金属特种加工机床工艺考试题附有答案文档格式.docx
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8、电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿，需要更换电极。
9、弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。
（错）
10、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较大。
（对）
11、电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。
12、电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。
13、在采取适当的工艺保证后，数控线切割也可以加工盲孔；
14、当电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。
15、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1mm以上的黄铜丝作为电极丝。
1、快走丝线切割加工中，常用的电极丝为钼丝。
2、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。
3、电火花线切割加工可以用来制造成形电极。
4、快走丝线切割的电极丝材料比慢走丝差，所以加工精度较后者低。
5、电子束加工必须在真空条件下进行。
6、电火花加工中的吸附效应都发生在阳极上。
7、线切割加工一般采用正极性加工。
8、电火花成型加工时，电极在长度方向上损耗后无法得到补偿，需要更换电极。
9、电火花成型加工中的自动进给调节系统应保证工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度；
10、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较小。
11、电火花成型加工电极损耗较难进行补偿。
12、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极。
13、数控线切割加工一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可实现昼夜无人值守连续加工。
14、电火花加工的粗规准一般选取的是宽脉冲、高峰值电流。
15、线切割机床走丝机构的作用是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张力。
16、电极丝的进给速度若明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越来越大，造成开路。
17、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1mm以下的细钼丝作为电极丝。
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）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。
3）特种加工过程中，工具与工件不受切削力的作用。
2、特种加工的本质特点是什么？
1）工具硬度可以低于被加工材料的硬度（甚至不用工具）
2）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
3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
3．特种加工技术的应用：
1、难加工材料的加工；
2、复杂型面、微细表面和低刚度零件的加工；
3、高精密表面的加工；
4、特殊要求零件的加工，如薄壁和弹性零件等；
4、电火花加工必须解决的问题有哪些？
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、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。
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连续的阶段？
（6
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。
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；
2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；
3、电极材料的抛出；
（1分）4、极间介质的消电离；
5、电火花加工的优缺点有哪些？
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；
2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；
3、工具与工件不接触，作用力极小；
4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小。
但存在以下缺陷：
1、主要用于加工金属等导电材料；
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。
6、简要叙述电火花加工的应用场合（6分）
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、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。
3、可以加工任何形状特殊、结构复杂的工件；
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。
7、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？
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）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；
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；
4）加速电蚀产物的排除；
8、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求（6分）
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380V、50Hz的交流电，其输出应满足如下要求：
（4分）
1）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
10、对电火花加工用脉冲电源的要求有哪些？
1、总的要求：
有较高的加工速度、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、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。
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。
4）工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。
11、简述快走丝线切割机床的工作过程（6分）
快走丝线切割机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。
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。
12、简述电化学反应加工的基本原理（6分）
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）液中的电化学反应；
（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；
13、简述激光加工的基本原理（6分）
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；
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。
14、简述激光加工的特点（6分）
1）不受工件材料硬度、熔点、导电性等各种性质的影响，几乎对所有金属和非金属都可以进行激光加工；
2）激光能聚集成极小的光斑，可以进行细微和精密加工；
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；
4）无刀具，属于非接触式加工，无机械加工变形；
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；
15、简述电子束加工原理（6分）
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；
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热能，使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除；
所以说电子束加工是通过热效应进行加工的。
16、简述电子束加工特点（6分）
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。
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。
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。
4、电子束的能量密度高，因而加工生产率很高。
5、电子束容易控制，加工过程便于实现自动化。
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，以及纯度要求极高的半导体材料。
17、简述离子束加工原理（6分）
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。
与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。
18、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？
1、只有在较高的真空条件中，电子和离子才能高速运动。
