1、 1试述特种加工的特点及所能解决的主要加工问题，应该如何正确处理传统加工和特种加工工艺之间的关系？答：特点主要有：不是主要依靠机械能，而是利用其它的能量（如电能、热能、化学能、光能、声能等）去除工件材料；工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些根本不需要工具；加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力。可以解决：高硬度、高强度、高韧性、高脆性等各种难加工材料的加工问题；精密、微细、形状复杂零件的加工问题；薄壁、弹性等低刚度零件的加工问题。传统加工是指使用刀具进行的切削加工和磨削加工，是行之有效的实用加工方法，而且今后仍然占主导地位。但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多
2、，传统加工工艺必然难以适应。所以可以认为特种加工工艺是传统加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分传统加工工艺，但不可能取代和排斥主流的传统加工工艺。2什么叫电火花加工中的极性效应？如何在生产中利用极性效应？答：在电火花加工中，即使电极材料相同，但正、负电极上的蚀除速度仍是不同的，把由于正负极性接法不同而蚀除速度不同的现象叫极性效应。在短脉宽的脉冲加工时，电子轰击是主要的，正极蚀除量大于负极；在长脉宽的脉冲加工时，离子轰击是主要的，负极蚀除量大。从提高生产率和减小工具损耗角度来看，极性效应越显著越好。如用交变脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具的损耗，
3、因此，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。一般在用短脉宽做精加工时，应将工件接正极，称正极性加工；在用长脉宽做粗加工时，应将工件接负极，称负极性加工。3电子束加工、离子束加工和激光加工各自的工作原理和应用范围如何？各有什么优缺点？答：三者都适合于精密、微细加工，但电子束、离子束加工需在真空中进行，因此加工表面不会被氧化、污染，特别适合于“洁净”加工。电子束加工是基于电能使电子加速转换成动能，在撞击工件时动能转换成热能使材料熔化、气化而被蚀除，主要用于打孔、切割、焊接、热处理等。而离子束加工是电能使质量较大的正离子加速后打到工件表面，靠机械撞击能量使工件表面的原子层变形、破坏或切除分离，并不发热，
4、主要用于精微表面工程，有离子刻蚀、溅射沉积、离子镀、离子注入等形式。激光加工是靠高能量密度的光能转换成热能使材料熔化、气化而被蚀除，可在空气中加工，不受空间结构的限制，故也使用于大型工件的切割、焊接、热处理等工艺。三、简答题（30 分，每题 6 分）1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？（6 分）答：1）特种加工是用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。 （2 分）2）特种加工打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。（2 分）3）特种加工过程中，工具与工件不受切削力的作用。 （2 分）2、特种加工的本质特点是什么？（
5、6 分）答：1）特种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）特种加工不依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除材料 （2 分）3）特种加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。 （2 分）3、电火花加工必须解决的问题有哪些？（6 分）答：1、由于在电火花加工的不同阶段，金属蚀除的速度不同，因此必须具有工具电极的自动进给和调节装置，使工具和工件之间保持合适的放电间隙；（2 分）2、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；（2 分）3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。 （2 分）4、什么是电火花加工的机理？火花放电过程大致可分为哪四个
6、连续的阶段？（6 分）答：电火花加工的机理是指电火花加工的物理本质，即火花放电时，电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的这一微观物理过程。 （2 分）火花放电过程大致可分为如下四个阶段：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；（1 分）2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；（1 分）3、电极材料的抛出；（1 分）4、极间介质的消电离；（1 分）5、电火花加工的优缺点有哪些？（6 分）答：电火花加工的优点主要体现在以下四个方面：1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；（1 分）2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；（1 分）3、工具与工件不接触，作用力极小；（1 分）4、脉冲放电时间短，冷
