與特種加工分為傳統加工、非傳統加工、復合加工。

第四節 精密與特種加工技術的地位和作用

先進制造技術已經是一個國家經濟發展的重要手段之一。

發展先進制造技術是當前世界各國發展國民經濟的主攻方向和戰略決策，同時又是一個國家獨立自主、繁榮富強、經濟持續穩定發展、科技保持先進領先的長遠大計。

從先進制造技術的技術實質而論，主要有精密、超精密加工技術和制造自動化兩大領域。

精密與特種加工技術水平是一個國家制造工業水平的重要標志之一。

精密與特種加工技術已經成為國際競爭中取得成功的關鍵技術。產品的實際制造，必然要依靠精密加工技術。第二章

金剛石刀具精密切削加工

第一節

概

述

精密與超精密加工和制造自動化是先進制造技術的兩大領域。

加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之間的加工稱為精密加工；加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.01μm的加工稱為超精密加工。

一、超精密加工的難點

精度難以控制； 剛度和熱變形影響； 去除層薄，切應力大； 猶如對不連續體進行切削。

二、超精密加工的方法

按加工方式分：

切削加工、磨料加工、特種加工和復合加工 按加工機理和特點分：

去除加工、結合加工和變形加工 還可分為 傳統加工、非傳統加工和復合加工

三、超精密加工的實現條件

超精密加工是多學科交叉的綜合性高新技術

① 超精密加工的機理與工藝方法； ② 超精密加工工藝裝備； ③ 超精密加工工具；

④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密測量及誤差補償技術；

⑥ 超精密加工工作環境、條件等。

在超精密加工的中，必須綜合考慮以上因素。

第二節

超精密機床及其關鍵部件

一、典型超精密機床

超精密加工對機床的基本要求：

⑴ 高精度 ⑵ 高剛度 ⑶ 高穩定性 ⑷ 高自動化

大型光學金剛石車床 ——LODTM

FG-001超精密機床

OAGM 2500大型超精密機床

AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床

二、超精密機床的主軸部件

主軸部件是保證超精密機床加工精度的核心。超精密加工對主軸的要求是極高的回轉精度，轉動平穩，無振動。

液體靜壓軸承主軸

空氣靜壓軸承主軸

⑴ 雙半球空氣軸承主軸

⑵ 徑向—推力空氣靜壓軸承主軸

⑶ 球形—徑向空氣軸承主軸

⑷ 立式空氣軸承主軸

主軸的驅動方式

⑴ 柔性聯軸器驅動

⑵ 內裝式同軸電動機驅動

超精密機床主軸和軸承的材料

應考慮以下主要因素：① 耐磨損；② 不易生銹腐蝕；③ 熱膨脹系數小；④ 材料的穩定性好。

制造空氣主軸和軸承的材料主要有： ① 經表面氮化和低溫穩定處理的38CrMoAl氮化鋼；

② 不銹鋼；

③ 多孔石墨和軸承鋼。

另外還有銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷等。

三、精密導軌部件

超精密機床的總體布局

T形布局

十字形布局

R-θ 布局

立式結構布局

常用的導軌部件 ⑴ 液體靜壓導軌

花崗巖靜壓導軌

⑵ 空氣靜壓導軌和氣浮導軌

空氣靜壓導軌

氣浮導軌

床身及導軌的材料

常用的床身及導軌材料有優質耐磨鑄鐵、花崗巖、人造花崗巖等。

微量進給裝置

超精密機床的進給系統—般采用精密滾珠絲杠副、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副。

高精度微量進給裝置則有電致伸縮式、彈性變形式、機械傳動或液壓傳動式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式等。

目前高精度微量進給裝置的分辨力可達到0.001~0.01μm。

精密和超精密微位移機構應滿足以下設計要求：

① 精微進給和粗進給分開。

② 運動部分必須是低摩擦和高穩定度的。

③ 末級傳動元件必須有很高的剛度。

④ 內部連接必須可靠，盡量采用整體結構或剛性連接。

⑤ 工藝性好，容易制造。

⑥ 具有好的動特性。

⑦ 能實現微進給的自動控制。

⑴ 壓電和電致伸縮微進給裝置

⑵ 摩擦驅動裝置

⑶ 機械結構彈性變形微量進給裝置

第五節

金剛石刀具的結構

衡量金剛石刀具質量的標準：

① 能否加工出高質量的超光滑表面；

② 能否有較長的切削時間保持刀刃鋒銳。設計金剛石刀具時最主要問題有三個： ① 確定切削部分的幾何形狀；

② 選擇合適的晶面作為刀具的前后面；

③ 確定金剛石在刀具上的固定方法和刀具結構。

一、金剛石刀具切削部分的幾何形狀

⑴ 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之間加過渡刃。國內多采用直線修光刃，國外標準的金剛石刀具，推薦的修光刃圓弧半徑R=0.5~3mm。

金剛石刀具的主偏角一般為30?~90?，以45?主偏角應用最為廣泛。

⑵ 前角和后角

根據加工材料不同，金剛石刀具的前角可取0?~5?，后角一般可取5?~6?。

美國EI Contour精密刀具公司的標準金剛石車刀結構如上圖所示。該車刀采用圓弧修光刃，修光刃圓弧半徑R=0.5~1.5mm。后角采用10?，刀具前角可根據加工材料由用戶選定。

一種可用于車削鋁合金、銅、黃銅的通用金剛石車刀結構如右圖所示。可獲得粗糙度Ra < 0.02~ 0.005μm的表面。

二、選擇合適的晶面作為金剛石刀具前、后面

三、金剛石刀具上的金剛石固定方法 ⑴ 機械夾固

⑵ 用粉末冶金法固定 ⑶ 使用粘結或釬焊固定

國內外的金剛石刀具使用者一般都不自己磨刀；

Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金剛石刀具。

第三章

精密與超精密磨料加工

黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，主要是應用精密和超精密磨料加工。

所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。

精密和超精密磨料加工可分為固結磨料和游離磨料加工兩大類。

第一節

精密磨削

精密磨削是指加工精度為1~0.1μm、表面粗糙度為Ra0.2~0.025μm的磨削方法。

一、精密磨削機理

靠砂輪的具有微刃性和等高性的磨粒實現的。⑴ 微刃的微切削作用

⑵ 微刃的等高切削作用

⑶ 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用

二、磨削用量

三、精密磨削砂輪

1．砂輪磨料

精密磨削時所用砂輪的磨料以易于產生和保持微刃及其等高性為原則。

鋼件及鑄鐵件，以采用剛玉磨料為宜。碳化硅磨料主要應用于有色金屬加工。

2．砂輪粒度

粗粒度的微切削作用；細粒度的摩擦拋光作用。

3．砂輪結合劑

超精密加工用金屬類、陶瓷類結合劑

四、精密磨削中的砂輪修整

有單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結型修整器修整和金剛石超聲波修整等。

修整用量有：修整導程、修整深度、修整次數和光修次數。

五、超精密磨削

超精密磨削是指加工精度達到或高于0.1μm、表面粗糙度低于Ra0.025μm的砂輪磨削方法，適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。

鏡面磨削是屬于精密磨削和超精密磨削范疇的加工，是指加工表面粗糙度達到Ra0.02~0.01μm、表面光澤如鏡的磨削方法。

影響超精密磨削的因素有：超精密磨削機理、被加工材料、砂輪及其修整、超精密磨床、工件的定位夾緊、檢測及誤差補償、工作環境、操作水平等。超精密磨削需要—個高穩定性的工藝系統，對力、熱、振動、材料組織、工作環境的溫度和凈化等都有穩定性的要求，并有較強的抗擊來自系統內外的各種干擾的能力。

