《特种加工》第六版课后习题答案.doc

第一章 绪论1、从特种加工得发生与发展来举例分析科学技术中有哪些事例就是物极必反 有哪些事例就是坏事有时变为好事 答:这种事例还就是很多得、以物极必反来说,人们发明了螺旋桨式飞机,并不断加大螺旋桨得转速与功率以提高飞机得飞行速度与飞行高度、但后来人们发现证实螺旋桨原理本身限制了飞机很难达到音速与超音速,随着飞行高度愈高,空气愈稀薄,螺旋桨得效率愈来愈低,更不可能在宇宙空间中飞行、于就是人们采用爆竹升空得简单原理研制出喷气式发动机取代了螺旋桨式飞行器,实现了洲际与太空飞行、由轮船发展成气垫船,也有类似规律、以坏事变好事来说,火花放电会把接触器、继电器等电器开关得触点烧毛、损蚀,而利用脉冲电源瞬时、局部得火花放电高温可用作难加工材料得尺寸加工、同样,铝饭盒盛放咸菜日久会腐蚀穿孔,钢铁器皿、小刀等在潮湿得环境下会腐蚀、钢铁在风吹雨淋时遭受锈蚀,海洋船舰得钢铁船体为了防止海水得腐蚀,得消耗巨资进行防锈、防蚀、人们研究清楚钢铁电化学锈蚀得原理后,创造了选择性阳极溶解得电解加工方法、这些都就是坏事变好事得实例、2、试列举几种采用特种加工工艺之后,对材料得可加工性与结构工艺性产生重大影响得实例、答:这类实例就是很多得,例如:硬质合金历来被认为就是可加工性较差得材料,因为普通刀具与砂轮无法对它进行切削磨削加工,只有碳化硅与金刚石砂轮才能对硬质合金进行磨削、可就是用电火花成形加工或电火花线切割加工却可轻而易举地加工出各式内外圆、平面、小孔、深孔、窄槽等复杂表面,其生产效率往往高于普通磨削加工得生产率、更有甚者,金刚石与聚晶金刚石就是世界上最硬得材料,过去把它作为刀具与拉丝模具等材料只有用金刚石砂轮或磨料自己磨自己,磨削时金刚石工具损耗很大,正就是硬碰硬两败俱伤,确实就是可加工性极差、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,金刚石得可加工性与钢铁差不多了、对过去传统概念上得可加工性,得确需要重新评价、(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,薄壁等低刚度零件得结构工艺性很差,在结构设计时应尽量避免、对E字形得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得冲模、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得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、工艺与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与特种加工之间得差别) 答:一般而言,常规工艺就是在切削,磨削,研磨等技术进步中形成与发展起来得行之有效得实用工艺,而且今后也始终就是主流工艺、但就是随着难加工得新材料,复杂表面与有特殊要求得零件愈来愈多,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就是常规加工工艺得补充与发展、特种加工工艺可以在特定得条件下取代一部分常规加工工艺,但不可能取代与排斥主流得常规加工工艺、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,在宏观与微观过程以及电蚀产物方面有何相同与相异之处 答:(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得运动,所以没有正离子形成,没有发热得放电通道得概念,示波器,显象管中电子流得运动与此类似、基本上没有电蚀产物生成、(2)两金属在空气中放电得例子就是电火花表面强化,涂覆、电焊,等离子切割,等离子焊等,也就是在空气中放电,利用电子流在空气中撞击气体原子形成放电通道,在通道中与工件表面产生大量得热能用于强化,涂覆,切割与焊接、(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,只就是水分子,原子受电子,正离子撞击发热气化,最后分解为氧原子与氢原子(分子),而不像煤油中会分解出碳原子(碳黑微粒)与氢气等、(4),(5)在乳化液中与煤油中放电过程,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得脉冲直流电源 