特種加工課后習(xí)題答案

./《特種加工》習(xí)題解答

概論

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

答:這種事例還是很多的.以"物極必反"來說,人們發(fā)明了螺旋槳式飛機,并不斷加大螺旋槳的轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(fā)動機取代了螺旋槳式飛行器,實現(xiàn)了洲際和太空飛行.由輪船發(fā)展成氣墊船,也有類似規(guī)律.

以"壞事變好事"來說,火花放電會把接觸器、繼電器等電器開關(guān)的觸點燒毛、損蝕,而利用脈沖電源瞬時、局部的火花放電高溫可用作難加工材料的尺寸加工.同樣,鋁飯盒盛放咸菜日久會腐蝕穿孔,鋼鐵器皿、小刀等在潮濕的環(huán)境下會腐蝕.鋼鐵在風(fēng)吹雨淋時遭受銹蝕,海洋船艦的鋼鐵船體為了防止海水的腐蝕,得消耗巨資進行防銹、防蝕.人們研究清楚鋼鐵電化學(xué)銹蝕的原理后,創(chuàng)造了選擇性陽極溶解的電解加工方法.這些都是"壞事變好事"的實例.

2.試列舉幾種采用特種加工工藝之后,對材料的可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性產(chǎn)生重大影響的實例.

答:這類實例是很多的,例如:⑴硬質(zhì)合金歷來被認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(zhì)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(nèi)外圓、平面、小孔、深孔、窄槽等復(fù)雜表面,其生產(chǎn)效率往往高于普通磨削加工的生產(chǎn)率.更有甚者,金剛石和聚晶金剛石是世界上最硬的材料,過去把它作為刀具和拉絲模具等材料只有用金剛石砂輪或磨料"自己磨自己",磨削時金剛石工具損耗很大,正是硬碰硬兩敗俱傷,確實是可加工性極差.但特種加工中電火花可成形加工聚晶金剛石刀具,工具,而激光加工則不但"削鐵如泥"而且可"削金剛石如泥".在激光加工面前,金剛石的可加工性和鋼鐵差不多了.對過去傳統(tǒng)概念上的可加工性,的確需要重新評價.

<2>對結(jié)構(gòu)工藝性,過去認為方孔,小孔,小深孔,深槽,窄縫以及細長桿,薄壁等低剛度零件的結(jié)構(gòu)工藝性很差,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量避免.對E字形的硅鋼片硬質(zhì)合金沖模,由于90*內(nèi)角很難磨削,因此常采用多塊硬質(zhì)合金拼鑲結(jié)構(gòu)的沖模.但采用電火花成形加工或線切割數(shù)控加工,則很容易加工成整體硬質(zhì)合金的E形硅鋼片沖模,特種加工可使某些結(jié)構(gòu)工藝性由"差"變"好".

3.工藝和特種加工工藝之間有何關(guān)系<應(yīng)該說如何正確處理常規(guī)工藝和特種加工之間的差別>

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

第二章電火花加工

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

答:<1>兩金屬在真空中火花放電時,當電壓<電位差>超過一定時即產(chǎn)生"擊穿",電子由"-"極逸出飛向"+"極,由于真空中沒有物質(zhì)阻擋電子的運動,所以沒有正離子形成,沒有發(fā)熱的放電"通道"的概念,示波器,顯象管中電子流的運動與此類似.基本上沒有"電蝕產(chǎn)物"生成.

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

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

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

2.有沒有可能或在什么情況下可以用工頻交流電源作為電火花加工的脈沖直流電源在什么情況下可用直流電源作為電火花加工用的脈沖直流電源<提示:軋輥電火花對磨,齒輪電火花跑合時,不考慮電極相對磨損的情況下,可用工頻交流電源;在電火花磨削,切割下料等工具,工件間有高速相對運動時,可用直流電源代替脈沖電源,但為什么>

如提示所述,在不需要"極性效應(yīng)",不需要考慮電極損耗率等的情況下,可以直接用220V的50HZ交流電作為脈沖電源進行軋輥電火花對磨和齒輪電火花跑合等.不過回路中應(yīng)串接限流電阻,限制放電電流不要過大.如需精規(guī)準對磨或跑合,則可在交流工頻電源上并聯(lián)RC電路<R=500-1000,C=0.1-0.01>,再接到兩個工件上.