1．超精密磨削機理

單顆粒磨削的切入模型如圖所示。說明：

① 可視為一彈性系統

②平面磨削的切屑形狀如圖所示

③ 磨削過程分為彈性區、塑性區、切削區、塑性區，最后為彈性區

④ 存在微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用

磨削狀態與磨削系統的剛度密切相關。2．超精密磨削工藝

超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、磨削液選擇等問題與精密磨削和超硬磨料砂輪磨削有關問題類同。

超精密磨削的磨削用量。

六、超硬磨料砂輪磨削

超硬磨料砂輪磨削主要是指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質合金、陶瓷、玻璃、半導體材料及石材等高硬度、高脆性材料。其突出特點為： ① 磨削能力強，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實現加工自動化。② 磨削力小，磨削溫度低，加工表面質量好，無燒傷、裂紋和組織變化。③ 磨削效率高。④ 加工成本低。

1．超硬磨料砂輪磨削工藝

⑴ 磨削用量 ⑵ 磨削液：要求磨削液有良好的潤滑性、冷卻性、清洗性和滲透性。

2．超硬磨料砂輪修整

修整是整形和修銳的總稱。

整形是使砂輪具有—定精度要求的幾何形狀； 修銳是去除磨粒間的結合劑，使磨粒突出結合劑一定高度，形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。

超硬磨料砂輪修整的方法：① 車削法；② 磨削法；③ 滾壓擠軋法；④ 噴射法；⑤ 電加工法；⑥ 超聲波振動修整法。

第二節

精密研磨與拋光

一、研磨加工機理

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—定壓力下，通過研具與工件的相對運動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優良表面粗糙度的加工方法。

1．硬脆材料的研磨

硬脆材料研磨的加工模型如圖所示。

研磨磨粒為1μm的氧化鋁和碳化硅等。

2．金屬材料的研磨

金屬材料研磨相當于普通切削和磨削的切削深度極小時的狀態。

二、拋光加工機理

拋光是指用低速旋轉的軟質彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉的低彈性材料拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質地獲得光滑表面的加工方法。

拋光使用的磨粒是1μm以下的微細磨粒。

拋光加工模型如圖3-9所示。

拋光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化學性溶析作用的結合。

三、精密研磨、拋光的主要工藝因素

精密研磨拋光的主要工藝因素如表3-5所示。

在一定的范圍內，增加研磨壓力可提高研磨效率。

超精密研磨對研磨運動軌跡有以下基本要求： ① 工件相對研磨盤作平面平行運動，使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。

② 工件上任一點不出現運動軌跡的周期性重復。

③ 避免曲率過大的運動轉角，保證研磨運動平穩。

④ 保證工件走遍整個研磨盤表面，以使研磨盤磨損均勻，進而保證工件表面的平面度。

⑤ 及時變換工件的運動方向，以減小表面粗糙度值并保證表面均勻一致。

四、研磨盤與拋光盤

1．研磨盤

研磨盤是涂敷或嵌入磨料的載體。

研磨對研磨盤加工面的幾何精度要求很高。

研磨盤材料硬度要低于工件材料硬度，且組織均勻致密、無雜質、無異物、無裂紋和無缺陷，并有一定的磨料嵌入性和浸含性。

常用的研磨盤材料有鑄鐵、黃銅、玻璃等。

研磨盤的結構要具有良好的剛性、精度保持性、耐磨性、排屑性和散熱性。為了獲得良好的研磨表面，常在研磨盤面上開槽。開槽的目的為：

① 存儲多余的磨粒；

② 作為向工件供給磨粒的通道；

③ 作為及時排屑的通道。

固著磨料研磨盤是一種適用于陶瓷、硅片、水晶等脆性材料精密研磨的研具，具有表面精度保持性好、研磨效率高的優點。

2．拋光盤

拋光盤平面精度及其精度保持性是實現高精度平面拋光的關鍵。

五、研磨劑與拋光劑

對研磨用磨粒的基本要求： ① 形狀、尺寸均勻一致；

② 能適當地破碎，以使切削刃鋒利； ③ 熔點高于工件熔點； ④ 在研磨液中容易分散。

對于拋光粉用磨粒，除上述要求外，還要考慮與工件材料作用的化學活性。

研磨拋光加工液主要作用是冷卻、潤滑、均布研磨盤表面磨粒及排屑。對研磨拋光液的要求： ① 有效地散熱，以防止研磨盤和工件熱變形； ② 粘附低，以保證磨料的流動性； ③ 不污染工件；

④ 物理、化學性能穩定，不分解變質； ⑤ 能較好地分散磨粒。

六、非接觸拋光

非接觸拋光是指在拋光中工件與拋光盤互不接觸，依靠拋光劑沖擊工件表面，以獲得加工表面完美結晶性和精確形狀的拋光方法，其去除量僅為幾個到十幾個原子級。

1．彈性發射加工

彈性發射加工是指加工時研具與工件互不接觸，通過微粒子沖擊工件表面，對物質的原子結合產生彈性破壞，以原子級的加工單位去除工件材料，從而獲得無損傷的加工表面。

彈性發射加工原理

彈性發射加工方法如圖所示

對加工頭和工作臺實施數控，可實現曲面加工。EEM的數控加工裝置如圖3-11所示。

2．浮動拋光

浮動拋光裝置如圖所示 拋光機理

超精密拋光盤的制作是實現浮動拋光加工的關鍵。

3．動壓浮離拋光 動壓浮離拋光平面非接觸拋光裝置如圖所示

工作原理

加工過程中無摩擦熱和工具磨損，標準平面不會變化

該方法主要用于半導體基片和各種功能陶瓷材料及光學玻璃平晶的拋光，可同時進行多片加工。4．非接觸化學拋光

通過向拋光盤面供給化學拋光液，使其與被加工面作相對滑動，用拋光盤面來去除被加工件面上產生的化學反應生成物。這種以化學腐蝕作用為主，機械作用為輔的加工，又稱為化學機械拋光。水面滑行拋光借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光。

5．切斷、開槽及端面拋光 采用非接觸端面拋光可實現對溝槽的壁面、垂直柱狀軸斷面進行鏡面加工。

端面非接觸鏡面拋光裝置示意圖如圖所示。

該方法可用于直徑0.1mm左右的光導纖維線路零件的端面鏡面拋光以及精密元件的切斷。

第三篇：精密加工技術_電火花加工現狀與發展

電火花加工現狀與發展

電火花加工現狀與發展

張杰

（上海理工大學 機械工程學院，上海）

摘要：首先簡要地說明了電火花加工的原理、特點、分類和其在機械制造領域內的應用，繼而詳細地論述了近年來電火花加工的國內外研究現狀，最后通過對一些資料的查閱對電火花加工的發展方向以及進一步深入研究時所需要注意的問題進行了初步的探討。關鍵詞：電火花加工，電火花成形加工，電火花線切割加工，發展現狀，發展方向

Present Situation and Development of EDM

ZhangJie（School of Mechanical Engineering ,University of Shanghai for Science and

Technology,Shanghai）

Abstract : The principles ,features ,classifications of EDM and its applications in the fields of mechanical manufacturing are briefly stated, and then the research at home and abroad are presented in detail.Finally ,by the reference of several documents, some problems in need of a further investigation are proposed.Key words :EDM, Electric spark forming, wire-cut electrical discharge machining，present situation, future direction.1.概述

電火花加工是特種加工的一種。早在前蘇聯，拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時，發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創和發明了電火花加工方法。

1.1電火花加工原理

電火花加工現狀與發展

進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或將工作液充入放電間隙。通過間隙自動控制系統控制工具電極向工件進給，當兩電極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產生火花放電。