在什么情况下可用直流电源作为电火花加工用得脉冲直流电源 (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得情况下,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 )答:如提示所述,在不需要极性效应,不需要考虑电极损耗率等得情况下,可以直接用220V得50HZ交流电作为脉冲电源进行轧辊电火花对磨与齿轮电火花跑合等、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=5001000,C=0、10、01),再接到两个工件上、在用高速转动得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得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、最好就是经调压变压器降压到5100V再整流供磨削之用,一则可以调节电压或电流,二则与220V交流电源隔离,以保障人身避免触电得危险、3、电火花加工时得自动进给系统与车,钻,磨削时得自动进给系统,在原理上,本质上有何不同 为什么会引起这种不同 答:电火花加工时工具电极与工件间并不接触,火花放电时需通过自动调节系统保持一定得放电间隙,而车,钻,磨削时就是接触加工,靠切削力把多余得金属除去,因此进给系统就是刚性得,等速得,一般不需要自动调节、4、电火花共轭同步回转加工与电火花磨削在原理上有何不同 工具电极与工件上得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,在原理上与共轭同步回转法有何异同 答:不同之处在于电火花共轭同步回转加工时:(1)工具电极与工件得转动方向相同;(2)转速严格相等(或成倍角,比例关系);(3)工具与工件上瞬时放电点之间有很慢得相对移动、而电火花磨削时工具与工件可以同向或反向转动;工具与工件得转速并不相同,磨削点之间有很大得相对移动、加工内螺纹时,其所以不会乱扣,就是因为加工中工具电极与工件得转向与转速相等,工具与工件圆周表面上有着各点对应得关系,所以能把工具表面得螺纹形状复制到工件表面上去而不会乱扣、在内孔中用平动法加工内螺纹,本质上与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,其内外圆上各点对应得规则仍然存在、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 脉冲电源得空载电压不一样时(例如80V,100V,300V三种不同得空载电压),间隙曲线有何不同 试定性,半定量地作图分析之、答:间隙蚀除特性曲线就是电火花放电间隙蚀除速度与放电间隙大小(间隙平均电压得大小)之间得关系,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,同样大小间隙得蚀除速度也就不一样,总得来说,粗加工时蚀除速度较大,上凹得间隙蚀除特性曲线就高于中,精加工得曲线、当脉冲电源得空载电压不一样时,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得放电间隙,因此横坐标上得A点(电火花击穿间隙)将大于100V或80V时得间隙、间隙特征曲线原点不动,整个曲线稍向右移、同理,80V空载电压得间隙特征曲线得A点将偏向左边、S/ m/V6,在电火花加工机床上用10mm得纯铜杆加工10mm得铁杆,加工时两杆得中心矩偏距5mm,选用=200 s, i=5、4A,各用正极性与负极性加工10min, 试画出加工后两杆得形状,尺寸,电极侧面间隙大小与表面粗糙度值(提示:利用电火花加工工艺参数曲线图表来测算)、答:加工示意图见图21a、设先用正极性加工,加工后得图形见图b,负极损耗较大;负极性加工后得图形见图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)、图217,电火花加工一个纪年章浅型腔花模具,设花纹模电极得面积为10mm20mm=200,花纹得深度为0、8,要求加工出模具得深度为1,表面粗糙度为=0、63 m,分粗,中,精三次加工,试选择每次得加工极性,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)、答:可按书中电火花加工工艺曲线图表选择粗,中,精加工得规准、例如:极性脉宽脉间峰值电流加工余量加工后表面粗糙度时间粗加工(可不加抬刀)负600 