精密加工與特種加工簡(jiǎn)答題及答案

1、 三、簡(jiǎn)答題（30分，每題6分） 1、特種加工與傳統(tǒng)切削加工方法在加工原理上的主要區(qū)別有哪些？（6分） 答：1）特種加工是用機(jī)械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以達(dá)到圖樣上全部技術(shù)要求。（2分） 2）特種加工打破傳統(tǒng)的硬刀具加工軟材料的規(guī)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(zhì)特點(diǎn)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(jī)械能，而是主要用其他能量（如電、化學(xué)、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(jī)械切削

2、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(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)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(shí)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(zhì)中進(jìn)行。（2分） 4、什么是電火花加工的機(jī)理？火花放電過程大致可分為哪四個(gè)連續(xù)的階段？（6分） 答：電火花加工的機(jī)理是指電火花加工的物理本質(zhì)，即火花放電時(shí)，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(gè)階段： 1、極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；（

3、1分） 2、介質(zhì)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(zhì)的消電離；（1分） 5、電火花加工的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？（6分） 答：電火花加工的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面： 1、特別適合任何難以進(jìn)行切削加工的材料；（1分） 2、可以加工特殊或形狀復(fù)雜的表面和零件；（1分） 3、工具與工件不接觸，作用力極??；（1分） 4、脈沖放電時(shí)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(dǎo)電材料；（1分） 2、加工速度較慢（需進(jìn)行預(yù)加工，去除大部分余量）且存在一定的電極損耗。（1分） 6、簡(jiǎn)要敘述電火花加工的應(yīng)用場(chǎng)合（6分） 答：

4、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(diǎn)的導(dǎo)電材料；（2分） 2、加工時(shí)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(xì)精密的零件。（2分） 3、可以加工任何形狀特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件；（1分） 4、脈沖電源的參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)，能在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)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(jié)束后迅速恢復(fù)放電間隙的絕緣狀態(tài)；（2分） 2）壓縮放電通道，并限制其擴(kuò)展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，既加強(qiáng)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

5、的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電；（1分） 4）加速電蝕產(chǎn)物的排除；（1分） 8、簡(jiǎn)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(zhuǎn)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(yīng)滿足如下要求：（4分） 1）足夠的放電能量 2）短時(shí)間放電 7 / 1 3）波形單向 4）主要參數(shù)有較寬的調(diào)節(jié)范圍 5）有適當(dāng)?shù)拿}沖間隔時(shí)間 9、簡(jiǎn)述RC線路脈沖電源的工作過程（6分） uR 線路脈沖電源的工作過程：答：RC E電，電容器兩端的當(dāng)直流電源接通后，

6、電流經(jīng)限流電阻向電容器充1）uuc 分）電壓上升，電能往電容器上儲(chǔ)存；（2C的擊穿電壓時(shí)，電）2當(dāng)電容器兩端的電壓上升到工具與工件之間間隙 （2容器上儲(chǔ)存的電能就瞬間釋放，形成較大的脈沖電流；分A0極間工作液又迅速0，3）電容器上的電能釋放后，電壓下降到接近于 分）恢復(fù)到絕緣狀態(tài)；此后，電容器再次充電，重復(fù)上述過程?。?)(b原理圖(a) 6分）10、對(duì)電火花加工用脈沖電源的要求有哪些？（、總的要求：有較高的加工速度、工具電極損耗低、加工過程穩(wěn)定性好、工藝范圍廣，從而，能適應(yīng)粗加工、半1答： 分）精加工、精加工的要求；能適應(yīng)不同材料的加工；能采用不同工具電極材料進(jìn)行加工。（2 、具體要求：21

7、（1）所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)該是單向的；其目的是最大限度地利用極性效應(yīng)，以提高生產(chǎn)率和減少工具電極的損耗。 分） 分）（12）脈沖電壓波形的前后沿應(yīng)該較陡；其目的是保證加工工藝過程相對(duì)穩(wěn)定。1（3）脈沖電源的主要參數(shù)應(yīng)能在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)；其目的是滿足粗加工、半精加工、精加工的不同要求。 分） 分）（14）工作可靠、成本低、操作方便、節(jié)能省電。 6分）、簡(jiǎn)述快走絲線切割機(jī)床的工作過程（11答：快走絲線切割機(jī)床是利用細(xì)鉬絲作為電極，多工件進(jìn)行火花放電“切割”加工；貯絲筒使鉬絲作正、反向交替移 3分）動(dòng)，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(zhì)。（工作臺(tái)在水平面兩個(gè)坐標(biāo)方向上，各自按

