機械加工強化機理與工藝技術初探

熊柯屹

（成都理工大學 核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059）

機械加工強化機理與工藝技術初探

熊柯屹

（成都理工大學 核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059）

隨著我國科技水平的進步，機械化的進程也逐步加快，帶來了機械行業的空前發展。機械加工作為機械行業的一項重要環節必須緊跟機械行業制造技術的步伐，因此就機械加工機理和機械強化的工藝進行研究分析十分有必要，這樣可以為日后的就業提供一定的指導和幫助。

機械；工藝；機理

隨著科技的不斷發展，各個行業的發展都離不開行業內技術的開發，機械作為工業領域的重要組成部分自然需要更加重視技術的發展與應用。在機械行業中，機械材料的耐用度、強度、耐腐蝕度等因素都在一定程度上影響著機械零部件的使用期限和性能，因此如果想從根本上提高機械的性能，延長其使用壽命就應該專注于機械材料的研究，減少材料的損失。在當今時代，我國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以及對材料進行強化，這樣可以大大降低機械材料變形的可能性。機械材料的變形和塑料的變形有異曲同工之妙，因此如果想提高機械材料的抗變形能力就必須著重針對金屬的強化進行處理并在最大程度上抑制疲勞裂紋的擴展。筆者將針對機械加工強化中存在的問題以及其工藝進行探究。

1 當今時代機械加工強化中存在的問題分析

通常情況下，金屬中晶體的塑料變形都是利用滑移技術來完成的。根據強化機制的對位錯方式可以將強化分為錯位強化、晶界強化和應變強化等，而根據強化加工設備和方法的不同還可以將強化的工藝分為軋制工藝、滾壓工藝、激光沖擊強化工藝和噴丸工藝等，下面筆者將選擇其中的三類進行分析。

（1）晶界強化。晶界強化是指運用向鋼鍋中加入表面活性元素或者細化晶粒的方法提高鋼的持久性以及蠕變極限。晶界強化可以顯著提高材料的耐用度，是一種較為常見的強化方式。晶界強化的作用主要表現在兩個方面，一個是直接層面一個是間接層面。直接層面主要是由晶體本身帶來的，晶體本身的位錯塞積可以對滑移產生一定的阻礙作用，間接層面是由晶界的不相容性帶來的，為了集中晶界影響區的高應力就必須在最大程度上增大晶界的強化作用。因此總的來說，晶界的強化雖然可以顯著提高材料的強度但是由于存在塑性應變不相容的隱患，可能會導致機械材料過早的疲勞失效。

（2）位錯強化?？茖W工作者針對位錯強化進行了大量的研究發現位錯強化過程中位錯的運用方式較為復雜，而且金屬材料之間的位錯密度會由于位錯之間的相互作用力而大大增加，從而使位錯受到阻礙帶來塞積。另外，金屬材料之間的位錯運動會使材料本身出現一定的硬化，這樣可以大大提高材料的硬度和強度。針對位錯強化的機理進行研究很有必要，這樣可以在位錯進行滑移的時候顯示其需要克服的阻力。據科學研究表明，位錯強化的程度會受到溫度的影響，如果溫度較高則會降低位錯交截的作用以及位錯的阻力。位錯強化是機械加工中的重要環節，因此必須嚴格注意在針對材料進行加工后的溫度問題。

（3）應變強化。加工硬化是應變強化另外的稱呼，在對材料進行拉伸與壓縮后，材料其抗變形能力會顯著提高，在經過滑移后，材料就會產生抗變形能力，而這個階段就是所謂的應變強化。應變強化的原理就是金屬材料根據強化程度的不斷變化調整本身的抗變形能力，而就單晶體來說，硬化包括三個階段。其一是易滑移階段，在這個階段中加工硬化的速度會相對比較緩慢，因為受晶體結構的影響較大。其二是線性硬化階段，在這個階段加工硬化的速度加快，同時對金屬的種類、晶體的未向以及合金成分不會過分敏感。最后一個階段是動態恢復階段，在這個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，相對于第二個階段，這個階段的應變過程會相對減小。

2 關于機械加工強化的工藝分析

根據機械加工強化工藝應用的不同場合以及各自強化的特點可以將機械強化分為激光沖擊強化、滾壓強化和噴丸強化等，下面筆者將針對這些三類機械強化工藝中的兩類進行分析探討。

（1）激光沖擊強化。激光沖擊強化是一種新的機械強化工藝形式，它主要的工作參數包括沖擊方式、激光的功率密度、厚度和激光波長等。在目前，激光沖擊強化工藝已經被應用于各個領域，比如工業、軍事和航空等，這種技術主要是應用于對材料零件進行塑性來強化材料的硬度與抗壓力。通過這樣的處理，材料表面的質量、硬度和殘余壓應力都可以被顯著提高，激光沖擊強化工藝的主要特點就是高壓和高效，它具有相對于其他強化方式來說更為明顯的效果。

（2）噴丸強化。減少零件的疲勞、延長零件壽命的有效方式之一就是噴丸強化，其主要工作原理就是將高速彈丸流噴射到彈簧的表面進而在材料表面形成一定厚度的強化層，一旦強化層中產生較高的殘余應力，就會導致彈簧表面的壓應力被沖擊抵消，這樣就可以延長機械材料的使用壽命顯著提高其疲勞強度。加工效率高、成本低、設備應用簡單、可以延長零件的使用壽命以及降低機械表面的粗糙度等都是噴丸強化技術的優點，因此這項技術非常適合被應用于加工容易腐蝕的金屬材料。

3 結語

通過前文的論述，了解機械加工強化工藝的主要種類，以及機械強化的機理，這有利于根據現今的工藝狀況找出需要進行研究提高的方向，為今后的就業提供一定的指導，水射流、激光和超聲等較為先進的工藝技術將會成為未來金屬機械強化工藝的主要發展方向。相信未來我國在機械加工強化方面一定會得到更好的發展，有所建樹，而這一切都離不開科學技術人員的辛勤研究以及在校大學生的努力學習，抱著提升我國機械行業的競爭力而奮斗。

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［3］謝朋旭，孟志剛.機械加工強化機理與工藝技術研究進展［J］.工程技術，2016，（7）：315-315

［4］楊豪虎.機械加工強化機理與工藝技術分析［J］.時代農機，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，大學本科，主要研究方向：機械工程。