電火花加工技術(shù)相關(guān)表面完整性的研究

韓 野,崔海軍,張 平

(1.北京航空制造工程研究所,北京100024;2.沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,遼寧沈陽(yáng)110043)

自1964年由美國(guó)金屬切削研究協(xié)會(huì)在一次技術(shù)座談會(huì)上首先引用表面完整性的概念后[1],以美國(guó)、歐洲和日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家一直致力于開展表面完整性方面的系統(tǒng)研究,并在20世紀(jì)90年代形成了一系列全面、系統(tǒng)和深入的相關(guān)表面完整性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),幾乎包括了制造業(yè)中的全部領(lǐng)域,并為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員提供了充分的參考依據(jù)。

表面完整性技術(shù)在民用和國(guó)防工業(yè)中的應(yīng)用均很廣泛,作用也極為重要,尤其在以提高關(guān)鍵零部件壽命、可靠性和減輕結(jié)構(gòu)件重量為目標(biāo)的關(guān)鍵件制造中更為突出。以航空發(fā)動(dòng)機(jī)的制造為例,如羅羅公司和通用電氣公司等國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商,從20世紀(jì)70年代起即將表面完整性引入了航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的制造和質(zhì)量規(guī)范中,從而大幅提高了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和使用性能。

表面完整性技術(shù)涵蓋了大部分制造工藝技術(shù)領(lǐng)域,主要就多種工藝方法在關(guān)鍵零部件加工過程中對(duì)零件表面和亞表面產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入的研究,掌握工藝實(shí)施過程對(duì)零件的疲勞壽命、耐磨性能等使用性能的影響規(guī)律,是包括工藝、材料、測(cè)試、設(shè)計(jì)等各方面在內(nèi)的系統(tǒng)性研究,是制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一,也是制造技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上改進(jìn)、發(fā)展和重塑的基礎(chǔ)和關(guān)鍵[2]。

電火花加工又稱放電加工(Electrical Discharge Maching,EDM),是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的工藝技術(shù)。電火花加工與金屬切削加工的原理完全不同,在加工過程中,工具和工件并不接觸,而是靠工具和工件之間不斷的脈沖性火花放電,產(chǎn)生局部、瞬時(shí)的高溫把金屬材料逐步蝕除掉或堆積上,以達(dá)到對(duì)工件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求[3]。一般情況下,根據(jù)電火花加工的方式和作用原理的不同,通常將電火花加工分為電火花成形加工(EDM)、電火花線切割加工(WEDM)、電火花合金化(亦稱為電火花沉積,ESD),在此主要針對(duì)電火花成形加工的表面完整性研究?jī)?nèi)容進(jìn)行闡述。

電火花加工由于具有可加工任何導(dǎo)電材料,不受材料硬度、脆性、韌性、熔點(diǎn)的限制;加工時(shí)無明顯的機(jī)械切削力,適用于加工結(jié)構(gòu)特殊、形狀復(fù)雜及薄壁結(jié)構(gòu)的零件;脈沖參數(shù)可調(diào),加工范圍大,在一臺(tái)機(jī)床上可連續(xù)進(jìn)行粗、精加工等特點(diǎn),在軍民品制造中均得到了廣泛的應(yīng)用。典型的應(yīng)用如航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片上的冷卻氣膜孔加工,民用工業(yè)中模具型腔和型面的精密成形加工等[4]。

同時(shí)由于電火花加工為脈沖放電的熱熔加工,在加工過程中,會(huì)在零件表面形成表面變質(zhì)層,并且因?yàn)榧庸きh(huán)境和參數(shù)的不同,可能會(huì)在零件表面形成燒蝕、裂紋等缺陷,會(huì)對(duì)零件的疲勞壽命等使用性能造成一定程度的影響[5]。圖1是采用目前較高性能的電火花機(jī)床加工的典型鈦合金TC4的金相照片,標(biāo)示的變質(zhì)層包括了再鑄層和熱影響區(qū),是燒蝕、裂紋等缺陷最易產(chǎn)生的區(qū)域。