其工作原理圖如下：

1.2電火花加工特點

電火花加工是與機械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業生產的發展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性，高粘性和高純度等性能的新材料不斷出現，具有各種復雜結構與特殊工藝要求的工件越來越多。電火花加工法能夠適應生產發展的需要，并在應用中顯示出很多優異性能，電火花加工的特點概括如下：

（1）直接利用電腦進行加工，便于實現自動化，適于特殊材料和復雜形狀的加工。脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。

（2）適用的材料范圍廣。脈沖放電持續時間極短，放電時產生的熱量傳導擴散范圍小，材料受熱影響范圍較小，可以加工任何高強度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導電材料。

（3）工具電極制造容易。加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極校工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。

（4）可以再同一臺機床連續進行粗，半精及精加工。脈沖參數可依據需要調節，可在同一臺機床上進行粗加工、半精加工和精加工。可以改革工件結構，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。

1.3電火花加工分類

按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同,大致可分為電火花成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜磨、電火花同步共軛回轉加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強化與刻字六大類。前五類屬電火花成形、尺寸加工，是用于改變零件形狀或尺寸的加工方法；后者則屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質。以上方法中以電火花成形加工和電火花線切割應用最為廣泛。

1.3.1電火花成形加工

該方法是通過工具電極相對于工件作進給運動，將工件電極的形狀和尺寸復制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。

電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。

電火花加工現狀與發展

電火花穿孔加工主要用于型孔（圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔）、曲線孔（彎孔、螺旋孔）、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發展了高速小孔加工，取得良好的社會經濟效益。典型機床有D7125,D7140等電火花穿孔成形機床。

1.3.2電火花線切割加工

該方法是利用移動的細金屬絲作工具電極，按預定的軌跡進行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國普通采用高速走絲線切割，近年來正在發展低速走絲線切割，高速走絲時，金屬絲電極是直徑為φ0.02～φ0.3mm的高強度鉬絲，往復運動速度為8～10m/s。低速走絲時，多采用銅絲，線電極以小于0.2m/s的速度作單方向低速運動。線切割時，電極絲不斷移動，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達 0.0lmm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達1.6 或更小。

目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模（沖孔和落料用）、樣板以及各種形狀復雜型孔、型面和窄縫、凸輪、成形刀具、精密細小零件和特殊材料，試制電機、電器等產品等。典型機床有DK7725,DK7740數控電火花線切割機床。

1.3.3其他電火花加工方式

剩下的電火花加工方式應用較少，不是主流。包括：

電火花內孔、外圓和成形磨削：用于加工高精度、表面粗糙度值小的小孔，如拉絲模、擠壓模、微型軸承內環、鉆套等和加工外圓、小模數滾刀等。典型機床有D6310電火花小孔內圓磨床等。

（2）電火花同步共軛回轉加工：用于加工各種復雜型面的零件，如高精度的異形齒輪，精密螺紋環規，高精度、高對稱度、表面粗糙度值小的內、外回轉體表面等。典型機床有JN-2,JN-8內外螺紋加工機床。

（3）電火花高速小孔加工：用于加工線切割穿絲預孔，深徑比很大的小孔，如噴嘴等。典型機床有D703G電火花高速小孔加工機床。

（4）電火花表面強化、刻字：用于電火花刻字、打印記。典型設備有D9105電火花強化機等。

1.4電火花加工用途

目前電火花加工已廣泛應用于模具制造、航天航空、電子、電機電器、精密機械、儀器儀表、汽車、輕工業等行業，以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題，加工范圍已達到小到幾微米的小孔、軸、縫，大到幾米的超大型模具和零件。電火花加工的主要用途可以概括為以下幾項：

（1）用于模具生產中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業的主導加工方法，推動了模具行業的技術進步。可以用于制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。（2）加工小孔、畸形孔以及在硬質合金上加工螺紋螺孔。（3）在金屬板材上切割出零件。（4）加工窄縫。

（5）磨削平面和圓面。

（6）其它（如強化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復雜的零件等）。

2.發展歷程及技術成果

2,1電火花加工發展歷程

早在十九世紀，人們就發現了電器開關的觸點開閉時，因為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現象叫做電腐蝕。

電火花加工現狀與發展

二十世紀四十年代初，人們進一步認識到，在液體介質中進行重復性脈沖放電時，能夠對導電材料進行尺寸加工，因此，創立了“電火花加工法”。

五十年代，改進為電阻-電感-電容等回路。同時，還采用脈沖發電機之類的所謂長脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對損耗降低，隨后又出現了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產率得以提高。

六十年代出現了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴大了粗精加工的可調范圍。

七十年代出現了高低壓復合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進展。在控制系統方面，從最初簡單地保持放電間隙，控制工具電極的進退，逐步發展到利用微型計算機，對電參數和非電參數等各種因素進行適時控制。

電火花加工技術經歷了手動電火花加工、液壓伺服、直流電機、步進電機、交流伺服電機等一系列過程。控制系統也越來越復雜，從單軸數控到3軸數控、再到多軸聯動。20世紀90年代初期，3軸電火花機在國內還是空白，主要是從日本和瑞士引進。直到90年代中期，我國才開始步入國內電火花加工機的真正快速發展軌道，后來在此基礎上又生產研發了4軸4聯動電火花加工機。

2,2電火花加工技術成果

2.2.1對電火花加工優缺點的總結

電火花加工屬于電脈沖放電腐蝕類，被加工的工件是好的導電材料，而且最好是優良的導電材料且不含雜質。

電火花加工的優點：

（1）電火花加工，最擅長對付那些高硬度的（一般的機械加工難以實現的）金屬的加工（2）電火花加工尤其適合細、窄縫類（普通機械加工難以做到的）、清角位等的加工。

電化花加工的缺點：

（1）不能加工不導電的材料；

（2）加工過程中，有因為使用控制不良，引起火災的安全隱患；（3）加工效率較低（相對機械加工來講）；

（4）加工過程造成被加工件的內應力增加而變形，加工尺寸精度不高。

2.2.2影響其加工精度的因素的總結

與傳統的機械加工一樣，機床本身的各種誤差，工件和工具電極的定位、安裝誤差都會影響到電火花加工的精度。另外，與電火花加工工藝有關的主要因素是放電間隙的大小及其一致性、工具電極的損耗及其穩定等。概括為以下幾個方面：（1）表面粗糙度

電火花加工表面的粗糙度取決于放電蝕坑的深度及其分布的均勻程度，只有在加工表面產生淺而分布均勻的放電蝕坑，才能保證加工表面有較小的粗糙度值。（2）加工間隙(側面間隙)的影響

加工間隙的大小及其一致性直接影響電火花成形加工的加工精度。只有掌握每個規準的加工間隙和表面粗糙度的數值，才能正確設計電極的尺寸，決定收縮量，確定加工過程中的規準轉換。

（3）加工斜度的影響

在加工中，不論型孔還是型腔，側壁都有斜度，形成斜度的原因，除電極側壁本身在技術要求或制造中原有的斜度外，一般都是由電極的損耗不均勻，以及“二次放電”等因素造成的。這些因素包括電極損耗、工作液臟污程度、沖油或抽油、加工深度等。（4）楞角倒圓的原因及規律

電火花加工現狀與發展

電極尖角和楞邊的損耗，比端面和側面的損耗嚴重，所以隨著電極楞角的損耗導致楞角倒圓，加工出的工件不可能得到清楞。而且，隨著加工深度的增加，電極楞角倒圓的半徑增大。但超過一定加工深度，其增大的趨勢逐漸緩慢，最后停留在某一最大值上。楞角倒圓的原因除電極的損耗外，還有放電間隙的等距離性。