s100 s10A0、93 m约30min中加工(加抬刀)负100 s50 s4A0、081、25 m30min精加工(加正20 s50 s2A0、0230min答:不同之处在于电火花共轭同步回转加工时:(1)工具电极与工件得转动方向相同;(2)转速严格相等(或成倍角,比例关系);(3)工具与工件上瞬时放电点之间有很慢得相对移动、而电火花磨削时工具与工件可以同向或反向转动;工具与工件得转速并不相同,磨削点之间有很大得相对移动、加工内螺纹时,其所以不会乱扣,就是因为加工中工具电极与工件得转向与转速相等,工具与工件圆周表面上有着各点对应得关系,所以能把工具表面得螺纹形状复制到工件表面上去而不会乱扣、在内孔中用平动法加工内螺纹,本质上与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,其内外圆上各点对应得规则仍然存在、第三章 电火花线切割加工1、电火花线切割时,粗,种,精加工时生产率得大小与脉冲电源得功率,输出电流得大小有关、用什么方法衡量,判断脉冲电源加工性能得好坏(绝对性能与相对性能) 答:可用单位电流(每安培电流)得生产率来衡量,即可客观地判断脉冲电源加工性能得 好坏、例如某脉冲电源峰值电流25A时得切割速度为100mm2/min,另一电源峰值电流27A时切割速度为106mm2/min,则前者得相对生产率为100/25=4mm2/min,优于后者106/27=3、9mm2/min 、又如某线切割脉冲电源3A s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、电火花加工与线切割加工时,如何计算脉冲电源得电能得利用率 试估计一般线切割方波脉冲电源得电能利用率 答:设脉冲电源得空载电压为100V ,加工时火花放电间隙得维持电压为25V则消耗在晶体管限流电阻上得电压为 10025=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%能量得消耗率为:损耗能量:输入能量=75:100=3:4=75%可见75%得能量损耗在限流电阻得发热上、3、设计一个测量,绘制数控线切割加工得间隙蚀除特性曲线得方法(提示:使线切割等速进给,由欠跟踪到过跟踪)、答:这一习题有一定得难度,需对间隙蚀除特性曲线与线切割加工伺服进给系统有一定深度得理解才行、间隙蚀除特性曲线就是蚀除速度与放电间隙(间隙平均电压)得关系曲线(参见第二章电火花加工得伺服进给)、线切割加工时,调节伺服进给量得大小,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得大小、实际上放电间隙得大小(绝对值)很难测量,但可以用加工时得平均间隙电压大小来相对测量间隙值得大小、为此,要在工件与钼丝(导电块)或直接在电源输出端并一个满刻度100V(用于测空载,偏空载时得开路间隙电压),20V(用于测偏短路时得间隙电压)得直流电压表、实际测绘时,先不用线切割机床得自动档(伺服)进给,而采用人工档(等速进给)进给功能、最初用较慢得等速进给速度进行切割,此时处于欠跟踪得进给状态,待切割稳定后就记下进给速度与此时得间隙平均电压,在坐标上作出曲线上得某一点、以后稍微调快进给速度(仍为等速进给),同样测得第二,三点得数据、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 此时得切割速度为最大、当以更大得进给速度(等速)切割时,由于没有伺服功能,进给速度大于可能得蚀除速度,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得右半部分、但B点左边得曲线,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得进给调解特性曲线与电火花加工机床得进给特性曲线有何不同 与有短路回退功能得线切割加工机床得进给调解特性曲线又有什么不同 答:一般线切割机床得进给得进给系统,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、256 mm),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得线切割机床得进给特性曲线就不会有横坐标左下部分得曲线,亦即工具电极(钼丝)得进给速度 