圖1 鈦合金TC4電火花加工表面的金相照片

因此,對(duì)電火花加工技術(shù)開展表面完整性方面的相關(guān)研究,避免電火花加工過程中出現(xiàn)的缺陷,提高電火花的加工品質(zhì),是電火花加工技術(shù)發(fā)展至一定程度后必然的發(fā)展方向,能準(zhǔn)確判斷出針對(duì)某類型零部件采用電火花加工的適用與否,并為電火花加工設(shè)備和工藝技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展提供技術(shù)支持。

雖然我國(guó)也早已開展了電火花加工與表面完整性相關(guān)內(nèi)容的研究,但一直未形成系統(tǒng)性的研究體系,在研究?jī)?nèi)容、研究方法、評(píng)價(jià)方法、指導(dǎo)工程應(yīng)用等多方面均處于起步階段,隨著我國(guó)民用和國(guó)防產(chǎn)品的性能和壽命要求的逐步提高,表面完整性研究的重要性和迫切性就愈發(fā)明顯。

1 表面完整性研究?jī)?nèi)容簡(jiǎn)述

1.1 表面完整性簡(jiǎn)述

表面完整性是描述、鑒定和控制零件加工過程在其加工表面層內(nèi)可能產(chǎn)生的各種變化及其對(duì)該表面工作性能影響的技術(shù)指標(biāo)[6],就其應(yīng)用目的而言,也可視作控制加工工藝形成的無損傷或強(qiáng)化的表面狀態(tài)[7]。

明確表面完整性的概念時(shí),首先需要將表面完整性與表面質(zhì)量的概念區(qū)別清楚。

表面質(zhì)量是指零件經(jīng)加工后,在其表面上幾微米至幾百微米表面層所產(chǎn)生的物理機(jī)械性能的變化及表面層微觀幾何形狀誤差。表面質(zhì)量的主要內(nèi)容包括表面粗糙度、表面層的冷作硬化、表面層殘余應(yīng)力、表面層金相組織的變化,即包括了宏觀表面質(zhì)量和微觀表面質(zhì)量?jī)煞矫娴膬?nèi)容,兩者相比較則更側(cè)重于宏觀表面質(zhì)量。表面質(zhì)量一直是判斷零件加工是否達(dá)到要求的主要依據(jù),能夠滿足一般零件普通加工的評(píng)價(jià)要求,而對(duì)需要滿足特殊功能需求或需要保證長(zhǎng)壽命、減重和高可靠性的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件而言,用表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)體現(xiàn)出極大的局限性,其范圍和準(zhǔn)確度被大大限制,已不能滿足現(xiàn)代制造技術(shù)的需求。

相對(duì)于表面質(zhì)量所包含的內(nèi)容而言,表面完整性不僅包含了表面質(zhì)量的全部?jī)?nèi)容,還要求零件表面層的機(jī)械物理性能、金相組織等均能滿足使用要求,并確保零件具有一定的使用壽命,包含的內(nèi)容比傳統(tǒng)的表面質(zhì)量所包含的內(nèi)容更全面、具體[8]。

零件加工的表面完整性是由加工過程中作用在零件表面上的力載荷、熱載荷、化學(xué)載荷3種載荷共同決定的。只有少數(shù)的幾種加工過程可以認(rèn)為是單個(gè)載荷決定的[9],例如電火花加工就是由熱載荷這一單一載荷決定的,力載荷和化學(xué)載荷所起的作用在研究過程中可以忽略;電解加工主要由化學(xué)載荷這一單一載荷所決定,力載荷和熱載荷所起的作用在研究過程中可以忽略;銑削加工則是由力載荷和熱載荷共同決定,而化學(xué)載荷所起的作用在研究過程中可以忽略。表面完整性好壞受多種因素的制約,所以對(duì)表面完整性的評(píng)價(jià)不能從某一個(gè)側(cè)面來衡量。

