特种加工试题与答案解析.docx
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特种加工试题与答案解析
特种加工试题
一、名词解释：
1.极性效应 在电火花加工中，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。
2.线性电解液电解加工速度与电流密度的关系曲线为通过原点的直线的电解液。
3.倍频现象通入线圈的电流为交流正弦波，每周期的正半波和负半波引起磁场两次大小变化，使换能器也伸缩两次，引起振动节奏模糊且共振长度变短的现象。
4.混粉电火花加工在电火花工作液中混入一定比例的导电或半导电微细粉末，以降低表面粗糙度、消除微观裂纹，使加工后表面达到类似镜面的效果的电火花加工方法。
5.振动切削加工通过在切削刀具上施加某种有规律的可控振动，使切削速度、切削深度产生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。
二、判断题（判断正误并改正）
1.电火花和电化学加工是非接触加工，加工后的工件表面无残余应力。
（√）
2.电化学反应时，金属的电极电位越正，越易失去电子变成正离子溶解到溶液中。
（√）
3.激光加工与离子束加工要求有真空装置。
（×）激光加工不需真空装置。
4.超声波加工时变幅杆可以将振动的振幅放大是利用能量在不同截面是相同的原理。
（√）
5.电解磨削时主要靠砂轮的磨削作用来去除金属，电化学作用是为了加速磨削过程。
（×）电化学作用是是去除金属的主要作用，磨削为辅助作用。
三、简答题
1、电火花加工按工具电极和工件相对运动方式和用途的不同分哪几种类型？
答：
可分五类：
①利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；②利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；③利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；④用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；⑤小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。
2、电火花加工中的极性效应是什么？
加工中如何利用极性效应来提高加工效率降低工具损耗？
线切割加工一般采用什么极性加工，为什么？
答：
1）电火花加工中，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。
2）①确选择电极的极性短脉宽精加工时，选正极性加工，将工件接正极；用长脉宽粗加工时，选负极性加工，将工件接负极。
②正确选择电极的材料选择熔点高、沸点高的材料，选择导热性好的材料。
常用石墨和纯铜作电极材料。
③正确选择脉宽等电参数。
④利用加工过程中的吸附效应来补偿和减小电极损耗，炭黑膜通常只在正极上形成，工具应接正极损耗小。
3）线切割加工一般采用正极性加工。
因工具电极是直径很小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精、正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。
3、简述电解磨削加工的基本原理、设备组成及应用？
答：
1）原理砂轮表面的非导电性磨料使工件表面与磨轮导电基体之间形成一定的电解间隙（约0.02～0.05毫米），同时向间隙中供给电解液。
在直流电的作用下，工件表面金属由于电解作用生成离子化合物和阳极膜。
这些电解产物不断地被旋转的磨轮所刮除，使新的金属表面露出，继续产生电解作用，工件材料遂不断地被去除，从而达到磨削的目的。
2）设备：
磨头部分，工作台及运动部分，机床进给运动，工作液分值环系统，夹具部分，排风系统，电源部分，机床电气。
3）应用：
磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的金属材料，如硬质合金、高速钢、钛合金、不锈钢、镍基合金和磁钢等。
4、超声加工系统中,声学部件主要有哪几部分组成？
超声频电振荡是如何转换为工具头加工用的机械振动的？
答：
1）组成：
换能器、传振杆、聚能器、耦合杆和声极。
2）超声波发生器将高频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，通过振幅扩大棒（变幅杆）使固定在变幅杆端部的工具生超声波机械振动。
5、分析振动切削加工中的基本规律和特性？
答：
振动切削是通过在切削刀具上施加某种有规律的、可控的振动，使切削速度、背吃刀量发生周期性的改变，从而得到特殊的切削效果的方法。
振动切削改变了工具和被加工材料之间的空间与时间存在条件，从而改变了加工（切削）机理，达到减小切削力、切削热，提高加工质量和效率的目的。
振动切削按所加频率不同可分为高频振动和低频振动。
低频振动仅仅从量上改变切屑的形成条件，主要用来解决断屑问题以及与此相关的一系列问题，而超声振动（高频振动）切削已经使切屑形成机理产生重大变化，可以提高被加工材料的可加工性，提高刀具寿命和工件加工质量。
超声加工的工艺效果来自刀具和工件之间的分离运动，即它是一种脉冲式的断续切削过程。
6、利用电化学加工的基本规律推导电化学加工时，当初始间隙为Δ0，Δb平衡间隙，当工具以一定速度vc，在达到平衡间隙前，工作间隙与时间的关系？
答：
、、
==
7、编程题:
试编写在快走丝数控线切割机床上加工的3B程序。
独立设计一适合线切割加工的零件并编写出加工程序（从零件材料初始位置开始）？
解：
加工图形如下：
以A点为起点，沿工件轮廓顺时针加工，编程如下：
000B40000B20000B40000GXL1
001B20000B0B20000GXL1
002B0B20000B20000GYSR1
003B0B30000B30000GYL4
004B80000B0B80000GXL3
005B0B30000B30000GYL2
006D
四、计算题
用NaCl电解液在低碳钢上加工30×80的长方形孔，深度为40mm,若要求10min内加工完，需要用多大电流？
若直流电源的最大容量为3000A，应改用的最大进给速度为多少？
加工完一个工件需多长时间？
（Fe的体积电化学当量ω为2.22mm3/（A/min））
五、实验设计
设计一实验方法研究电化学磨削加工中，确定电化学加工与磨削加工各自在加工材料时所占的比重？
解：
1）在一定时间内先进行一次完整的电化学磨削加工，记录磨削量（磨削深度）。
2）控制其他条件不变，仅去除导电砂轮与工件间电压，加工相同时间测量磨削量。
3）控制其他条件不变，仅使砂轮不进行磨削运动，加工相同时间测量磨削量。
4）比较以上三种情况磨削量，计算比重。
A
B
C
D
E
解：
R=5,AB=4,BC=5-3=2
AB段：
BBB4000GyL2
BC段：
BBB2000GxL3
CD段：
B5000B0B10000GySR2
DE段：
B2B4B4000GyL3
EA段：
B3000B4000B6000GxSR4
AB段：
B4B2B40000GxL1
BC段：
BBB20000GxL1
CD段：
B0B20000B20000GySR1
DE段：
BBB30000GyL4
EF段：
BBB80000GxL3
FA段：
BBB30000GyL2
解：
R=25,AE=25-15=10,DE=20
AB段：
B0B25000B25000GySR1
BC段：
B45B15B45000GxL3
CD段：
B20000B15000B30000GySR3
DE段：
BBB20000GxL1
EA段：
BBB10000GyL2
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？
（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？
（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
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）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；（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；（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。
（4分）
20、简述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0.2μm，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。
（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）
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