王凡 呂欣 葉玉龍

通訊作者：王凡，1993年12月，男，漢族，陜西扶風(fēng)人現(xiàn)任職于西安航空制動(dòng)科技有限公司，助理工程師，本科。研究方向：機(jī)械加工。

摘要：近些年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各項(xiàng)技術(shù)也逐漸發(fā)展成熟。企業(yè)生產(chǎn)過程中的設(shè)備和材料有更高的需求，機(jī)械化加工各項(xiàng)強(qiáng)化機(jī)理都存在著差異，因此相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用也各不相同。機(jī)械化加工需要先進(jìn)的工藝技術(shù)才能提高機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)水平。同時(shí)工藝技術(shù)的種類也是多樣的，需要在現(xiàn)實(shí)加工過程中觀察問題，制定合適的技術(shù)方案，以此來強(qiáng)化機(jī)械化加工技術(shù)與工藝技術(shù)。本文就機(jī)械加工當(dāng)前存在的問題和強(qiáng)化機(jī)理與工藝技術(shù)展開研究與探討。

關(guān)鍵詞：機(jī)械化加工;強(qiáng)化機(jī)理;工藝技術(shù)

一、前言

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，機(jī)械化加工作用于工業(yè)的各個(gè)方面，各種機(jī)械設(shè)備也開始引入人們的生活當(dāng)中。工業(yè)技術(shù)和機(jī)械化加工，兩種技術(shù)相互結(jié)合，成為企業(yè)發(fā)展的主流產(chǎn)物[1]。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，機(jī)械化加工還存在著許許多多的問題，這些問題直接導(dǎo)致了機(jī)械化加工質(zhì)量不過關(guān)[2]。因此，在機(jī)械加工制造過程中，要秉持著提升整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量水平的原則，提高對于設(shè)備零件的要求和標(biāo)準(zhǔn)。引進(jìn)先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，保障機(jī)械化產(chǎn)品的質(zhì)量，更好地結(jié)合機(jī)械化加工和工藝技術(shù)。

二、機(jī)械加工強(qiáng)化的機(jī)理分析

（一）錯(cuò)位強(qiáng)化

錯(cuò)位強(qiáng)化是金屬材料的最有效的強(qiáng)化方式。在塑性變形時(shí)，錯(cuò)位強(qiáng)化會(huì)進(jìn)行比較復(fù)雜的錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)。為了增加材料的堅(jiān)硬程度，晶體之間會(huì)進(jìn)行相互纏繞和相互作用，這種方式增加了金屬材料的錯(cuò)位密度，使錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)相對困難。人們深入研究錯(cuò)位強(qiáng)化，并建立模型。經(jīng)研究，溫度也是影響錯(cuò)位強(qiáng)化的重要因素。在高溫作用下，錯(cuò)位強(qiáng)化會(huì)逐漸變?nèi)?，自然阻礙錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)的程度會(huì)降低。在機(jī)械加工過程中，要盡可能避免在過高溫度下進(jìn)行加工工作，影響機(jī)械強(qiáng)化，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度變低[3]。所以，要高度關(guān)注強(qiáng)化過程中的環(huán)境溫度。

（二）晶界強(qiáng)化

晶界強(qiáng)化的本質(zhì)在于晶界對位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用，晶粒越細(xì)小，晶界越多，阻礙作用越大，強(qiáng)化效果越好[4]。晶粒越細(xì)小，晶界越多，晶界可以把塑性變形限定在一定的范圍內(nèi)，使塑性變形均勻化，因此細(xì)化晶?？梢蕴岣咪摰乃苄?。整體來說，晶界強(qiáng)化能提高材料的強(qiáng)度和性質(zhì)，但是，也要注意材料在使用過程中的老化和損耗問題，注意材料的形變。

（三）應(yīng)變強(qiáng)化

應(yīng)變強(qiáng)化其實(shí)就是加工硬化，是金屬類材料的特點(diǎn)，發(fā)生在屈服階段之后的階段。常溫下，金屬材料經(jīng)過塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化，晶粒沿著變形最大的方向被拉長，晶格被扭曲，提高了材料的抗變形能力。應(yīng)變硬化率變回僅為1%的時(shí)候，框架低層和中間層的殘余側(cè)移顯著增加，恢復(fù)能力顯著減小。另一方面，最大側(cè)移與應(yīng)變硬化率近似相互獨(dú)立，震后出現(xiàn)較大永久側(cè)移會(huì)對結(jié)構(gòu)的性能帶來嚴(yán)重影響[5]。

