第一篇：特種加工考試題(附有答案)全解

一、填空題（15分，每空1分）

1、特種加工主要采用 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。（1分）

2、電火花加工原理是基于 工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象，來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀和表面質量等預定的加工要求。（2分）

3、電火花加工系統主要由 工件和工具、脈沖電源、自動進給和調節裝置

幾部分組成。（3分）

4、在電火花加工中，提高電蝕量和加工效率的電參數途徑有：提高脈沖頻率、增加單個脈沖能量、減少脈沖間隔。（3分）

5、電火花加工的表面質量主要是指被加工零件的 表面粗糙度、表面變質層、表面力學性能。（3分）

6、電火花加工的自動進給調節系統主要由以下幾部分組成：測量環節、比較環節、放大驅動環節、執行環節、調節對象。（3分）

7、電火花成型加工的自動進給調節系統，主要包含 伺服進給控制系統 和 參數控制系統。（2分）

8、電火花加工是利用電火花放電腐蝕金屬的原理，用工具電極對工件進行復制加工的工藝方法，其應用范圍分為兩大類：穿孔加工、型腔加工。（2分）

9、線切割加工是利用 移動的、作為負極的、線狀電極絲 和工件之間的脈沖放電所產生的電腐蝕作用，對工件加工的一種工藝方法。（2分）

10、快走絲線切割機床的工作液廣泛采用的是 乳化液，其注入方式為 噴入式。（2分）

11、線切割機床走絲機構的作用：是使電極絲以一定的速度運動，并保持一定的張力。（2分）

12、線切割控制系統作用主要是：1）自動控制電極絲相對于工件的運動軌跡；2）自動控制伺服的進給速度。（2分）

13、快速成形技術（RP）最早產生于二十世紀70年代末到80年代初，目前RP技術的主流是： SLA立體光造型、LOM薄材疊層制造、SLS激光燒結、FDM熔融成型 四種技術。（4分）