在用高速轉(zhuǎn)動的金屬輪或圓片作電火花磨削,電火花切割,下料時,如果可以不計電極損耗率,則就可以用全波整流或整流后并聯(lián)電解電容濾波的直流電源進行電火花磨削.由于工具電極高速轉(zhuǎn)動,所以一般不會產(chǎn)生穩(wěn)定電弧燒傷工件.最好是經(jīng)調(diào)壓變壓器降壓到5-100V再整流供磨削之用,一則可以調(diào)節(jié)電壓或電流,二則和220V交流電源隔離,以保障人身避免觸電的危險.

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

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

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

答:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:

<1>工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;

<2>轉(zhuǎn)速嚴格相等<或成倍角,比例關(guān)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(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會"亂扣",是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著"各點對應(yīng)"的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會"亂扣".

在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作"公轉(zhuǎn)"行星式運動,其內(nèi)外圓上"各點對應(yīng)"的規(guī)則仍然存在.

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

答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小<間隙平均電壓的大小>之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.

粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準不同,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=200s,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(cè)面間隙大小和表面粗糙度值<提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算>.

答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負極損耗較大;負極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)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(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)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(shù)曲線圖表來計算>.

答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準.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

600s

100s

10A

0.9㎜

3m

約30min

中加工<加抬刀>

負

100s

50s

4A

0.08㎜

1.25m

30min

精加工<加

正

20s

50s

2A

0.02㎜

30min

答:不同之處在于電火花共軛同步回轉(zhuǎn)加工時:

<1>工具電極和工件的轉(zhuǎn)動方向相同;

<2>轉(zhuǎn)速嚴格相等<或成倍角,比例關(guān)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(zhuǎn)動;工具和工件的轉(zhuǎn)速并不相同,磨削點之間有很大的相對移動.加工內(nèi)螺紋時,其所以不會"亂扣",是因為加工中工具電極和工件的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速相等,工具和工件圓周表面上有著"各點對應(yīng)"的關(guān)系,所以能把工具表面的螺紋形狀復(fù)制到工件表面上去而不會"亂扣".

在內(nèi)孔中用平動法加工內(nèi)螺紋,本質(zhì)上和共軛同步回轉(zhuǎn)法相同,不同之處在于平動法加工時工件不轉(zhuǎn)動而代之以工具電極在平動頭中作"公轉(zhuǎn)"行星式運動,其內(nèi)外圓上"各點對應(yīng)"的規(guī)則仍然存在.

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

答:間隙蝕除特性曲線是電火花放電間隙蝕除速度和放電間隙大小<間隙平均電壓的大小>之間的關(guān)系,此關(guān)系可以定量地用作圖法畫成間隙蝕除特性曲線.

粗,中,精加工時,由于脈寬,峰值電流等電規(guī)準不同,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=200s,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(cè)面間隙大小和表面粗糙度值<提示:利用電火花加工工藝參數(shù)曲線圖表來測算>.

答:加工示意圖見圖2-1a.設(shè)先用正極性加工,加工后的圖形見圖b,負極損耗較大;負極性加工后的圖形見圖c,正極工具損耗較小.具體數(shù)據(jù)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(shè)花紋模電極的面積為10mm×20mm=200,花紋的深度為0.8㎜,要求加工出模具的深度為1㎜,表面粗糙度為=0.63m,分粗,中,精三次加工,試選擇每次的加工極性,電規(guī)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(shù)曲線圖表來計算>.

答:可按書中電火花加工工藝曲線圖表選擇粗,中,精加工的規(guī)準.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

600s

100s

10A

0.9㎜

3m

約30min

中加工<加抬刀>

負

100s

50s

4A

0.08㎜

1.25m

30min

精加工<加

正

20s

50s

2A

0.02㎜

30min

第三章電火花線切割加工

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

答:可用單位電流<每安培電流>的生產(chǎn)率來衡量,即可客觀地判斷脈沖電源加工性能的好壞.例如某脈沖電源峰值電流25A時的切割速度為100mm2/min,另一電源峰值電流27A時切割速度為106mm2/min,則前者的相對生產(chǎn)率為100/25=4mm2/min,優(yōu)于后者106/27=3.9mm2/min.又如某線切割脈沖電源3As時切割速度為100mm2/min,另一電源3,5A時為124mm2/min,則前者相對切割速度為33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.