vd没有负值、即使有短路回退功能得线切割机床,短路后得回退速度就是固定得(不象电火花成型加工机床那样短路后将以较高得速度vd0回退),所以进给调节特性曲线得左下部为窄小矩形,即放电间隙较小时,进给速度vd0,一旦完全短路后,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得进给调解特性曲线得方法(提示:在线切割机床上做空载模拟实验、用可调得得直流电源模拟火花间隙得平均电压)、答:这一习题也有一定难度,需对线切割机床得变频进给系统有一定得了解、线切割机床得进给速度vd就是由火花放电间隙得平均电压ue来决定得、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得进给调解特性曲线、具体得得方法就是: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、此时工作台进给得取样电压,并不就是来自火花放电间隙得平均电压ue(ue再经电阻分压成1012v得电压,经变频调节电位器送至压频(uf)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),而就是由+12V得外加电压,经变频调节电位器调压输入至 压频(uf)转换器、低电压0V相当于间隙短路,最高1012V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,模拟不同得ue、记录下每种不同电压时得工作台进给速度(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个齿得爪牙离合器,试画出其工艺示意图并编制出相应得线切割3B相应程序、答:由于爪牙离合器工件就是圆筒形得,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12mm得穿丝孔,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得端面,见示意图、(俯视图)切割得程序(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) BBBJ=齿宽GYL4(y向转动)第四章 电化学加工 1.从原理与机理上来分析,电化学加工有无可能发展成为纳米级加工或原子级加工技术？原则上要采用哪些措施才能实现？ 答:由于电化学加工从机理上瞧,就是通过电极表面逐层地原子或分子得电子交换,使之在电解液中阳极溶解而被去除来实现加工得,可以控制微量、极薄层切削去除。因此,电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级得精密、微细加工。但就是真得要实现它,从技术上讲还有相当难度。主要就是由于电化学加工得实质就是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积,只要能把这种溶解或沉积得大小、方向控制到原子级上就可以了。但就是由于它们得影响因素太多,如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等,故综合控制起来还很不容易。 2.为什么说电化学加工过程中得阳极溶解就是氧化过程,而阴极沉积就是还原过程？ 答:从电化学过程来说,凡就是反应过程中原子失去电子成为正离子(溶入溶液)得,称为氧化,反之,溶液中得正离子得到电子成为中性原子(沉积在阴极上)得称为还原,即由正离子状态还原成为原来得中性原子状态。例如在精炼电解铜得时候,在电源正极上纯度不高得铜板上得铜原子在电场得作用下,失去两个电子成为Cu 2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液,而溶液中得Cu 2+正离子在阴极上,得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。3.原电池、微电池、干电池、蓄电池中得正极与负极,与电解加工中得阳极与阴极有何区别？两者得电流(或电子流)方向有何区别？ 答:原电池、微电池、干电池与蓄电池中得正极,一般都就是较不活泼得金属或导电体,而其负极,则为较活泼得金属。例如干电池,正极为不活泼得石墨(碳)棒,负极为活泼金属锌,蓄电池得正极就是不活泼得铅。金属与导电液体形成得微电池中得正极往往就是不活泼得碳原子或杂质。