特种加工习题

1. 特种加工与常规加工的不同本质和特点：不是依靠机械能，而是主要用其他能量（如电 化学 光 声 热等）去除金属材料；工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光 电子束等加工时甚至没有成形的工具；加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花 线切割 电解加工时工具与工件不接触。
2. 电火花加工的三个条件：必须使工具电极和工件表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为0.02-0.1mm；火花放电必须是瞬间的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。
3. 电火花的加工机理既是蚀除过程：极间介质的电离 击穿，形成放电通道（在电场作用下负电子高速向阳极运动并撞击工作液介质中的分子或中性原子产生碰撞电离 又形成带负电的粒子和带正电的粒子，导致带点粒子雪崩式增多，使介质击穿而形成放电通道）； 介质热分解 电极材料熔化 气化热膨胀（极间介质一旦被电离 击穿形成放电通道后脉冲电源使通道间的电子高速奔向正极，正离子奔向负极，电能变成动能，动能通过碰撞又转变为热能，于是通道内，正极和负极表面分别形成瞬时热源）； 电极材料的抛出（通道和正负极表面放电瞬时高温使工作液化气和金属材料熔化 气化热膨胀产生很高的瞬时压力，通道中心的压力很高，使气化了的气体体积不断向外膨胀，形成一个扩张的“气泡”，气泡上下 内外的瞬时压力并不相等，压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排出）； 极间介质的消电离（放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近处或电阻率最小处形成下一击穿放电通道）。
4. 极性效应：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极都会受到不同程度的电蚀，这种单纯由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象。 我国通常把工件接脉冲电源的正极（工件接负极）时，称“正极性”加工，反之 称之为“负极性”加工。 当采用窄脉冲（例如纯铜电极加工钢时， ）精加工时，应选用正极性加工；当采用长脉冲（例如纯铜电极加工钢时， ）粗加工时，应采用负极性加工，可以得到较高的蚀除速度和较低的电极损耗。
5. 提高加工速度的方法：提高脉冲频率 ，增加单个脉冲能量 ，设法提高工艺系数 。
6. 降低工具电极损耗的方法：正确选择极性和脉宽，利用吸附效应，利用传热效应，选用合适的电极工具材料。
7. 电火花加工用的脉冲电源是单向直流电源。

对脉冲电源的要求：所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或很小，这样才能最大限度地利用极性效应，提高生产率和减少工具电极的消耗；脉冲电压波形的前后沿应该较陡，这样才能减少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程较稳定，因此一般采用矩形波脉冲电源；脉冲的主要参数应能在很宽的范围内调节，以满足粗中精加工的要求；脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠 成本低 寿命长还要考虑节省电能。
8. 自动进给调节系统的任务是在于维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定的进行，以获得较好的加工效果。就原则而言，应使工具电极的进给速度 等于工件蚀除速度 ，但 并非常数。具体可用间隙蚀除特性曲线和进给特性曲线来说明。
9. 单电极平动法的最大优点是只需一个电极 一次装夹定位，便可达到±0.05mm的加工精度，并方便了排除电蚀产生。 它的缺点是难以获得高精度的型腔模，特别是难以加工出清棱 清角的型腔。
10. 平衡电极电位：产生在金属和它的盐溶液之间的电位差称为金属的电极电位，因为它是金属在本身盐溶液中的溶解和沉淀相平衡时的电位差。
11. 某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量激发的条件下，会吸收光能，使处在较高能级的原子数目大于处于低能级的原子数目，这种现象，称为“粒子数反转”。
12. 钢打钢配合法：此法是直接用钢凸模作为电极直接加工凹模。加工时将凹模刃口端朝下形成向上的“喇叭口”，加工后将工件翻过来使“喇叭口”（此喇叭口有利于冲模落料）向下作为凹模，电极也倒过来把损耗部分切除或用低熔点合金浇固作为凸模。 配合间隙靠调节脉冲参数 控制火花放电间隙来保证，这样 电火花加工后的凹模就可以不经任何修正而直接与凸模配合，这种方法可以获得均匀配合间隙，具有磨具质量高 电极制造方便以及钳工工作量少的优点。 但是工具电极和工件都是磁性材料，在直流分量的作用下易产生磁性，电蚀下来的金属屑被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定。目前电火花加工冲模时的单边间隙可达0.02mm，甚至达到0.01，所以，对一般的冲模加工，采用控制电极尺寸和火花间隙的方法可以保证冲模间隙的要求，故直接配合法在生产中已得到广泛的应用。
13. 电火花线切割加工的基本原理：利用移动的细金属导线作为电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电，“以不变应万变”切割成形，可切割成形各种二维三维表面。 电火花切割机床的分类：一类