2.電火花加工和線切割加工時,如何計算脈沖電源的電能的利用率試估計一般線切割方波脈沖電源的電能利用率

答:設(shè)脈沖電源的空載電壓為100V,加工時火花放電間隙的維持電壓為25V則消耗在晶體管限流電阻上的電壓為100-25=75V,由此可以算出電能利用率:

有用能量:輸入能量=25:100=1:4=25%

能量的消耗率為:

損耗能量:輸入能量=75:100=3:4=75%

可見75%的能量損耗在限流電阻的發(fā)熱上.

3.設(shè)計一個測量,繪制數(shù)控線切割加工的間隙蝕除特性曲線的方法<提示:使線切割等速進給,由欠跟蹤到過跟蹤>.

答:這一習(xí)題有一定的難度,需對間隙蝕除特性曲線和線切割加工伺服進給系統(tǒng)有一定深度的理解才行.間隙蝕除特性曲線是蝕除速度和放電間隙<間隙平均電壓>的關(guān)系曲線<參見第二章電火花加工的伺服進給>.線切割加工時,調(diào)節(jié)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(tài),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(yù)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(dǎo)電塊>或直接在電源輸出端并一個滿刻度100V<用于測空載,偏空載時的開路間隙電壓>,20V<用于測偏短路時的間隙電壓>的直流電壓表.實際測繪時,先不用線切割機床的"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(tài),待切割穩(wěn)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(diào)快進給速度<仍為等速進給>,同樣測得第二,三```點的數(shù)據(jù).當調(diào)節(jié)到進給速度約等于蝕除速度時,此時即為最佳狀態(tài)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(yīng)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(yīng)多加小心.

4.一般線切割加工機床的進給調(diào)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(diào)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(tǒng),往往沒有短路回退功能,或短路后經(jīng)一定時間例如30s后仍不能自動消除短路狀態(tài),則回退256步<相當于0.256mm>,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(diào)節(jié)特性曲線的左下部為窄小矩形,即放電間隙較小時,進給速度vd《0,一旦完全短路后,鉬絲才低速<恒速>回退.

5.設(shè)計一個測量,繪制數(shù)控線切割加工機床的進給調(diào)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(diào)的的直流電源模擬火花間隙的平均電壓>.

答:這一習(xí)題也有一定難度,需對線切割機床的變頻進給系統(tǒng)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(diào)解特性曲線.

具體的的方法是:使線切割機床處于加工狀態(tài),可不開絲筒,不開高頻電源,但應(yīng)使工作臺處于"人工"等速進給狀態(tài).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(jīng)電阻分壓成10~12v的電壓,經(jīng)"變頻調(diào)節(jié)"電位器送至"壓—頻"<u-f>轉(zhuǎn)換器,將此低電壓u轉(zhuǎn)換成進給脈沖,頻率為f,另工作臺進給>,而是由+12V的外加電壓,經(jīng)"變頻調(diào)節(jié)"電位器調(diào)壓輸入至"壓—頻"<u-f>轉(zhuǎn)換器.低電壓0V相當于間隙短路,最高10~12V相當于間隙開路狀態(tài).可以將此電壓由低向高調(diào)節(jié),例如0V,2V,4V,6V,8V,10V……直至12V,模擬不同的ue.記錄下每種不同電壓時的工作臺進給速度<可以從控制器面板數(shù)顯表上測得>,然后即可繪制出進給調(diào)節(jié)特性曲線.

6.今擬用數(shù)控線切割加工有8個齒的爪牙離合器,試畫出其工藝示意圖并編制出相應(yīng)的線切割3B相應(yīng)程序.

