机械工程英语第二版15,16翻译

机械工程英语PART1Unit15、Unit16中文翻译特种加工工艺（Ⅰ、Ⅱ）Ⅰ：近年来对高强度、高硬度、耐火材料的需求增大了，因而新加工工艺技术的进步明显日益重要。

对这些材料来说，传统工艺除磨削外几乎都不再适用。

即使使用，效率和生产率也是极其低的。

不过，虽说有许多新工艺是为难加工材料专门开发的，但有此方法反过来也可加工那些常用材料的复杂结构。

这些加工方法被归入特种加工，或者说非传统加工。

超声加工，电子束加工，等离子射流加工，激光加工等就是特种加工工艺的代表。

另外，还包括化学蚀刻工艺。

化学蚀刻和其他方法又不一样，主要用来做形状复杂而材料柔软的工件，比如航空铝合金。

电加工工艺利用电流放电来去除材料的工艺统称电加工。

电加工工艺省去了传统加工工艺中由于能量形式转换而损失掉的部分，并且在加工那些日趋广泛应用的硬材料，合金时并不产生重要的加工力和磨损。

电加工的加工刀具不必比被加工材料硬，最大切削率也与材料硬度无关。

这些是它明显的优势。

同时，对电加工对象最基本的一条要求是必须导电。

这条限制非常重要。

电加工工艺根据其应用要求向三种方向发展成了三类。

一是通过放电工作地电火花加工机（EDM）。

它通过产生高频的，近乎连续的电火花来侵蚀工件以去除材料。

另外两种工艺是电化学加工和电磨削，它们都使用电解方式去除材料，是基本电解工艺的变体，与电火花加工相比，工作机理和特征都有所不同。

电火花加工众所周知电火花有侵蚀作用，而两个不久前的发现使得电火花加工得以实现。

首先，直流电火花对阳极的腐蚀作用更强，这对于使刀具损失减小，使切削率加大非常重要。

第二，腐蚀效率在液体中大大高于在空气中。

必须指出，若电火花延续过长，会退化成不动的弧，这对加工非常不利。

并且，电火花电路必须具备一些要素和特征，如图15.1所示。

工件与电极之间的缝中充有加压循环的绝缘液，或者整体浸入液槽中加工。

这很重要，否则电极会粘满阳极泥而脏污。

电极和工件之间的缝宽仅有千分之几英寸，这可以由向伺服机构通过控制进给量来保证。

电火花加工与工件机械性质无关，不必考虑工件的强度、硬度、结构，几乎什么形状都能做。

切削力是零。

不过，放电区温度可到华氏几千度，因此绝缘液要快速循环以防发生冶金反应。

电化学加工电化学加工指用电解方式去除材料。

有时候电磨削也归于此类中。

电化学加工与电镀激励过程刚好相反。

电解液扮演载流体的角色，在电极、工件缝隙间迅速流动的液体将金属离子从作为阳极的工件体冲走，并且由于迅速流动而不镀在作为阳极的电极上。

获得的加工腔将是电极外形之拓印。

通过一些改进，这种工艺也可用于车，表面加工，砌缝，锯，模压印工艺中，用电极作为切削工具。

成形的电极工具一般是由铜，黄铜，青铜或不锈钢制成，电解液则是导电性非常优秀的无机盐溶液，如氯化钠或硝酸钠的水溶液。

它们从电极中的通道大量流过，并由一个5V~25V的直流电源来营造1.5A/~8A/mm的电流密度于活化表面。

电化学加工一般用于高强度材料上做形状复杂的表面，如航空工业中的涡轮叶片、喷气引擎部件、喷口等。

它也可用于制锻模模腔和开小孔等。

电化学工艺产生无杂质表面。

实际上它甚至可用做除杂。

它不会使工件发生热变质，也没有切削力去作用于工件使之变形。

同样，也没有电极的磨损，适合产生复杂外形，加工难加工材料。

电磨削是电化学工艺的一个变体，工具电极包括一个转动的研磨轮，一般由金属粘结的金刚石制成，可导电。

电解液被注于研磨轮和工件之间，因而会研磨轮带动着在工件上移动。

磨粒则使轮与工件间有定值间隙。

研磨轮是阴极，工件是阳极，接入直流电源。

超声加工超声加工（UCM）通过高频振荡的工作头和研磨液来去除材料。

超声是指频率高于人耳可听到的频率上限的声音，一般指高于16kHz的频率。

超声设备略图如图15.3所示，变频器产生20~30kHz的，振幅0.02mm的波，它通过由软材料制成的称为刀架的连接物传到刀具上，刀具则和最终所期望得到的腔非常均合。