2.2.3影響其加工后表面粗糙度的因素的總結

（1）脈沖能量越大，加工速度越高，Ra值越大。（2）工件材料越硬、熔點越高，Ra值越小。

（3）工件電極的表面粗糙度越大，工件的Ra值越大。

3.電火花加工的國內外研究基本現狀

近年來電火花線切割加工無論在加工過程控制,還是改進加工工藝方面都取得了許多新的進展。主要表現在突破了許多傳統觀念的束縛,產生了一些新的加工方法,以及一些新的控制和檢測方式。

往復走絲電火花線切割機床的走絲速度為6～12 m/s，是我國獨創的機種。自1970年9月由

電火花加工現狀與發展

微電子、數控、電力半導體、機械技術、電氣技術等，是多方面、多學科集成的產品，是比較復雜的高科技產品。國內現在顯然還沒有一個能夠獨立進行原始創新的團隊，因此注定要經歷一個長時間痛苦的積淀過程，電火花加工技術正不斷向精密化、自動化、智能化、高效化等方向發展。我國務必要緊跟電火花加工技術發展步伐，才能立足世界。如今新型數控電火花機床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等機床在這方面技術都有了全面的提高。（1）電火花加工的精密化核心主要體現在對尺寸精度、仿形精度、表面質量的要求。時下數控電火花機床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。

（2）自動化指目前最先進的數控電火花機床在配有電極庫和標準電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個電火花加工過程便能日以赴繼地自動運轉，幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉降低了操作人員的勞動強度、提高生產效率。但自動裝置配件的價格比較昂貴，大多模具企業的數控電火花機床的配置并不齊全。數控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續加工等功能已較好地發揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工干預，可以提高加工精度、效率。

（3）智能化：智能控制技術的出現把數控電火花加工推向了新的發展高度。新型數控電火花機床采用了智能控制技術。專家系統是數控電火花機床智能化的重要體現，它的智能性體現在精確的檢測技術和模糊控制技術兩方面。專家系統采用人機對話方式，根據加工的條件、要求，合理輸入設定值后便能自動創建加工程序，選用最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監測、調整加工過程，實現加工過程的最優化控制。目前智能化技術不斷地升級，使得智能控制技術的應用范圍更加的廣泛。隨著市場對電加工要求的提升，智能化技術將獲得更為廣闊的發展空間。

（4）高效化：現代加工的要求為數控電火花加工技術提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如這不但縮短了加工時間且省卻后處理的麻煩，同時提升了模具品質，使用粉末加工設備可達到要求。另外減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等)，這就需要增強機床的自動編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。

4.未來發展方向

先進制造技術的快速發展和制造業市場競爭的加劇對電火花成形加工技術提出了更高要求，同時也為電火花成形加工技術加工理論的研究和工藝開發、設備更新提供了新的動力。

今后電火花成形加工的加工對象應主要面向傳統切削加工不易實現的難加工材料、復雜型面等加工，其中精細加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發展重點。同時，還應注意與其它特種加工技術或傳統切削加工技術的復合應用，充分發揮各種加工方法在難加工材料加工中的優勢，取得聯合增值效應。相對于切削加工技術而言，電火花成形加工技術仍是一門較年輕的技術，因此在今后的發展中，應借鑒切削加工技術發展過程中取得的經驗與成果，根據電火花成形加工自身的技術特點，選用適當的加工理論、控制原理和工藝方法，并在己有成果的基礎上不斷完善、創新。電火花成形加工機床向數控化方向發展的趨勢已不可逆轉，但應注意不可盲目追求“大而全”，應以市場為導向，建立具有開放性的數控體系。總體而言，電火花成形加工技術今后的發展趨勢應是高效率、高精度、低損耗、微細化、自動化、安全、環保等。

對電火花加工而言，電火花成形機下一步的發展空間在精密微細和特殊材料兩個方面。特殊材料（如航空航天領域用的材料）專機，窄槽窄縫、異型腔的加工，精密模具等領域都是發展重點。在精加工方面，曾經有過高速銑要代替電火花的傳言，現在證明這是不現實的。

電火花加工現狀與發展

現在粗加工、大電流的火花機又有回頭的趨勢，在家電、汽車很多行業中應用。人類新開發出來的導電的特殊材料都可進行放電加工，而高速銑通常很難實現。精密微細加工比如噴絲板等微小型零件都離不開電火花加工；航空航天領域中很多零部件需要多軸聯動電火花加工。我們國家在專用機型上有創新的能力，有很大的空間。

5.需要進一步研究的問題

電火花加工雖然發展迅速，但仍然存在一些問題，經過對一些資料的查閱，這些問題可以總結為以下幾條：

（1）一般加工速度較慢，生產率低于切削加工 安排工藝時可采用機械加工去除大部分余量，然后再進行電火花加工以求提高生產率。最近新的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液進行電火花加工，其生產率甚至高于切削加工。

（2）存在電極損耗和二次放電 電極損耗多集中在尖角或底面，最近的機床產品已能將電極相對損耗比降至0.1％，甚至更小；電蝕產物在排除過程中與工具電極距離太小時會引起二次放電，形成加工斜度，影響成型精度，（3）工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩。

（4）由于電級絲是往復使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質量降低。（5）放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導致電極損耗，影響成形精度。（6）電極之間需要始終保持確定的距離。（7）電火花需要達到足夠高的電流密度。（8）脈沖性放電是一個難題。

（9)如何及時有效的排除電蝕產物值得進一步的研究。

近年來隨著特種加工技術在現代制造技術中的發展和廣泛應用，國家很重視特種加工行業發展，我國的特種加工機床擁有量較高，也具有很大的生產規模，但在高端機床裝備方面，與發達國家還有明顯的差距，在加工精度、加工質量以及自動化程度等方面都有很大的提升空間。電火花加工技術中遇到的難題也將在這一趨勢中不斷被解決。我們相信，電火花加工技術將會不斷成熟，并為我們帶來巨大的價值。

參考資料：盧秉恒．機械制造技術基礎．北京．機械工業出版社，２００７． 王貴成，張銀喜．精密與特種加工．武漢．武漢理工大學出版社，２００９．

劉志東，高長水．電火花加工工藝及應用．北京．國防工業出版社，２０１１．

湯傳建．液中噴氣電火花加工試驗及機理研究．上海．上海交通大學機械與動力工程學院，２００８． 徐安陽，劉志東等．功能電極電火花誘導燒蝕加工模具鋼Ｃｒ１２實驗研究．南京．南京航空航天大學機電學院，２０１２．

第四篇：特種加工技術的發展和展望

《特種加工》課程論文

題 目：特種加工技術的發展和展望

姓 名：郭健朗

學 號：1 3 4 1 1 0 1 0 8 6

院 系： 機 械 與 能 源 工 程 系

專 業：機 械 設 計 制 造 及 其自 動 化

指導老師：雷先明

特種加工技術的發展和展望

摘 要: 全面介紹了特種加工技術的類型及發展現狀, 指出了其優勢和存在的問題;闡述了電火花加工、電解加工、電子束加工、超聲波加工、激光加工、化學機械復合加工、水噴射加工等加工方法;探討了各種加工方法的工作要素、加工特點及應用;最后, 指出了特種加工的發展趨勢。

Abstract: the author introduces the types and current situation of the development of special processing technology, points out its advantages and problems;describes the electrical discharge machining, electrochemical machining, electron beam machining, ultrasonic machining, laser processing, chemical mechanical processing, water jet machining processing method;discusses the processing characteristics and application of work elements, all kinds of processing methods;finally, points out the development trend of special machining 關鍵詞: 特種加工;電火花加工;電解加工;電子束加工;超聲波加工