14、快速成型的數據接口主要有：快速成型技術標準數據格式即STL格式 和 快速成型設備的通用數據接口即CLI 格式。（2分）

二、判斷題（15分，每題1分）

1、目前線切割加工時應用較普遍的工作液是煤油。（錯）

2、在型號為DK7740的數控電火花線切割機床中，D表示電加工機床。（對）

3、線切割機床通常分為兩大類，一類是快走絲，另一類是慢走絲。（對）4、3B代碼編程法是最先進的電火花線切割編程方法。（錯）

5、離子束加工必須在真空條件下進行。（對）

6、電火花加工中的吸附效應都發生在陰極上。（錯）

7、線切割加工一般采用負極性加工。（錯）

8、電火花穿孔加工時，電極在長度方向上可以貫穿型孔，因此得到補償，需要更換電極。（錯）

9、弛張式脈沖電源電能利用率相當高，所以在電火花加工中應用較多。（錯）

10、電火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求電規準的調節范圍相對較大。

（對）

11、電火花成型加工屬于盲孔加工，工作液循環困難，電蝕產物排除條件差。

（對）

12、電火花加工的粗規準一般選取的是窄脈沖、高峰值電流。（錯）

13、在采取適當的工藝保證后，數控線切割也可以加工盲孔；（錯）

14、當電極絲的進給速度明顯超過蝕除速度，則放電間隙會越來越小，以致產生短路。（對）

15、通常慢走絲線切割加工中廣泛使用直徑為0.1 mm以上的黃銅絲作為電極絲。（對）

1、快走絲線切割加工中，常用的電極絲為鉬絲。（對）2、3B代碼編程法是最先進的電火花線切割編程方法。（錯）

3、電火花線切割加工可以用來制造成形電極。（對）

4、快走絲線切割的電極絲材料比慢走絲差，所以加工精度較后者低。（錯）

5、電子束加工必須在真空條件下進行。（對）

6、電火花加工中的吸附效應都發生在陽極上。（對）

7、線切割加工一般采用正極性加工。（對）

8、電火花成型加工時，電極在長度方向上損耗后無法得到補償，需要更換電極。（對）

9、電火花成型加工中的自動進給調節系統應保證工具電極的進給速度等于工件的蝕除速度；（對）

10、電火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求電規準的調節范圍相對較小。

（錯）

11、電火花成型加工電極損耗較難進行補償。（對）

12、數控線切割加工是輪廓切割加工，不需設計和制造成形工具電極。（對）

13、數控線切割加工一般采用水基工作液，可避免發生火災，安全可靠，可 2

實現晝夜無人值守連續加工。（對）

14、電火花加工的粗規準一般選取的是寬脈沖、高峰值電流。（對）

15、線切割機床走絲機構的作用是使電極絲以一定的速度運動，并保持一定的張力。（對）

16、電極絲的進給速度若明顯落后于工件的蝕除速度，則電極絲與工件之間的距離越來越大，造成開路。（對）

17、通常慢走絲線切割加工中廣泛使用直徑為0.1 mm以下的細鉬絲作為電極絲。（錯）

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）

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）

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電，電容器兩端的電壓上升，電能往電容器上儲存；（2分）

RuEEACVud0(a)原理圖2）當電容器兩端的電壓上升到工具與工件之間間隙的擊穿電壓時，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）

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）

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+2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）

2、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）

四、綜合題

1、參照右圖，簡述電火花加工的一般過程：

脈沖電源提供脈沖電壓→作用于工具電極和工件電極上→兩電極之間的工作液被電離、介質被擊穿→ 形成放電通道；在電場力作用下→電子奔向陽極、正離子奔向陰極→導致火花放電；電子和離子的高速運動→轟擊陽極和陰極，使動能轉化為熱能（10000℃）→電極表面金屬迅速熔化甚至汽化→工件表面形成一個極小的圓坑，工件被蝕除，工具不斷進給→工件不斷被蝕除。

脈沖電源AB工具電極(a)工件電極特種加工技術的應用：

1、難加工材料的加工；

2、復雜型面、微細表面和低剛度零件的加工；

3、高精密表面的加工；

4、特殊要求零件的加工，如薄壁和彈性零件等；

(d)特種加工對材料可加工性和結構工藝性等的影響

1、提高了材料的可加工性

2、改變了零件的典型工藝路線

3、改變了試制新產品的模式

4、影響了產品零件的結構設計

5、改變了傳統零件工藝結構的評價標準

6、成為微細加工的主要手段

改變了零件的典型工藝路線

1、落料模凸、凹模加工的原工藝路線為：

下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→高頻淬火及回火→精磨

2、落料模凸、凹模加工的現工藝路線為：

下料→鍛造→正火→粗加工→高頻淬火及回火→線切割加工

電火花加工定義：

在加工過程中，使工具和工件之間不斷產生脈沖性的火花放電，靠放電時，局部、瞬時產生的高溫，將金屬蝕除下來。

電火花加工原理

基于工具和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現象，來蝕除多余的金屬，以達到對零件的尺寸、形狀和表面質量等預定的加工要求。

脈沖電源工具電極AB(a)工件電極參照右圖，簡述電火花加工的一般過程：

脈沖電源提供脈沖電壓→作用于工具電極和工件電極上→兩電極之間的工作液被電離、介質被

(d)6

擊穿→ 形成放電通道；在電場力作用下→電子奔向陽極、正離子奔向陰極→導致火花放電；電子和離子的高速運動→轟擊陽極和陰極，使動能轉化為熱能（10000℃）→電極表面金屬迅速熔化甚至汽化→工件表面形成一個極小的圓坑，工件被蝕除，工具不斷進給→工件不斷被蝕除。

電火花加工必須解決的問題

1、由于在加工的不同階段，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、火花放電必須是瞬時的、單極性、脈沖放電；

3、火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行。

電火花加工系統的基本組成

1、工件和工具；

2、脈沖電源；

3、自動進給和調節裝置

電火花加工的特點

1、特別適合任何難以進行切削加工的材料；

2、可以加工特殊或形狀復雜的表面和零件；

3、工具與工件不接觸，作用力極小；

4、脈沖放電時間短，冷卻作用好，加工表面熱影響小 但存在以下缺陷：

1、主要用于加工金屬等導電材料；

2、加工速度較慢（需進行預加工，去除大部分余量）；

3、存在電極損耗，；

電火花加工的應用

1、可以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、可以加工任何特殊及復雜形狀的工件；

3、沒有機械加工時那樣的切削力，因此適于加工薄壁、窄槽、低剛度及微細精密的零件。

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。

電火花加工的機理

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。電火花腐蝕的四個階段

1、極間介質的電離、擊穿，形成放電通道；

2、介質熱分解、電極材料融化、氣化，熱膨脹；

3、電極材料的拋出；

4、極間介質的消電離；

影響材料放電腐蝕的因素:

1、極性效應

2、吸附效應

3、電參數

4、金屬材料的熱學常數

5、工作液

極性效應對電蝕量的影響

定義：單純由于正、負極性不同，而彼此電蝕量不同的現象叫極性效應。原因：由于在不同的脈沖寬度下，工作液中所電離出來的電子與離子對電極發生作用的大小是不同的。

吸附效應對電蝕量的影響

正電極表面能吸附工作液中分解、游離出來的帶負電的碳離子，形成熔點和氣化點比較高的薄層碳黑膜，保護正極，從而減少電極的損耗；

吸附層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結層。

極性效應和吸附效應可以提高加工生產率、減少工具損耗，必須充分利用；

因此，電火花加工所用的脈沖電源都是單向、直流的脈沖電源。

電參數對電蝕量的影響

提高電蝕量和加工效率的電參數途徑有： 1）提高脈沖頻率

2）增加單個脈沖能量 3）減少脈沖間隔

放電所產生的熱能主要消耗在以下幾個方面：

1、向電極其它部位和工作液中傳導；

2、使局部金屬材料溫度升高，達到熔點；

3、熔化金屬材料；

4、使熔化后的金屬材料繼續升溫至沸點；

5、使熔融金屬氣化；

6、使金屬蒸氣繼續加熱成過熱蒸氣； 金屬材料熱學常數對電蝕量的影響

1）金屬材料的熔點、沸點，比熱容，熔化熱，氣化熱愈高，電蝕量將愈小，愈難加工；

2）導熱率大的金屬材料，能將熱量傳導、散失到其它部位，降低本身的蝕除量； 工作液對電蝕量的影響

1）形成火花放電通道，并在放電結束后迅速恢復間隙的絕緣狀態；

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；

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； 4）加速電蝕產物的排除；

實驗表明：介電性好、密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產物的拋出效應；但是，粘度過大不利于電蝕產物的排出，影響正常放電。

所以，粗加工使用粘度大的機油，精加工時使用粘度小的煤油； 提高加工速度的途徑

1、選用適當的脈沖寬度

2、選用適當的脈沖間隔

3、增加單位脈沖能量（主要是增加峰值電流）

4、提高脈沖頻率f 影響加工精度的主要因素

1．放電間隙大小及其一致性：采用較小的電規準，可以縮小放電間隙；這樣，可以提高

仿形精度，也使間隙變化量小，從而提高加工精度。

2．工具電極的損耗及其穩定性：電火花穿孔加工時，電極在長度方向上可以貫穿型孔，因此得到補償；但電火花成型加工時，電極損耗后無法得到補償，需要更換電極； 3．二次放電

電火花加工表面電火花加工的表面質量：表面粗糙度、表面變質層、表

熔化層面力學性能

影響表面粗糙度的因素：

熱影響層 基體金屬

1）單個脈沖能量大，則表面粗糙度差； 2）材料熔點高，則表面粗糙度好；

3）工具電極的表面粗糙度對工件表面粗糙度有復印現象；

4）工作液的電阻率降低，可以形成多個并存的放電通道，脈沖放電能量被分散，相應的放電痕跡較小，可以獲得較好的表面粗糙度。

表面變質層：火花放電的瞬時高溫和工作液快速冷卻的結果，表面變質層的厚度大約在0.01～0.5 mm之間，一般將其分為熔化層和熱影響層

顯微裂紋：火花放電的瞬時高溫和工作液快速冷卻的結果； 1）脈沖能量越大，顯微裂紋越明顯； 2）工件材料越脆，顯微裂紋越明顯；（硬質合金、預先熱處理、淬火材料等脆性大）