7、却作用好，加工表面热影响小。 （1 分）但存在以下缺陷：1、主要用于加工金属等导电材料；（1 分）2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）且存在一定的电极损耗。 （1 分）6、简要叙述电火花加工的应用场合（6 分）答：1、可以使用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极，去加工任何硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料；（2 分）2、加工时工件与工具不接触，无切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。 （2 分）3、可以加工任何形状特殊、结构复杂的工件；（1 分）4、脉冲电源的参数可以任意调节，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工或精加工。（1 分）7、在电火花加工中，工作液的作用有哪些
8、？（6 分）答：1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复放电间隙的绝缘状态；（2 分）2）压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性；（2 分）3）加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电；（1 分）4）加速电蚀产物的排除；（1 分）8、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求（6 分）答：脉冲电源作用：把工频交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量，以蚀除金属。 （2 分）脉冲电源输入为 380 V、50 Hz 的交流电，其输出应满足如下要求：（4 分）1）
9、足够的放电能量2）短时间放电3）波形单向4）主要参数有较宽的调节范围5）有适当的脉冲间隔时间9、简述 RC 线路脉冲电源的工作过程（6 分）答：RC 线路脉冲电源的工作过程：1）当直流电源接通后，电流经限流电阻向电容器充电，电容器两端的电压上升，电能往电容器上储存；（2 分）2）当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙的击穿电压时，电容器上储存的电能就瞬间释放，形成较大的脉冲电流；（2 分）3）电容器上的电能释放后，电压下降到接近于 0，极间工作液又迅速恢复到绝缘状态；此后，电容器再次充电，重复上述过程！（2 分）10、对电火花加工用脉冲电源的要求有哪些？（6 分）答：1、总的要求：有较高的
10、加工速度、工具电极损耗低、加工过程稳定性好、工艺范围广，从而，能适应粗加工、半精加工、精加工的要求；能适应不同材料的加工；能采用不同工具电极材料进行加工。 （2 分）2、具体要求：1）所产生的脉冲应该是单向的；其目的是最大限度地利用极性效应，以提高生产率和减少工具电极的损耗。 （1 分） 2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡；其目的是保证加工工艺过程相对稳定。 （1 分） 3）脉冲电源的主要参数应能在很宽的范围内可以调节；其目的是满足粗加工、半精加工、精加工的不同要求。 （1 分）4）工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。 （1 分）11、简述快走丝线切割机床的工作过程（6 分）答：快走丝线切割机
11、床是利用细钼丝作为电极，多工件进行火花放电“切割”加工；贮丝筒使钼丝作正、反向交替移动，加工能源由脉冲电源供给，电极丝和工件之间浇注专用工作液介质。 （3 分）工作台在水平面两个坐标方向上，各自按预定的控制程序、并根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线运动，将工件切割成型。 （3 分）12、简述电化学反应加工的基本原理（6 分）答：当两铜片接上约 10v 的直流电流并插入 CuCl2 的水溶液时，即形成通路，在金属片和溶液的界面上，必定会产生电化学反应，溶液中的 Cu+2 移向阴极，在阴极上析出为铜；同时，在阳极上的 Cu 原子因失去电子而成为 Cu+2，进入溶液；这便是电解 (电镀
12、)液中的电化VCARE(a) (b) uducE0 t学反应；（4 分） 这种以电化学反应为基础，对金属进行加工（阳极溶解、阴极沉积）的方法称为电化学加工；（2 分）13、简述激光加工的基本原理（6 分）答：激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应下产生高温熔融，来加工各种材料；（2 分）激光加工时，把光束聚集在工件的表面上，由于区域小、亮度高，其焦点处的功率密度极高，温度可以达到一万多度；在此高温下，可以在瞬间熔化和蒸发任何坚硬的材料，并产生很强的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除。 （4 分）14、简述激光加工的特点（6 分）答：1）不受工件材料硬度、熔点、导电性等
13、各种性质的影响，几乎对所有金属和非金属都可以进行激光加工；（2 分）2）激光能聚集成极小的光斑，可以进行细微和精密加工；（1 分）3）可使用反射镜，将激光输送到远离激光器的隔离室或其它地点，进行加工；（1 分）4）无刀具，属于非接触式加工，无机械加工变形；（1 分）5）对环境无特殊要求，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小；（1 分）15、简述电子束加工原理（6 分）答：电子束加工是利用电子高速运动时的冲击动能来加工工件的；（1 分）在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，再经过加速极加速，将具有很高速度和能量的电子束聚焦在被加工材料上，高速电子撞击工件，其动能绝大部分转化为