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。
19、简述超声波加工的原理（6分）
超声波加工是利用振动频率超过16000Hz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；
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16~30kHz，振幅为0.01~0.15mm。
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。
20、简述超声波加工的主要特点（6分）
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
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0.2μm，加工精度可达0.05～0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。
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。
四、综合题
1、参照右图，简述电火花加工的一般过程：
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。
特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响
1、提高了材料的可加工2、改变了零件的典型工艺路
3、改变了试制新产品的模式4、影响了产品零件的结构设计
5、改变了传统零件工艺结构的评价标准
6、成为微细加工的主要手段
改变了零件的典型工艺路线
1、落料模凸、凹模加工的原工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→高频淬火及回火→精磨
2、落料模凸、凹模加工的现工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→高频淬火及回火→线切割加工
电火花加工定义：
在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时，局部、瞬时产生的高温，将金属蚀除下来。
电火花加工原理
基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要求。
参照右图，简述电火花加工的一般过程：
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；
电火花加工必须解决的问题
1、由于在加工的不同阶段，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；
电火花加工系统的基本组成
1、工件和工具；
2、脉冲电源；
3、自动进给和调节装置
电火花加工的特点
1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；
4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小
2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）；
3、存在电极损耗，；
电火花加工的应用
1、可以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、可以加工任何特殊及复杂形状的工件；
3、没有机械加工时那样的切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。
电火花加工的机理
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。
电火花腐蚀的四个阶段
4、极间介质的消电离；
影响材料放电腐蚀的因素:
1、极性效应2、吸附效应3、电参数4、金属材料的热学常数5、工作液
极性效应对电蚀量的影响
定义：
单纯由于正、负极性不同，而彼此电蚀量不同的现象叫极性效应。
原因：
由于在不同的脉冲宽度下，工作液中所电离出来的电子与离子对电极发生作用的大小是不同的。
吸附效应对电蚀量的影响
正电极表面能吸附工作液中分解、游离出来的带负电的碳离子，形成熔点和气化点比较高的薄层碳黑膜，保护正极，从而减少电极的损耗；
吸附层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。
极性效应和吸附效应可以提高加工生产率、减少工具损耗，必须充分利用；
因此，电火花加工所用的脉冲电源都是单向、直流的脉冲电源。
电参数对电蚀量的影响
提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：
1）提高脉冲频率
2）增加单个脉冲能量
3）减少脉冲间隔
放电所产生的热能主要消耗在以下几个方面：
1、向电极其它部位和工作液中传导；
2、使局部金属材料温度升高，达到熔点；
3、熔化金属材料；
4、使熔化后的金属材料继续升温至沸点；
5、使熔融金属气化；
6、使金属蒸气继续加热成过热蒸气；
金属材料热学常数对电蚀量的影响
1）金属材料的熔点、沸点，比热容，熔化热，气化热愈高，电蚀量将愈小，愈难加工；
2）导热率大的金属材料，能将热量传导、散失到其它部位，降低本身的蚀除量；
工作液对电蚀量的影响
1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；
实验表明：
介电性好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应；
但是，粘度过大不利于电蚀产物的排出，影响正常放电。
所以，粗加工使用粘度大的机油，精加工时使用粘度小的煤油；
提高加工速度的途径
1、选用适当的脉冲宽度2、选用适当的脉冲间隔
3、增加单位脉冲能量（主要是增加峰值电流）4、提高脉冲频率f
影响加工精度的主要因素
1．放电间隙大小及其一致性：
采用较小的电规准，可以缩小放电间隙；
这样，可以提高
仿形精度，也使间隙变化量小，从而提高加工精度。
2．工具电极的损耗及其稳定性：
电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，
因此得到补偿；
但电火花成型加工时，电极损耗后无法得到补偿，需要更换电极；
3．二次放电
电火花加工的表面质量：
表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能
影响表面粗糙度的因素：
1）单个脉冲能量大，则表面粗糙度差；
2）材料熔点高，则表面粗糙度好；
3）工具电极的表面粗糙度对工件表面粗糙度有复印现象；
4）工作液的电阻率降低，可以形成多个并存的放电通道，脉冲放电能量被分散，相应的放电痕迹较小，可以获得较好的表面粗糙度。
表面变质层：
火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的结果，表面变质层的厚度大约在0.01～0.5mm之间，一般将其分为熔化层和热影响层
显微裂纹：
火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的结果；
1）脉冲能量越大，显微裂纹越明显；
2）工件材料越脆，显微裂纹越明显；
（硬质合金、预先热处理、淬火材料等脆性大）
电火花加工用的脉冲电源
脉冲电源作用：
（1）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
对电火花加工用脉冲电源的要求
1、总的要求
有较高的加工速度、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；
2、具体要求
目的：
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。
2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡（一般采用矩形波脉冲电源）；
保证加工工艺过程比较稳定。
满足粗加工、半精加工、精加工的要求。
自动进给调节系统作用
维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果；
从原则上讲，应是工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度；
自动进给调节系统的技术要求
1、有较广的速度调节跟踪范围；
2、有足够的灵敏度和快速性；
3、有必要的稳定性和抗干扰能力；
4、应体积小、结构简单可靠、操作维修方便；
自动进给调节系统的组成
电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给控制系统和参数控制系统。
伺服进给控制系统：
主要用于控制放电间隙的大小
参数控制系统：
主要用于控制电火花成型加工中的各种参数（如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等），以便能够获得最佳的加工工艺指标等。
伺服进给系统一般有如下要求：
（1）有较广的速度调节跟踪范围。
（2）有足够的灵敏度和快速性。
（3）有较高的稳定性和抗干扰能力。
自动伺服进给调节系统的基本组成部分
电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：
1、测量环节、2、比较环节、3、放大驱动环节、4、执行环节、5、调节对象
我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示；
线切割机床均用D77加上机床工作台面宽度的1/10表示
例如D7132：
D表示电加工成型机床（若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK）；
71表示电火花成型机床；
32表示机床工作台的宽度为320mm。
电火花成型加工机床结构：
机床包括主机、电源箱、自动进给调节系统、工作液循环和过滤系统
1－床身；
2一液压油箱；
3一工作液槽；
4一主轴头；
5－立柱；
6一工作液箱；
7一电源箱
工作液循环过滤系统包括：
工作液箱、电动机、泵、过滤装置、工作液槽、管道、阀门、计量表等
1）工作液循环方式：
冲油式和抽油式；
2）工作液过滤方式：
自然沉淀法和介质过滤法；
电火花穿孔成形加工：
是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围可以
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