是往复高速走丝电火花线切割机床（WEDM--HS），走丝速度为8-10m/s这是我国生产和使用的主要机种，也是我过独创的电火花线切割加工模式；另一类是单向低速走丝电火花切割机床（WEDM--LS），走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。
14. 电参数对加工指标的影响：脉冲宽度 ，通常 加大时加工速度提高而表面粗糙程度差。一般 =2—60微秒，在分组脉冲及光整加工时 可小至0.5微秒以下； 脉冲间隔 脉冲间隔减小时平均电流增大，切割速度加快，但脉冲间隔不能过小，以免引起电弧和断丝。一般取 脉冲间隙 =（4----8）脉冲宽度 ，在刚切入 或过大厚度加工时，应取较大的脉冲间隔值； 开路电压 ：该值会引起放电峰值电流和放电加工间隙的改变， 提高，加工间隙增大，排屑变易，提高了切削速度和加工稳定性，但易造成电丝振动，通常 的提高还会使丝损增大； 放电峰值电流 ：这是决定单脉冲能量的主要因素之一， 增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差，电极极丝损耗加大甚至断丝。一般 小于40A，平均电流小于5A，低速走丝切割加工时，因脉宽很窄，电极丝又较粗且使用一次，故 常大于100A甚至达1000A； 放电波形：在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果，电流波形的前沿上升比较慢时电极丝损耗较少，不过当脉冲很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。
15. 电极极化的分类：浓差极化；电化学极化。
16. 激光的发光方式：自发辐射和受激辐射。
17. 激光的特性：强度高，单色性好，相干性好，方向性好。
18. 电子束加工的工作原理：在真空的条件下，利用电能使电子加速转换成动能撞击工件，又转换成热能来蚀除金属的。 电子束加工的特点：电子聚焦直径小，可实现精密细微的加工；是一种非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏观力和变形；加工材料范围广，对脆性 韧性 导体非导体及半导体材料都可加工；电子束的能量密度高，加工生产率高；易于控制，便于实现自动化；污染少，加工表面不会被氧化，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。
19. 离子束加工的原理：在真空的条件下，将离子源产生的离子束，经过加速聚焦，使之撞击到工件表面，离子带正电荷，有很大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量。 离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面所发生的撞击效应 溅射效应和注入效应。 离子束加工的特点：是所有特种加工方法中最精密 最细微的加工方法，是当代纳米加工技术的基础

；适用于对易氧化的金属 合金材料和高纯度半导体材料的加工；宏观压力小，所以加工应力 热变形极小，加工质量高，适合于对各种材料和低刚度零件的加工； 设备费用贵 成本高 加工效率低 应用范围受到一定的限制。
20. 离子束加工的分类：离子刻蚀；离子溅射沉积；离子镀；离子注入。
21. 脉冲电源的分类：按主回路中的主要元器件种类：RC线路驰张式／晶体管式／大功率集成电路式； 按输出脉冲波形：矩形波／梳状波/高频分组脉冲／阶梯波／高低压复合：按间隙状态对脉冲参数的影响：独立式和非独立式；按工作回路数目：单回路和多回路
22. 电火花加工表面质量：电火花表面质量主要包括表面粗糙度 表面变质层和表面力学性能三部分。 电火花加工表面是由无方向性的无数小坑和凸边所组成，特别有利于保存润滑油，对未淬火钢，电火花加工后的表面硬度还可提高，影响表面粗糙度的因素主要是放电时间 与峰值电流 的乘积，亦单个脉冲能量的大小。 表面变质层：熔化凝固层，热影响层，显微裂纹。 表面力学性能：显微硬度及耐磨性；残余应力；耐疲劳性能。
23. 电解磨削的工作原理：电解磨削顾名思义就是电解作用机床和机械磨削相结合的一种复合工艺方法。 磨削时，工件接直流电源正极，电解磨轮接直流电源的负极，车床在二者之间供给电解液。当直流电源接通时，工件表面将产生电化学反应，表层金属原子变成离子并形成阳极膜。这层膜钝化作用强，又称为钝化膜。它覆盖在工件表面，阻止电化学反应的继续进行。当工件进一步向电解磨轮靠近并接触时，电解磨轮表面凸出的磨料高速运动，将钝化膜刮除，基体金属外露，继续产生电化学反应。如此反复进行，工件材料被一层层地去除，从而达到加工的目的。工件与电解磨轮接触时，磨轮表面凸出的车床磨料使二者保持一定的间隙，机床不致发生短路，且间隙中的电解液因磨轮的高速旋转不断被更新，使得阳极溶解反应能持续进行。
24. 工作液循环 过滤系统：包括工作液箱 电动机 泵 过滤装置 工作液槽 油杯 管道 阀门以及测量仪表等。放电间隙中的电蚀产物除了靠自然扩散 定期抬刀以及使工具电极附加振动等排除外，常采用强迫循环的办法加以排除，以免间隙中电蚀产物过多引起已加工过的侧表面间的“二次放电”，影响加工精度 此外也可带走一部分热量。 为了使工作液不影响加工性能，必须净化，方法是：自然沉淀法 介质过滤法。
25. 电解液的主要作用是：作为导电介质传递电流；在电场作用下进行电化学反应，使阳极溶解能顺利而有控制的进

行；及时地把加工间隙内产生的电解产物及热量带走，起更新与冷却作用。 电解液的基本要求：具有足够的蚀除速度；具有较高的加工精度和表面质量；阳极反应的最终产物应是不溶性的化合物。
26. 电解液的分类：钝化和非钝化。 非钝化的电解液主要有NaCl电解液，特点是蚀除速度高，没有或很少有析氧等副反应，电流效率高，加工面粗糙度也小。但是其杂散腐蚀也严重，故复制精度较差。 钝化型电解液主要有NaNO3电解液和NaClO3电解液，特点是：具有“切断间隙”的特性，有比较好的非线性性能，成形精度高，而且对机床设备的腐蚀性小，使用安全，价格也不高，散蚀能力小，加工精度高，有较小的加工表面粗糙度，具有很高的溶解度，导电能力强。缺点是电流效率低，生产率也低，加工时阴极有氨气析出，消耗NaNO3。