14、热能，使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除；（4 分）所以说电子束加工是通过热效应进行加工的。 （1 分）16、简述电子束加工特点（6 分）答：1、电子束加工时，电子束聚焦直径小，可实现精密微细的加工。 （1 分）2、电子束加工属非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏现应力和变形。 （1分）3、加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 （1 分）4、电子束的能量密度高，因而加工生产率很高。 （1 分）5、电子束容易控制，加工过程便于实现自动化。 （1 分）6、电子束加工在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度要求
15、极高的半导体材料。 （1 分）17、简述离子束加工原理（6 分）答：与电子束加工比较相似，离子束加工也是在真空条件下，把惰性气体，通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。 （4分）与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。 （2 分）18、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？（6 分）答：1、只有在较高的真空条件中，电子和离子才能高速运动。 （3 分）2、由于加工时的金属蒸汽会影响电子和离子发射，产生不稳定现象，所以在加工过程中，需要利用真空吸力，不断地把所产生的金属蒸汽抽出去。 （3 分）19、简述超声波加工的原理（6 分）答：超声
16、波加工是利用振动频率超过 16000 Hz 的工具头的振动，通过悬浮液磨料的撞击和抛磨作用，对工件进行成型加工的一种方法；（2 分）超声波加工时，在工件和工具之间注入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液，工具对工件保持一定的进给压力，并作高频振荡，频率为 1630kHz，振幅为 0.010.15mm。磨料在工具的超声振荡作用下，以极高的速度不断地撞击工件表面，使工件材料在瞬间高压下产生局部破碎；由于悬浮液的告诉搅动，又使磨料不断抛磨工件表面。随着悬浮液的循环流动，使磨料不断得到更新，同时带走被粉碎下来的材料微粒。在加工中，工具逐步伸入到工件中，工具的形状便被复制到工件上。 （4 分）20、简述
17、超声波加工的主要特点（6 分）答：1、适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。 （2分）2、加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度 Ra 值很小，可达 0.2 m，加工精度可达 0.050.02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。 （2 分）3、由于工具材料较软，易制成复杂的形状，工具和工件又无需作复杂的相对运动，因此普通的超声波加工设备结构简单。加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。 （2 分）21、简述快速成形技术（RP）的原理（6 分）答：RP 是用离
18、散/堆积即分层加工、迭加成形原理来制造产品原型，其原理为：产品三维CAD 模型分层离散按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型。（3 分）该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠 CAD 软件，在计算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速堆积制作出产品实体模型。 （3 分）22、简述快速成形技术的特点（6 分）答：快速原型技术突破了“毛坯切削加工成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。 （2 分）
19、与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：（4 分）1、可以制造任意复杂的三维几何实体。2、快速性。3、高度柔性。4、是实现快速制造的核心。23、简述立体光造型（SLA）工作原理（6 分）答：由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有选择的扫描在光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固化光敏树脂；（3 分）每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息，使激光扫描器对液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制作生成一零件实体模型。 （3 分四、综合题1、参照右图，简述电火花加工的
20、一般过程：脉冲电源提供脉冲电压作用于工具电极和工件电极上两电极之间的工作液被电离、介质被击穿 形成放电通道；在电场力作用下电子奔向阳极、正离子奔向阴极导致火花放电；电子和离子的高速运动轰击阳极和阴极，使动能转化为热能（10000）电极表面金属迅速熔化甚至汽化工件表面形成一个极小的圆坑，工件被蚀除，工具不断进给工件不断被蚀除。六、计算题10 分：用 NaCl 电解液在低碳钢上加工 50 mm 的圆孔，深度为 30mm，若要求10min 内加工完，需要用多大电流？若电源电压为 12V，E=2V ，电导率 为 0.02/ mm，求达到平衡时的加工间隙是多少？（Fe 的体积电化学当量 为2.22mm3/(Amin)）解：设 100%，v lh/t 30/103 mm/min I i AAv l /()3.1425 23/（100%2.22 ）2652 AE=2V，0.02/ mm，由公式 =100%2.220.02(12-2)3=0.148 mm.RblUV (a)(b)(c)(d) (e)BA