（四）擇優(yōu)取向強(qiáng)化

晶粒與晶粒的取向存在差異。經(jīng)金屬塑性加工的材料，如經(jīng)拉拔、擠壓的線材或軋制的金屬板材，在塑性變形過程中常沿原子在密集的晶面發(fā)生滑移?；七^程中，晶體連同其滑面將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而引起多晶體中晶粒方位出現(xiàn)一定程度的有序化[6]。這種由于冷變形而在變形金屬中直接產(chǎn)生的晶粒擇優(yōu)取向稱為形變織構(gòu)。我們經(jīng)常會(huì)使用擇優(yōu)取向特點(diǎn)來增強(qiáng)材料的強(qiáng)度。強(qiáng)化形變織構(gòu)對于金屬材料的組織優(yōu)一定的影響。除此之外，不同成分的合金，結(jié)構(gòu)都會(huì)影響形變織構(gòu)的強(qiáng)化程度。

（五）固溶強(qiáng)化

固溶強(qiáng)化是指純金屬經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮辖鸹螅瑥?qiáng)度、硬度都提高的現(xiàn)象。其原因可歸結(jié)于溶質(zhì)原子和位錯(cuò)的交互作用，這些作用起源于溶質(zhì)引發(fā)的局部點(diǎn)陣畸變。固溶體可分為無序固溶體和有序固溶體，其強(qiáng)化機(jī)理也各不相同[7]。

三、2019年機(jī)械工業(yè)市場發(fā)展數(shù)據(jù)圖表

根據(jù)中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年我國機(jī)械工業(yè)發(fā)展穩(wěn)步推進(jìn)，但問題和壓力依然存在。初步預(yù)計(jì)全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行總體將比較平穩(wěn)，工業(yè)增加值力爭達(dá)到6%左右，營業(yè)收入，利潤總額及進(jìn)出口貿(mào)易保持適度增長。

（一）增加值低速增長

其中，機(jī)械工業(yè)主要涉及的五個(gè)國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)大類中，通用設(shè)備制造業(yè)、專業(yè)設(shè)備制造業(yè)、電氣機(jī)械和器材制造業(yè)、儀器儀表制造業(yè)增加值同比分別增長5.1%、8.3%、10%和9.6%，高于機(jī)械工業(yè)平均水平;汽車制造業(yè)增加值同比下降1.4%，低于機(jī)械工業(yè)平均水平[8]，如下圖1所示。

（二）經(jīng)濟(jì)效益出現(xiàn)下滑

2019年上半年機(jī)械工業(yè)實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入10.53萬億元，同比增長1.29%;實(shí)現(xiàn)利潤總額6195.37億元，同比下降8.58%。兩項(xiàng)指標(biāo)增速較上年均出現(xiàn)了大幅下滑，其中利潤總額的增速更是由正轉(zhuǎn)負(fù)，十多年來首次出現(xiàn)了負(fù)增長。與全國工業(yè)比較，機(jī)械工業(yè)營業(yè)收入和利潤總額的增速分別低于同期全國工業(yè)平均水平3.42和6.19個(gè)百分點(diǎn)，如圖2。

四、強(qiáng)化機(jī)械加工的工藝技術(shù)

（一）噴丸處理，噴丸強(qiáng)化

噴丸處理是減少零件疲勞，提高零件壽命的最有效的方法之一，噴丸處理就是將高速彈丸流噴射到零件表面，使零件表層發(fā)生塑性變形，而形成一定厚度的強(qiáng)化層，強(qiáng)化層內(nèi)形成較高的殘余壓力，由于零件表面壓力的存在，當(dāng)零件承受負(fù)載時(shí)可以抵消一部分應(yīng)力，從而改善零件的疲勞程度。噴丸強(qiáng)化需要技術(shù)人員進(jìn)行控制，在機(jī)械化加工當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。因?yàn)樗僮鞅容^簡單，生產(chǎn)成本小，加工效率高。在加工過程中，合理使用噴丸強(qiáng)化工藝技術(shù)有利于增強(qiáng)機(jī)械化設(shè)備的抗腐蝕能力。

