学海网

本文件为大连理工大学2012年精密与超精密加工课程期末试卷及答案，具有很好的参考价值
1～6题为必答题（每题10分）。
精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？
答：精密加工：加工精度0.1~1μm，表面粗糙度Ra=0.02~0.1μm ；超精密加工：加工精度< 0.1μm，表面粗糙度Ra < 0.01μm 。
超精密加工目前包含四个领域：1）超精密切削，如超精密金刚石刀具切削，可加工各种镜面，成功的解决了高精度陀螺仪、激光反射镜和某些大型反射镜的加工。2）超精密磨削研磨,光盘、光学镜头、晶体等硬脆材料的精密加工；3）超精密特种加工，如电子束、离子束加工；4）超精密抛光加工,集成电路、光学元件等高精度加工。
超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？
答：为实现超精密切削，刀具应具有以下性能：
极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量，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，切削刃钝圆半径值极小，能实现超薄切削厚度；
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）和工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。
天然单晶金刚石有着一些列优异的特性，如硬度极高、耐磨性和强度高、导热性好、和有色金属摩擦系数低、能磨出极锋锐的切削刃等，虽价格昂贵，但仍被一致公认为理想的不能代替的超精密切削刀具材料。
大颗粒人造单晶金刚石的主要性能和天然金刚石相近，已能工业生产，并开始用于超精密切削，但价格仍很昂贵。
人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃，切削刃钝圆半径很难达到1μm以下，只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。
立方氮化硼刀具现在用于加工黑色金属，还达不到超精密镜面切削。
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超硬磨料砂轮？
答：超精密磨削主要用于加工难加工材料：1) 磨削钢铁及其合金等金属材料，如耐热钢、钛合金、不锈钢等合金钢，特别是经过淬火等处理的淬硬钢，也可用于磨削铜、铝及其合金等有色金属；2) 磨削非金属硬脆材料，如陶瓷、玻璃、石英、半导体、石材等。
超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的剪切应力就急速地增加，可能接近磨粒的剪切强度极限。同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒有很高的强度和高温硬度。对于普通磨料，在高温高压和高剪切应力的作用下，磨粒将会很磨损或崩裂，以随机方式不断形成新切削刃，虽然可以连续磨削，但不能得到高精度小表面粗糙度的磨削质量。因此，在超精密磨削时一般多采用人造金刚石、立方氮化硼等超硬磨料砂轮。
固结磨料加工和游离磨料加工各有什么特点？
答：固结磨料加工优点：
1）可用来加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体材料、宝石、石材、硬质合金、铜铝等有色金属及合金等；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，有锋利的刃口，耐磨性高，因此有较高切除率和磨削比；5）加工成本低，加工效率高，工时少，综合成本低。
......