表面完整性中所包含的衡量指標(biāo)種類較多,一般來說,按照國(guó)際上通行的表面完整性廣義數(shù)據(jù)組(根據(jù)衡量指標(biāo)的全面程度,由簡(jiǎn)到繁依次分為最小數(shù)據(jù)組、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)組和廣義數(shù)據(jù)組)的規(guī)定,較全面地衡量其加工后表面完整性好壞的指標(biāo)主要包括:幾何形狀誤差(如表面粗糙度測(cè)量值和更進(jìn)一步的表面微觀形貌圖,以及表面紋理組織數(shù)據(jù)等)、微觀組織(如表面缺陷、殘?jiān)练e、某些化學(xué)元素作用的痕跡、掃描電子顯微鏡拍攝的微觀組織結(jié)構(gòu)、金相組織的變化、微觀裂縫、晶間腐蝕、微觀缺陷、塑性變形、表面層局部腐蝕、再結(jié)晶、變質(zhì)層的影響、再鑄層的沉積狀況等,包括低倍放大和高倍放大兩方面的檢測(cè)內(nèi)容)、熱影響層、加工后表面顯微硬度的變化、棱邊質(zhì)量(加工邊緣部分的微觀形貌)、物理力學(xué)性能試驗(yàn)(如表面層殘余應(yīng)力的大小、方向和分布情況,以及疲勞強(qiáng)度和極限強(qiáng)度等強(qiáng)度試驗(yàn))、特定環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)、各種補(bǔ)充機(jī)械試驗(yàn)數(shù)據(jù)(如裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、應(yīng)力破壞試驗(yàn)、低頻疲勞試驗(yàn)、抗拉試驗(yàn)、扭矩試驗(yàn)等)[10]。

表面完整性的各項(xiàng)衡量指標(biāo)均與加工的全過程有關(guān),必須詳細(xì)地將加工過程中的各項(xiàng)主要因素進(jìn)行分析,掌握各項(xiàng)主要因素對(duì)表面完整性各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度和規(guī)律,經(jīng)試驗(yàn)產(chǎn)生大量的支撐數(shù)據(jù)后[11],形成全面的針對(duì)某種特定材料制成的關(guān)鍵件的某種加工工藝技術(shù)的表面完整性數(shù)據(jù)支持體系,從而指導(dǎo)、控制和改善工藝技術(shù)在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用。

表面完整性的評(píng)價(jià)體系就是建立在各項(xiàng)衡量指標(biāo)的檢測(cè)基礎(chǔ)上的可直接對(duì)比的數(shù)字化指標(biāo)。通常情況下,對(duì)于由某種材料制成的關(guān)鍵件而言,衡量其表面完整性好壞的各種衡量指標(biāo)對(duì)其疲勞性能等使用性能的影響程度各不相同,但相互之間的對(duì)比存在一定的關(guān)系,該關(guān)系可以通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法得出,綜合權(quán)衡后,能夠得出各衡量指標(biāo)在表面完整性評(píng)價(jià)中所占的權(quán)重,此權(quán)重用一個(gè)特征參數(shù)——權(quán)數(shù)表示。與權(quán)數(shù)相關(guān)的衡量指標(biāo)主要包括表面粗糙度、殘余應(yīng)力、加工硬化、表面形貌、表面缺陷、金相組織、棱邊質(zhì)量和其他特征等。

目前使用的層次分析法(AHP)是一種用于確定表面完整性權(quán)數(shù)的輔助方法,把復(fù)雜問題中的各因素劃分為互相聯(lián)系的條理化的有序?qū)?根據(jù)對(duì)客觀實(shí)際的模糊判斷,就每一層次的相對(duì)重要性給出定量表示,再利用數(shù)學(xué)方法確定全部元素相對(duì)重要性次序的權(quán)數(shù)。權(quán)數(shù)確定后,需經(jīng)過一致性檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證[12]。

表面完整性評(píng)價(jià)用于不同工作環(huán)境的由不同材料制成的不同關(guān)鍵件時(shí),其評(píng)價(jià)方式根據(jù)主要的使用性能有所不同,但對(duì)于同一關(guān)鍵件的不同制造工藝技術(shù),仍具有重要的對(duì)比和評(píng)價(jià)作用。