Key words: special machining;EDM;electrochemical machining;electron beam machining;ultrasonic machining 1.引言

特種加工(又稱非傳統加工)是二次世界大戰后發展起來的一類有別于傳統切削與磨削加工方法的總稱。特種加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上,從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等;特種加工 方法可以完成傳統加工方法難以實現的加工, 如高強度、高韌性、高硬度、高脆性、耐高溫材料和工程陶瓷、磁性材料等難加工材料的加工以及精密、微細、復雜形狀零件的加工等。

特種加工技術有以下幾個特點:⑴加工方法主要不是依靠機械能, 而是用其他能量(如電能、光能、聲能、熱能、化學能等)去除材料。⑵傳統加工方法要求刀具的硬度必須大于工件的硬度, 即“以硬切軟;而對于特種加工,由于工具不受顯著切削力的作用,特種加工對工具和工件的強度、硬度和剛度均沒有嚴格要求。⑶加工沒有明顯的切削力作用,一般不會產生加工硬化現象, 又由于工件加工部位變形小,發熱少,或發熱僅局限于工件表層加工部位,工件熱變形小,由加工產生的應力也小,易于獲得好的加工質量,且可在一次安裝中完成工件的粗、精加工。⑷特種加工中能量易于轉換和控制,有利于保證加工精度和提高效率。⑸特種加工方法的材料去除速度一般低于常規加工方法,這也是目前常規加工方法在機械加工中仍占主導地位的主要原因。

2.特種加工技術

特種加工有多種分類方法:如按加工過程材料增減可分為去除加工、結合加工和變形加工等;按作用能源可分為機械能、熱能、化學能、復合能等。

2.1 電火花加工

電火花加工的工作原理;是利用工具電極與工件電極之間的火花放電:產生瞬時高溫將金屬熔化,電火花加工過程可分為四個階段: ①介質電離、被擊穿, 形成放電通路;②形成火花放電,工件電極產生熔化、氣化;熱膨脹;③拋出蝕除物;④間隙介質消電離(恢復絕緣狀態)。電火花加工的工作要素包括電極材料、工作液、放電間隙、脈沖寬度與間隔等。對工具電極的基本要求是導電、損耗小、易加工。常用的工具電極材料有紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等,其中又以紫銅和石墨最為常用。工作液是電火花加工中必不可少的介質,其主要功用是壓縮放電通道區域,提高放電能量密度和加速蝕除物的排出。常用的工作液有煤油、機油、去離子水、乳化液等。合理的放電間隙是保證火花放電的必要條件。為保持適當的放電間隙, 在加工過程中, 需采用自動調節器控制機床進給系統,并帶動工具電極緩慢向工件進給。

電火花加工特點是:① 電火花加工不受加工材料硬度限制,可加工任何硬、脆、韌、軟的導電材料。②加工時無顯著作用力,發熱小(發熱僅局限于放電區極小范圍內),適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等,且加工質量好。精加工時,加工尺寸

精度可達0.005～0.01mm, 表面粗糙度可達Ra 為0.1～0.05um。③脈沖參數調整方便,可一次安裝完成粗、精加工。④易于實現自動化。目前,實際應用的電火花加工主要有兩種類型,即電火花成形加工和電火花線切割。2.1.1電火花成形加工

主要指孔加工和型腔加工。電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工,以及葉輪、葉片等曲面加工。

2.1.2 電火花線切割

用連續移動的鉬絲(或銅絲)做工具陰極,工件為陽極。機床工作臺帶動工件在水平面內做互相垂直方向的移動,可切割出二維圖形。絲架也可做小角度擺動,可切割出斜 面。電火花線切割廣泛用于加工各種硬質合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復雜的板類零件、窄縫、柵網等。電火花線切割加工按走絲速度可分為快走絲和慢走絲兩類。快走絲速度一般為l0m/s, 電極絲可往復移動,并可以循環反復使用(使用一段時問后需進行更換).慢走絲速度為2～8m/min,單向運動,電極絲一次性使用。慢走絲線切割走絲平穩,無振動,電極絲損耗小,加工精度高。

2.2 電解加工

電解加工的工作原理 是工件接陽極,工具(銅或不銹鋼)接陰極,兩極間加6～24V 的直流電壓,極間保持0.1～1mm的間隙。在間隙處通以6～60m/s高速流動的電解液,形成極間導電通路,工件表面材料不斷溶解,其溶解物及時被電解液沖走。工具電極不斷進給,以保持極間間隙。

電解加工的特點是:①不受材料硬度的限制,能加工出任何高硬度、高韌性的導電材料, 并能以簡單的進給運動一次加工出形狀復雜的形面和型腔。②電解加工比電火花加工的形面和型腔效率高5～10倍。③加工過程中陰極損耗小。加工表面質量好,無毛刺、無殘余應力和變形層。④加工設備投資較大, 有污染, 需防護。

電解加工廣泛應用于模具的型腔加工,槍炮的膛線加工,發電機的葉片加工,花鍵孔、內齒輪、深孔加工,以及電解拋光、倒棱、去毛刺等。

電解磨削是利用電解作用與機械磨削相結合的一種復合加工方法。工件接直流電源正極, 高速回轉的導電磨輪接負極,兩者保持一定的接觸壓力,導電磨輪表面突出的磨料使磨輪導電基體與工件之間有一定的間隙。當電解液從問隙中流過并接通電源后,工件產生陽極溶解, 工件表面上生成一層稱為陽極膜的氧化膜, 其硬度遠比金屬本身低, 極易被高速回轉的磨輪刮除,使新的金屬表面露出,繼續進行電解。電解作用與磨削作用交替進行,電解產物被流動的電解液帶走,使加工繼續進行,直至達到加工要求。

電解磨削效率比機械磨削高,且導電磨輪損耗遠比機械磨削小,特別是磨削硬質合金時, 效果更明顯。

2.3 電子束加工

電子束加工的工作原理是在真空條件下,利用電流加熱陰極發射電子束,經控制柵極初步聚焦后, 由加速陽極加速, 通過透鏡聚焦系統進一步聚焦, 使能量密度集中在直5～10um 的斑點內。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上,被沖擊點處形成瞬時高溫(在幾分之一微秒時間內升高至幾千攝氏度),工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發去除。電子束加工的特點及應用是: ①電子束束徑最小可達0.01～0.005 mm,長度可達束徑的幾十倍,故可加工微細深孔和窄縫。②材料適應性廣,原則上各種材料均可加工,特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。③加工速度較高,切割1mm 厚的鋼板, 切割速度可達240mm/min。④在真空中加工,無氧化,特別適于加工高純度半導體材料和易氧化的金屬及合金。⑤加工設備較復雜,投資較大,多用于微細加工。

2.4 超聲波加工

超聲波加工的工作原理;是利用超聲波發生器將工頻交流電能轉變為有一定功率輸出的超聲頻電振蕩, 通過換能器將超聲頻電振蕩轉變為超聲機械振動。此時振幅一般較小,再通過振幅擴大棒(變幅桿),使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。利用工具端面的超聲(16～25kHz)振動,使工作液(普通水)中的懸浮磨粒(碳化硅、氧化鋁、碳化硼或金剛石粉)對工件表面產生撞擊拋磨,實現加工。超聲波加工的特點及應用:①適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料, 如玻璃、陶瓷、半導體、寶石、金剛石等。②可加工各種復雜形狀的型孔、型腔、形面。③被加工表面無殘余應力, 無破壞層, 加工精度較高, 尺寸精度可達0.01～0.05 mm。④加工過程受力小, 熱影響小,可加工薄壁、薄片等易變形零件。⑤單純的超聲波加工,加工效率較低。采用超聲復合加工(如超聲車削、超聲磨削、超聲電解加工、超聲線切割等),可顯著提高加工效率。

