精密制造和特種加工技術-習題及答案 第六章 其他特種加工

第六章其他特種加工一、按作用原理分類，電化學加工可分為哪幾類？各包括哪些加工方法？有何用途？按加工原理可以將電化學加工分為以下三大類(1)利用電化學反應過程中陽極金屬的溶解作用來進行加工，主要有電解加工、電化學拋光等，用于內(nèi)外表面形狀、尺寸及去毛刺等加工。(2)利用電化學反應過程中陰極金屬的沉積來進行加工，主要有電鑄加工、電鍍加工等，用于表面加工、裝飾、尺寸修復、磨具制造、精密圖案及印制電路板復制等加工。(3)利用電化學加工與其他加工方法結合的電化學復合加工工藝進行加工，主要有電解磨削、電解放電加工等，用于形狀和尺寸加工、表面光整加工、鏡面加工、高速切割等。二、電解液按酸堿度分為哪幾大類？常用的電解液有哪幾種？各有什么特點？電解液可分為中性鹽溶液、酸性鹽溶液和堿性鹽溶液三大類。常用的電解液有NaCl、NaNO3、NaClO33種。NaCl電解液價廉易得，對大多數(shù)金屬而言，其電流效率很高，在加工過程中損耗小并可在低濃度下使用，因此應用很廣。NaCl電解液的缺點是電解能力強，但散腐蝕能力也強，使得距離陰極工具較遠的工件表面也被電解，成型精度難于控制，復制精度低；對機床、設備腐蝕性大，因此適用于加工速度快而精度要求不高的工件。NaNO3電解液在濃度低于30%時，對機床、設備腐蝕性很小，使用安全，但生產(chǎn)效率低，需較大電源功率，因此適用于加工成型精度要求較高的工件。NaCIO3電解液的散蝕能力小，加工精度高，對機床、設備腐蝕性很小，適用于高精度零件的成型加工。然而，NaClO3是一種強氧化劑，雖不自燃，但遇熱分解的氧氣能助燃，因此使用時要注意防火安全。三、在電解加工中，電解液的作用是什么？對電解液有哪些基本要求？在電解加工過程中，電解液不僅作為導電介質傳遞電流，而且在電場的作用下進行化學反應，使陽極溶解能順利有效地進行。此外，電解液還擔負著及時將加工間隙內(nèi)產(chǎn)生的電解產(chǎn)物和熱量帶走的任務，起到更新和冷卻的作用。因此電解液對電解加工的生產(chǎn)率、加工精度和加工表面質量等工藝指標有著重要的影響。由于電解液對電解加工過程有著重大的影響，因此對電解液有以下要求。(1)電導率要高，流動性要好，可以保證用較低的加工電壓獲得較大的加工電流；能在較低的壓力下得到較高的流速，減少發(fā)熱。(2)電解質在溶液中的電離度和溶解度要大。一般來說，電解液中的陽離子總是具有標準電極電位，如Na+、K+等離子。(3)陽極的電解產(chǎn)物應是不溶性的化合物，這樣便于處理，不會在陰極表面沉積。(4)性能穩(wěn)定，操作使用安全;對設備產(chǎn)生的腐蝕作用小；不易燃，不爆炸，對環(huán)境的污染和人體的危害要小。(5)價格低廉，適應性廣，使用壽命長。四、對電解加工機床有哪些基本要求？①機床剛性強。②進給速度穩(wěn)定性高。③設備耐腐蝕性好。④電氣系統(tǒng)抗干擾性強。⑤大電流、傳導性好。⑥安全措施完備。五、電鑄加工的原理是什么？請闡述電鑄加工工藝過程。電鑄加工是利用電化學過程中的陰極沉積原理來進行加工的，即在原模上通過電化學方法沉積金屬，然后分離以制造或復制金屬制品。在直流電源的作用下，金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面;陽極的金屬原子失去電子而成為正離子，源源不斷地補充到電鑄液中，使溶液中的金屬離子濃度保持基本不變。當母模上的電鑄層達到所需的厚度時取出，將電鑄層與型芯分離，即可獲得型面與型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。電鑄加工的工藝過程一般為原模制作→原模表面處理→電鑄至規(guī)定厚度→襯背處理→脫?！逑锤稍铩鷻z測。六、試闡述激光加工的原理和特性。原理：激光是一種強度高、方向性好、單色性好的相干光。由于激光的發(fā)散角小、單色性好，理論上可以聚焦到尺寸與光的波長相近的（微米甚至亞微米)小斑點上，加上激光的強度高，因此可以使其焦點處的功率密度達到107~1011W/cm2，溫度可達10000℃以上。在這樣的高溫下，任何材料都將瞬時熔化甚至汽化，并爆炸性地高速噴射出來，同時產(chǎn)生方向性很強的沖擊波。因此，激光加工是工件在光熱效應下產(chǎn)生高溫熔融和受沖擊波拋出的綜合過程。2.激光加工的特點(1)幾乎所有金屬和非金屬材料都町以進行激光加工。(2)激光能聚焦成極小的光斑，可進行微細和精密加工，如微細窄縫和微型孔的加工。(3)可用反射鏡將激光束送往遠離激光器的隔離室或其他地點進行加工。(4)激光加工時不需要刀具，屬于非接觸加工，無機械加工變形。(5)無須加工工具和特殊環(huán)境，便于自動控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形小。七、試闡述激光切割的激光與材料的作用過程。激光切割的原理與激光打孔的原理相似，但工件與激光束要進行相對移動。在實際加工中，采用工作臺數(shù)控技術,可以實現(xiàn)數(shù)控激光切割。