《特种加工》第五版刘晋春课后习题答案完整版说课材料Word文档下载推荐.docx

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,磨削时金刚石工具损耗很大,正是硬碰硬两败俱伤,确实是可加工性极差.但特种加工中电火花可成形加工聚晶金刚石刀具,工具,而激光加工则不但"

削铁如泥"

而且可"

削金刚石如泥"

.在激光加工面前,金刚石的可加工性和钢铁差不多了.对过去传统概念上的可加工性,的确需要重新评价.

（2）对结构工艺性,过去认为方孔,小孔,小深孔,深槽,窄缝以及细长杆,薄壁等低刚度零件的结构工艺性很差,在结构设计时应尽量避免.对E字形的硅钢片硬质合金冲模,由于90*内角很难磨削,因此常采用多块硬质合金拼镶结构的冲模.但采用电火花成形加工或线切割数控加工,则很容易加工成整体硬质合金的E形硅钢片冲模,特种加工可使某些结构工艺性由"

差"

变"

好"

.

3.工艺和特种加工工艺之间有何关系（应该说如何正确处理常规工艺和特种加工之间的差别）

一般而言,常规工艺是在切削,磨削,研磨等技术进步中形成和发展起来的行之有效的实用工艺,而且今后也始终是主流工艺.但是随着难加工的新材料,复杂表面和有特殊要求的零件愈来愈多,常规,传统工艺必然会有所不适应.所以可以认为特种加工工艺是常规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常规加工工艺,但不可能取代和排斥主流的常规加工工艺.

第二章电火花加工

1.两金属在

（1）在真空中火花放电;

（2）在空气中;

（3）在纯水（蒸馏水或去离子水）中;

（4）在线切割乳化液中;

（5）在煤油中火花放电时,在宏观和微观过程以及电蚀产物方面有何相同和相异之处

（1）两金属在真空中火花放电时,当电压（电位差）超过一定时即产生"

击穿"

电子由"

-"

极逸出飞向"

+"

极,由于真空中没有物质阻挡电子的运动,所以没有正离子形成,没有发热的放电"

通道"

的概念,示波器,显象管中电子流的运动与此类似.基本上没有"

电蚀产物"

生成.

（2）两金属在空气中放电的例子是电火花表面强化,涂覆.电焊,等离子切割,等离子焊等,也是在空气中放电,利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道,在通道中和工件表面产生大量的热能用于强化,涂覆,切割和焊接.

（3）在纯水,蒸馏水或去离子水中,两金属间电火花放电与在煤油中类似,只是水分子,原子受电子,正离子撞击发热气化,最后分解为氧原子和氢原子（分子）,而不像煤油中会分解出碳原子（碳黑微粒）和氢气等.

（4）,（5）在乳化液中和煤油中放电过程,详见教材中有关章节,不再另行论述.

2.有没有可能或在什么情况下可以用工频交流电源作为电火花加工的脉冲直流电源在什么情况下可用直流电源作为电火花加工用的脉冲直流电源（提示:

轧辊电火花对磨,齿轮电火花跑合时,不考虑电极相对磨损的情况下,可用工频交流电源;

在电火花磨削,切割下料等工具,工件间有高速相对运动时,可用直流电源代替脉冲电源,但为什么）

如提示所述,在不需要"

极性效应"

不需要考虑电极损耗率等的情况下,可以直接用220V的50HZ交流电作为脉冲电源进行轧辊电火花对磨和齿轮电火花跑合等.不过回路中应串接限流电阻,限制放电电流不要过大.如需精规准对磨或跑合,则可在交流工频电源上并联RC电路（R=500-1000,C=0.1-0.01）,再接到两个工件上.

在用高速转动的金属轮或圆片作电火花磨削,电火花切割,下料时,如果可以不计电极损耗率,则就可以用全波整流或整流后并联电解电容滤波的直流电源进行电火花磨削.由于工具电极高速转动,所以一般不会产生稳定电弧烧伤工件.最好是经调压变压器降压到5-100V再整流供磨削之用,一则可以调节电压或电流,二则和220V交流电源隔离,以保障人身避免触电的危险.

