《特种加工》第六版课后习题答案解析Word格式文档下载.docx

《特种加工》第六版课后习题答案解析Word格式文档下载.docx

《《特种加工》第六版课后习题答案解析Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《特种加工》第六版课后习题答案解析Word格式文档下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

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）

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）.答:

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）.图2-1

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600s100s10A0.9㎜3m约30min中加工（加抬刀）负100s50s4A0.08㎜1.25m30min精加工（加正20s50s2A0.02㎜30min答:

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）BBBJ=齿宽GYL4（y向转动）

第四章电化学加工

1．从原理和机理上来分析，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？

由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中"

阳极溶解"

而被去除来实现加工的，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的精密、微细加工。

但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。

主要是由于电化学加工的实质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的大小、方向控制到原子级上就可以了。

但是由于它们的影响因素太多，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的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？

从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。

例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu2+正离子氧化而溶解入CuCl2溶液，而溶液中的Cu2+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、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？

两者的电流（或电子流）方向有何区别？

原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。

例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。

金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。

两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为"

正极"

，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（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，接电源负极的称阴极，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），两者的方向仍一致，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？

电极电位理论在研究、分析电解加工中有很重要的作用，具体应用在：

1）分析电极上电化学反应的产物在电解加工时，在阴阳两极都有电化学反应，可能参与反应的有电极金属材料、电解液中的有效成分以及水的电离产物H+、OH。

但真正能在电极上完成电化学反应的是什么？

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"

－"

的离子才能参与反应。

2）估计某种金属材料电解加工的质量和可加工性每一种金属材料都是由不同元素所组成（真正由单一元素组成的材料极少），而在电解加工时，人们希望阳极金属的电解过程是均匀的。

只有这样，加工表面的粗糙度值才会比较好，加工过程才能平稳。

如果阳极金属材料的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的电极电位较"

＋"

，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。

更为严重的是这种凸出的质点会造成加工过程的短路、烧损电极，甚至使加工无法进行。

例如铸铁和高碳钢中有C及Fe3C存在，它们的电极电位高达+0.37V，而Fe/Fe2+的电极电位仅为－0.59V，因此C及Fe3C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、高碳钢甚至渗碳钢的电解加工可加工性很差。

5．阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点？

举例说明。

电极钝化现象的存在，使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿。

从生产率的角度出发人们不希望选用能产生钝化现象的钝化型电解液。

但是，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的应用。

而当采用钝化型电解液加工时，尽管电极工具的非工作面没有绝缘，但当加工间隙达到一定尺寸后，对应的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，促进电解加工的推广应用。

电解磨削、电解研磨等加工方法也是利用了阳极钝化现象的存在而开发出来的。

它们利用了钝化膜对金属表面的保护作用，采用机械去除钝化膜的方法，使金属微观表面凸点的钝化膜被刮除，并迅速电解，而低凹处的钝化膜起保护作用，使局部不被电解，最终使金属表面的整平作用加快，可实现精加工。

6．在厚度为64mm的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∆b＝0.2mm。

求：

（1）当阴极侧面不绝缘时，加工出的通孔在钢板上表面及下表面其孔径各是多少？

（2）当阴极工具侧面绝缘，且阴极侧面工作圈高度b=1mm时，所加工出的孔径是多少？

7．电解加工（如套料、成形加工等）的自动进给系统和电火花加工的自动进给系统有何异同？

为什么会形成这些不同？

一般电解加工自动进给系统主要是控制均匀等速的进给速度，它的大小是事先设定的。

进给速度的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，主要依照电流的大小来进行控制，但在电极开始进入或即将退出工件时，由于加工面积的变化，则不能按照电流的大小进行控制。

电火花加工的自动进给控制系统的目的是保证某一设定加工间隙（放电状态）的稳定，它是按照电极间隙蚀除特性曲线和调节特性曲线来工作的，它的进给速度不是均匀等速的。

之所以形成这种不同的进给特性，主要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的直流电源（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的电压和电流（例如调到两极间隙电压为8V），问：

这样是否会降低电解加工时的电流效率？

为什么？

电解加工时的电流效率是指按照法拉第电解定律所计算出的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的同时，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。

电能利用率是指电源输入的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的输入电流、电压，而滑杆电阻本身产生的热损耗与电解加工无关。

滑杆电阻的热损耗愈大，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，它的电流效率并没有变化，仍然是按照法拉第电解定律计算，与其它因素无关。

9．电解加工时的电极间隙蚀除特性与电火花加工时的电极间隙蚀除特性有何不同？

电解加工时，电极间隙蚀除特性曲线是一条双曲线，即a∆=C（常数）如图4-3a所示；

而电火花加工的蚀除特性曲线则是一条蚀除速度在起点和终点都为零的上凸二次曲线，如图4-3b所示。

电解加工时，只要电极不发生短路，电极间隙愈小，阳极工件的蚀除速度就愈高，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．如何用电极间隙的理论进行电解加工阴极工具的设计？

电解加工时的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的平衡间隙

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