巫亮云

（廣西華磊新材料有限公司動(dòng)力廠，廣西 百色 531499）

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提高，其中，在金屬制造業(yè)方面也有一定程度上的發(fā)展。同時(shí)，也在不斷創(chuàng)新和改善金屬機(jī)械的加工技術(shù)方式以及管理模式等等。然而，在金屬機(jī)械加工的實(shí)際過程中，還存有一些問題，但社會(huì)的發(fā)展對(duì)金屬加工制造工藝的要求越來越嚴(yán)格。社會(huì)的生產(chǎn)發(fā)展離不開金屬加工制造業(yè)，因此，對(duì)于該工業(yè)存在的問題要進(jìn)行深入分析和研究，不斷對(duì)金屬加工的工藝進(jìn)行革新和完善，促使我國的機(jī)械加工水平不斷向前發(fā)展。

1 金屬機(jī)械加工工藝可靠性內(nèi)容

（1）機(jī)械制造工藝可靠性背景。金屬機(jī)械加工制造包括金屬產(chǎn)品的方案規(guī)劃、工作設(shè)計(jì)與加工工作，以及完成后的檢測(cè)與維修工作，其是一個(gè)整體性的工程。對(duì)機(jī)械制造工藝的可靠性進(jìn)行分析和研究，能夠保證金屬加工產(chǎn)品的質(zhì)量，在完成全部加工任務(wù)之后，還能為該產(chǎn)品的售后與使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行維護(hù)。對(duì)于制造工藝進(jìn)行監(jiān)督和管理，是制造工程順利完成的關(guān)鍵，也是一個(gè)十分重要的任務(wù)。在對(duì)金屬進(jìn)行加工制造時(shí)，企業(yè)的管理水平高低，對(duì)其具有重要的影響。企業(yè)要保證科學(xué)和高效的管理水平，如此才能夠提高金屬加工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。此外，金屬機(jī)械加工工藝的可靠性還受到社會(huì)的發(fā)展以及企業(yè)自身運(yùn)營(yíng)情況的影響。

（2）機(jī)械制造工藝可靠性新要求。當(dāng)前我國的金屬加工制造工藝呈現(xiàn)專業(yè)化的趨勢(shì)，但是在推進(jìn)機(jī)械制造工藝可靠性方面，還應(yīng)當(dāng)重視對(duì)于金屬加工工藝的設(shè)計(jì)方案，以及加工產(chǎn)品的質(zhì)量等等。在實(shí)際加工過程當(dāng)中，要重視公益的革新，并且保證加工工藝的可靠性。只有充分發(fā)揮金屬加工工藝的專業(yè)性以及科學(xué)性，才能保證金屬加工制造的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，這一環(huán)節(jié)需要工作人員和研究人員進(jìn)行密切的配合與溝通。對(duì)于金屬加工工藝的研究人員來說，其要具備一定的職業(yè)素養(yǎng)和高度的責(zé)任心，并且能夠充分發(fā)揮自己的專業(yè)技能，不斷為金屬加工工藝提供與時(shí)俱進(jìn)的方案，促進(jìn)新技術(shù)的研究，從而使金屬加工工藝能夠不斷地向前發(fā)展。

2 機(jī)械制造工藝可靠性研究要素分析

（1）生產(chǎn)工藝管理環(huán)節(jié)。機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)工藝的管理環(huán)節(jié)是整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品制造過程中不可或缺的一部分，也是整個(gè)制造體系的核心所在。企業(yè)管理水平的高低，直接影響生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，進(jìn)行統(tǒng)一和科學(xué)的管理，能夠提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率；反之，無序的管理則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的質(zhì)量降低。

（2）產(chǎn)品可靠性檢測(cè)環(huán)節(jié)。金屬加工產(chǎn)品的可靠性檢測(cè)環(huán)節(jié)要在產(chǎn)品出廠之前進(jìn)行。要及時(shí)檢測(cè)出不符合生產(chǎn)質(zhì)量的產(chǎn)品，找出引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量問題的因素，能夠從根本上提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量以及出廠的合格率。

（3）產(chǎn)品完工檢測(cè)環(huán)節(jié)。在機(jī)械制造工藝產(chǎn)品生產(chǎn)完成之后，還要對(duì)其進(jìn)行一個(gè)全面的檢測(cè)，保證其達(dá)到合格要求。這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于保證工藝可靠性具有重要的作用，需要檢測(cè)員根據(jù)產(chǎn)品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)真負(fù)責(zé)的檢測(cè)，并對(duì)這些產(chǎn)品進(jìn)行一個(gè)科學(xué)的評(píng)估。

3 金屬機(jī)械加工強(qiáng)化工藝及其裝備技術(shù)

（1）噴丸強(qiáng)化。噴丸強(qiáng)化是指利用彈丸在高速運(yùn)動(dòng)中的慣性，在完全控制的條件下，直接噴射到產(chǎn)品的表面，使材料的表面和次表面發(fā)生可塑性形變，從而使組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力得到強(qiáng)化，從而增加產(chǎn)品的使用年限。