3.电火花加工时的自动进给系统和车,钻,磨削时的自动进给系统,在原理上,本质上有何不同为什么会引起这种不同

电火花加工时工具电极和工件间并不接触,火花放电时需通过自动调节系统保持一定的放电间隙,而车,钻,磨削时是接触加工,靠切削力把多余的金属除去,因此进给系统是刚性的,等速的,一般不需要自动调节.

4.电火花共轭同步回转加工和电火花磨削在原理上有何不同工具电极和工件上的瞬间放电之间有无相对移动加工内螺纹时为什么不会"

乱扣"

用铜螺杆做工具电极,在内孔中用平动法加工内螺纹,在原理上和共轭同步回转法有何异同

不同之处在于电火花共轭同步回转加工时:

（1）工具电极和工件的转动方向相同;

（2）转速严格相等（或成倍角,比例关系）;

（3）工具和工件上瞬时放电点之间有很慢的相对移动.而电火花磨削时工具和工件可以同向或反向转动;

工具和工件的转速并不相同,磨削点之间有很大的相对移动.加工内螺纹时,其所以不会"

是因为加工中工具电极和工件的转向和转速相等,工具和工件圆周表面上有着"

各点对应"

的关系,所以能把工具表面的螺纹形状复制到工件表面上去而不会"

在内孔中用平动法加工内螺纹,本质上和共轭同步回转法相同,不同之处在于平动法加工时工件不转动而代之以工具电极在平动头中作"

公转"

行星式运动,其内外圆上"

的规则仍然存在.

5,电火花加工时,什么叫做间隙蚀除特性曲线粗,中,精加工时,间隙蚀除特性曲线有何不同脉冲电源的空载电压不一样时（例如80V,100V,300V三种不同的空载电压）,间隙曲线有何不同试定性,半定量地作图分析之.

间隙蚀除特性曲线是电火花放电间隙蚀除速度和放电间隙大小（间隙平均电压的大小）之间的关系,此关系可以定量地用作图法画成间隙蚀除特性曲线.

粗,中,精加工时,由于脉宽,峰值电流等电规准不同,同样大小间隙的蚀除速度也就不一样,总的来说,粗加工时蚀除速度较大,上凹的间隙蚀除特性曲线就高于中,精加工的曲线.

当脉冲电源的空载电压不一样时,例如电压较高为300V时,其击穿间隙,平均放电间隙都大于100V或80V的放电间隙,因此横坐标上的A点（电火花击穿间隙）将大于100V或80V时的间隙.间隙特征曲线原点不动,整个曲线稍向右移.同理,80V空载电压的间隙特征曲线的A点将偏向左边.

S/m

/V

6,在电火花加工机床上用Ф10mm的纯铜杆加工Ф10mm的铁杆,加工时两杆的中心矩偏距5mm,选用=200s,i=5.4A,各用正极性和负极性加工10min,试画出加工后两杆的形状,尺寸,电极侧面间隙大小和表面粗糙度值（提示:

利用电火花加工工艺参数曲线图表来测算）.

加工示意图见图2-1a.设先用正极性加工,加工后的图形见图b,负极损耗较大;

负极性加工后的图形见图c,正极工具损耗较小.具体数据请自行在图中标明,并与书中工艺曲线图表进行对照比较）.

7,电火花加工一个纪年章浅型腔花模具,设花纹模电极的面积为10mm×

20mm=200,花纹的深度为0.8㎜,要求加工出模具的深度为1㎜,表面粗糙度为=0.63m,分粗,中,精三次加工,试选择每次的加工极性,电规准脉宽,峰值电流,加工余量及加工时间,并列成一表（提示:

用电火花加工工艺参数曲线图表来计算）.

