机械加工强化机理与工艺技术研究进展

王凡 吕欣 叶玉龙

通讯作者：王凡，1993年12月，男，汉族，陕西扶风人现任职于西安航空制动科技有限公司，助理工程师，本科。研究方向：机械加工。

摘要：近些年来，我国经济快速发展，各项技术也逐渐发展成熟。企业生产过程中的设备和材料有更高的需求，机械化加工各项强化机理都存在着差异，因此相关的技术应用也各不相同。机械化加工需要先进的工艺技术才能提高机械化生产技术水平。同时工艺技术的种类也是多样的，需要在现实加工过程中观察问题，制定合适的技术方案，以此来强化机械化加工技术与工艺技术。本文就机械加工当前存在的问题和强化机理与工艺技术展开研究与探讨。

关键词：机械化加工;强化机理;工艺技术

一、前言

随着时代的快速发展，机械化加工作用于工业的各个方面，各种机械设备也开始引入人们的生活当中。工业技术和机械化加工，两种技术相互结合，成为企业发展的主流产物[1]。在实际应用的过程中，机械化加工还存在着许许多多的问题，这些问题直接导致了机械化加工质量不过关[2]。因此，在机械加工制造过程中，要秉持着提升整个机械产品质量水平的原则，提高对于设备零件的要求和标准。引进先进的工业技术，保障机械化产品的质量，更好地结合机械化加工和工艺技术。

二、机械加工强化的机理分析

（一）错位强化

错位强化是金属材料的最有效的强化方式。在塑性变形时，错位强化会进行比较复杂的错位运动。为了增加材料的坚硬程度，晶体之间会进行相互缠绕和相互作用，这种方式增加了金属材料的错位密度，使错位运动相对困难。人们深入研究错位强化，并建立模型。经研究，温度也是影响错位强化的重要因素。在高温作用下，错位强化会逐渐变弱，自然阻碍错位运动的程度会降低。在机械加工过程中，要尽可能避免在过高温度下进行加工工作，影响机械强化，导致机械强度变低[3]。所以，要高度关注强化过程中的环境温度。

（二）晶界强化

晶界强化的本质在于晶界对位错运动的阻碍作用，晶粒越细小，晶界越多，阻碍作用越大，强化效果越好[4]。晶粒越细小，晶界越多，晶界可以把塑性变形限定在一定的范围内，使塑性变形均匀化，因此细化晶粒可以提高钢的塑性。整体来说，晶界强化能提高材料的强度和性质，但是，也要注意材料在使用过程中的老化和损耗问题，注意材料的形变。

（三）应变强化

应变强化其实就是加工硬化，是金属类材料的特点，发生在屈服阶段之后的阶段。常温下，金属材料经过塑性变形后，内部组织将发生变化，晶粒沿着变形最大的方向被拉长，晶格被扭曲，提高了材料的抗变形能力。应变硬化率变回仅为1%的时候，框架低层和中间层的残余侧移显著增加，恢复能力显著减小。另一方面，最大侧移与应变硬化率近似相互独立，震后出现较大永久侧移会对结构的性能带来严重影响[5]。

（四）择优取向强化

晶粒与晶粒的取向存在差异。经金属塑性加工的材料，如经拉拔、挤压的线材或轧制的金属板材，在塑性变形过程中常沿原子在密集的晶面发生滑移。滑移过程中，晶体连同其滑面将发生转动，从而引起多晶体中晶粒方位出现一定程度的有序化[6]。這种由于冷变形而在变形金属中直接产生的晶粒择优取向称为形变织构。我们经常会使用择优取向特点来增强材料的强度。强化形变织构对于金属材料的组织优一定的影响。除此之外，不同成分的合金，结构都会影响形变织构的强化程度。

（五）固溶强化

固溶强化是指纯金属经过适当的合金化后，强度、硬度都提高的现象。其原因可归结于溶质原子和位错的交互作用，这些作用起源于溶质引发的局部点阵畸变。固溶体可分为无序固溶体和有序固溶体，其强化机理也各不相同[7]。

三、2019年机械工业市场发展数据图表

根据中国机械工业联合会统计数据显示，2019年上半年我国机械工业发展稳步推进，但问题和压力依然存在。初步预计全年经济运行总体将比较平稳，工业增加值力争达到6%左右，营业收入，利润总额及进出口贸易保持适度增长。

（一）增加值低速增长

其中，机械工业主要涉及的五个国民经济行业大类中，通用设备制造业、专业设备制造业、电气机械和器材制造业、仪器仪表制造业增加值同比分别增长5.1%、8.3%、10%和9.6%，高于机械工业平均水平;汽车制造业增加值同比下降1.4%，低于机械工业平均水平[8]，如下图1所示。

（二）经济效益出现下滑

2019年上半年机械工业实现营业收入10.53万亿元，同比增长1.29%;实现利润总额6195.37亿元，同比下降8.58%。两项指标增速较上年均出现了大幅下滑，其中利润总额的增速更是由正转负，十多年来首次出现了负增长。与全国工业比较，机械工业营业收入和利润总额的增速分别低于同期全国工业平均水平3.42和6.19个百分点，如图2。