利用噴丸工藝，在產(chǎn)品的表層構(gòu)造一層強(qiáng)化面，這是由高密度的變形孿晶和位錯(cuò)構(gòu)成的。加工后的材料表層會(huì)形成形變的晶粒，這些晶粒大量存在于亞晶界，由強(qiáng)烈的塑性形變而導(dǎo)致較多的殘余壓應(yīng)力產(chǎn)生于表層。因此，噴完強(qiáng)化是由多種不同的強(qiáng)化機(jī)制共同作用下完成的，其中起到主要強(qiáng)化作用機(jī)制的是位錯(cuò)強(qiáng)化、殘余壓應(yīng)力強(qiáng)化以及晶界強(qiáng)化。

傳統(tǒng)的噴丸強(qiáng)化機(jī)械主要包括離心式和氣動(dòng)式的設(shè)備。近年來，除了這種傳統(tǒng)的噴丸強(qiáng)化設(shè)備之外，振動(dòng)噴丸強(qiáng)化設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，并取得了飛速的發(fā)展。此外，噴丸的加工技術(shù)也發(fā)生了迭代更新，其中應(yīng)用最廣泛的是超聲噴丸以及高壓水噴丸的技術(shù)。超聲噴丸技術(shù)的原理是借助超聲波促使彈丸發(fā)生震動(dòng)，利用彈丸的驅(qū)動(dòng)對(duì)材料進(jìn)行加工處理。在使用噴丸技術(shù)時(shí)，要注意均勻性的問題，特別要關(guān)注零件邊緣的均勻，如果噴丸強(qiáng)化不均勻，則會(huì)造成邊界的損傷。噴丸加工起作用的一面主要在于拉伸面，對(duì)于壓縮面來說是不起任何作用的，而且噴完的加工處理不能保證整個(gè)零件表面都能接受同樣的處理，在加工過程當(dāng)中，彈丸十分容易受損，而受損的彈丸進(jìn)而會(huì)影響零件的表面質(zhì)量，從而使材料表面得不到強(qiáng)化，有時(shí)甚至嚴(yán)重影響零件加工的質(zhì)量。

（2）激光沖擊強(qiáng)化。噴丸強(qiáng)化的新工藝形式，還包括激光沖擊強(qiáng)化。但是這種形式存在其特殊性，所以本文將其劃為另一類進(jìn)行探討。激光沖擊強(qiáng)化是指利用功率高脈沖短的強(qiáng)激光刺穿約束層，并將其作用在材料的表層上，材料的吸收層將這些能量吸收而發(fā)生汽化作用，蒸汽汽化時(shí)會(huì)快速吸收激光的能量，在形成等離子體之后會(huì)發(fā)生爆炸，而在約束層和金屬表層之間的等離子體壓力急速升高，形成一個(gè)強(qiáng)硬力波向零件的內(nèi)部進(jìn)行傳播，在此期間，其壓力值可高達(dá)GPa量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，因此材料會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的可塑性形變，零件表層的位錯(cuò)密度快速升高，表面的精粒開始細(xì)化，粗糙度開始降低，產(chǎn)生一個(gè)較高的殘余壓應(yīng)力，最終提高材料的使用年限。在激光沖擊強(qiáng)化中，主要應(yīng)用的機(jī)制是位錯(cuò)強(qiáng)化精、晶粒強(qiáng)化以及應(yīng)力強(qiáng)化。

激光沖擊強(qiáng)化的參數(shù)包括以下幾個(gè)方面：激光的波長(zhǎng)、功率的大小、材料表面的厚度和進(jìn)行沖擊的方式等等。在這些參數(shù)當(dāng)中，功率的大小對(duì)強(qiáng)化效果所造成的影響是最為直觀的。對(duì)被加工零件進(jìn)行激光沖擊強(qiáng)化時(shí)，要使激光沖擊波的壓力值始終大于零件的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度。在一般情況當(dāng)中，沖擊波的壓力為材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度的1至2倍時(shí)，材料發(fā)生的塑性形變會(huì)隨著壓力值的增大而增強(qiáng)；當(dāng)激光沖擊波壓力，正好為材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度的兩倍時(shí)，塑性形變達(dá)到飽和狀態(tài)；當(dāng)激光沖擊波的壓力值大于2.5倍的材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度時(shí)，材料表面會(huì)釋放波聚焦，從而改變殘余應(yīng)力場(chǎng)。因此，激光沖擊波的壓力值應(yīng)當(dāng)在2倍至2.5倍的材料動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度之間。類似的規(guī)律還存在于涂層與約束層厚度當(dāng)中，其厚度會(huì)受到外界環(huán)境和激光參數(shù)等的影響。