8、預(yù)定的控制程序、并根據(jù)火花間隙狀態(tài)作伺服進(jìn)給移動(dòng)，從而合成各種 3分）曲線運(yùn)動(dòng)，將工件切割成型。（ 6分）12、簡(jiǎn)述電化學(xué)反應(yīng)加工的基本原理（的水溶液時(shí)，即形成通路，在金屬片和溶液的界面上，必定會(huì)產(chǎn)生的直流電流并插入CuCl答：當(dāng)兩銅片接上約10v2+2+2，進(jìn)入溶CuCuCu移向陰極，在陰極上析出為銅；同時(shí)，在陽極上的原子因失去電子而成為電化學(xué)反應(yīng)，溶液中的 分）液中的電化學(xué)反應(yīng)；（4液；這便是電解(電鍍) 分）這種以電化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，對(duì)金屬進(jìn)行加工（陽極溶解、陰極沉積）的方法稱為電化學(xué)加工；（2 分）、簡(jiǎn)述激光加工的基本原理（6132（答：激光加工是利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達(dá)到很高的能量密度

9、，依靠光熱效應(yīng)下產(chǎn)生高溫熔融，來加工各種材料； 分）激光加工時(shí)，把光束聚集在工件的表面上，由于區(qū)域小、亮度高，其焦點(diǎn)處的功率密度極高，溫度可以達(dá)到一萬多度；在此高溫下，可以在瞬間熔化和蒸發(fā)任何堅(jiān)硬的材料，并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，使熔化物質(zhì)爆炸式地噴射去除。 4（分） 6分）14、簡(jiǎn)述激光加工的特點(diǎn)（ 2分）1）不受工件材料硬度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性等各種性質(zhì)的影響，幾乎對(duì)所有金屬和非金屬都可以進(jìn)行激光加工；（答： 分）激光能聚集成極小的光斑，可以進(jìn)行細(xì)微和精密加工；2（1 分）可使用反射鏡，將激光輸送到遠(yuǎn)離激光器的隔離室或其它地點(diǎn)，進(jìn)行加工；（13 分）（14）無刀具，屬于非接觸式加工，無機(jī)械加工變形；

10、1分）5）對(duì)環(huán)境無特殊要求，便于自動(dòng)控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形??；（ 分）、簡(jiǎn)述電子束加工原理（156 分）（1答：電子束加工是利用電子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊動(dòng)能來加工工件的；在真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，再經(jīng)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 分）4工材料上，高速電子撞擊工件，其動(dòng)能絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使工件材料局部、瞬時(shí)熔融，汽化蒸發(fā)而去除；（ 分）1所以說電子束加工是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工的。 （7 / 2 16、簡(jiǎn)述電子束加工特點(diǎn)（6分） 答：1、電子束加工時(shí)，電子束聚焦直徑小，可實(shí)現(xiàn)精密微細(xì)的加工。（1分） 2、電子束加工屬非接觸式加工，工件不受機(jī)

11、械力作用，不產(chǎn)生宏現(xiàn)應(yīng)力和變形。（1分） 3、加工材料范圍很廣，對(duì)脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體及半導(dǎo)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(chǎn)率很高。（1分） 5、電子束容易控制，加工過程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（1分） 6、電子束加工在真空中進(jìn)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(dǎo)體材料。（1分） 17、簡(jiǎn)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(chǎn)生離子束并經(jīng)過加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以實(shí)現(xiàn)去除加工。（4分） 與電子束加工相比，離子束加工具有更大的

12、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(jìn)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(yùn)動(dòng)。（3分） 2、由于加工時(shí)的金屬蒸汽會(huì)影響電子和離子發(fā)射，產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以在加工過程中，需要利用真空吸力，不斷地把所產(chǎn)生的金屬蒸汽抽出去。（3分） 19、簡(jiǎn)述超聲波加工的原理（6分） 答：超聲波加工是利用振動(dòng)頻率超過16000 Hz的工具頭的振動(dòng)，通過懸浮液磨料的撞擊和拋磨作用，對(duì)工件進(jìn)行成型加工的一種方法；（2分） 超聲波加工時(shí)，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(duì)工件保持一定的進(jìn)給壓力，并作高頻振蕩，頻率為1630kHz，振幅為

13、0.010.15mm。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(chǎn)生局部破碎；由于懸浮液的告訴攪動(dòng)，又使磨料不斷拋磨工件表面。隨著懸浮液的循環(huán)流動(dòng)，使磨料不斷得到更新，同時(shí)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(fù)制到工件上。（4分） 20、簡(jiǎn)述超聲波加工的主要特點(diǎn)（6分） 答：1、適合于加工各種硬脆材料，特別是某些不導(dǎo)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(zhì)合金等材料，但效率相對(duì)較低。（2分） 2、加工時(shí)宏觀切削力很小，不會(huì)引起變形、燒傷。表面粗糙度Ra值很小，可達(dá)0.2 m，