1.2 表面完整性的研究途徑

在先期開展表面完整性研究的國(guó)家中,已經(jīng)形成了較為完善的研究體系,盡管針對(duì)用于不同環(huán)境的、由不同工藝制造的關(guān)鍵件時(shí)有所區(qū)別,但總體上的研究途徑和方法大體相同。國(guó)外針對(duì)典型關(guān)鍵件(包括民用和軍用產(chǎn)品中的典型關(guān)鍵件)表面完整性研究的簡(jiǎn)要方案如圖2所示(在此需要指出,該研究方案需在已具備大量相應(yīng)表面完整性基礎(chǔ)試驗(yàn)和測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上開展)。

圖2 國(guó)外開展表面完整性研究的簡(jiǎn)要方案

1.3 國(guó)外對(duì)表面完整性研究的重視

以美、歐、日為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家自認(rèn)識(shí)到表面完整性研究對(duì)于制造技術(shù)的重要性后,自20世紀(jì)60年代起便持續(xù)深入地進(jìn)行表面完整性方面的研究,并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求的變化,不斷地對(duì)表面完整性的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行充實(shí)和發(fā)展,在20世紀(jì)70、80年代形成一系列指導(dǎo)應(yīng)用的表面完整性規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)后,又進(jìn)一步融入了更多的表面層和亞表面層結(jié)構(gòu)分析,以及多種性能測(cè)試,同時(shí)結(jié)合數(shù)字化模擬和仿真技術(shù),能夠在降低研究成本的情況下,實(shí)現(xiàn)使用壽命的預(yù)估[13]。

國(guó)外的表面完整性研究與工藝、材料、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等多方面的內(nèi)容緊密結(jié)合,投入的經(jīng)費(fèi)和各種資源也融入各種相關(guān)的計(jì)劃中,涵蓋了基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工程化研究等各個(gè)階段。雖然目前尚不能估算出國(guó)外表面完整性研究投入資金的具體數(shù)額,但根據(jù)國(guó)外不同層次的不同機(jī)構(gòu)形成的與表面完整性相關(guān)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、指南的數(shù)量和所包括的研究和測(cè)試內(nèi)容,亦能確定國(guó)外在表面完整性研究方面巨大的投入和極高的重視度。

針對(duì)表面完整性的研究,國(guó)外主要分為4個(gè)層次進(jìn)行,根據(jù)參與機(jī)構(gòu)的數(shù)量與涉及的領(lǐng)域,也可以反映出國(guó)外對(duì)表面完整性研究的重視程度:

(1)大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)主要開展工藝技術(shù)對(duì)表面完整性影響的機(jī)理方面的研究,提供各種試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),進(jìn)行理論指導(dǎo);

(2)機(jī)床生產(chǎn)廠商主要開展通過工藝參數(shù)和工藝方法的調(diào)整而提高加工表面完整性的工藝試驗(yàn)和測(cè)試,以增加加工機(jī)床的適用范圍,提高機(jī)床的加工品質(zhì),并為機(jī)床的改進(jìn)和發(fā)展提供技術(shù)基礎(chǔ);

(3)產(chǎn)品專業(yè)制造廠商主要根據(jù)研究機(jī)構(gòu)和機(jī)床生產(chǎn)廠商提供的加工表面完整性的數(shù)據(jù),制定能夠滿足產(chǎn)品技術(shù)要求的制造方案,包括采用何種加工機(jī)床、何種工藝參數(shù),以及采用何種后續(xù)強(qiáng)化處理工藝技術(shù)[14]等內(nèi)容;

(4)開發(fā)部門、主承包商和評(píng)估機(jī)構(gòu)則根據(jù)各個(gè)層次和機(jī)構(gòu)提供的加工表面完整性的廣義數(shù)據(jù)組的各種數(shù)據(jù),以及產(chǎn)品的使用需求,確定產(chǎn)品關(guān)于加工的技術(shù)要求,并制定相應(yīng)的工藝和質(zhì)量規(guī)范[15]。

正是因?yàn)閲?guó)外對(duì)表面完整性技術(shù)研究的高度重視和多方參與的開展模式,使得表面完整性技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)成為成熟的工藝技術(shù)評(píng)價(jià)方法和制造技術(shù)重要的發(fā)展方向,將表面完整性的相關(guān)技術(shù)要求落實(shí)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的各種工藝規(guī)范、質(zhì)量規(guī)范和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)范中,從而保證了民用和軍用產(chǎn)品的長(zhǎng)壽命、高可靠性和高經(jīng)濟(jì)性。

