精密加工与特种加工

一、名词解释：[每小题3分，共15分]： 1.电极相对损耗(电火花加工中)

指工具电极损耗速度ve与工件蚀除速度vw之比的百分数，即θ=ve/vw×100% 。 2.混气电解加工

在气液混合器中将一定压力的气体与电解液混合成含无数小气泡的混合液再进入加工间隙进行加工的方法，可改善电解液性能，提高复制精度。 3.晶体的解理现象

指晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象。 4.非线性电解液

如NaClO3、NaNO3电解液，其电流效率不是常数， vl-i曲线为不通过原点的曲线。当电流密度i小于切断电流密度ia时，加工速度为零。加工精度高，没有杂散腐蚀，加工生产率低。 5.复合加工

把两种特种加工方法复合在一起，或者把一种或两种特种加工方法和常规机械加工方法复合在一起，使之相辅相成、相得益彰的加工工艺，例如电解电火花加工、电解电火花磨削等。

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。

1．极间介质消电离

电火花加工中当脉冲电压结束时，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，以免总是在同一处重复放电。 2．晶体的解理现象

指晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象。

在气液混合器中将一定压力的气体与电解液混合成含无数小气泡的混合液再进入加工间隙进行加工的方法，可改善电解液性能，提高复制精度。 4．超声波加工

利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆性材料的一种成形方法

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

3．混气电解加工

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。

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

如NaCl电解液，其电流效率为接近100%的常数，加工速度vL和与电流密度i的曲线为通过原点的直线（vL=ηωi），生产率高，但存在杂散腐蚀，加工精度差。 3．平衡间隙（电解加工中）

当电解加工一定时间后，工件的溶解速度vL和阴极的进给速度v相等，加工过程达到动态平衡，此时的加工间隙为平衡间隙Δb 。 4．快速成形技术

是一种基于离散堆积成形原理的新型成形技术，材料在计算机控制下逐渐累加成形，零件是逐渐生长出来的，属于“增材法”。 5．激光束模式

激光束经聚焦后光斑内光强的分布形式

1. 电火花加工中工具电极相对损耗的含义是什么？如何降低工具电极的相对损耗？

答：工具电极体积相对损耗用电极损耗速度ve与工件蚀除速度vw之比的百分数表示，即θ=ve/vw×100% 。也可用长度相对损耗θL来表示。 降低工具电极相对损耗的途径：

①正确选择电极的极性 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。

2. 超精密加工的难点是什么？超精密切削对刀具性能有哪些要求？为什么单晶金刚石被公认为理想的超精密切削刀具材料？

答：实现超精密加工的关键是超微量去除技术。超微量加工时，工具和工件表面微观的弹性变形和塑性变形是随机的，精度难以控制；工艺系统的刚度和热变形对加工精度有很大影响；去除层越薄，被加工表面

所受的切应力越大，材料就越不易被去除。超微量切削往往是在晶粒内进行，相当于从材料晶格上逐个地去除原子，切削力一定要超过晶体内部的原子结合力才能产生切削作用，其单位面积上的切应力急剧增大，因此要求采用高硬度、高耐磨性的刀具材料。 超精密切削对刀具性能的要求：

1）极高的硬度和耐磨性； 2）刃口能磨得极其锋利；

3）刀刃无缺陷； 4）与工件材料的抗粘接性好，摩擦系数低。

单晶金刚石被公认为理想的、不可代替的超精密切削刀具材料，是因为它有着一系列优异的特性，如硬度极高，耐磨性和强度高，导热性能好，和有色金属摩擦系数小，能磨出极锋利的刀刃等。

3. 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？

答：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。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，则不能依照电流的大小来进行控制。 电火花加工自动进给控制系统的目的是保证某一设定加工间隙的稳定，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，进给速度越大，平衡间隙越小，工件的蚀除速度越高，在进给方向、端面上一般不易短路；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，所以必需调节进给速度以保证放电间隙。

4．阳极钝化现象在电解加工中是优点还是缺点？举例说明。

答：阳极钝化现象的存在，使电解加工中阳极溶解速度下降甚至停顿，从生产率的角度考虑人们不希望选用产生钝化现象的钝化型电解液。但是，当采用NaCl等非钝化型电解液加工时，虽然生产率高，但杂散腐蚀严重，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，促进了电解加工的推广应用。电解磨削、电解研磨等加工方法就是利用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。