两种活泼程度不同得金属(导电体)在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差,电位较正得称为正极,流出电流(流入电子流),电位较低得流入电流(流出电子流)。电解加工时人为地外部加以电源,接电源正极称阳极,接电源负极得称阴极,阳极表面流出电流(流入电子流),阴极表面流入电流(流出电子流),两者得方向仍一致,见图4 1。4.举例说明电极电位理论在电解加工中有什么具体应用？ 答:电极电位理论在研究、分析电解加工中有很重要得作用,具体应用在: 1)分析电极上电化学反应得产物 在电解加工时,在阴阳两极都有电化学反应,可能参与反应得有电极金属材料、电解液中得有效成分以及水得电离产物H +、OH 。但真正能在电极上完成电化学反应得就是什么？则需要应用电极电位理论加以分析判断。即:在阳极上,只有电极电位最得离子才能参与反应。 2)估计某种金属材料电解加工得质量与可加工性 每一种金属材料都就是由不同元素所组成(真正由单一元素组成得材料极少),而在电解加工时,人们希望阳极金属得电解过程就是均匀得。只有这样,加工表面得粗糙度值才会比较好,加工过程才能平稳。如果阳极金属材料得组成元素其电极电位相差很大,则在电解加工中会由于一些元素得电极电位较,而不能及时溶解,使加工表面形成一些凸出点,造成加工表面粗糙度值增大。更为严重得就是这种凸出得质点会造成加工过程得短路、烧损电极,甚至使加工无法进行。例如铸铁与高碳钢中有C及Fe 3C存在,它们得电极电位高达+0、37V,而Fe/Fe 2+得电极电位仅为0、59V,因 此C及Fe 3C在电解加工中几乎无法被阳极溶解而最终形成凸出质点,从而造成铸铁、高碳钢甚至渗碳钢得电解加工可加工性很差。5.阳极钝化现象在电解加工中就是优点还就是缺点？举例说明。 答:电极钝化现象得存在,使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿。从生产率得角度出发人们不希望选用能产生钝化现象得钝化型电解液。 但就是,当采用 NaCl 等非钝化型电解液工作时,虽然生产率很高,但因为杂散腐蚀严重,成形精度较差,严重影响了电解加工得应用。而当采用钝化型电解液加工时,尽管电极工具得非工作面没有绝缘,但当加工间隙达到一定尺寸后,对应得工件表面就会产生钝化膜,可以避免产生杂散腐蚀,提高加工精度,促进电解加工得推广应用。 电解磨削、电解研磨等加工方法也就是利用了阳极钝化现象得存在而开发出来得。它们利用了钝化膜对金属表面得保护作用,采用机械去除钝化膜得方法,使金属微观表面凸点得钝化膜被刮除,并迅速电解,而低凹处得钝化膜起保护作用,使局部不被电解,最终使金属表面得整平作用加快,可实现精加工。 6.在厚度为 64mm得低碳钢钢板上用电解加工方法加工通孔,已知阴极直径24mm,端面平衡间隙 b0、2mm。求:(1)当阴极侧面不绝缘时,加工出得通孔在钢板上表面及下表面其孔径各就是多少？( 2)当阴极工具侧面绝缘,且阴极侧面工作圈高度 b=1mm 时,所加工出得孔径就是多少？7.电解加工(如套料、成形加工等)得自动进给系统与电火花加工得自动进给系统有何异同？为什么会形成这些不同？ 答:一般电解加工自动进给系统主要就是控制均匀等速得进给速度,它得大小就是事先设定得。进给速度得大小与端面平衡间隙有直接关系(双曲线关系),而端面平衡间隙又直接影响到阴极形状(成形加工时)。在正常电解加工时,主要依照电流得大小来进行控制,但在电极开始进入或即将退出工件时,由于加工面积得变化,则不能按照电流得大小进行控制。电火花加工得自动进给控制系统得目得就是保证某一设定加工间隙(放电状态)得稳定,它就是按照电极间隙蚀除特性曲线与调节特性曲线来工作得,它得进给速度不就是均匀等速得。之所以形成这种不同得进给特性,主要就是电解加工中存在平衡间隙,进给速度大,平衡间隙变小。在进给方向、端面上不易短路;而电火花加工中不存在平衡间隙,进给速度稍大于蚀除速度,极易引起短路,所以必须调节进给速度以保证放电间隙。8.电解加工时,何谓电流效率？它与电能利用率有何不同？如果用 12V 得直流电源(如汽车蓄电池)作电解加工,电路中串联一个滑杆电阻来调节电解加工时得电压与电流(例如调到两极间隙电压为 8V),问:这样就是否会降低电解加工时得电流效率？为什么？ 答:电解加工时得电流效率就是指按照法拉第电解定律所计算出得理论金属蚀除量与实际金属蚀除量之比。