2 對(duì)國(guó)內(nèi)開展電火花加工表面完整性研究的設(shè)想

基于我國(guó)在表面完整性研究方面與國(guó)外存在巨大差距的現(xiàn)狀,目前針對(duì)國(guó)防工業(yè)和民用工業(yè)中采用電火花工藝加工的關(guān)鍵和重要零部件,開展的電火花加工表面完整性研究,主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:

(1)電火花加工工藝對(duì)表面完整性的影響規(guī)律研究和提高電火花加工表面完整性的方法研究,即研究電火花加工全過程中主要因素(如機(jī)床、工藝參數(shù)、電極、加工介質(zhì)、零件狀況等)對(duì)表面完整性各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響,并摸索出能夠減少電火花加工對(duì)表面完整性損害的工藝實(shí)施方法;

(2)后續(xù)改性技術(shù)對(duì)電火花加工表面完整性的影響狀況,即研究在電火花加工后,采用某一種或多種復(fù)合的后續(xù)改性技術(shù)(如噴砂、噴丸、激光沖擊強(qiáng)化、振動(dòng)光飾等)能夠有效地提高電火花加工后的表面完整性,或減少電火花加工對(duì)表面完整性的損害[16]。

2.1 適于國(guó)內(nèi)電火花加工表面完整性的研究途徑

根據(jù)我國(guó)在表面完整性研究方面的基礎(chǔ)和國(guó)外的研究狀況,可以歸納出適合于我國(guó)民用和軍用產(chǎn)品的針對(duì)關(guān)鍵件表面完整性研究的實(shí)施途徑,如圖3所示。

圖3 我國(guó)民用和軍用產(chǎn)品針對(duì)關(guān)鍵件的表面完整性研究實(shí)施途徑

此實(shí)施途徑較為適合我國(guó)缺乏系統(tǒng)和全面的表面完整性研究基礎(chǔ)的現(xiàn)狀,既能夠解決關(guān)鍵件對(duì)表面完整性研究的迫切要求,又可以逐步深入地了解和掌握表面完整性研究中所涉及到的各類試驗(yàn)、測(cè)試和研究?jī)?nèi)容,積累相應(yīng)的研究經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),從而分階段、分層次的構(gòu)建起我國(guó)的表面完整性研究體系,實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)壽命、抗疲勞”制造。

2.2 分析、試驗(yàn)和評(píng)價(jià)

電火花加工的表面完整性主要由熱載荷決定。根據(jù)長(zhǎng)期基礎(chǔ)試驗(yàn)和工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),影響電火花加工過程的主要工藝因素包括加工機(jī)床(機(jī)床廠家、機(jī)床精度等)、電極(電極材料、外形、加工面、損耗等)、零件狀態(tài)(熱處理狀態(tài)、零件外形、去除部位、去除余量等)、工作環(huán)境(溫度、濕度等)、輔助夾具(夾具的定位和調(diào)整等)、工藝參數(shù)(電壓、峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔、抬刀設(shè)置、波形種類等)、加工介質(zhì)(電火花油的種類、沖油方式、電火花油的純凈度等)、工藝方法(加工方式的變化等)等[17]。

對(duì)于電火花加工后的后續(xù)改性工藝技術(shù)(噴丸、吹砂、研磨等)實(shí)施過程中的主要工藝因素同樣按照加工機(jī)床、加工工具、零件狀態(tài)、工作環(huán)境、輔助夾具、工藝參數(shù)、加工介質(zhì)和工藝方法分解為詳細(xì)的單項(xiàng)工藝因素。

電火花加工對(duì)零件表面層和亞表面層的影響,主要表現(xiàn)在幾何形狀誤差(表面粗糙度、微觀形貌、表面紋理等)、微觀組織(表面缺陷、高倍微觀組織結(jié)構(gòu)、金相組織、變質(zhì)層影響、再鑄層沉積狀況等)、熱影響層、顯微硬度變化、棱邊質(zhì)量等方面。