電火花加工用的脈沖電源

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。

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：

(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 對電火花加工用脈沖電源的要求

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、具體要求

1）所產生的脈沖應該是單向的；

目的：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。

2）脈沖電壓波形的前后沿應該較陡（一般采用矩形波脈沖電源）； 目的：保證加工工藝過程比較穩定。

3）脈沖電源的主要參數應能在很寬的范圍內可以調節； 目的：滿足粗加工、半精加工、精加工的要求。4)工作可靠、成本低、操作方便、節能省電。RC線路脈沖電源的組成： uR兩個回路：充電回路和放電回路

E1、充電回路：直流電源、充電電阻、電容器

ud2、放電回路：電容器、工具電極、極間間隙 ECVRC線路脈沖電源的原理： 1）、當直流電源接通后，電流經限流電阻向電

A容器充電，電容器兩端的電壓上升，電能往電0容器上儲存；

(a)原理圖2）、當電容器兩端的電壓上升到工具與工件之間間隙的擊穿電壓時，電容器上儲存的電能就瞬間釋放，形成較大的脈沖電流； 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！等

1）工作液循環方式：沖油式和抽油式；

2）工作液過濾方式：自然沉淀法和介質過濾法； 電火花穿孔成形加工：是利用電火花放電腐蝕金屬的原理，用工具電極對工件進行復制加工的工藝方法，其應用范圍可以分為兩大類：穿孔加工、型腔加工（成形加工）。

電火花成型加工和穿孔加工相比有下列特點：

(1)盲孔加工，工作液循環困難，電蝕產物排除條件差。

(2)電極損耗較難進行補償。

(3)材料去除量大，表面粗糙度要求嚴格。

(4)加工面積變化大，要求電規準的調節范圍相應也大。

電蝕產物的排除

1)電極沖油、2)工件沖油、3)工件抽油、4)開排氣孔、5)抬刀、6)電極的搖動或平動

加工規準的選擇

1）粗規準：一般選取寬脈沖(大于400μs)、高峰值電流進行粗加工。速度高、電極損耗低

2）中規準：一般選用脈沖寬度為20－400 μs、峰值電流較小的參數進行半精加工。

3）精規準：2－20 μs的窄脈寬，小峰值電流。

線切割加工：是利用移動的、作為負極的、線狀電極絲和作為正極的金屬材料—工件之間的脈沖放電所產生的電腐蝕作用，對工件加工的一種工藝方法。線切割加工特點

1、數控線切割加工是輪廓切割加工，不需設計和制造成形工具電極，大大降低了加工費用，縮短了生產周期。

2、直接利用電能進行脈沖放電加工，工具電極和工件不直接接觸，無機械加工中的宏觀切削力，適宜于加工低剛度零件及細小零件。

3、無論工件硬度如何，只要是導電或半導電的材料都能進行加工。

4、切縫可窄達僅 0.005mm，可以做到只對工件材料沿輪廓進行“套料”加工，材料利用率高，能有效節約貴重材料。

5、移動的長電極絲連續不斷地通過切割區，單位長度電極絲的損耗量較小，加工精度高。

6、一般采用水基工作液，可避免發生火災，安全可靠，可實現晝夜無人值守連

續加工。

7、通常用于加工零件上的直壁曲面，通過 X-Y-U-V 四軸聯動控制，也可進行錐度切割和加工上下截面異形體、形狀扭曲的曲面體和球形體等零件。

8、不能加工盲孔；

9、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。

10、一般沒有穩定的電弧放電狀態；電極和工件之間存在著“疏松接觸”式輕壓放電現象。

線切割機床分類

1.按電極絲運動速度分：快走絲、慢走絲

2.按電極絲位置分：立式、臥式

3.按工作液供給方式分：沖液式、供液式 快走絲線切割機床簡介：

利用細鉬絲作為電極進行切割，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。

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。DK7725的基本含義為：

D為機床的類別代號，表示是電加工機床；

K為機床的特性代號，表示是數控機床；

第一個7為組代號，表示是電火花加工機床；

第二個7為系代號(快走絲線切割機床為7，慢走絲線切割機床為6，電火花成型機床為1)；

25為基本參數代號，表示工作臺橫向行程為250 mm。快走絲線切割機床結構

由機床本體、脈沖電源、數控系統和工作液循環系統組成 ； 線切割機床走絲機構的作用：是使電極絲以一定的速度運動，并保持一定的張力； 線切割機床脈沖電源：窄脈寬(2～60 μs)、單個脈沖能量小、平均電流小(1～5 A)，故總采用正極性加工