振动的刀具向工件施压并连续进给，研磨浆也就拍打在加工区域上了。

研磨浆一般调到30%的浓度，研磨粒则被振动头推往加工面，其力可达研磨粒自重之十五万倍，从而在工件上砸出小坑。

若工件易碎，许多这样的小坑会迅速去除许多材料。

材料去除后，伺服机构又推动振动头进给，使工件与振动头间有定宽的缝。

最终，振动头形状压入工件形成腔。

超声加工的切除率相对低，但这是唯一能经济地在易碎材料上制复杂形腔的办法，由于刀具并不直触工件，超声加工得以在易碎件上应用。

激光束加工激光束加工使用了相干光源的光束来加工，这种受激辐射增强光就称为激光。

在特定的条件下，某些频率的光会和激发原子中的电子产生一个入射光子频率，相位完全相同的光子，这是激光产生，并应用于加工的根本条件。

激光的一个重要性质是方向一致，光束发散只有1~2个毫弧度。

这使激光有能力营造高能量密度的环境。

用于切割的典型能量密度为约1.5~150MW/cm。

能量较高时可以直接把固体材料汽化掉，这已用于一些激光标记机上。

图16.1所示为一激光钻孔设备，激光束藉由透镜帮助，在工件附近聚集，激光脉冲将该材料液化至汽化，汽化的部分又因迅速膨胀而将液化部分炸开成许多微液滴四溅开来。

未飞走的部分则在孔壁凝固，它可以制0.125~1.25mm的，长径比达100的细长孔。

激光束加工广泛应用于给各种金属，非金属，陶瓷，复合材料做打孔等切削。

由于激光加工较清洁，而复合材料在普通加工方式下又容易产生磨粒，激光加工成为一种前景很吸引人的革命性加工方式。

孔径0.005mm而长径比达50：1的深孔也已可由激光制作，而经济孔径一般为0.025mm以上，激光对金属的最大切削厚度可达32mm。

激光束加工在电气，自动化工业中的应用日趋广泛。

例如，油泵的吸油孔和联轴器润滑孔就采用激光加工。

波音747飞机引擎的初级增压涡轮叶片的冷却孔也是激光制做的。

使用激光加工可以大幅降低消耗，使之与电火花加工之间产生了竞争。

激光打的孔有锥度，并且圆度不佳。

大于1.25mm的孔由于能量分散一般难以加工。

因此，激光切割比激光钻孔的应用范围更广泛。

激光切割在营造的高速气流中进行。

这样可以迅速将金属从切割区域移走。

激光束还可用于：<1>.焊接<2>.小形，局部的热处理，针对金属，陶瓷的表面机械性能，耐磨性质。

<3>.标记，例如字母，数字，码等，标记还可以用墨水，蚀刻或用冲子，打印针，尖笔，滚筒等。

虽然激光方式相对昂贵一些，但考虑其精度高，生产率高，柔性高，易于实现自动化和远程控制，激光标记，雕刻的应用仍日益广泛。

电子束加工电子束加工的工作介质是高速电子，它敲击工件表面以发热，如图16.2，它使用50kV~200kV电压将电子加速至光速的50%~80%，其应用也和激光束加工相似，不过电子束加工须在真空环境中进行，因此其应用较激光为少，工件尺寸也须限定在真空仓尺寸以内。

一俟电子束触及工件，电子的动能化为热量。

由于涉及各种机理，电子束究竟如何穿透工件我们尚不知晓。

但我们知工件表面是由电子压力和表面张力而熔化的，熔化部分迅速射出，汽化而被去除。

电子束加工可以用来对许多中金属实施精度非常高地加工。

其表面质量更佳，切割缝也比其他热切割更窄。

不过，这种设备需要特别训练的人员，因为电子束和金属碰撞会产生伤害性的紫外线。

射水流加工我们将手伸入风或水流，会感觉它产生了推力，这是由液体的动量变化带来的。

实际上它就是使用液，气为工作介质的液力加工的原理。

射水流加工可用于切削和修整。

射水流在材料上能“锯”出一条缝，为此，实用的水压达400MPa，而最强的压力已达1400Mpa。

射水流直径在0.05mm~1mm之间。

射水流切割机及其工作如图16.3所示，包括塑料，纤维，橡胶，木材，纸张，皮革，绝缘与绝热材料，砖及复合材料等。

根据材料不同，切深可以是25mm（一英寸）或更多，汽车的乙烯树脂挡泥板和一些车身嵌板就是由多轴机器人引导的射水流切开的。

由于射水流不仅高效还很清洁，它也用于食品工业中对食物分割，切片。

射水流加工的优点有：切削可以从任何地方开始，无须打底孔。

不产生热量。

不产生工件的歪曲，偏斜，因而适合于柔韧制造系统。

工件实际上并不太受水作用而潮湿，切屑，毛刺均很少，是一种环境友好型加工工艺。

磨粒射水流加工在磨粒射水流加工中，水流包含了磨粒，如碳化硅，刚玉等，因而材料去除率较普通射水流加工为高，各种厚度的金属，非金属，先进复合材料都可以做普通切割或分层切割。

这种工艺特别适用于加工热不稳定材料，它们不能使用生热的方法去加工。

对加强塑料，走刀速度可达7.5mm/min(25英寸每分)，但切割金属时要慢得多，因此，它并不适合对生产率有所要求之处。

据记载，能以较好质量产生的孔径约为3mm，最大孔深在25mm左右。

使用多轴机器人导引的水刀可以将立体部件直接切至尺寸，在现代化的磨粒射流加工中，液流的研磨性被系统自动控制，喷嘴则通过使用红宝石，蓝宝石，硬质合金基复合材料等来延长寿命。

光化学加工光化学加工也称光蚀刻。

它应用摄影术、感光耐蚀术配合湿法化学腐蚀来从工件的特定区域去除材料。

这种工艺尤其适合生产形状复杂的薄片状工件。

1986年，Allen开发出如下的工艺步骤，如图16.4所示。

首先要印制所需图样于光具上，如胶片、玻片等。

然后，将金属薄片做化学清洁剂并敷以感光胶。

它像照相胶片一样，经过强光曝光后会成为不溶的物质。

感光胶有干、湿两类，使用湿式时，工件须浸涂感光胶并晾干。

使用干式时，干胶片必须借助热或压力附于金属片上。

之后，须将图样通过曝光转印在感光胶上。

使用的是产生足够光强和频率的曝光灯。

之后胶片拿去冲洗，留下不可溶部分附着在金属片上。

之后，采用氯化或氯化铜与盐酸标准混合，配制蚀刻液，蚀去未覆盖的部分，做出工件来。

光化学加工在装潢、图案生产中应用日益广泛，以制作标志、标签等。

同时，标徽、说明、号码等字符性质标记并入了设计之中。

蚀刻得到的折痕则便于将板件折成盒状等形态。