14、加工精度可達(dá)0.050.02 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(fù)雜的形狀，工具和工件又無需作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此普通的超聲波加工設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。加工機(jī)床結(jié)構(gòu)和工具均較簡(jiǎn)單，操作維修方便。（2分） 21、簡(jiǎn)述快速成形技術(shù)（RP）的原理（6分） 答：RP是用離散/堆積即分層加工、迭加成形原理來制造產(chǎn)品原型，其原理為：產(chǎn)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(shí)體模型。（3分） 該技術(shù)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光加工技術(shù)、新型材料技術(shù)于一體，依靠CAD軟件，在計(jì)算機(jī)中建立三維實(shí)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

15、描方向和速度，采用粘結(jié)、熔結(jié)、聚合或化學(xué)反應(yīng)等手段逐層有選擇地加工原材料，從而快速堆積制作出產(chǎn)品實(shí)體模型。（3分） 22、簡(jiǎn)述快速成形技術(shù)的特點(diǎn)（6分） 答：快速原型技術(shù)突破了“毛坯切削加工成品”的傳統(tǒng)的零件加工模式，開創(chuàng)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。（2分） 與傳統(tǒng)的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下優(yōu)點(diǎn)：（4分） 1、可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。 2、快速性。 3、高度柔性。 。 、是實(shí)現(xiàn)快速制造的核心423、簡(jiǎn)述立體光造型（SLA）工作原理（6分） 答：由激光器發(fā)出的紫外光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯集成一支細(xì)光束，該光束在計(jì)算機(jī)控制下，有選擇的掃描在光敏樹脂體

16、光7 / 3 敏樹脂表面，利用光敏樹脂遇紫外光凝固的機(jī)理，一層一層固化光敏樹脂；（3分） 每固化一層后，工作臺(tái)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(duì)液面進(jìn)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(fù)，直至制作生成一零件實(shí)體模型。 1、用NaCl電解液在低碳鋼上加工3080的長(zhǎng)方形孔，深度為40mm,若要求10min內(nèi)加工完，需要用多大電流，若直流電源的最大容量為3000A，應(yīng)改用的最大進(jìn)給速度為多少？加工完一個(gè)工件需多長(zhǎng)時(shí)3/(Amin)） 間？（Fe的體積電化學(xué)當(dāng)量為 2.22mm解：設(shè)100%，vh/t 40/104 mm/min l Ii AAv/()

17、30804/（2.22100%）4324 A l若電源最大容量為3000A，則改用的最大進(jìn)給速度為 vi12.223000/(3080)= 2.775 mm/min l此時(shí)需加工時(shí)間th/ v40/2.77514.41 min l2、用NaCl電解液在低碳鋼上加工3730的長(zhǎng)方形孔，深度為20mm,若要求5min內(nèi)加工完，需要用多大電流，若直流電源的最大容量為3000A，可采用的最大進(jìn)給速度為多少？加工完一個(gè)工件需多長(zhǎng)時(shí)3/(Amin)）間？（Fe的體積電化學(xué)當(dāng)量為2.22mm 解：設(shè)100%，vh/t 20/54 mm/min l Ii AAv/()37304/2.222000 A l若電源

18、最大容量為3000A，可采用的最大進(jìn)給速度為 vi12.223000/(3730)= 6 mm/min l此時(shí)需加工時(shí)間th/ v20/63.33 min l7 / 4 1. 電火花加工中工具電極相對(duì)損耗的含義是什么？如何降低工具電極的相對(duì)損耗？ 答：工具電極體積相對(duì)損耗用電極損耗速度v與工件蝕除速度v之比的百分?jǐn)?shù)表示，即=v/vweew100% 。也可用長(zhǎng)度相對(duì)損耗來表示。 L降低工具電極相對(duì)損耗的途徑： 正確選擇電極的極性 短脈寬精加工時(shí)，選正極性加工，將工件接正極；用長(zhǎng)脈寬粗加工時(shí)，選負(fù)極性加工，將工件接負(fù)極。 正確選擇電極的材料 選擇熔點(diǎn)高、沸點(diǎn)高的材料，選擇導(dǎo)熱性好的材料。常用石墨和

19、純銅作電極材料。 正確選擇脈寬等電參數(shù)。 利用加工過程中的吸附效應(yīng)來補(bǔ)償和減小電極損耗，炭黑膜通常只在正極上形成，工具應(yīng)接正極損耗小。 2. 超精密加工的難點(diǎn)是什么？超精密切削對(duì)刀具性能有哪些要求？為什么單晶金剛石被公認(rèn)為理想的超精密切削刀具材料？ 答：實(shí)現(xiàn)超精密加工的關(guān)鍵是超微量去除技術(shù)。超微量加工時(shí)，工具和工件表面微觀的彈性變形和塑性變形是隨機(jī)的，精度難以控制；工藝系統(tǒng)的剛度和熱變形對(duì)加工精度有很大影響；去除層越薄，被加工表面所受的切應(yīng)力越大，材料就越不易被去除。超微量切削往往是在晶粒內(nèi)進(jìn)行，相當(dāng)于從材料晶格上逐個(gè)地去除原子，切削力一定要超過晶體內(nèi)部的原子結(jié)合力才能產(chǎn)生切削作用，其單位面積