答:由于爪牙離合器工件是圓筒形的,端面上需切割出8個爪牙方齒,故切割時必須有一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件.辦法為先在圓套筒上鉆一個∮1~2mm的穿絲孔,裝夾好工件后,調(diào)整到穿絲孔為最高點時穿絲,回轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動切除爪牙的端面,見示意圖.

<俯視圖>

切割的程序<一次切出凹,凸兩個爪牙離合器>為:

BBBJ=穿絲孔距離GXL3<x向移動>

BBBJ=1/2齒寬GYL4<y向轉(zhuǎn)動>

BBBJ=齒深GXL3<x向移動>

BBBJ=齒寬GYL4<y向轉(zhuǎn)動>

BBBJ=齒深GXL1<x向移動>

BBBJ=齒寬GYL4<y向轉(zhuǎn)動>

……

第四章電化學(xué)加工1．從原理和機理上來分析,電化學(xué)加工有無可能發(fā)展成為"納米級加工"或"原子級加工"技術(shù)？原則上要采用哪些措施才能實現(xiàn)？答：由于電化學(xué)加工從機理上看,是通過電極表面逐層地原子或分子的電子交換,使之在電解液中"陽極溶解"而被去除來實現(xiàn)加工的,可以控制微量、極薄層"切削"去除.因此,電化學(xué)加工有可能發(fā)展成為納米級加工或原子級的精密、微細加工.但是真的要實現(xiàn)它,從技術(shù)上講還有相當難度.主要是由于電化學(xué)加工的實質(zhì)是實現(xiàn)選擇性陽極溶解或選擇性陰極沉積,只要能把這種溶解或沉積的大小、方向控制到原子級上就可以了.但是由于它們的影響因素太多,如溫度、成分、濃度、材料性能、電流、電壓等,故綜合控制起來還很不容易.2．為什么說電化學(xué)加工過程中的陽極溶解是氧化過程,而陰極沉積是還原過程？答：從電化學(xué)過程來說,凡是反應(yīng)過程中原子失去電子成為正離子〔溶入溶液的,稱為氧化,反之,溶液中的正離子得到電子成為中性原子〔沉積在陰極上的稱為還原,即由正離子狀態(tài)還原成為原來的中性原子狀態(tài).例如在精煉電解銅的時候,在電源正極上純度不高的銅板上的銅原子在電場的作用下,失去兩個電子成為Cu2+正離子氧化而溶解入CuCl2溶液,而溶液中的Cu2+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(qū)別？兩者的電流〔或電子流方向有何區(qū)別？答：原電池、微電池、干電池和蓄電池中的正極,一般都是較不活潑的金屬或?qū)щ婓w,而其負極,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(dǎo)電液體形成的微電池中的正極往往是不活潑的碳原子或雜質(zhì).兩種活潑程度不同的金屬〔導(dǎo)電體在導(dǎo)電溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)能產(chǎn)生電位差,電位較正的稱為"正極",流出電流〔流入電子流,電位較低的流入電流〔流出電子流.電解加工時人為地外部加以電源,接電源正極稱陽極,接電源負極的稱陰極,陽極表面流出電流〔流入電子流,陰極表面流入電流〔流出電子流,兩者的方向仍一致,見圖4-1.4．舉例說明電極電位理論在電解加工中有什么具體應(yīng)用？答：電極電位理論在研究、分析電解加工中有很重要的作用,具體應(yīng)用在：1分析電極上電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物在電解加工時,在陰陽兩極都有電化學(xué)反應(yīng),可能參與反應(yīng)的有電極金屬材料、電解液中的有效成分以及水的電離產(chǎn)物H+、OH.但真正能在電極上完成電化學(xué)反應(yīng)的是什么？則需要應(yīng)用電極電位理論加以分析判斷.即：在陽極上,只有電極電位最"－"的離子才能參與反應(yīng).2估計某種金屬材料電解加工的質(zhì)量和可加工性每一種金屬材料都是由不同元素所組成〔真正由單一元素組成的材料極少,而在電解加工時,人們希望陽極金屬的電解過程是均勻的.只有這樣,加工表面的粗糙度值才會比較好,加工過程才能平穩(wěn).如果陽極金屬材料的組成元素其電極電位相差很大,則在電解加工中會由于一些元素的電極電位較"＋",而不能及時溶解,使加工表面形成一些凸出點,造成加工表面粗糙度值增大.更為嚴重的是這種凸出的質(zhì)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Fe3C存在,它們的電極電位高達+0.37V,而Fe/Fe2+的電極電位僅為－0.59V,因此C及Fe3C在電解加工中幾乎無法被陽極溶解而最終形成凸出質(zhì)點,從而造成鑄鐵、高碳鋼甚至滲碳鋼的電解加工可加工性很差.5．