四、强化机械加工的工艺技术

（一）喷丸处理，喷丸强化

喷丸处理是减少零件疲劳，提高零件寿命的最有效的方法之一，喷丸处理就是将高速弹丸流喷射到零件表面，使零件表层发生塑性变形，而形成一定厚度的强化层，强化层内形成较高的残余压力，由于零件表面压力的存在，当零件承受负载时可以抵消一部分应力，从而改善零件的疲劳程度。喷丸强化需要技术人员进行控制，在机械化加工当中被广泛应用。因为它操作比较简单，生产成本小，加工效率高。在加工过程中，合理使用喷丸强化工艺技术有利于增强机械化设备的抗腐蚀能力。

（二）激光冲击强化

激光冲击强化技术是一种新型工艺技术，以喷丸技术为基础。激光冲击强化技术是利用强激光束产生的等离子冲击波，提高金属材料的抗疲劳、耐磨损和抗腐蚀能力的一种高新技术[9]。它具有非接触、无热影响区。可操控性强以及强化效果显著等的突出优点。涂层的作用主要是保护工件不被激光灼伤并增强对激光能量的吸收，目前常用的涂层材料有黑漆和铝箔等。约束层除了能约束等离子体的膨胀从而提高冲击波的峰值压力外，还能通过对冲击波的反射延长其作用时间，目前常用的约束层为流水、K9玻璃。和喷丸强化技术相比较之下，激光冲击强化技术具备不同的设备和更加特殊的加工工艺，因此，它被称为新型强化加工工艺技术。但是这种加工工艺容易受到材料的组织机构甚至冲击方式的影响，所以在投入生产过程中，要管理控制好激光诱导、冲击波压力对激光功率的密度。

（三）滚压强化技术

滚压强化技术是一种对材料表面进行滚压的技术。是近些年来我国广泛研究应用的工艺之一。滚压强化技术具有很多的优点，滚压强化只是改变了材料的物理状态，并未改变材料的化学成分，表面滚压采用的工具和工艺都比较简单，加工效率高，滚压强化是一种无切削的加工工艺，在加工过程中不会产生废屑、废液，对环境的污染少，符合“绿色制造”的发展理念。该技术被广泛应用在机械化强化工艺中，为我国机械化产业创造了巨大的收益[10]。

（四）虚拟化技术

在新互联网高速发展的时代背景下，虚拟不再是虚无缥缈的代名词。拥有着多媒体信息技术的支持，人工智能的普及，各种机械化技术相互配合，虚拟化技术来到了我们的身边[11]。虚拟化技术是一项相对来说比较高端的技术，它可以解决机械化工程制造中的各种困难问题，促进生产效率以及工作效率的提高班，缩短生产周期，节约成本，降低损耗，提升机械化工业技术的综合实力。并且，在机械加工过程中，应用虚拟化技术，能使制造全过程实现仿真，形象直观的发现工程中存在的问题与风险，及时的发现问题，改善问题，规避风险，避免不必要的浪费材料和时间成本。

五、工业技术在机械化加工过程中的重要性

在机械化加工的过程中，工艺技术就是其重要的方式和手段。操作人员要绝对的专业，具有较高的职业修养和工作能力，也在工作中了积累经验和技术，从而研究生产出更符合客户需求的零件产品。机械加工之前，要制定完善健全的规范和制度，严格按照管理，来进行机械化加工[12]。提了全面提升机械零件产品的质量，保障机械机能，技术人员要综合自身技能，严格按照规范进行加工，为质检工作提供最好的展示。并且，工艺技术具有相当高的实用性和协调性，可以很好地适应产品的性能。所以我们国家更要发展工艺技术，持续地提高生产水平，学习借鉴国外的先进技术，取其精华，去其糟粕，为提升我国工艺技术水平做贡献。

六、结语

只有高质量工艺生产技术，才可以有效地提高我国的机械化生产效率。在机械化加工过程中，机械零件是机械化建设的重要基础。只有合理地设计出适合机器结构的零件，才能确保加工工作顺利且高效率的进行。如今的我们仍然需要关注机械化工程中存在的问题，不断地推陈出新，增强技术研究，提高设计水平，为我国工业化发展做贡献。

参考文献：

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[2]闵福均.分析机械加工工艺技术误差产生机理及应对措施[J].中国金属通报， 2020（07）：262-263.

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[5]刘俊英，陈晓威.探究机械加工工艺技术误差与控制措施[J].现代制造技术与装备， 2019（08）：186-187.

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[7]郭世俊.绿色制造工艺技术在机械加工中的应用研究[J].现代制造技术与装备，2019（07）：128-129.

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[9]刘斌.绿色制造工艺技术在机械加工中的應用分析[J].科技创新导报， 2018，15（11）：70+75.

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[12]杨建生.机械加工工艺技术误差分析及对装配质量的影响[J].中国设备工程， 2017（15）：222-223.

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