一般情況下,采用電火花工藝加工的零部件,所需考慮的性能方面的指標(biāo)主要包括表面層殘余應(yīng)力大小、方向和分布情況,疲勞強(qiáng)度(包括高周疲勞和低周疲勞)、蠕變?cè)囼?yàn)、抗拉試驗(yàn)、扭矩試驗(yàn)等。

在確定電火花和后續(xù)改性工藝加工過程的主要因素、零件表面層和亞表面層的影響、主要的性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上,開展針對(duì)典型關(guān)鍵件的電火花加工表面完整性研究。首先通過對(duì)電火花加工過程中主要因素的變化和調(diào)整,摸索出加工過程中各主要因素對(duì)零件表面層和亞表面層各種表征的影響規(guī)律,在此必須掌握每一個(gè)單項(xiàng)工藝因素對(duì)零件表面層和亞表面層不同表征的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上開展零件表面層和亞表面層不同表征對(duì)零件不同性能指標(biāo)影響的性能測(cè)試和分析,掌握每種表征對(duì)不同性能指標(biāo)的影響規(guī)律,從而確定出每種工藝因素對(duì)性能指標(biāo)的影響規(guī)律。研究過程中各部分內(nèi)容的相互關(guān)系如圖4所示。

圖4 電火花加工表面完整性研究中各部分內(nèi)容的相互關(guān)系

在這些基礎(chǔ)試驗(yàn)、測(cè)試的基礎(chǔ)上,分析確定出不同表面層和亞表面層表征對(duì)零件性能指標(biāo)的影響程度,根據(jù)AHP分析法或其他評(píng)定方法,制定出不同表面層和亞表面層表征在表面完整性中的權(quán)數(shù),從而形成針對(duì)由某一種材料制成的關(guān)鍵件的表面完整性評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)數(shù)值,最后采用試驗(yàn)對(duì)權(quán)數(shù)的設(shè)定進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。

2.3 應(yīng)用指導(dǎo)

在針對(duì)民用和軍用產(chǎn)品關(guān)鍵件電火花加工表面完整性的研究結(jié)果上,由設(shè)計(jì)人員根據(jù)關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)性能,查閱相應(yīng)的性能測(cè)試方面的數(shù)據(jù)庫(kù),通過比對(duì)和計(jì)算,確定出關(guān)鍵件電火花和后續(xù)處理工藝所需達(dá)到的主要表面層和亞表面層特征要求,并可進(jìn)一步對(duì)加工過程中所涉及的重要工藝因素進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)定,從而形成指導(dǎo)應(yīng)用的工藝規(guī)范、質(zhì)量規(guī)范或產(chǎn)品規(guī)范。

在包含表面完整性規(guī)定的電火花加工規(guī)范或質(zhì)量規(guī)范中,至少應(yīng)包括缺陷的定義和限制、表面質(zhì)量和狀態(tài)的要求、工藝流程的設(shè)定、工藝參數(shù)的設(shè)置、機(jī)床及附屬裝置的規(guī)定、取樣的頻率和部位、檢測(cè)的方法和儀器等方面的內(nèi)容[18]。具備這樣的相關(guān)規(guī)范后,便能夠指導(dǎo)不同的制造部門進(jìn)行相同品質(zhì)的民用和軍用產(chǎn)品關(guān)鍵件的生產(chǎn),并嚴(yán)格按照相同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。

3 結(jié)論和建議

綜上所述,表面完整性技術(shù)可以作為控制、評(píng)價(jià)和改進(jìn)大部分成形和改性技術(shù)的指導(dǎo),也是向“抗疲勞制造”技術(shù)發(fā)展的必要基礎(chǔ),是一種貫穿工藝、材料、設(shè)計(jì)、測(cè)試等環(huán)節(jié)的、落實(shí)于可執(zhí)行的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的制造理念,對(duì)于強(qiáng)調(diào)高安全性、長(zhǎng)壽命、低全生命周期成本的高端民用和軍用產(chǎn)品的制造尤為重要,是制造技術(shù)在應(yīng)用時(shí)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。