陽極鈍化現(xiàn)象在電解加工中是優(yōu)點還是缺點？舉例說明.答：電極鈍化現(xiàn)象的存在,使電解加工中陽極溶解速度下降甚至停頓.從生產(chǎn)率的角度出發(fā)人們不希望選用能產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的鈍化型電解液.但是,當采用NaCl等非鈍化型電解液工作時,雖然生產(chǎn)率很高,但因為雜散腐蝕嚴重,成形精度較差,嚴重影響了電解加工的應(yīng)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(yīng)的工件表面就會產(chǎn)生鈍化膜,可以避免產(chǎn)生雜散腐蝕,提高加工精度,促進電解加工的推廣應(yīng)用.電解磨削、電解研磨等加工方法也是利用了陽極鈍化現(xiàn)象的存在而開發(fā)出來的.它們利用了鈍化膜對金屬表面的保護作用,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(xiàn)精加工.6．在厚度為64mm的低碳鋼鋼板上用電解加工方法加工通孔,已知陰極直徑24mm,端面平衡間隙?b＝0.2mm.求：〔1當陰極側(cè)面不絕緣時,加工出的通孔在鋼板上表面及下表面其孔徑各是多少？〔2當陰極工具側(cè)面絕緣,且陰極側(cè)面工作圈高度b=1mm時,所加工出的孔徑是多少？7．電解加工〔如套料、成形加工等的自動進給系統(tǒng)和電火花加工的自動進給系統(tǒng)有何異同？為什么會形成這些不同？答：一般電解加工自動進給系統(tǒng)主要是控制均勻等速的進給速度,它的大小是事先設(shè)定的.進給速度的大小與端面平衡間隙有直接關(guān)系〔雙曲線關(guān)系,而端面平衡間隙又直接影響到陰極形狀〔成形加工時.在正常電解加工時,主要依照電流的大小來進行控制,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(tǒng)的目的是保證某一設(shè)定加工間隙〔放電狀態(tài)的穩(wěn)定,它是按照電極間隙蝕除特性曲線和調(diào)節(jié)特性曲線來工作的,它的進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(diào)節(jié)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(lián)一個滑桿電阻來調(diào)節(jié)電解加工時的電壓和電流<例如調(diào)到兩極間隙電壓為8V>,問：這樣是否會降低電解加工時的電流效率？為什么？答：電解加工時的電流效率是指按照法拉第電解定律所計算出的理論金屬蝕除量與實際金屬蝕除量之比.由于在電解加工陽極溶解的同時,還會出現(xiàn)如析氧等副反應(yīng),因此電解加工時電流效率一般小于1.電能利用率是指電源輸入的總能量在電解加工中用了多少,在其它方面〔如線路損耗又用了多少.如題所示,利用滑桿電阻可以調(diào)節(jié)電解加工時的輸入電流、電壓,而滑桿電阻本身產(chǎn)生的熱損耗與電解加工無關(guān).滑桿電阻的熱損耗愈大,電能利用率愈低.而經(jīng)過滑桿電阻調(diào)節(jié)電壓、電流之后進行電解加工時,它的電流效率并沒有變化,仍然是按照法拉第電解定律計算,與其它因素?zé)o關(guān).9．電解加工時的電極間隙蝕除特性與電火花加工時的電極間隙蝕除特性有何不同？為什么？答：電解加工時,電極間隙蝕除特性曲線是一條雙曲線,即a?=C〔常數(shù)如圖4-3a所示；而電火花加工的蝕除特性曲線則是一條蝕除速度在起點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(fā)生短路,電極間隙愈小,陽極工件的蝕除速度就愈高,生產(chǎn)率就愈高；反之,當電極間隙變大時,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(shè)計？答：電解加工時的蝕除速度應(yīng)遵循雙曲線規(guī)律,即a?=C.對平板電極而言,當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(nèi)放出,并且通過光學(xué)透鏡將大面積光通道上的激光束聚焦在很小的焦點上,經(jīng)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(zhì)吸收某一波長的光能,達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)之后,再受到這一波長的光照后,就會瞬時受激,產(chǎn)生躍遷,并發(fā)出與此波長相同的激光.