激光沖擊強(qiáng)化的工藝已經(jīng)投入到航空工業(yè)零件的生產(chǎn)中使用，能夠使機(jī)翼材料的整體形成塑性形變，對(duì)材料表面進(jìn)行處理，使材料的質(zhì)量、硬度以及殘余壓應(yīng)力得到顯著提高，從而使材料的使用年限增加。激光沖擊強(qiáng)化工藝的主要影響因素是激光器。激光沖擊強(qiáng)化，根據(jù)激光器的工作介質(zhì)，可以分為三種類型，其中釹玻璃激光器是發(fā)展最好、應(yīng)用最廣泛的一種。釹玻璃材料的可塑性極強(qiáng)，能夠被加工成各種各樣的形體，并且其能夠較容易的制造成大體積的產(chǎn)品，且其儲(chǔ)能效果較好，但是它的缺點(diǎn)在于導(dǎo)熱率很低。美國的Lawrence Livermore國家實(shí)驗(yàn)室，和美國的金屬改進(jìn)公司進(jìn)行聯(lián)合研發(fā)，并成功制造出了能量較高、頻率較高的釹玻璃激光沖擊強(qiáng)化設(shè)備。

激光沖擊強(qiáng)化的工藝具有能量較高、壓力較強(qiáng)、效率極高、應(yīng)變率超高四個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，激光沖擊強(qiáng)化的工藝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械噴丸強(qiáng)化，其殘余壓應(yīng)力層的厚度高達(dá)噴丸強(qiáng)化的四倍，但是由于其設(shè)備價(jià)格較高，對(duì)加工環(huán)境的要求很高，因此沒有得到大規(guī)模的投入與使用。

（3）滾壓強(qiáng)化。滾壓強(qiáng)化工藝是指利用滾壓工具施加一定的壓力于材料的表面，在常溫當(dāng)中，使材料的表面發(fā)生可塑性的彈性形變，從而改變材料表層的結(jié)構(gòu)組織、物理特性、機(jī)械性能等等。在大多數(shù)條件下，它能夠代替材料的表面處理和加工，屬于高精密強(qiáng)化加工技術(shù)的一種。利用滾壓工具對(duì)材料表面進(jìn)行加工時(shí)，受壓面上會(huì)同時(shí)發(fā)生塑性形變和彈性形變。一旦滾壓力大于材料屈服點(diǎn)時(shí)，材料表面的晶粒會(huì)發(fā)生位錯(cuò)甚至破碎，產(chǎn)生一個(gè)塑性形變；而表層之下的材料會(huì)受到一個(gè)彈性張力，即使在滾壓工具離開后，也無法實(shí)現(xiàn)彈性形變的恢復(fù)。同時(shí)，材料的表面始終處于壓應(yīng)力的狀態(tài)，而外層被引力牽引，此時(shí)表層因受到滾壓而產(chǎn)生硬化和細(xì)化的晶粒，大大降低了零件的使用年限。

滾壓加工技術(shù)的強(qiáng)化機(jī)制主要包括應(yīng)變強(qiáng)化、應(yīng)力強(qiáng)化以及精解強(qiáng)化。零件和滾壓工具的接觸面形成的幾何關(guān)系會(huì)影響滾壓強(qiáng)化效果，接觸部位的彈性量也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的影響。適當(dāng)?shù)脑黾虞亯毫蜐L壓工具的面積，對(duì)殘余壓應(yīng)力有一定的提高效果，但是接觸區(qū)域的準(zhǔn)確面積很難進(jìn)行計(jì)算，因此滾壓力和殘余應(yīng)力之間的狀態(tài)也無法準(zhǔn)確表達(dá)。

（4）磨削強(qiáng)化。應(yīng)用磨削強(qiáng)化對(duì)材料表面進(jìn)行處理，使磨削加工與表面強(qiáng)化相結(jié)合，以代替淬火的處理。在進(jìn)行磨削強(qiáng)化的過程中，對(duì)零件處理時(shí)形成的巨大能量最終都轉(zhuǎn)變成了熱能，其中約有60%至95%的熱能能夠進(jìn)入零件，從而使材料的表層發(fā)生輕微的變化、相變、塑性形變、裂紋細(xì)紋，和殘余應(yīng)力等等。

根據(jù)研究表明，感應(yīng)淬火和激光淬火等熱處理工藝能夠被磨消強(qiáng)化技術(shù)所替代，完成對(duì)硬鋼表面的強(qiáng)化處理，實(shí)現(xiàn)機(jī)床機(jī)械的全面加工處理。在對(duì)鋼材進(jìn)行磨削強(qiáng)化時(shí)，其材料表面的溫度快速升高產(chǎn)生奧氏體化，借助砂輪磨?；蚪Y(jié)合劑進(jìn)行作用，使奧氏體晶粒產(chǎn)生變形，最后使機(jī)械快速冷卻，產(chǎn)生馬氏體相變，形成表面淬火效果。磨削強(qiáng)化機(jī)制是利用材料的熱處理使相變強(qiáng)化，與上文所述的幾種加工技術(shù)具有顯著區(qū)別，磨削強(qiáng)化可以使用磨床，因此不需要另購設(shè)備。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)金屬加工工藝的要求也逐漸提高。對(duì)于整個(gè)人類社會(huì)的生產(chǎn)生活來說，金屬機(jī)械的加工制造產(chǎn)業(yè)始終占據(jù)重要的地位。因此，在實(shí)際情況當(dāng)中，要對(duì)金屬機(jī)械加工工藝進(jìn)行深入研究和分析，使金屬加工工藝能夠不斷革新和完善。