可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗,中,精加工的规准.例如:

极

性

脉

宽

间

峰值

电流

加工

余量

加工后表面粗糙度

时

粗加工（可不加抬刀）

负

600s

100s

10A

0.9㎜

3m

约30min

中加工（加抬刀）

50s

4A

0.08㎜

1.25m

30min

精加工（加

正

20s

2A

0.02㎜

图2-1

第三章电火花线切割加工

1.电火花线切割时,粗,种,精加工时生产率的大小和脉冲电源的功率,输出电流的大小有关.用什么方法衡量,判断脉冲电源加工性能的好坏（绝对性能和相对性能）

可用单位电流（每安培电流）的生产率来衡量,即可客观地判断脉冲电源加工性能的好坏.例如某脉冲电源峰值电流25A时的切割速度为100mm2/min,另一电源峰值电流27A时切割速度为106mm2/min,则前者的相对生产率为100/25=4mm2/min,优于后者106/27=3.9mm2/min.又如某线切割脉冲电源3As时切割速度为100mm2/min,另一电源3,5A时为124mm2/min,则前者相对切割速度为33.3mm2/min,后者35.5mm2/min.

2.电火花加工和线切割加工时,如何计算脉冲电源的电能的利用率试估计一般线切割方波脉冲电源的电能利用率

设脉冲电源的空载电压为100V,加工时火花放电间隙的维持电压为25V则消耗在晶体管限流电阻上的电压为100-25=75V,由此可以算出电能利用率:

有用能量:

输入能量=25:

100=1:

4=25%

能量的消耗率为:

损耗能量:

输入能量=75:

100=3:

4=75%

可见75%的能量损耗在限流电阻的发热上.

3.设计一个测量,绘制数控线切割加工的间隙蚀除特性曲线的方法（提示:

使线切割等速进给,由欠跟踪到过跟踪）.

这一习题有一定的难度,需对间隙蚀除特性曲线和线切割加工伺服进给系统有一定深度的理解才行.间隙蚀除特性曲线是蚀除速度和放电间隙（间隙平均电压）的关系曲线（参见第二章电火花加工的伺服进给）.线切割加工时,调节伺服进给量的大小,可以在一定程度上改变平均放电间隙.例如把进给速度人为放慢,处于"

欠进给"

状态,则平均放电间隙偏大,反之,进给速度过高,"

过进给"

时,则放电间隙偏小.测绘间隙蚀除特性曲线时,利用"

改变预置进给速度"

来改变放电间隙的大小.实际上放电间隙的大小（绝对值）很难测量,但可以用加工时的平均间隙电压大小来相对测量间隙值的大小.为此,要在工件和钼丝（导电块）或直接在电源输出端并一个满刻度100V（用于测空载,偏空载时的开路间隙电压）,20V（用于测偏短路时的间隙电压）的直流电压表.实际测绘时,先不用线切割机床的"

自动档"

（伺服）进给,而采用"

人工档"

（等速进给）进给功能.

最初用较慢的等速进给速度进行切割,此时处于"

欠跟踪"

的进给状态,待切割稳定后就记下进给速度和此时的间隙平均电压,在坐标上作出曲线上的某一点.以后稍微调快进给速度（仍为等速进给）,同样测得第二,三```点的数据.当调节到进给速度约等于蚀除速度时,此时即为最佳状态B点放电间隙为最佳放电间隙SB此时的切割速度为最大.当以更大的进给速度（等速）切割时,由于没有伺服功能,进给速度大于可能的蚀除速度,放电间隙逐步减小,最后即将形成短路,放电间隙为零.此时应尽快停止进给,并事先作好记录.

在曲线最高点B只右,用上述方法比较容易做出间隙蚀除特性曲线的右半部分.但B点左边的曲线,因放电间隙逐步减小并趋于短路,易把钼丝顶弯,因此应多加小心.

4.一般线切割加工机床的进给调解特性曲线和电火花加工机床的进给特性曲线有何不同与有短路回退功能的线切割加工机床的进给调解特性曲线又有什么不同

一般线切割机床的进给的进给系统,往往没有短路回退功能,或短路后经一定时间例如30s后仍不能自动消除短路状态,则回退256步（相当于0.256mm）,如仍不能消除短路,则自动停止进给或同时报警,这与电火花成型加工机床遇短路即退回不一样.上述无短路回退功能的线切割机床的进给特性曲线就不会有横坐标左下部分的曲线,亦即工具电极（钼丝）的进给速度vd没有负值.