（二）激光沖擊強(qiáng)化

激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是一種新型工藝技術(shù)，以噴丸技術(shù)為基礎(chǔ)。激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是利用強(qiáng)激光束產(chǎn)生的等離子沖擊波，提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的一種高新技術(shù)[9]。它具有非接觸、無熱影響區(qū)?？刹倏匦詮?qiáng)以及強(qiáng)化效果顯著等的突出優(yōu)點(diǎn)。涂層的作用主要是保護(hù)工件不被激光灼傷并增強(qiáng)對激光能量的吸收，目前常用的涂層材料有黑漆和鋁箔等。約束層除了能約束等離子體的膨脹從而提高沖擊波的峰值壓力外，還能通過對沖擊波的反射延長其作用時(shí)間，目前常用的約束層為流水、K9玻璃。和噴丸強(qiáng)化技術(shù)相比較之下，激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)具備不同的設(shè)備和更加特殊的加工工藝，因此，它被稱為新型強(qiáng)化加工工藝技術(shù)。但是這種加工工藝容易受到材料的組織機(jī)構(gòu)甚至沖擊方式的影響，所以在投入生產(chǎn)過程中，要管理控制好激光誘導(dǎo)、沖擊波壓力對激光功率的密度。

（三）滾壓強(qiáng)化技術(shù)

滾壓強(qiáng)化技術(shù)是一種對材料表面進(jìn)行滾壓的技術(shù)。是近些年來我國廣泛研究應(yīng)用的工藝之一。滾壓強(qiáng)化技術(shù)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，滾壓強(qiáng)化只是改變了材料的物理狀態(tài)，并未改變材料的化學(xué)成分，表面滾壓采用的工具和工藝都比較簡單，加工效率高，滾壓強(qiáng)化是一種無切削的加工工藝，在加工過程中不會(huì)產(chǎn)生廢屑、廢液，對環(huán)境的污染少，符合“綠色制造”的發(fā)展理念。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在機(jī)械化強(qiáng)化工藝中，為我國機(jī)械化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了巨大的收益[10]。

（四）虛擬化技術(shù)

在新互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，虛擬不再是虛無縹緲的代名詞。擁有著多媒體信息技術(shù)的支持，人工智能的普及，各種機(jī)械化技術(shù)相互配合，虛擬化技術(shù)來到了我們的身邊[11]。虛擬化技術(shù)是一項(xiàng)相對來說比較高端的技術(shù)，它可以解決機(jī)械化工程制造中的各種困難問題，促進(jìn)生產(chǎn)效率以及工作效率的提高班，縮短生產(chǎn)周期，節(jié)約成本，降低損耗，提升機(jī)械化工業(yè)技術(shù)的綜合實(shí)力。并且，在機(jī)械加工過程中，應(yīng)用虛擬化技術(shù)，能使制造全過程實(shí)現(xiàn)仿真，形象直觀的發(fā)現(xiàn)工程中存在的問題與風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題，改善問題，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，避免不必要的浪費(fèi)材料和時(shí)間成本。

五、工業(yè)技術(shù)在機(jī)械化加工過程中的重要性

在機(jī)械化加工的過程中，工藝技術(shù)就是其重要的方式和手段。操作人員要絕對的專業(yè)，具有較高的職業(yè)修養(yǎng)和工作能力，也在工作中了積累經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，從而研究生產(chǎn)出更符合客戶需求的零件產(chǎn)品。機(jī)械加工之前，要制定完善健全的規(guī)范和制度，嚴(yán)格按照管理，來進(jìn)行機(jī)械化加工[12]。提了全面提升機(jī)械零件產(chǎn)品的質(zhì)量，保障機(jī)械機(jī)能，技術(shù)人員要綜合自身技能，嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行加工，為質(zhì)檢工作提供最好的展示。并且，工藝技術(shù)具有相當(dāng)高的實(shí)用性和協(xié)調(diào)性，可以很好地適應(yīng)產(chǎn)品的性能。所以我們國家更要發(fā)展工藝技術(shù)，持續(xù)地提高生產(chǎn)水平，學(xué)習(xí)借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，取其精華，去其糟粕，為提升我國工藝技術(shù)水平做貢獻(xiàn)。

六、結(jié)語

只有高質(zhì)量工藝生產(chǎn)技術(shù)，才可以有效地提高我國的機(jī)械化生產(chǎn)效率。在機(jī)械化加工過程中，機(jī)械零件是機(jī)械化建設(shè)的重要基礎(chǔ)。只有合理地設(shè)計(jì)出適合機(jī)器結(jié)構(gòu)的零件，才能確保加工工作順利且高效率的進(jìn)行。如今的我們?nèi)匀恍枰P(guān)注機(jī)械化工程中存在的問題，不斷地推陳出新，增強(qiáng)技術(shù)研究，提高設(shè)計(jì)水平，為我國工業(yè)化發(fā)展做貢獻(xiàn)。

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