機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)初探

熊柯屹

（成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059）

機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)初探

熊柯屹

（成都理工大學(xué) 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川 成都 610059）

隨著我國(guó)科技水平的進(jìn)步，機(jī)械化的進(jìn)程也逐步加快，帶來(lái)了機(jī)械行業(yè)的空前發(fā)展。機(jī)械加工作為機(jī)械行業(yè)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)必須緊跟機(jī)械行業(yè)制造技術(shù)的步伐，因此就機(jī)械加工機(jī)理和機(jī)械強(qiáng)化的工藝進(jìn)行研究分析十分有必要，這樣可以為日后的就業(yè)提供一定的指導(dǎo)和幫助。

機(jī)械；工藝；機(jī)理

隨著科技的不斷發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)行業(yè)內(nèi)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，機(jī)械作為工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分自然需要更加重視技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械材料的耐用度、強(qiáng)度、耐腐蝕度等因素都在一定程度上影響著機(jī)械零部件的使用期限和性能，因此如果想從根本上提高機(jī)械的性能，延長(zhǎng)其使用壽命就應(yīng)該專注于機(jī)械材料的研究，減少材料的損失。在當(dāng)今時(shí)代，我國(guó)主要采用塑料變形熱處理或者合金化的手段改變材料的狀態(tài)以及對(duì)材料進(jìn)行強(qiáng)化，這樣可以大大降低機(jī)械材料變形的可能性。機(jī)械材料的變形和塑料的變形有異曲同工之妙，因此如果想提高機(jī)械材料的抗變形能力就必須著重針對(duì)金屬的強(qiáng)化進(jìn)行處理并在最大程度上抑制疲勞裂紋的擴(kuò)展。筆者將針對(duì)機(jī)械加工強(qiáng)化中存在的問(wèn)題以及其工藝進(jìn)行探究。

1 當(dāng)今時(shí)代機(jī)械加工強(qiáng)化中存在的問(wèn)題分析

通常情況下，金屬中晶體的塑料變形都是利用滑移技術(shù)來(lái)完成的。根據(jù)強(qiáng)化機(jī)制的對(duì)位錯(cuò)方式可以將強(qiáng)化分為錯(cuò)位強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和應(yīng)變強(qiáng)化等，而根據(jù)強(qiáng)化加工設(shè)備和方法的不同還可以將強(qiáng)化的工藝分為軋制工藝、滾壓工藝、激光沖擊強(qiáng)化工藝和噴丸工藝等，下面筆者將選擇其中的三類進(jìn)行分析。

（1）晶界強(qiáng)化。晶界強(qiáng)化是指運(yùn)用向鋼鍋中加入表面活性元素或者細(xì)化晶粒的方法提高鋼的持久性以及蠕變極限。晶界強(qiáng)化可以顯著提高材料的耐用度，是一種較為常見(jiàn)的強(qiáng)化方式。晶界強(qiáng)化的作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是直接層面一個(gè)是間接層面。直接層面主要是由晶體本身帶來(lái)的，晶體本身的位錯(cuò)塞積可以對(duì)滑移產(chǎn)生一定的阻礙作用，間接層面是由晶界的不相容性帶來(lái)的，為了集中晶界影響區(qū)的高應(yīng)力就必須在最大程度上增大晶界的強(qiáng)化作用。因此總的來(lái)說(shuō)，晶界的強(qiáng)化雖然可以顯著提高材料的強(qiáng)度但是由于存在塑性應(yīng)變不相容的隱患，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)械材料過(guò)早的疲勞失效。

（2）位錯(cuò)強(qiáng)化?？茖W(xué)工作者針對(duì)位錯(cuò)強(qiáng)化進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)位錯(cuò)強(qiáng)化過(guò)程中位錯(cuò)的運(yùn)用方式較為復(fù)雜，而且金屬材料之間的位錯(cuò)密度會(huì)由于位錯(cuò)之間的相互作用力而大大增加，從而使位錯(cuò)受到阻礙帶來(lái)塞積。另外，金屬材料之間的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)會(huì)使材料本身出現(xiàn)一定的硬化，這樣可以大大提高材料的硬度和強(qiáng)度。針對(duì)位錯(cuò)強(qiáng)化的機(jī)理進(jìn)行研究很有必要，這樣可以在位錯(cuò)進(jìn)行滑移的時(shí)候顯示其需要克服的阻力。據(jù)科學(xué)研究表明，位錯(cuò)強(qiáng)化的程度會(huì)受到溫度的影響，如果溫度較高則會(huì)降低位錯(cuò)交截的作用以及位錯(cuò)的阻力。位錯(cuò)強(qiáng)化是機(jī)械加工中的重要環(huán)節(jié)，因此必須嚴(yán)格注意在針對(duì)材料進(jìn)行加工后的溫度問(wèn)題。

