特种加工 答案

七、问答题[每小题10分，共30分]：

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：①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；②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；③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：①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；②精密、微细、形状复杂零件的加工问题；③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，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，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，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。

列举陶瓷、玻璃、金属材料的成形工艺有哪些？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）

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0.2 μm，加工精度可达0.05～0.02 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）

超声清洗的原理：主要是利用超声频振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用。超声波在清洗液(汽油、煤油、酒精、丙酮或水等)中传播时，液体分子往复高频振动形成正负交变的冲击波。当声强达到一定数值时，液体中产生微小空化气泡并瞬时强烈闭合，造成的微冲击波使被清洗物表面的污物脱落下来。由于超声波无孔不入，即使污物在被清洗物上的窄缝、细小深孔、弯孔中，也容易被清洗干净。虽然每个微气泡的作用并不大，但每秒钟有上亿个空化气泡作用，仍可获得很好的清洗效果。所以，超声波广泛用于对喷油嘴、锁丝板、微型轴承、仪表齿轮、手表整体机芯、印制电路板、集成电路微电子器件的清洗。