根據(jù)表面完整性技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和差距,結(jié)合國(guó)內(nèi)高端民用和軍用產(chǎn)品制造中日益凸顯的表面完整性研究的重要性,特提出以下建議:

(1)由各部門通過不同渠道的融資,加大對(duì)高端民用和軍用產(chǎn)品關(guān)鍵件加工的表面完整性研究的支持力度,在基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面提供充分的人力、物力和財(cái)力的支持,保證相應(yīng)的表面完整性研究能夠持續(xù)和深入的發(fā)展;

(2)開展針對(duì)高端民用和軍用產(chǎn)品中關(guān)鍵件的表面完整性應(yīng)用研究和驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)表面完整性研究所取得的技術(shù)成果進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用考核,在此基礎(chǔ)上,制定出針對(duì)典型關(guān)鍵件的表面完整性技術(shù)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),對(duì)成形和改性加工表面完整性技術(shù)的推廣進(jìn)行技術(shù)支持;

(3)針對(duì)多種能夠提高成形加工后表面完整性的改性工藝技術(shù)(如噴丸、噴砂、磨粒流、振動(dòng)光飾等),開展系統(tǒng)的對(duì)比和復(fù)合研究,確定不同的提高表面完整性的工藝技術(shù)的適用范圍和實(shí)施效果,并為這些改性工藝技術(shù)的應(yīng)用提供相應(yīng)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 洪泉,王貴成.精密加工表面完整性的研究及其進(jìn)展[J].現(xiàn)代制造工程,2004(8):12-15.

[2] 韓野,張志金,崔海軍.電火花加工表面完整性研究在大飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的重要性[J].航空制造技術(shù),2012(13):64-67.

[3] 劉晉春.特種加工[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[4] 《航空制造工程手冊(cè)》總編委會(huì).航空制造工程手冊(cè)—特種加工分冊(cè)[M].北京:航空工業(yè)出版社,1996.

[5] Hascalik A,Caydas U.Electrical discharge machining of titanium alloy(Ti-6Al-4v)[J].Applied Surface Science,2007,253(22):9007-9016.

[6] Davim J P.Surface integrity in machining[M].Springer-Verlag London Limited,2010.

[7] 趙振業(yè).高強(qiáng)度合金應(yīng)用與抗疲勞制造技術(shù)[J].航空制造技術(shù),2007(10):30-33.

[8] 曾泉人,劉更,劉嵐.機(jī)械加工零件表面完整性表征模型研究[J].中國(guó)機(jī)械工程,2010(24):101-105.

[9] Saoubi R M,Outeiro J C,Chandrasekaran H,et al.A review of surface integrity in maching and its impact on functional performance and life of machined products[J].International Journal of Sustainable Manufacturing,2008,1(1/2):203-236.

[10] 王貴成,洪泉,朱云明,等.精密加工中表面完整性的綜合評(píng)價(jià)[J].兵工學(xué)報(bào),2005,26(6):102-106.

[11] 趙少汴,王忠保.抗疲勞設(shè)計(jì):方法與數(shù)據(jù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.

[12] Field M,Kahles J F,Cammett J T.Review of measuring methods for surface integrity[J].Annals of the CIRP,1972,21(2):219-238.

[13] Abbas N M,Solomon D G,Bahari M F.A review on current research trends in electrical discharge machining(EDM)[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture,2007,47(7-8):1214-1228.

[14] Furutania K,Saneto A,Takezawa H,et al.Accretion of titanium carbide by electrical discharge machining with powder suspended in working fluid[J].Precision Engineering,2001,25(2):138-144.

[15] Descoeudres A.Characterization of electrical discharge machining plasmas[M].PhD theses,Lausanne EPFL,2006.

[16] Marinescu N I.Solutions for technological performances in creasing at ultrasonic aided electrodischarge maching[J].Internationed Journal of Material Forming,2009,2(1):681-684.

[17] Jameson E C.Electrical discharge maching[M].Society of Manufacturing Engineering,2001.

[18] Das S,Klotz M,Klocke F.EDM simulation:finite elementbased calculation of deformation,microstructure and residual stresses[J].Journal of Materials Processing Technology,2003,142(2):434-451.