（3）應(yīng)變強(qiáng)化。加工硬化是應(yīng)變強(qiáng)化另外的稱呼，在對(duì)材料進(jìn)行拉伸與壓縮后，材料其抗變形能力會(huì)顯著提高，在經(jīng)過(guò)滑移后，材料就會(huì)產(chǎn)生抗變形能力，而這個(gè)階段就是所謂的應(yīng)變強(qiáng)化。應(yīng)變強(qiáng)化的原理就是金屬材料根據(jù)強(qiáng)化程度的不斷變化調(diào)整本身的抗變形能力，而就單晶體來(lái)說(shuō)，硬化包括三個(gè)階段。其一是易滑移階段，在這個(gè)階段中加工硬化的速度會(huì)相對(duì)比較緩慢，因?yàn)槭芫w結(jié)構(gòu)的影響較大。其二是線性硬化階段，在這個(gè)階段加工硬化的速度加快，同時(shí)對(duì)金屬的種類、晶體的未向以及合金成分不會(huì)過(guò)分敏感。最后一個(gè)階段是動(dòng)態(tài)恢復(fù)階段，在這個(gè)階段中加工硬化的速度再次降低，主要是受到溫度和變形的影響，相對(duì)于第二個(gè)階段，這個(gè)階段的應(yīng)變過(guò)程會(huì)相對(duì)減小。

2 關(guān)于機(jī)械加工強(qiáng)化的工藝分析

根據(jù)機(jī)械加工強(qiáng)化工藝應(yīng)用的不同場(chǎng)合以及各自強(qiáng)化的特點(diǎn)可以將機(jī)械強(qiáng)化分為激光沖擊強(qiáng)化、滾壓強(qiáng)化和噴丸強(qiáng)化等，下面筆者將針對(duì)這些三類機(jī)械強(qiáng)化工藝中的兩類進(jìn)行分析探討。

（1）激光沖擊強(qiáng)化。激光沖擊強(qiáng)化是一種新的機(jī)械強(qiáng)化工藝形式，它主要的工作參數(shù)包括沖擊方式、激光的功率密度、厚度和激光波長(zhǎng)等。在目前，激光沖擊強(qiáng)化工藝已經(jīng)被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，比如工業(yè)、軍事和航空等，這種技術(shù)主要是應(yīng)用于對(duì)材料零件進(jìn)行塑性來(lái)強(qiáng)化材料的硬度與抗壓力。通過(guò)這樣的處理，材料表面的質(zhì)量、硬度和殘余壓應(yīng)力都可以被顯著提高，激光沖擊強(qiáng)化工藝的主要特點(diǎn)就是高壓和高效，它具有相對(duì)于其他強(qiáng)化方式來(lái)說(shuō)更為明顯的效果。

（2）噴丸強(qiáng)化。減少零件的疲勞、延長(zhǎng)零件壽命的有效方式之一就是噴丸強(qiáng)化，其主要工作原理就是將高速?gòu)椡枇鲊娚涞綇椈傻谋砻孢M(jìn)而在材料表面形成一定厚度的強(qiáng)化層，一旦強(qiáng)化層中產(chǎn)生較高的殘余應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致彈簧表面的壓應(yīng)力被沖擊抵消，這樣就可以延長(zhǎng)機(jī)械材料的使用壽命顯著提高其疲勞強(qiáng)度。加工效率高、成本低、設(shè)備應(yīng)用簡(jiǎn)單、可以延長(zhǎng)零件的使用壽命以及降低機(jī)械表面的粗糙度等都是噴丸強(qiáng)化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此這項(xiàng)技術(shù)非常適合被應(yīng)用于加工容易腐蝕的金屬材料。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前文的論述，了解機(jī)械加工強(qiáng)化工藝的主要種類，以及機(jī)械強(qiáng)化的機(jī)理，這有利于根據(jù)現(xiàn)今的工藝狀況找出需要進(jìn)行研究提高的方向，為今后的就業(yè)提供一定的指導(dǎo)，水射流、激光和超聲等較為先進(jìn)的工藝技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)金屬機(jī)械強(qiáng)化工藝的主要發(fā)展方向。相信未來(lái)我國(guó)在機(jī)械加工強(qiáng)化方面一定會(huì)得到更好的發(fā)展，有所建樹(shù)，而這一切都離不開(kāi)科學(xué)技術(shù)人員的辛勤研究以及在校大學(xué)生的努力學(xué)習(xí)，抱著提升我國(guó)機(jī)械行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力而奮斗。

［1］劉戰(zhàn)強(qiáng)，賀蒙，趙建.機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2015，26（3）：403-413

［2］郭建飛，于明輝，田志遠(yuǎn).關(guān)于機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)的研究［J］.工程技術(shù)，2016，（11）：240-240

［3］謝朋旭，孟志剛.機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)研究進(jìn)展［J］.工程技術(shù)，2016，（7）：315-315

［4］楊豪虎.機(jī)械加工強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)分析［J］.時(shí)代農(nóng)機(jī)，2016，43（7）：6-7.

Preliminary Study on Strengthening Mechanism and Technology of Mechanical Machining

XIONG Ke-yi
（College of Nuclear Technology and Automation Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

Withtheprogressofscienceandtechnologyinourcountry，theprocessofmechanizationhasgraduallyaccelerated,which bringsunprecedenteddevelopmentofmachineryindustry.Mechanicalprocessingasanimportantpartofthemachineryindustrymust follow the pace of the machinery industry manufacturing technology，so the mechanical processing mechanism and mechanical strengtheningoftheprocessofresearchandanalysisisnecessary，sothatforfutureemploymenttoprovidesomeguidanceandhelp.

machinery；process；mechanism

TH16

A

2095-980X（2017）02-0007-01

2017-01-02

熊柯屹（1992-），男，四川廣安人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械工程。