2.5 激光加工

激光是一種受激輻射而得到的加強光。其基本特征是: 強度高,亮度大;波長頻率確定, 單色性好,相于性好, 相干長度長, 方向性好,幾乎是一束平行光。由激光器發出的激光, 經光學系統聚焦后,照射到工件表面上,光能被吸收,轉化為熱能,使照射斑點處局部區域溫度迅速升高,此處材料被熔化、氣化而形成小坑。由于熱擴散,使斑點周圍材料熔化,小坑內材料蒸氣迅速膨脹, 產生微型爆炸,將熔融物高速噴出并產生一個方向性很強的反沖擊波,于是在加工表面上打出一個上大下小的孔。

激光加工的特點及應用:①加工材料范圍廣,可加工各種金屬和非金屬材料,特別適用于加工高熔點材料、耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。②激光可透過透明材料進行加工。③激光加工為非接觸加工,工件無受力變形,受熱區域小,工件熱變形小,加工精度高。④可進行微細加工。激光聚焦后焦點直徑理論上可小至0.001mm 以下,實際上可實現0.01mm 的小孔加工和窄縫切割。激光切割廣泛用于切割復雜形狀的零件、柵網等。在大規模集成電路的制作中, 可用激光進行切片。⑤ 加工速度快。例如在寶石上打孔,加工時間僅為機械方法的1%。⑥激光加工不僅可以打孔和切割,也可進行焊 接、熱處理等工作。⑦激光加工可控性好,易于實現加工自動化,但加工設備昂貴。

2.6 化學機械復合加工

化學加工是利用酸、堿和鹽等化學溶液對金屬或某些非金屬工件表面產生化學反應, 腐蝕溶解而改變工件尺寸和形狀的加工方法。如果僅進行局部有選擇性的加工,則需對工件上的非加工表面用耐腐蝕性涂層覆蓋保護起來,而僅露出需加工的部位。化學機械復合加工是指化學加工和機械加工的復合。化學機械復合加工是一種超精密的精整加工方法, 可有效地加工陶瓷、單晶藍寶石和半導體晶片,化學機械復合加工可防止通常機械加工用硬磨料引

起的表面脆性裂紋和凹痕,避免磨粒的耕犁引起的隆起以及擦劃引起的劃痕,可獲得光滑無缺陷的表面。

化學機械復合加工中常用的方法有機械化學拋光和化學機械拋光。機械化學拋光使用比工件材料軟的磨料(如對Si3N4 陶瓷用Cr2O3 ,對Si 片用SiO2),靠運動磨粒本身的活性以及因磨粒與工件間的摩擦, 在微觀接觸區產生的高壓、高溫, 使很短的接觸時間內出現固

相反應。隨后這種反應生成物被運動的磨粒的機械摩擦作用去除,其去除量可小至0.1nm 級。化學機械拋光的工作原理是由溶液的腐蝕作用形成化學反應薄層,然后由磨粒的機械摩擦作用去除。

2.7水噴射加工

水噴射加工(Water Jet Machining)又稱水射流加工或水刀加工,它是利用超高壓水射流及混合于其中的磨料對材料進行切割、穿孔和表面材料去除等加工。其加工機理綜 合了由超高速液流沖擊產生的穿透割裂作用和由懸浮于液流中磨料的游離磨削作用。

水噴射加工具有如下特點: ①可加工各種金屬和非金屬材料;②切口平整,無毛邊和飛刺,可用于去除閥體、孔緣、溝槽、螺紋、交叉孔上的毛刺;③切削時無火花,無熱效應產生, 也不會引起工件材料組織變化, 適于易燃易爆物件加工;④加工潔凈,不產生煙塵或有毒氣體。

水刀加工基本可對各種材料進行處理及切割,非金屬物質,如木材、紙類、塑料、纖維、海綿等;對切割金屬或較硬的材質時,如各種石材、玻璃、陶瓷、磚等材質時,可以將80 目左右, 較細顆粒的石英砂料與水箭混流在一起, 以增強其切割能力,此種高速加砂的水刀幾乎可以切割任何材質,為此在家具制造過程中,可以用來對原木的分割和實木成型材料的分切, 使得在用料方面取得更為精確。為節約用材提供很好的途徑。

水刀加工在下料開片的切割加工中,比起與它擁有同樣功能的“ 前輩”--電鋸、電弧切割和激光切割來它有著許多優越性, 它無塵、無煙、沒有火光,在作業時,切割面上的溫度能保持不變(電弧、激光切割和鋼鋸則辦不到這一點),它不會產生強光而灼傷人眼;更不用擔心因高溫而引發火災,十分安全。然而它具有強大的“威力”,可以隨心所欲地切割加工各種工件和不同口徑的管材。對于機械制造加工,由于水刀的加入,也使得在消防防火方面得到更好的保證。

水刀自動化系統已應用于汽車內飾件加工甚至對空中客車A380 大型航空件、飛機外殼等, 高強度的碳素纖維的復雜零件表面上進行的切割、修邊、開孔等加工任務。為制造領域開辟了新的天地,而且它可以在幾乎完全自然的條件下加工, 因此對已完成的上道工序, 基本不會產生任何影響。更沒有任何粉塵的危害,也不會有刀刃磨損的缺點。水刀還可以做水下作業,對沉船的切割、修理可以得到絕無僅有的效果。可能在未來對潛水艇的自救也能開辟一種新的可能。

水刀切割加工速度極高, 尺寸精度、加工的質量較高,不需要第二次加工。同樣也可以不用擔心水的加工影響材料的含水量,極高的速度幾乎不能讓水分留下。操作程序簡單易行, 編輯程序可以隨時調用, 有記憶功能。水刀的一般零配件使用壽命較長,機械可使用時間長, 相對成本較低。水刀切割時不會產生灰塵及有毒氣體, 可提供一個較為清潔及安全的工作環境, 更重要的是,水刀是以水作為切割的刀具,不用像其它的切削刀具需要刃磨,它是一把永不磨損型的刀具, 因此水刀以其獨特的優勢,在未來的各種加工制造中, 一定會有更廣泛的應用前景。

3.特種加工技術的展望

特種加工技術是先進制造技術的重要組成部分, 隨著難加工材料、特殊結構零件需求的日益增加, 特種加工技術近十幾年來得到了快速發展,在世界范圍內越來越受到人們的重視, 發揮的作用也越來越大。特種加工采用不同的能量形式加工零件,相對于傳統的切削加工技術, 特種加工普遍具有以柔克剛、加工力影響較小等優勢。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:1)采用自動化技術。2)趨向精密化研究。3)開發新工藝方法及復合工藝。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。5)進一步開拓特種加工技術。細微化是特種加工技術發展的重要趨勢,由于當前的工業產品越來越追求小型化和微型化,微細結構和微細零件的加工需求不斷增長,同時帶動了各種制造技術向小型化、微細化發展。比如細微的電火花加工、微細電化學加工、微細的激光加工、微細離子束加工 等技術可以實現很小尺度內的加工, 這些技術在國內外都發展得很快而且得到越來越廣泛的應用。