20、上的切應(yīng)力急劇增大，因此要求采用高硬度、高耐磨性的刀具材料。 超精密切削對(duì)刀具性能的要求： 1）極高的硬度和耐磨性； 2）刃口能磨得極其鋒利； 3）刀刃無缺陷； 4）與工件材料的抗粘接性好，摩擦系數(shù)低。 單晶金剛石被公認(rèn)為理想的、不可代替的超精密切削刀具材料，是因?yàn)樗兄幌盗袃?yōu)異的特性，如硬度極高，耐磨性和強(qiáng)度高，導(dǎo)熱性能好，和有色金屬摩擦系數(shù)小，能磨出極鋒利的刀刃等。 3. 電解加工（如套料、成形加工等）的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)和電火花加工的自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)有何異同？為什么會(huì)形成這些不同？ 答：一般電解加工自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)主要是控制均勻等速的進(jìn)給速度，它的大小是事先設(shè)定的。進(jìn)給速度的大小與端面平衡間隙有直接

21、關(guān)系（雙曲線關(guān)系），而端面平衡間隙又直接影響到陰極形狀。在正常電解加工時(shí)，主要依照電流的大小來進(jìn)行控制，但在電極開始進(jìn)入或即將退出工件時(shí)，由于加工面積的變化，則不能依照電流的大小來進(jìn)行控制。 電火花加工自動(dòng)進(jìn)給控制系統(tǒng)的目的是保證某一設(shè)定加工間隙的穩(wěn)定，它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線來工作的，它的進(jìn)給速度不是均勻等速的。之所以形成這種不同的進(jìn)給特性，主要是電解加工中存在平衡間隙，進(jìn)給速度越大，平衡間隙越小，工件的蝕除速度越高，在進(jìn)給方向、端面上一般不易短路；而電火花加工中不存在平衡間隙，進(jìn)給速度稍大于蝕除速度，極易引起短路，所以必需調(diào)節(jié)進(jìn)給速度以保證放電間隙。 4陽極鈍化現(xiàn)象在電解

22、加工中是優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)？舉例說明。 答：陽極鈍化現(xiàn)象的存在，使電解加工中陽極溶解速度下降甚至停頓，從生產(chǎn)率的角度考慮人們不希望選用產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的鈍化型電解液。但是，當(dāng)采用NaCl等非鈍化型電解液加工時(shí)，雖然生產(chǎn)率高，但雜散腐蝕嚴(yán)重，成形精度較差，嚴(yán)重影響了電解加工的應(yīng)用。而當(dāng)采用鈍化型電解液加工時(shí)，盡管電極工具的非工作面沒有絕緣，但當(dāng)加工間隙達(dá)到一定尺寸后，對(duì)應(yīng)的工件表面就會(huì)產(chǎn)生鈍化膜，可以避免產(chǎn)生雜散腐蝕，提高加工精度，促進(jìn)了電解加工的推廣應(yīng)用。電解磨削、電解研磨等加工方法就是利用陽極鈍化現(xiàn)象的存在而開發(fā)出來的。它們利用了鈍化膜對(duì)金屬的保護(hù)作用，采用機(jī)械去除鈍化膜的方法，使金屬微觀表面凸點(diǎn)的鈍

23、化膜被刮除，并迅速電解，而低凹處的鈍化膜起保護(hù)作用，使局部不被電解，最終使金屬表面的整平作用加快，可實(shí)現(xiàn)精加工。 4、簡(jiǎn)述電火花加工的定義以及電火花加工的物理本質(zhì)。 7 / 5 答：電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時(shí)，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化，甚至汽化，從而將金屬蝕除下來。 電火花加工蝕除金屬材料的微觀物理過程，也就是電火花加工的物理本質(zhì)，其包括四個(gè)階段：（1）極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；（2）電極材料的熔化、汽化熱膨脹（能量的轉(zhuǎn)換與分布）；（3）電極材料的拋出（電蝕產(chǎn)物的跑出）；（4）極間介質(zhì)的消電離。 5、簡(jiǎn)述電火花加工、電火花線切割加工的特點(diǎn)。 答：1電火花加工、電火花線切割加工的共同特點(diǎn) (1) 二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關(guān)，加工中不存在顯著的機(jī)械切削力。 (2) 二者的加工機(jī)理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。 (3) 最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。 2電火花加工、電火花線切割加工的不同特點(diǎn) (1)從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀復(fù)制到工件上的一種工藝方法。在