線切割機床數控系統種類及作用

1）軌跡控制：自動控制電極絲相對于工件的運動軌跡

2）加工控制：自動控制伺服的進給速度、短路回退、間隙補償（刀補）、圖形的縮放、旋轉和平移、適應控制、自動找中心、信息顯示等。

線切割機床工作液循環系統

由工作液、工作液箱、工作液泵和循環過濾系統等組成。工作液起絕緣、排屑、冷卻的作用。

低速走絲線切割機床大多采用去離子水作工作液；高速走絲線切割機床大多采用專用乳化液作工作液。

供液方式有：澆注式和浸液式兩種 線切割控制系統作用

1）自動控制電極絲相對于工件的運動軌跡 2）自動控制伺服的進給速度。

鉬絲：抗拉強度高，適于快速走絲加工，所以我國快速走絲機床大都選用鉬絲作電極絲，直徑在0.08～0.2mm范圍內 ；慢走絲線切割加工中廣泛使用直徑為0.1

mm以上的黃銅絲作為電極絲。

快走絲線切割工作液：廣泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走絲線切割機床采用的工作液：是去離子水和煤油。

工作液的注入方式和注入方向對線切割加工精度有較大影響。工作液的注入方式有浸泡式、噴入式和浸泡噴入復合式。浸泡式和噴入式比較，噴入式的優點明顯，所以大多數快走絲線切割機床采用這種方式。

在精密電火花線切割加工中，慢走絲線切割加工普遍采用浸泡噴入復合式的工作液注入方式，它既體現了噴入式的優點，同時又避免了噴入時帶入空氣的隱患。電極絲的進給速度明顯超過蝕除速度，則放電間隙會越來越小，以致產生短路。電極絲的進給速度明顯落后于工件的蝕除速度，則電極絲與工件之間的距離越來越大，造成開路。

國內線切割程序常用格式：有3B格式和ISO格式。其中慢走絲機床普遍采用ISO格式，快走絲機床大部分采用3B格式。電化學反應加工原理：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+2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；

以這種電化學反應為基礎，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； 激光加工的原理

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；

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。激光加工的特點

1）幾乎對所有金屬和非金屬都可以進行激光加工；

2）激光能聚集成極小的光斑，可以進行細微和精密加工；

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； 4）無刀具，屬于非接觸式加工，無機械加工變形；

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；

激光加工的基本設備：由激光器、導光聚焦系統和加工機(激光加工系統)三部分組成。

激光加工工藝：激光打孔、激光切割、激光焊接、激光打標 電子束加工原理：

電子束加工就是利用高速電子的沖擊動能來加工工件的；

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；

所以說電子束加工是通過熱效應進行加工的； 電子束加工特點與應用

1、聚焦直徑小，焦點直徑甚至能聚焦到0.1um。可實現精密微細的加工。

2、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。

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。

4、電子束的能量密度高，因而加工生產率很高。例如，每秒鐘可以在2.5mm厚的鋼板上打50個直徑為0.4 mm的孔。

5、電子束容易控制，加工過程便于實現自動化。特別是在電子束曝光中，從加工位置找準到加工圖形的掃描，都可實現自動化。在電子束打孔和切割時，可以通過電氣控制加工異形孔，實現曲面弧形切割等。

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。

7、電子束加工需要一整套專用設備和真空系統，價格較貴，生產應用有一定局限性。

電子束加工時，為什么要抽真空

1、只有在高真空中，電子才能高速運動。

2、在加工過程中，需要不斷地把所產生的金屬蒸汽抽出去，因為加工時的金屬蒸汽會影響電子發射，產生不穩定現象。

離子束加工原理：與電子束加工比較相似，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。與電子束加工相比，離子束加工具有更大的能量。離子束加工的四種工作方式：