2.試述激光加工的能量轉(zhuǎn)換過程,即如何從電能具體轉(zhuǎn)換為光能又轉(zhuǎn)化為熱能來蝕除材料的

答:固體激光器一般都用亮度很高的氙燈將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?使激光器內(nèi)的工作物質(zhì)如紅寶石中的鉻離子,釹玻璃或釹釔鋁石榴石<YAG>中的釹離子吸收光能,達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài),經(jīng)觸發(fā)而產(chǎn)生功率密度很大的強激光,照射到工件上的光能轉(zhuǎn)換為熱能,使材料氣化而蝕除材料.

3.固體,氣體等不同激光器的能量轉(zhuǎn)換過程是否相同如不相同,則具體有何不同

答:并不完全相同.固體激光器有由電能點燃氙燈等強光源<光泵>,將電能轉(zhuǎn)換為能使激光器吸收的一般光,到一定程度后發(fā)出激光.而氣體激光器則直接由電激勵激光物質(zhì),例如二氧化碳分子,使之連續(xù)產(chǎn)生激光.

4.不同波長的紅外線,紅光,綠光,紫光,紫外線光能轉(zhuǎn)換為熱能的效率有何不同

答:不同波長,頻率的光所含的能量E=hv,其中v為光的頻率,h為普朗克常數(shù).可見光所含的能量和其頻率成正比.但照射到物體上后光能轉(zhuǎn)換成熱能的大小,即光能轉(zhuǎn)換的頻率,卻隨波長<頻率>和物體對該光波的吸收率不同而不同.例如紅光或紅外線照射到人體皮膚上,人們感覺到遠比綠光,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(zhuǎn)換為熱能效率的因素,除材料對該光波的吸收率外,還有反射率也起很大作用,因此很難加工反射率很高的光潔鏡面.

5.從激光產(chǎn)生的原理來思考,分析,它以后如何被逐步應(yīng)用于精密測量,加工,表面熱處理,甚至激光信息存儲,激光通信,激光計算機等技術(shù)領(lǐng)域的這些應(yīng)用的共同技術(shù)基礎(chǔ)是什么可以從中獲得哪些啟迪

答:激光之所以能廣泛應(yīng)用于上述高,新技術(shù)中,主要是基于它的一系列固有的特點,例如單色性,相干性,方向性極好,瞬時功率,能量密度極大等技術(shù)基礎(chǔ).

以激光通信為例,由于光的頻率高,波長短,發(fā)射角小,故具有下列優(yōu)點:

<1>信息容量大,傳送路數(shù)多.因為信息容量和信息道的帶寬成正比.帶寬愈寬容量愈大.光波的頻率極高,約可容納100億個通話線路;若每個電視臺占用10MHZ帶寬,則可同時播送1000萬套電視節(jié)目而互不干擾.這是過去任何一種通信系統(tǒng)所不能達到的巨大通信容量.

<2>通信距離遠,保密性能好.由天線發(fā)射的波束,其發(fā)散角和λ∕D成正比<λ為波長,D為天線直徑>.所以波長愈短,天線愈大,發(fā)射就愈小.例如,對于波長為1m的光波,若用直徑20cm的透鏡<就是激光的發(fā)射天線>,那么發(fā)射角就只是1.1,而對于微波來說,即使使用龐大的天線,發(fā)射角仍有幾度.由于激光束發(fā)射角很小,能量集中在狹小的范圍內(nèi),以此可以把信息傳送到很遠的距離.這對空間通信,宇宙通信有重要的意義.激光束不僅發(fā)射角小,而且可以采用不可見光,因此敵人不易從中截獲,保密性能好.