激光切割大多采用輸出功率在10kW以上的大功率的二氧化碳氣體激光器，對于精密切割，也可采用YAG激光器（輸出功率可達5kW)。激光既可以切割金屬，也可以切割非金屬。在激光切割過程中，由于激光對切割材料不產(chǎn)生機械沖擊和壓力，再加上激光切割的切縫小，便于自動控制，因此在實際加工中常用來加工玻璃、陶瓷、各種精密細小的零部件。二氧化碳氣體激光器切割鈦合金示意圖如圖所示。八、查相關文獻全面了解激光加工工藝及其應用情況。1.激光打孔2.激光切割3.激光打標4.激光焊接5.激光表面處理九、試闡述電子束加工和離子束加工的基本原理、加工特點及應用場合。兩者有什么不同？為什么？電子束加工的基本原理：電子束加工是利用高速電子的沖擊動能來加工工件的。在真空條件下，將具有很高速度和能量的電子束聚焦到加工材料上，電子的動能絕大部分轉變?yōu)闊崮?，使加工材料局部瞬時熔化、汽化而去除。電子束加工的特點如下。(1）電子束能夠極其微細地聚焦(可達1～0.1um)，因此可進行微細加工。(2）加工材料的范圍廣。由于電子束能量密度高，可使任何材料瞬時熔化、汽化且機械力的作用極小，不易產(chǎn)生變形和應力，因此采用電子束加工能加工各種力學性能的導體、半導體和非導體材料。(3）電子束加工在真空中進行，因此污染少，加工表面不易氧化。(4）電子束加工需要整套的專用設備和真空系統(tǒng)，價格較貴，因此在生產(chǎn)中受到一定程度的限制。應用：電子束加工常用于加工微細小孔、異形孔及特殊曲面。離子束加工的基本原理：離子束加工也是一種新興的特種加工，其原理與電子束加工的原理基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以實現(xiàn)加工。所不同的是離子帶正電荷，其質量比電子大數(shù)千倍乃至數(shù)萬倍，因此在電場中加速較慢，但一旦加速至較高速度，就比電子束具有更大的撞擊動能。離子束加工是靠微觀機械撞擊將能量轉化為熱能進行加工的。離子束加工具有以下特點。(1)離子束加工是目前特種加工中最精密、最微細的加工方法。離子刻蝕的加工精度可達納米級，離子鍍膜的加工精度可控制在亞微米級，離子注入的深度和濃度亦可精確地控制。(2)離子束加工在高真空中進行，污染少，特別適用于對易氧化的金屬、合金和半導體材料進行加工。(3)離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來實現(xiàn)的，是一種微觀作用，所以加工應力和變形極小，適用于對各種材料和低剛件零件進行加工。離子束加工的應用如下。在目前的工業(yè)生產(chǎn)中，離子束加工主要應用于刻蝕加工(如加工空氣軸承的溝槽、加工極薄材料等)、鍍膜加工(如在金屬或非金屬材料上鍍制金屬或非金屬材料)、注入加工(如加工某些特殊的半導體器件)等。十、超聲波加工有哪些特性？(1)適用于加工各種硬脆材料，特別是某些不導電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等；也可以加工淬火鋼和硬質合金等材料，但效率相對較低。(2)由于工具材料硬度很高，因此易于制造形狀復雜的型孔。(3)在超聲波加工中，宏觀切削力很小，不會引起變形、燒傷；表面粗糙度很小，只有0.2um，加工精度可達0.05~0.02mm；可以加工薄壁、窄縫、低剛度的零件。(4)超聲波加工機床結構和工具均較簡單，操作維修方便。(5)生產(chǎn)率較低。這是超聲波加工的一大缺點。十一、試闡述超聲波加工、高壓水射流切割加工的原理、工藝特點及其應用。1.超聲波加工的原理：超聲波加工是利用振動頻率超過16000Hz的工具，通過懸浮液磨料對工件進行成型加工的種方法。超聲波加工的原理圖如圖所示。工藝特點：2.超聲波加工的特點(1)適用于加工各種硬脆材料，特別是某些不導電的非金屬材料，如玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等；也可以加工淬火鋼和硬質合金等材料，但效率相對較低。(2)由于工具材料硬度很高，因此易于制造形狀復雜的型孔。(3)在超聲波加工中，宏觀切削力很小，不會引起變形、燒傷；表面粗糙度很小，只有0.2um，加工精度可達0.05~0.02mm；可以加工薄壁、窄縫、低剛度的零件。(4)超聲波加工機床結構和工具均較簡單，操作維修方便。(5)生產(chǎn)率較低。這是超聲波加工的一大缺點。應用：在實際生產(chǎn)中，超聲波廣泛應用于型(腔)孔加工、切割加工、清洗等方面。2.高壓水射流切割的原理高壓水射流切割原理圖如圖所示。儲存在供水器中的水，經(jīng)過濾器處理后，由水泵抽出送至蓄能器中；液壓裝置驅動增壓器，使水壓增高；高壓水經(jīng)控制器、閥門和噴嘴噴射到工件表面加工部位進行切割。在切割過程中，產(chǎn)生的切屑和水混合在一起排入排水器。工藝特點：(1)加工精度高，切邊質量較好。(2)液體束流的能量密度高、流速快，因此工件切縫很窄，噴嘴壽命長;噴嘴和加工表面無機械接觸，能實現(xiàn)高速加工。(3)加工產(chǎn)物混入液體排出，所以無灰塵、無污染，同時加工區(qū)域溫度低，不產(chǎn)生熱量，適用于木材、紙張、皮革等材料的加工。(4)設