1、離子束濺射去除加工，即將被加速的離子聚焦成細束，射到被加工表面上。被加工表面受“轟擊”后，打出原子或分子，實現分子級去除加工。

2、離子束濺射鍍膜加工，即用加速的離子從靶材上打出原子或分子，并將這些原子或分子附著到工件上，形成“鍍膜”。又被稱為“干式鍍”

3、離子束濺射注入加工，即用高能離子（數十萬KeV）轟擊工件表面，離子打入工件表層，其電荷被中和，并留在工件中（置換原子或填隙原子），從而改變工件材料和性質。

4、離子束曝光，即用在大規模集成電路制作中，與電子束相比有更高的靈敏度和分辨率。

超聲波加工的主要特點如下：

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、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。

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。

超聲清洗的原理：

主要是利用超聲頻振動在液體中產生的交變沖擊波和空化作用。超聲波在清洗液(汽油、煤油、酒精、丙酮或水等)中傳播時，液體分子往復高頻振動形成正負交變的沖擊波。當聲強達到一定數值時，液體中產生微小空化氣泡并瞬時強烈閉合，造成的微沖擊波使被清洗物表面的污物脫落下來。由于超聲波無孔不入，即使污物在被清洗物上的窄縫、細小深孔、彎孔中，也容易被清洗干凈。雖然每個微氣

泡的作用并不大，但每秒鐘有上億個空化氣泡作用，仍可獲得很好的清洗效果。所以，超聲波廣泛用于對噴油嘴、鎖絲板、微型軸承、儀表齒輪、手表整體機芯、印制電路板、集成電路微電子器件的清洗。

快速成形技術最早產生于二十世紀70年代末到80年代初，目前RP技術的主流是：

1、SLA立體光造型；

2、LOM薄材疊層制造；

3、SLS激光燒結；

4、FDM熔融成型四種技術。快速成形技術的原理

RP是用離散/堆積即分層加工、迭加成形原理來制造產品原型，其原理為：產品三維CAD模型→分層離散→按離散后的平面幾何信息逐層加工堆積原材料→生成實體模型。

該技術集計算機技術、激光加工技術、新型材料技術于一體，依靠CAD軟件，在計算機中建立三維實體模型，并將其切分成一系列平面幾何信息，以此控制激光束的掃描方向和速度，采用粘結、熔結、聚合或化學反應等手段逐層有選擇地加工原材料，從而快速堆積制作出產品實體模型。快速成形技術的特點

快速原型技術突破了“毛坯→切削加工→成品”的傳統的零件加工模式，開創了不用刀具制作零件的先河，是一種前所未有的薄層迭加的加工方法。與傳統的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下優點：

1、可以制造任意復雜的三維幾何實體。

2、快速性。

3、高度柔性。

4、是實現快速制造的核心。

快速成形技術按成型方法可分為兩類：

1、基于激光或其它光源的成形技術，如：立體光造型（SLA）、迭層實體制造（LOM）、選擇性激光燒結（SLS）等。

2、基于噴射的成形技術，如：熔融沉積制造（FDM）、三維打印制造（3DP）等。

立體光造型（SLA）工作原理：由激光器發出的紫外光，經光學系統匯集成一支細光束，該光束在計算機控制下，有選擇的掃描在光敏樹脂體光敏樹脂表面，利用光敏樹脂遇紫外光凝固的機理，一層一層固化光敏樹脂，每固化一層后，工作臺下降一精確距離，并按新一層表面幾何信息，使激光掃描器對液面進行掃描，使新一層樹脂固化并緊緊粘在前一層已固化的樹脂上，如此反復，直至制作生成一零件實體模型。

快速成型的數據接口：

1、STL（Stereolithography）：快速成型領域的標準數據格式，通過對三維模型表面三角網格化獲得，即用小三角面片去逼近自由曲面，逼近精度由曲面到三角形面的距離誤差或曲面到三角形邊的弦高差控制。

2、CLI（Common Layer Interface）：作為STL文件切片之后的加工路徑的數據存儲格式，是快速成型設備的通用數據接口。同樣有文本和二進制兩種格式，每層用層厚和輪廓線描述。

第二篇：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

第三篇：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

第四篇：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.常規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.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.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

第五篇：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