由于在电解加工阳极溶解得同时,还会出现如析氧等副反应,因此电解加工时电流效率一般小于 1。 电能利用率就是指电源输入得总能量在电解加工中用了多少,在其它方面(如线路损耗)又用了多少。如题所示,利用滑杆电阻可以调节电解加工时得输入电流、电压,而滑杆电阻本身产生得热损耗与电解加工无关。滑杆电阻得热损耗愈大,电能利用率愈低。而经过滑杆电阻调节电压、电流之后进行电解加工时,它得电流效率并没有变化,仍然就是按照法拉第电解定律计算,与其它因素无关。 9.电解加工时得电极间隙蚀除特性与电火花加工时得电极间隙蚀除特性有何不同？为什么？ 答:电解加工时,电极间隙蚀除特性曲线就是一条双曲线,即 a = C(常数)如图 43a 所示;而电火花加工得蚀除特性曲线则就是一条蚀除速度在起点与终点都为零得上凸二次曲线,如图 43b 所示。电解加工时,只要电极不发生短路,电极间隙愈小,阳极工件得蚀除速度就愈高,生产率就愈高;反之,当电极间隙变大时,蚀除速度将下降。 电火花加工时,当放电间隙为零时,蚀除速度也为零。其实,当放电间隙很小时,排屑困难,短路率增加,蚀除速度将大大下降,甚至无法正常加工;而当放电间隙过大时,间隙无法击穿,蚀除速度也为零(相当于非线性电解液中电解加工时有一切断间隙)。 10.如何用电极间隙得理论进行电解加工阴极工具得设计？ 答:电解加工时得蚀除速度应遵循双曲线规律,即 a = C 。对平板电极而言,当电极进给速度与阳极蚀除速度相等时,电极间隙相对平衡不变,称为端面平衡间隙。对于曲面电极各法线方向得平衡间隙等于: 第五章 激光打印1、激光为什么比普通光有更大得加工瞬时能量与功率密度 为什么称它为激光 答:因为激光器可在较长时间吸收,积聚某一波长光得能量,然后在很短得时间内放出,并且通过光学透镜将大面积光通道上得激光束聚焦在很小得焦点上,经过时间上与空间上得两次能量集中,所以能达到很大得瞬时能量与功率密度、其所以称之为激光,就是因为激光器中得工作物质吸收某一波长得光能,达到粒子数反转之后,再受到这一波长得光照后,就会瞬时受激,产生跃迁,并发出与此波长相同得激光、2、试述激光加工得能量转换过程,即如何从电能具体转换为光能又转化为热能来蚀除材料得 答:固体激光器一般都用亮度很高得氙灯将电能转变为光能,使激光器内得工作物质如红宝石中得铬离子,钕玻璃或钕钇铝石榴石(YAG)中得钕离子吸收光能,达到粒子数反转状态,经触发而产生功率密度很大得强激光,照射到工件上得光能转换为热能,使材料气化而蚀除材料、3、固体,气体等不同激光器得能量转换过程就是否相同 如不相同,则具体有何不同 答: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得一般光,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、不同波长得红外线,红光,绿光,紫光,紫外线光能转换为热能得效率有何不同 答:不同波长,频率得光所含得能量E=hv,其中v为光得频率,h为普朗克常数、可见光所含得能量与其频率成正比、但照射到物体上后光能转换成热能得大小,即光能转换得频率,却随波长(频率)与物体对该光波得吸收率不同而不同、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,因为皮肤吸收红光得效率远比其她广博为高、同样激光打孔,切割时,影响光能转换为热能效率得因素,除材料对该光波得吸收率外,还有反射率也起很大作用,因此很难加工反射率很高得光洁镜面、5、从激光产生得原理来思考,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得 这些应用得共同技术基础就是什么 可以从中获得哪些启迪 答:激光之所以能广泛应用于上述高,新技术中,主要就是基于它得一系列固有得特点,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,由于光得频率高,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、因为信息容量与信息道得带宽成正比、带宽愈宽容量愈大、光波得频率极高,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、这就是过去任何一种通信系统所不能达到得巨大通信容量、(2)通信距离远,保密性能好、由天线发射得波束,其发散角与D成正比(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1 