<3>結(jié)構(gòu)輕便,設(shè)備經(jīng)濟.由于激光的發(fā)散角小,方向性好,光通信所需的發(fā)射天線和接收天線都可以做得很小.一般天線直徑為幾十厘米,重量不過幾公斤.而功能類似的微波天線,重量以十噸,百噸計.

激光電視與普通電視相比,后者存在著屏幕小,亮度低,設(shè)備龐大等缺點.而激光電視則:

<1>攝像時無需外部照明,免除了龐大的照明設(shè)備,因而輕便,激動,還可以拍攝完全處于黑暗中的景物.以其狹窄的光束迅速掃描,即使在黑暗中也難于覺察.若采用不可見的紫外光或紅外光,則肉眼根本無法發(fā)現(xiàn),保密性極高.

<2>激光攝像無需成像光學(xué)系統(tǒng).物體不管多遠,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(shè)備.

<3>激光顯示不需要在真空條件下工作,顯示圖象的屏幕單獨擺在大氣空間,這樣電視圖象就可以放得很大.根據(jù)現(xiàn)有水平,圖象面積可達3×4m甚至更大.看電視和看電影一樣.這是激光電視的一個重要特色.由于激光束很平行,激光顯示的清晰度可以做得比較高.由于激光的顏色很純,因而所顯示圖象色彩鮮艷.

以上給人的啟迪是:任何一種物理化學(xué)現(xiàn)象,只要有它一定的與眾不同的特點,就有可能發(fā)展成為一種有用的新技術(shù),所謂天生其物,比有其用.

第六章電子束和離子束加工1.電子束加工和離子束加工在原理上和在應(yīng)用范圍上有何異同

答:二者在原理上的相同點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(zhuǎn)換成電能,在撞擊工件時動能轉(zhuǎn)換成熱能使金屬熔化,氣化而被蝕除.而離子束加工是電能使質(zhì)量較大的正離子加速后,打到工件表面,是靠機械撞擊能量使工件表面的原子層變形,破壞或切除分離,并不發(fā)熱.在工藝上:有離子刻蝕,漸射沉積,離子鍍,離子注入<表面改性>等多種形式,而不象電子束加工,有打孔,切割,焊接,熱處理等形式.

2.電子束加工,離子束加工和激光加工相比各自的使用范圍如何,三者各有什么優(yōu)缺點

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(jié)構(gòu)的限制,故也適用于大型工件的切割,熱處理等工藝.

3.子束,離子束,激光束三者相比,哪種束流和相應(yīng)的加工工藝能聚焦得更細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0.69m的紅色激光,聚焦的光斑直徑很難小于1m,因為聚焦透鏡有像差等誤差.二氧化碳氣體激光器發(fā)光1.06m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0.25m的聚焦直徑.可用于制作大規(guī)模集成電路的光刻.如果用波長很短的X光射線<波長為10-9-10-10,即1-0.1nm>,可得到0.1m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(fā)射電子,使電子奔向高電壓的正極,而后再用線圈<電磁透鏡>進行聚焦,用電場進行偏轉(zhuǎn),控制掃描出圖形來.只不過電子束加工裝置的功率較大,而示波器,電視機的功率較小而已.彩色電視機因有紅,藍,黃三種基本色,故需有三個電子槍,結(jié)構(gòu)和控制更為復(fù)雜.

第七章超聲加工

超聲加工時的進給系統(tǒng)有何特點

答:超聲加工時的進給系統(tǒng)是靠重錘通過杠桿使工具輕輕壓在工件上,靠輕微的壓力使工具端面和磨粒與工件表面接觸,工件表面去掉多少,進給多少,是懸浮式的柔性進給系統(tǒng),而不是剛性的進給系統(tǒng)實現(xiàn)的,它與機械加工和電火花加工的進給系統(tǒng)不一樣.

2.一共振頻率為25KHZ的磁致伸縮型超聲清洗器,底面中心點的最大振幅為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=wA=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