10.24《精密与特种加工》试题

《精密与特种加工》试题1～6题为必答题（每题10分）。1.目前精密和超精密加工的精度范围分别为多少？2.超精密切削对刀具有什么要求？3.超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用金刚石砂轮？4.固结磨料加工与游离磨料加工相比有什么特点？5.简述精密磨削获得高精度和低粗糙度表面的机理。6.超精密加工中为什么需要采用微量进给装置？常用的微量进给装置有哪些类型？7～16题为选答题（40分），每人选答自己学号末位数字与下列题号末位数字一致的题，并列出相关参考文献5篇以上。7.简述对超精密切削刀具刀刃锋锐度和粗糙度的理解，分析其对超精密切削过程影响。8.论述化学抛光（CP）、化学机械抛光（CMP）和电化学机械抛光（ECMP）技术的原理、特点及其在超精密加工领域的应用。9.简述离子束和等离子体加工的原理和特点，论述这两种加工技术在高精度表面抛光中应用。10.超精密磨削和研磨金属和硬脆材料的材料去除机理有何不同？论述硬脆材料加工表面和亚表面损伤的主要形式及低损伤加工技术？11.论述超精密加工机床主轴的主要形式和特点，针对一种主轴形式进行其研究和应用现状的实例分析。12.超声加工和超声辅助加工有何不同？论述超声辅助磨削技术的原理和特点及其研究进展和应用现状。13.简述磁流变抛光技术的加工原理、特点和应用现状，分析磁流变抛光实现确定性和无损伤加工的机理。14.论述磨料射流加工技术的原理和特点，结合实例分析其在精密加工领域的应用。15.论述电火花加工技术的特点，结合实例分析其在精密加工领域的应用。16.比较砂轮磨削与砂带磨削的机理和特点，论述超精密砂带磨削技术的应用领域及研究新进展。答题要求：1.试卷封面格式见下页。2.试卷统一用A4纸打印，并左侧装订。3.试卷于2013年11月30日前交给刘志强15140483161，机械楼344（机械西楼）。大连理工大学研究生试卷系别：机械工程学院课程名称：精密与特种加工学号：21304056姓名：李正磊考试时间：13年11月15日题号标准分数实得分数1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.总分授课教师康仁科金洙吉1.目前精密和超精密加工的精度范围分别为多少？答：精密加工：加工精度0.1~1μm，表面粗糙度为Ra=0.02~0.1μm；超精密加工：加工精度为0.1μm，表面粗糙度Ra0.01μm2.超精密切削对刀具有什么要求？答：为实现超精密切削，刀具应具有如下性能：（1）极高的硬度、极高的耐磨性、极高的弹性模量，以保证刀具有很长的寿命和很高的尺寸耐用度；（2）切削刃钝圆能磨得极其锋锐，切削刃钝圆半径极小，能实现超薄切削厚度；（3）切削刃无缺陷，切削时刃形将复印在加工表面上，能得到超光滑的镜面；（4）和工件表面的抗粘结性好，化学亲和力小，摩擦系数低，能得到极好的加工表面完整性3.超精密磨削主要用于加工哪些材料？为什么超精密磨削一般多采用金刚石砂轮？答：（1）超精密磨削主要用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如陶瓷、玻璃、半导体材料、宝石等。（2）1可以加工各种高硬度高脆性的材料，2磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化3磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好，无烧伤、裂纹和组织变化。4磨削效率高,由于金刚石有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高的切除率和磨削比。5加工成本低，虽然金刚石砂轮比较昂贵，但其寿命长，加工效率高，工时少，综合成本低4固结磨料加工与游离磨料加工相比有什么特点？答：固结磨料加工是将磨粒或微粉与结合剂粘合在一起，形成一定的形状并具有—定强度，再采用烧结、粘接、涂敷等方法形成砂轮、砂条、油石、砂带等磨具的加工方法。磨粒或微粉不是固结在一起，而是成游离状态的加工方法叫做游离磨料加工。游离磨料磨削不切除或切除极薄的材料层，用以降低材料表面的粗糙度或强化加工表面，多用于最总加工工序。