即使有短路回退功能的线切割机床,短路后的回退速度是固定的（不象电火花成型加工机床那样短路后将以较高的速度vd0回退）,所以进给调节特性曲线的左下部为窄小矩形,即放电间隙较小时,进给速度vd《0,一旦完全短路后,钼丝才低速（恒速）回退.

5.设计一个测量,绘制数控线切割加工机床的进给调解特性曲线的方法（提示:

在线切割机床上做空载模拟实验.用可调的的直流电源模拟火花间隙的平均电压）.

这一习题也有一定难度,需对线切割机床的变频进给系统有一定的了解.线切割机床的进给速度vd是由火花放电间隙的平均电压ue来决定的.ue越大,vd亦大,ue小vd也小,

ue=0,vd=0或等速回退.为此可以用"

模拟法"

来测绘线切割加工机床的进给调解特性曲线.

具体的的方法是:

使线切割机床处于加工状态,可不开丝筒,不开高频电源,但应使工作台处于"

人工"

等速进给状态.此时工作台进给的"

取样电压"

并不是来自火花放电间隙的平均电压ue（ue再经电阻分压成10~12v的电压,经"

变频调节"

电位器送至"

压—频"

（u-f）转换器,将此低电压u转换成进给脉冲,频率为f,另工作台进给）,而是由+12V的外加电压,经"

电位器调压输入至"

（u-f）转换器.低电压0V相当于间隙短路,最高10~12V相当于间隙开路状态.可以将此电压由低向高调节,例如0V,2V,4V,6V,8V,10V……直至12V,模拟不同的ue.记录下每种不同电压时的工作台进给速度（可以从控制器面板数显表上测得）,然后即可绘制出进给调节特性曲线.

6.今拟用数控线切割加工有8个齿的爪牙离合器,试画出其工艺示意图并编制出相应的线切割3B相应程序.

由于爪牙离合器工件是圆筒形的,端面上需切割出8个爪牙方齿,故切割时必须有一个数控回转工作台附件.办法为先在圆套筒上钻一个∮1~2mm的穿丝孔,装夹好工件后,调整到穿丝孔为最高点时穿丝,回转台转动切除爪牙的端面,见示意图.

（俯视图）

切割的程序（一次切出凹,凸两个爪牙离合器）为:

BBBJ=穿丝孔距离GXL3（x向移动）

BBBJ=1/2齿宽GYL4（y向转动）

BBBJ=齿深GXL3（x向移动）

BBBJ=齿宽GYL4（y向转动）

BBBJ=齿深GXL1（x向移动）

第五章激光打印

1.激光为什么比普通光有更大的加工瞬时能量和功率密度为什么称它为"

激"

光

因为激光器可在较长时间吸收,积聚某一波长光的能量,然后在很短的时间内放出,并且通过光学透镜将大面积光通道上的激光束聚焦在很小的焦点上,经过时间上和空间上的两次能量集中,所以能达到很大的瞬时能量和功率密度.

其所以称之为"

激光"

是因为激光器中的工作物质吸收某一波长的光能,达到粒子数反转之后,再受到这一波长的光照后,就会瞬时受激,产生跃迁,并发出与此波长相同的激光.

2.试述激光加工的能量转换过程,即如何从电能具体转换为光能又转化为热能来蚀除材料的

固体激光器一般都用亮度很高的氙灯将电能转变为光能,使激光器内的工作物质如红宝石中的铬离子,钕玻璃或钕钇铝石榴石（YAG）中的钕离子吸收光能,达到粒子数反转状态,经触发而产生功率密度很大的强激光,照射到工件上的光能转换为热能,使材料气化而蚀除材料.

3.固体,气体等不同激光器的能量转换过程是否相同如不相同,则具体有何不同

并不完全相同.固体激光器有由电能点燃氙灯等强光源（光泵）,将电能转换为能使激光器吸收的一般光,到一定程度后发出激光.而气体激光器则直接由电激励激光物质,例如二氧化碳分子,使之连续产生激光.