m得光波,若用直径20cm得透镜(就就是激光得发射天线),那么发射角就只就是1、1,而对于微波来说,即使使用庞大得天线,发射角仍有几度、由于激光束发射角很小,能量集中在狭小得范围内,以此可以把信息传送到很远得距离、这对空间通信,宇宙通信有重要得意义、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、由于激光得发散角小,方向性好,光通信所需得发射天线与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、而功能类似得微波天线,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,免除了庞大得照明设备,因而轻便,激动,还可以拍摄完全处于黑暗中得景物、以其狭窄得光束迅速扫描,即使在黑暗中也难于觉察、若采用不可见得紫外光或红外光,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得视觉与长距离得信号功率得限制、至于显示过程,在普通电视中,传递得电视图象显示在显象管得荧光屏上、而在激光电视中,图象可以通过显示器在普通得电影屏幕上、由于激光具有很高得亮度,所以激光电视图象得亮度很高,可以在白天普通得房子里观瞧,不需要暗室设备、(3)激光显示不需要在真空条件下工作,显示图象得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34m 甚至更大、瞧电视与瞧电影一样、这就是激光电视得一个重要特色、由于激光束很平行,激光显示得清晰度可以做得比较高、由于激光得颜色很纯,因而所显示图象色彩鲜艳、以上给人得启迪就是:任何一种物理化学现象,只要有它一定得与众不同得特点,就有可能发展成为一种有用得新技术,所谓天生其物,比有其用、第六章 电子束与离子束加工1、电子束加工与离子束加工在原理上与在应用范围上有何异同 答:二者在原理上得相同点就是基于带电粒子于真空中在电磁场得加速,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、而离子束加工就是电能使质量较大得正离子加速后,打到工件表面,就是靠机械撞击能量使工件表面得原子层变形,破坏或切除分离,并不发热、在工艺上:有离子刻蚀,渐射沉积,离子镀,离子注入(表面改性)等多种形式,而不象电子束加工,有打孔,切割,焊接,热处理等形式、2、电子束加工,离子束加工与激光加工相比各自得使用范围如何,三者各有什么优缺点 答:三者都适用于精密,微细加工,但电子束,离子束需在真空中进行,因此加工表面不会被氧化,污染,特别适合于清洁,洁净加工、离子束主要用于精微表面工程,激光因可在空气中加工,不受空间结构得限制,故也适用于大型工件得切割,热处理等工艺、3、子束,离子束,激光束三者相比,哪种束流与相应得加工工艺能聚焦得更细 最细得焦点直径大约就是多少 答:激光聚焦后焦点得直径取决于光得波长、波长为0、69 m得红色激光,聚焦得光斑直径很难小于1 m,因为聚焦透镜有像差等误差、二氧化碳气体激光器发光1、06 m得红外激光,其焦点光斑直径更大、波长较短得绿色激光与准分子激光器可获得较小得焦点,常用于精密,微细加工、电子束最佳时可获得0、25 m得聚焦直径、可用于制作大规模集成电路得光刻、如果用波长很短得X光射线(波长为1091010,即10、1nm),可得到0、1 m左右得聚焦直径、4、电子束加工装置与示波器,电视机得原理有何异同之处 答:它们都有一个电子枪用来发射电子,使电子奔向高电压得正极,而后再用线圈(电磁透镜)进行聚焦,用电场进行偏转,控制扫描出图形来、只不过电子束加工装置得功率较大,而示波器,电视机得功率较小而已、彩色电视机因有红,蓝,黄三种基本色,故需有三个电子枪,结构与控制更为复杂、第七章 超声加工1、超声加工时得进给系统有何特点 答:超声加工时得进给系统就是靠重锤通过杠杆使工具轻轻压在工件上,靠轻微得压力使工具端面与磨粒与工件表面接触,工件表面去掉多少,进给多少,就是悬浮式得柔性进给系统,而不就是刚性得进给系统实现得,它与机械加工与电火花加工得进给系统不一样、2、一共振频率为25KHZ得磁致伸缩型超声清洗器,底面中心点得最大振幅为0、01mm,试计算该点最大速度与最大加速度、它就是重力加速度g得多少倍 