固结磨料磨削去除量较大，既可以既可以用于粗磨，也可以做最终工序的精磨。5简述精密磨削获得高精度和低粗糙度表面的机理。答：精密磨削主要是靠砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹，残留高度极小，加上无火花磨削阶段的作用，获得高精度和低表面粗糙度的表面。6.超精密加工中为什么需要采用微量进给装置？常用的微量进给装置有哪些类型？答：在超精密机床和超精密加工中，为使机床微位移的分辨力进一步提高；为进行机床和加工误差的在线补偿，以提高加工精度，以提高加工的形状精度；为进行某些特殊的非轴对称表面的加工都需要使用微量进给装置。常用类型：（1）机械传动或液压传动式（2）弹性变形式（3）热变形式（4）流体膜变形式（5）磁致伸缩式（6）电致伸缩式16.砂轮磨削与砂带磨削的机理和特点以及超精密砂带磨削技术的应用领域及研究新进展精密砂轮磨削机理和特点：（1）微刃的微切削作用使用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒微细破碎而产生微刃，一颗磨粒就形成了多颗微磨粒，相当于砂轮的粒度变细，微刃的微切削作用形成了低粗糙度表面；（2）微刃的等高切削作用由于微刃是砂轮精细修整形成的，因此分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多、等高性好，从而使加工表面的残留高度极小，微刃的等高性除与砂轮修整有关外，尚与磨床的精度、震动等因素有关；(3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用砂轮修整得到的微刃开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加而逐渐钝化。同时，等高性得到改善，这时，切削作用减弱。滑挤、摩擦、抛光作用加强，磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑挤和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度。砂带的磨削机理砂带磨削是砂带这一特殊形式的磨削工具，借助于张紧机构使之张紧，和驱动轮使之高速运动，并在一定压力作用下，使砂带与工件表面接触以实现磨削加工的整个过程。广义地讲,砂带磨削与砂轮磨削同样都是高速运动的“微刃切削刀具”――磨粒的微量切削而形成的累积效应，因而其磨削机理大致上也是相同的。但由于砂带本身的构成特点和使用方式不同，使砂带磨削不论是在磨削加工机理方面，还是其综合磨削性能方面都有别于砂轮磨削，这主要表现在：砂带磨削时，除有砂轮磨削的滑擦、耕犁和切削作用外，由于有弹性，还有磨粒的挤压使加工表面产生的塑性变形、磨粒的压力使加工表面产生的加工硬化和断裂、以及因摩擦升温而引起的加工表面热塑性流动等。因此从加工机理来看，砂带磨削兼有磨削、研磨和抛光作用，是一种复合加工。砂带磨削的特点：1.砂带磨削时，砂带本身具有弹性，接触轮外缘表面有橡胶层或软塑料层，砂带与工件是柔性接触，磨粒载荷小而均匀，具有较好的抛光作用，同时又能减振，因此工件表面质量较高，表面粗糙度可达Ra0.05~0.01μm。砂带磨削又有“弹性”磨削之称。2.砂带制作时，用静电植砂法易于使磨粒有方向性，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦生热少，散热时间长，切削不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效的减少了工件的变形和表面烧伤。对于开式砂带磨削，由于不断有新磨粒进入磨削区，钝化的磨粒不断退出磨削区，磨削条件稳定，切削性能更好。工件尺寸精度可达5~0.5μm，平面度可达1μm。砂带磨削又有“冷态”磨削之称。3.砂带磨削效率高，可以和铣削和砂轮磨削相媲美，强力砂带磨削的效率可以是铣削的10倍、普通砂轮磨削的5倍。砂带磨削不需修整，磨削比（切除工件重量和磨料磨损重量之比）可达300:1甚至400:1，而砂轮磨削一般只有30:1。4.砂带制作比砂轮简单方便，无烧结、动平衡等问题，价格也比砂轮便宜。砂带磨削设备结构简单，可制作砂带磨床或砂带磨削头架，后者可以安装在普通机床上进行砂带磨削工作，使用方便，制造成本低廉。