4.結束語

特種加工技術集成了機械、電子、信息、材料技術和計算機等技術，發展異常迅速。現代特種加工技術主要是伴著高硬度、高強度、高韌性、高脆性等難切削材料的額出現，以及制造精密細小 形狀復雜和結構特殊的零件 的需要而產生的，具有其他常規加工技術無法比擬的優點，已成為航空航天、汽車、儀器、儀表、微型機械、輕工、模具等行業的支撐技術和關鍵技術 隨著科學技術和現代工業的 發展，特種加工技術必將不斷完善和迅速發展，反過來又必將推動科學技術和現代工業的發展，并發揮越來越重要的作用。

參考文獻

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第五篇：《精密與特種加工技術》課后答案

《精密與特種加工技術》課后答案

第一章

1.精密與特種加工技術在機械制造領域的作用與地位如何？

答：目前，精密和特種加工技術已經成為機械制造領域不可缺少的重要手段，在難切削材料、復雜型面、精細零件、低剛度零件、模具加工、快速原形制造以及大規模集成電路等領域發揮著越來越重要的作用，尤其在國防工業、尖端技術、微電子工業方面作用尤為明顯。由于精密與特種加工技術的特點以及逐漸被廣泛應用，已引起了機械制造領域內的許多變革，已經成為先進制造技術的重要組成部分，是在國際競爭中取得成功的關鍵技術。精密與特種加工技術水平是一個國家制造工業水平的重要標志之一。

2.精密與特種加工技術的逐漸廣泛應用引起的機械制造領域的那些變革？ 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 大大縮短新產品試制周期。

⑷ 對產品零件的結構設計產生很大的影響。

⑸ 對傳統的結構工藝性好與壞的衡量標準產生重要影響。

3.特種加工工藝與常規加工工藝之間有何關系？應該改如何正確處理特種加工與常規加工之間的關系？

答：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越來越多，常規傳統工藝必然難以適應。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。

4.特種加工對材料的可加工性以及產品的結構工藝性有何影響？舉例說明.答：工件材料的可加工性不再與其硬度，強度，韌性，脆性，等有直接的關系，對于電火花，線切割等加工技術而言，淬火鋼比未淬火鋼更容易加工。

對傳統的結構工藝性好與壞的衡量標準產生重要影響，以往普遍認為方孔，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，相反現在有時為了避免淬火產生開裂，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，難點和實現條件? 答：超微量去除技術是實現超精密加工的關鍵，其難度比常規的大尺寸去除加工技術大的多，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力越大，材料就 1 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，特種加工和復合加工四類。

2.超精密加工對刀具材料有那些要求？

答：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合性很好。化學親和性很小，摩擦因數低，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。

答：金剛石具有很高的硬度。較高的導熱系數，與有色金屬間的摩擦因數低，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行，而且單晶金剛石可以研磨達到極鋒利的刃口，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？

答：金剛石晶體的激光定向是利用金剛石在不同結晶方向上，因此晶體的結構不同，而對激光反射形成不同的衍射圖像進行的激光晶體方向的原理，由氦氖激光管產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？

答：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.典型的超精密機床有那些？

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

8.精密主軸不見有那幾種形式？說明各自的優缺點。

答：空氣靜壓軸承具有很高的回轉精度，在高速轉動時溫升很小，基本達到恒溫狀態，因此造成的熱變形誤差很小，缺點：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要求。

液體靜壓軸承的油溫隨著轉速的升高而升高，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。優點：回轉精度高《0.1微米》剛度較高，轉動平穩，無震動的特點。

9.超精密機床有哪幾種總體布局形式？各自有何特點？

答：1）雙半球空氣軸承主軸，優點：球面具有自動調心，因此可以提高前后軸承的同心度，回轉精度，缺點：電動機的轉子直接與主軸剛性連接。所以電動機轉子的回轉精度將對主軸的回轉精度產生影響。

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精度，即使軸承發生少量旋轉，也不會因和軸承咬住而損壞主軸。缺點：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，自動調心，保證同心度，回轉精度。缺點：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心，提高精度作用。

10.簡述超精密機床導軌的結構形式，并說明各自的優缺點。

答：1）液體靜壓導軌，優點：剛度高，承載能力大，直線運動精度高，且無爬行，運動平穩。缺點：導軌運動速度低。

2）空氣靜壓導軌和氣浮導軌，優點：它可以達到很高的直線運動精度，運動平穩，無爬行，且摩擦因數接近于0，不發熱。

11.簡述摩擦驅動的工作原理。

答：摩擦驅動裝置原理：倆個摩擦輪均由靜壓軸承支承，可以無摩擦運動，上摩擦輪由彈簧壓板在驅動桿上，當彈簧壓板壓力足夠時，摩擦輪和驅動桿之間無相對滑動，直流電動機驅動下摩擦輪，靠摩擦力帶動驅動桿做非常平穩的直線運動。

12.精密加工對微進給裝置的性能有何要求？

答：1）精微進給和粗進給分開，以提高微位移的精度，分辨率和穩定性。2）運動部分必須是低摩擦和高穩定度以實現很高的重復精度。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）內部連接必須可靠，盡量采用整體結構或剛性連接，否則微量進給機構，很難實現很高的重復精度。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）能實現微進給的自動控制。

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

答：固結磨料加工：具有表面精度保持性好，研磨效率高的優點。2.游離磨料加工：優點是拋光面加工變質層和表面粗糙度值都很小，缺點：不易保持平面度。

2.試述精密磨削機理。

答：微刃的微切削作用：應用較小的修整導程和休整深度對砂輪實施精細休整，其效果等同于砂輪磨粒的粒度變細。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理和特點。

答：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合金，陶瓷，剝離，半導體材料及石材等高硬度，高脆性材料。

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

5.試述超精密磨削的磨削機理。

答：超精密磨削機理，理想磨削軌跡是從接觸點開始至接觸終點結束，但由于磨削系統存在一定的彈性，實際磨削軌跡與理想磨削軌跡發生偏離。

6.試述精密研磨與拋光的機理。

答：研磨加工機理：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動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優良表面粗糙度2.拋光是指用低速旋轉的軟質彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉的低彈性材料。拋光盤加拋光劑具有一定研磨性質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？

答：研磨方法：加工方式，運動，驅動方式。2.研具的材料，形狀，表面狀態。3.磨粒的種類，材質，形狀，粒徑4.加工液的水質，油質5加工參數的研磨速度，壓力，時間，6.環境，溫度，塵埃

8.試述各種非接觸拋光的加工原理。

答：1.彈性發射加工：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時，在二者之間的拋光液主動壓流體狀態，形成一層液膜，從而使工件在浮起狀態下進行拋光3.動壓浮離拋光：保持環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行拋光4.非接觸化學拋光：通過向拋光盤面供給化學拋光液，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生的化學反應生成物。

第四章

1.電火花加工時，間隙液體介質的擊穿機理？

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

2.電火花加工的基本要求？

答：材料的可加工性主要取決與材料的熱學特性，如熔點，沸點，比熱容，導熱系數等。幾乎與其力學性能《硬度，強度》無關。

3.電火花加工機床的自動進給系統與傳統加工機床的自動進給系統有什么不同？為什么會引起這種不同？

答：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隨即變化，人工進給或恒速的“機動”進給很難滿足要求，必須采用自動進給和調節裝置。自動進給調節系統的作用是維持某一穩定的放電間隙。保證電火花加工正常而穩定的進行獲得較好的加工效果。

4分析伺服參考電壓對加工穩定性的影響。

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

5.功率VDMOS開關式脈沖電源的特點。

答：VDMOS技術的發展，是高頻大功率開關技術日趨成熟，為提高大功率MOS管功率晶體管脈沖電源的開關沖擊性能，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。

答：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，就能發生了融化，氣化的相變過程，電極表面出現了微觀相變區。