4.不同波长的红外线,红光,绿光,紫光,紫外线光能转换为热能的效率有何不同

不同波长,频率的光所含的能量E=hv,其中v为光的频率,h为普朗克常数.可见光所含的能量和其频率成正比.但照射到物体上后光能转换成热能的大小,即光能转换的频率,却随波长（频率）和物体对该光波的吸收率不同而不同.例如红光或红外线照射到人体皮肤上,人们感觉到远比绿光,紫光更温暖,因为皮肤吸收红光的效率远比其他广博为高.同样激光打孔,切割时,影响光能转换为热能效率的因素,除材料对该光波的吸收率外,还有反射率也起很大作用,因此很难加工反射率很高的光洁镜面.

5.从激光产生的原理来思考,分析,它以后如何被逐步应用于精密测量,加工,表面热处理,甚至激光信息存储,激光通信,激光计算机等技术领域的这些应用的共同技术基础是什么可以从中获得哪些启迪

激光之所以能广泛应用于上述高,新技术中,主要是基于它的一系列固有的特点,例如单色性,相干性,方向性极好,瞬时功率,能量密度极大等技术基础.

以激光通信为例,由于光的频率高,波长短,发射角小,故具有下列优点:

（1）信息容量大,传送路数多.因为信息容量和信息道的带宽成正比.带宽愈宽容量愈大.光波的频率极高,约可容纳100亿个通话线路;

若每个电视台占用10MHZ带宽,则可同时播送1000万套电视节目而互不干扰.这是过去任何一种通信系统所不能达到的巨大通信容量.

（2）通信距离远,保密性能好.由天线发射的波束,其发散角和λ∕D成正比（λ为波长,D为天线直径）.所以波长愈短,天线愈大,发射就愈小.例如,对于波长为1m的光波,若用直径20cm的透镜（就是激光的发射天线）,那么发射角就只是1.1,而对于微波来说,即使使用庞大的天线,发射角仍有几度.由于激光束发射角很小,能量集中在狭小的范围内,以此可以把信息传送到很远的距离.这对空间通信,宇宙通信有重要的意义.激光束不仅发射角小,而且可以采用不可见光,因此敌人不易从中截获,保密性能好.

（3）结构轻便,设备经济.由于激光的发散角小,方向性好,光通信所需的发射天线和接收天线都可以做得很小.一般天线直径为几十厘米,重量不过几公斤.而功能类似的微波天线,重量以十吨,百吨计.

激光电视与普通电视相比,后者存在着屏幕小,亮度低,设备庞大等缺点.而激光电视则:

（1）摄像时无需外部照明,免除了庞大的照明设备,因而轻便,激动,还可以拍摄完全处于黑暗中的景物.以其狭窄的光束迅速扫描,即使在黑暗中也难于觉察.若采用不可见的紫外光或红外光,则肉眼根本无法发现,保密性极高.

（2）激光摄像无需成像光学系统.物体不管多远,都在焦点上.其有效范围仅受短距离的视觉和长距离的信号功率的限制.至于显示过程,在普通电视中,传递的电视图象显示在显象管的荧光屏上.而在激光电视中,图象可以通过显示器在普通的电影屏幕上.由于激光具有很高的亮度,所以激光电视图象的亮度很高,可以在白天普通的房子里观看,不需要暗室设备.

（3）激光显示不需要在真空条件下工作,显示图象的屏幕单独摆在大气空间,这样电视图象就可以放得很大.根据现有水平,图象面积可达3×

4m甚至更大.看电视和看电影一样.这是激光电视的一个重要特色.由于激光束很平行,激光显示的清晰度可以做得比较高.由于激光的颜色很纯,因而所显示图象色彩鲜艳.

以上给人的启迪是:

任何一种物理化学现象,只要有它一定的与众不同的特点,就有可能发展成为一种有用的新技术,所谓天生其物,比有其用.

第六章电子束和离子束加工

电子束加工和离子束加工在原理上和在应用范围上有何异同

二者在原理上的相同点是基于带电粒子于真空中在电磁场的加速,控制作用下,对工件进行撞击而进行加工.其不同处在于电子束加工加速转换成电能,在撞击工件时动能转换成热能使金属熔化,气化而被蚀除.而离子