5.砂带磨削具有广阔的工艺性和应用范围，可加工外圆、内圆、平面或成形表面。砂带磨削头架可安装在卧式车床、立式车床、龙门刨床等普通机床上进行磨削加工。因此有很强的适应性。砂带不仅可以加工各种金属材料，而且可以加工木材、塑料、石材、水泥制品、橡胶等非金属材料以及单晶硅、陶瓷和宝石等硬脆材料。开式砂带磨削加工铜铝等软材料表面效果良好，独具特色。超精密砂带磨削技术的应用领域及研究新进展1.国外发展状况国外砂带磨削经历了几十年的发展,已经进入了向现代化发展的新阶段.世界各国特别是英国和德国,从日用汤勺到宇航器具的蜂窝夹层结构,各行各业无不竞相采用砂带磨削技术,新机型大量涌现,砂带磨床总台数与日剧增,砂带磨床磨削工艺已发展到了强力、高效、自动化的新阶段.砂带及砂带磨削的产量和销售量不断增加。美国有三家著名的砂带集团开发了四万多种不同规格的砂带,有55家公司向工业界供应砂带磨削机;英、日、德等国家大约有25家企业集团也在积极制造砂带磨削机.目前,全世界工业发达的国家每年向工业界提供各类砂带磨削机近40万台,提供各种规格的砂带近9500万平方米.在美国已有600多种场合使用砂带，砂带磨削应用领域在日趋扩大。砂带磨削应用领域在日趋扩大,从一般家庭生活到工业生产和各个领域无所不用,如钢铁工业、航空航天工业、机械加工、造船业、铸造业、交通运输、金属加工、木器、石材、砖材、纤维、塑料器具和器械等.如今,砂带磨削已成功地应用于磁盘录音机、录像机、照相机以及复印机等精密零部件制造.从加工对象的形状来看,砂带磨削可以完成大平面的薄板、中板和厚板的磨抛,金属带材或卷材的连续磨抛,各种叶片型面的成型磨抛,批量工件的磨抛以及各种外圆柱面和内圆柱面的磨抛;从加工方式来看,砂带磨削可以进行粗磨、半精磨、精磨和抛光等一系列加工.为适应无切屑和少切屑工艺发展的需要,国外已广泛地应用无心砂带磨削进行长杆加工.如日本中部机械公司用无心砂带磨床加工提升机与土木机械用的外径5165mm,长18m的活塞杆,每加工一根杆只需5h,比砂轮磨床提高工效近9倍.砂带磨削的加工精度可达到:尺寸偏差0.05mm,圆柱度(0.05～0.07)mm。德国开发并获得多国专利的空心球复合磨粒,日本的软木砂带磨粒及多层涂附磨粒,美国3M公司推出的新型陶瓷刚玉磨粒等都具有特殊的优越性.日本目前正在研制一种由软钢带作基底的CBN或金刚石砂带[9].金刚石或CBN磨粒通过电镀附在钢带上,这种钢带柔性虽不如常规砂带,但它对于特殊场合和难加工的高硬度材料特别有效.此外,混合磨粒砂带,不同粒度的混合砂带,磨料和粒度都不同的混合磨粒砂带都在研究之中。2国内发展状况随着国外砂带磨削的不断进步,国内砂带磨削技术的研究和应用已越来越引起我国机械行业的关注.目前,国内已具有一定数量的砂带磨削设备制造厂和研究砂带磨削的单位,如新乡机床厂、重庆大学、华中理工大学等.我国主要的涂附磨具制造厂家有:中国第二砂轮厂、浙江海门砂布厂等.我国砂带磨削的发展经历了三个阶段.我国砂带磨削技术的应用从50年代开始,主要采用砂带磨头对重型矿山机械中大型轴类零件加工.代表厂家有沈阳矿山机器厂,它对砂带磨削原理及工艺做了一定的研究,取得了一定的成果,为砂带磨削技术在我国的应用作出了贡献.推广应用阶段伴随着国外砂带磨削技术的发展,中国第二砂轮厂率先引进了前西德砂带生产线使国内砂带磨削技术推广应用进入了一个新的阶段.砂带磨削加工已从对平面及简单曲面(内、外圆柱表面)加工发展到叶片型面、曲轴的精加工.砂带磨削加工范围从钢铁材料发展到有色金属材料、木材、皮革、橡胶、人造大理石、陶瓷等非金属材料.如东北工学院对金属线材表面进行砂带磨削,通过试验研究了砂带修磨压力在线材修磨时对金属去除率及磨削比的影响;重庆大学自1982年以来,先后完成了“摆线砂带磨齿工艺”、“高精度平面砂带磨削工艺”等多项科研项目,获国家专利8项,1986年还率先成立了从事砂带磨削技术方面的产品开发公司海达砂带磨床公司,如今该公司总资产达100多万元;近期,重庆大学对电解砂带复合磨削新工艺进行了研究和效果论证在砂带磨削的推广应用中,科研人员还研究了砂带磨削的质量问题,影响砂带磨削质量的因素和砂带磨损问题.其中,首推湖南大学.该校对板式平面砂带磨削温度进行了研究,提出了砂带磨削温度不容忽视的新观点，这在国外还