7．電火花加工時，油杯的作用？ 答：工作液循環過濾

第五章

1.電火花線切割加工的工藝和機理與電火花成形加工有那些相同點和不同點？

答：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，實現零部件的加工，所不同的是電火花切割加工不需要制造復雜的成形電極，而是利用移動的金屬絲《鋼絲，銅絲》作為工具電極，工件接照預定的軌跡運動，切割出所需的各種尺寸和形狀。《基本原理》

1）需要制造復雜的成形電極。2）方便快捷的加工薄壁，宅槽，異型孔等復雜結構零件。3）一般采用精準規一次加工成形，在加工過程中大都不需要轉換加工規準。4）由于采用移動的電極絲進行加工，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。容易實現安全，無人操作。6）沒有穩定的拉弧放 5 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。

2.線切割加工的生產率和脈沖電源的功率。輸出電流大小等有關。用什么方法，標準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》？

答：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，欲維持穩定加工，放電峰值電流，又不能太小，否則加工將不穩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小的表面粗糙度值，應控制單個脈沖能量，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及其影響因素。

答：1.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及其影響因素。

答：切割速度，加工表面粗糙度，加工精度，電參數，對線切割加工工藝指標的影響最為主要，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.電化學加工從加工原理上共分為多少類？從原理，機理上來分析，電化學加工有無可能發展成為原子級的加工技術？

答：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行鍍覆加工3.電化學加工與其他加工方法結合完成的電化學復合加工

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。不能發展成為原子級加工技術。

2.點解加工中的陽極和陰極與蓄電池中的正，負極有何區別？二者的電流方向相同么？ 答：以工件為陽極《接直流電源正極》，工具為陰極《接直流電源負極》

3.請分析陽極鈍化現象在點解加工中及在電化學機械加工中的優缺點，電化學機械加工與純電化學加工及純機械加工各有什么優缺點？

答：在點解加工中，鈍化膜缺點是阻止陽極溶解，優點是當側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。復合加工同上。

電解加工的特點：1）能以簡單的直線進給運動一次加工出復雜的型面和型腔。2）可以加工 6 高硬度，高強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，工件不產生內應力和變形。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力5）與其他加工方法相比生產率較高6）加工過程中工具電極不損耗。

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

電化學機械復合加工優點：1）加工范圍廣，生產率高2）加工精度和表面質量優良3）機械磨具磨損小4）控制條件好，通過控制點參量實現自動控制5）成本低6）對機床精度要求低，腐蝕性小。

缺點：電化學機械復合加工需要增加一套電化學加工系統。如直流電源，循環裝置等，另外，機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。

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

2.激光與普通光相比有何特點？為什么激光可直接用于材料的蝕除加工，而普通光則不能？ 答：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到的極高的單色性，光線的發散度小，相干性是區別激光和普通光源的重要特性

3.簡述影響激光打孔質量的因數，并舉例說明采用什么措施可以提高激光打孔的工藝質量？ 答：1）光打孔工藝規律：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）聚焦與發散角：發散角小的激光束，經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，要設法減小激光的發散角，并盡可能采用短焦距加工。但短焦距不適合加工深孔。

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

4）光斑內能量的分布：激光束經聚焦后光斑內各部分的光強是不同的，若光強以焦點中心對稱分布。稱為基模光束。這時光強最大，打出的孔是圓形的。

5）激光照射次數：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。工件的熱學物理常數對加工有有影響。如熔點沸點，導熱系數高的難以加工，另工件表面粗糙度值越小，其吸收率就越低，加工出的深度狀態明顯。

4.激光切割，激光焊接和激光處理的原理有何不同？

答：激光切割：是利用經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。

焊接過程屬于傳導焊接。即激光輻照加工工件表面，產生的熱量通過熱傳導向內部傳遞，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化的工件表面，使工件表層材料產生相變或熔化，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，疲勞強度。

5.常用的激光器有那些？各有何特點？并說明其各自的應用范圍。

答：紅寶石激光器：機械強度大，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，良好的熱穩定性，熱導率高，熱膨脹系數小，用于打孔，焊接，熱處理，打標記，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形狀，尺寸有較大的自由度。氦-氖激光器：頻率穩定性好，壽命長，價格低。適用于全息照相，準直測量和激光干涉測量。

第八章

1.超聲波加工設備的進給系統有何特點？超聲波加工時，工具系統的振動有何特點？ 答：超聲波的機械振動經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。超聲波在金屬棒內主要以縱波形式傳播，引起桿內各點沿波的前進方向，一般接正弦規律在原地作往復振動，并以聲速傳導到工具端面，使工具端面作超聲波振動

2為什么超聲波加工技術特別適合于加工硬脆材料？

答：空化作用：是指當工具端面以很大的加速度離開工具表面時，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作表面材料的微裂紋處，當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，農業或其他行業中的應用情況。

答：1.超聲波加工型腔，型孔，具有精度高表面質量好的優點.2.切割脆硬的半導體材料3.超聲波就清洗，精密零件中的細小孔，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，特點及應用范圍。

答：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，其能量的大部分轉變為熱能，使被沖擊部分的工件材料達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：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百分之九十以上，因而生產率高4.可以通過磁場或電場對電子束的強度位置，聚焦進行控制，從而實現自動化5.由于在真空中進行，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備，所以費用昂貴。

應用：1.電子束打孔，在航天，電子，化纖及制革上應用2.電子束可焊接的材料范圍廣，有利于焊接熔點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用范圍，并比較它與電子束技工的優缺點。

答：離子束加工是利用離子束對材料進行成形或表面改進的方法。在真空條件下，將由離子源產生的離子。經過加速，投射到材料表面，產生濺射和注入效應。它是靠微觀的機械撞擊能量束加工的。

主要應用在：利用離子撞擊和濺射效應的離子束刻蝕，離子濺射鍍膜和離子鍍，以及離子注入效應的離子注入。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的原理和特點。

答：超高壓水射流本身具有較高的剛性，在于工件發生碰撞時會產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與低速區。表面雖為圓柱形，而內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。尤其適合于惡劣的工作環境和防燥要求的危險環境工作。

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用。

答：純水切割噴嘴用于切割密度較小，硬度較低的非金屬軟質材料，噴嘴內孔的直徑范圍為0.08-0.5mm，切割噴嘴的直徑范圍為0.5-1.65mm。

3.試述往復式增壓器的工作原理。

答：增壓器交替往復運動，不斷輸出超高壓水，直至達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。

答：影響超高壓水射流切割深度的工藝因數較多，包括射流的工作介質，噴射的壓力，作用面積，切割時間，工件的材質，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有關，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？

答：等離子體具有極高的能量密度，其原有有以下三個方面：1.機械壓縮效應，電弧在被迫通過噴嘴噴出時，通道對電弧產生機械壓縮作用2.熱收縮效應。噴嘴的內部通入冷卻水。噴嘴內壁受到冷卻，溫度降低，靠近內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。由于電弧電流周圍磁場的作用，迫使電弧產生強烈的收縮作用，使電弧變得更細，電弧區中心的電流密度更大，使電弧更穩定。

以上三種壓縮效應的綜合作用下，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.在擠壓洐磨技術有那些特點？舉例說明其實際應用情況。

答：擠壓洐磨的工藝特點：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，影響加工質量的因數主要有那些？

答：磨料噴射加工是利用磨料與壓縮氣體混合后經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，達到加工目的。

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

4在磁性磨料研磨加工過程中，影響加工質量的因素主要有哪些？ 答：1.強度的影響2.加工間隙的影響3.磁極形狀的影響。

5.光刻加工技術的基本過程通常包括哪些步驟？如何提高其加工精度？ 答：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？

答：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。