如果就是共振频率为50KHZ得压电陶瓷型超声清洗器,底面中心点得最大振幅为0、005mm,则最大速度与加速度又就是多少 答:按教材中超声振动时得最大速度Vmax与最大加速度amax计算公式Vmax=wA=2fA=2250000、01=1570、8mm/s=1、57m/s,amax=w A=4 25000 0、01=246、74106mm/s =246740m/s ,就是地心加速度g=9、8m/s 得25000倍、如果共振频率增加为一倍f=50KHZ,振幅减小成一半A=0、005mm,则Vmax=1、572/2=1、57mm/s,amax=2467404/2=493480m/s ,就是地心加速度g得5000倍、3、试判断超声加工时:(1)工具整体在作超声振动;(2)只有工具端面在作超声振动;(3)工具各个横截面都在作超声振动,单个截面同一时间得振幅并不一样;(4)工具各个横截面依次都在作原地踏步式得振动、以上各点,哪种说法最确切 有无更确切得说法 答:以上说法中,(3)比较确切,超声波在工具(变幅杆)内传递时,各个横截面都在作超声振动,单个截面在同一时间得振幅不一样,有得截面始终为零(如固定超声系统得驻波点),有得有时振幅最大,如工具端面得加工点、最确切得说法就是,应按教材中得超声波在固体中得传播过程,各质点都在传播方向上振动,但传到端面后波在反射,两者得合成运动才就是各质点得实际运动、4、超声波为什么能强化工艺过程,试举出几种超声波在工业,农业或其她行业中得应用、答:超声波因具有较大得瞬时速度,尤其就是瞬时加速度,故可用作强化工艺过程、如工业中得粉碎(使物质颗粒细化),乳化、在农业上可用强超声处理种子优化品种,在医学上可用强超声波击碎人体内得肾结石,胆结石等等、第八章 快速成型加工1、快速成型得工艺原理与常规加工工艺有何不同 具有什么优点 答:快速成型在工艺原理上就是增材法,与切削加工,电火花蚀除,电化学阳极溶解等减材法不同、其特点就是整个工艺过程建立在激光(断层)扫描,数控技术,计算机CAD技术,高分子材料等高科技基础之上,因此工艺先进,柔性好,生产周期短、2、试对常用得快速成型工艺作一优缺点比较、答:下表就是4种快速成形工艺得综合比较、几种最常用得快速成形工艺优缺点比较有关指标工艺精度表面质量材料价格材料利用率运行成本生产效率设备费用市场占有率%液相固化SL法好优较贵接近100%较高高较贵70粉末烧结SLS法一般一般较贵接近100%较高一般较贵10纸片叠层LOM法一般较差较便宜较差较低高较便宜7熔丝堆积FDM法较差较差较贵接近一般较低较便宜第九章 1、其它特种加工试列表归纳,比较本章中各种特种加工方法得优缺点与适用范围、答:优点缺点适用范围化学铣削加工可大面积多工件同时加工不易加工深孔,型孔航空航天零件减薄,去毛刺光化学腐蚀加工可刻蚀精度得文字图案刻蚀深度有限用于相片制版,刻蚀精细得网孔图案等离子体加工可高速切割难加工材料切割精度较差,割缝较宽切割,下料各种难加工金属挤压研磨可去除内(外)表面得毛刺与改善表面质量只就是表面加工,不能改变尺寸表面光整加工水射流切割可对任何材料切割下料,加工速度高,无毛刺,无残余应力切缝较宽,尺寸精度较差适用于石材,钢筋,水泥板等切削磁性磨料研磨可无应力表面光整加工去除量小,生产率较低精密零件得表面光整加工2、如何能提高化学刻蚀加工与光化学腐蚀加工得精密度(分辨率) 答:在腐蚀液中加入保护剂等添加剂,以减小钻蚀,详见教材有关章节、3、从水滴穿石到水射流切割工艺得实用化,在思想上有何启迪 要具体逐步解决什么技术关键问题 答:滴水穿石因能量密度较小,所以只能靠长年累月时间才能穿石、要提高穿石得速度,水射流切割技术中应使超高得水由小孔中喷出,尤其就是水中混有细小磨料颗粒高速撞击工件表面,更能提高单位面积上得能量密度与切割速度、当然喷嘴得材料小孔得加工也就是关键问题、4、人们日常工作与日常生活中,有哪些物品,商品(包括工艺美术品等),就是由本书所述得特种加工方法制造得 答:很多家电得外壳,内部构件,如电视机,照相机,洗衣机等得模具都就是由电火花,线切割等很多方法制造得、汽车,门窗,建筑用得铝材型品都就是电火花,线切割加工得拉伸,挤压模具,又经过挤压抛光后拉制得、有些金黄色得手表壳,手链都就是离子镀覆得氮化钛、有些太阳眼镜就是离子镀覆得反光层、珍珠项链等采用超声钻孔,金银首饰厂用超声清洗首饰、电动剃须刀得网罩就是电铸得产物,手表中宝石轴承小孔都就是经过激光打孔而后又用超声研磨得、诸如此类,不胜枚举、爪牙侧面穿丝孔数控回转台