浅析机械制造中的强化机理和工艺

李志硕

摘 要：机械加工的工艺逐渐提高，零件的加工强化机理和加工技术也不断变化，不断改进。本文在分析机械加工强化机理的基础上，论述各类机械加工艺技术研究进展和加工强化的高科技技术。本研究对于机械加工强化工艺有重要意义。

关键词：机械加工 强化机理 工艺技术

一、机械加工强化机理

1.晶界强化。晶界强化就是在晶体表面加入微量其他元素，晶界阻碍滑移，使得晶界出现堆积现象，这种堆积能够集中应力抵抗变形。另外，晶界处两种形变的不相容，能够促进滑移，集中应力，使得钢的蠕变极限改变，达到强化的目的。但是因为在高温条件下，原子获得能量后变得活跃，而晶体的构造原本就不规律。另外，还有金属内还有很多晶体缺陷，所以当在较高的温度下改变形状的时候很容易出现问题。而且在对多晶材料进行强化时，晶界会在一定程度上阻碍位错作用，改变材料的整体强度。总的来说，晶界强化能够改善晶体的性质，但是容易引起问题的方面也需要注意。

2.位错强化。位错强化是现在对金属材料进行加工方法中最有效的加工方法，材料加工塑性过程中，元素位错运动改变了材料的密度，继而使得位错运动收到阻碍，金属堆积又改变了金属的硬度。位错运动也受到温度的影响，不同性质的金属材料所受温度的影响不同，当温度低于材料的临界温度时，错位作用和对错位运动的阻碍会随着温度升高而降低和减弱，而实际温度高于临界温度时，温度升高使得阻碍作用非常低，但流变应力不变。所以进行材料加工之前要对材料进行临界温度进行测量，防止高温破坏材料的强度。

3.取向强化。在常见的多晶体材料中，晶粒的取向是无规律的，是任意排布的，当加工时对这些不规则的晶粒进行选择，使得一般晶粒围绕着特殊的晶粒按照一定规则进行取向的排布，从而达到对材料的强化目的。加工后的材料一般会有序的进行滑移，使得材料表面金属密集，提高金属的强度和硬度。

4.应变强化。应变硬化就是在低于金属结晶的温度环境下，当金属的形状改变的时候，利用错位，以降低材料的韧性和塑性为代价，来提升材料的强度和硬度。在经过了屈服阶段后，材料的硬度会大大增加。硬化机制随着应变程度不同而变化，抵抗应力持续增加，使得其自身硬度上升。单晶体的硬化在初始阶段很低，其硬化的速度和晶体的构造紧密相关。随着加工硬化的持续，硬化速度持续增高，应变量与硬化的速度呈线性相关，但是跟晶体的结构关系不大，在最后阶段，其硬化速度降低，受温度和形变的影响也较小。这样的材料在加工变性的时候，硬度会减弱，而韧性会提高。故而这种零件工作时实际温度不能高于结晶温度。

二、工艺技术研究进展

1.降低初始误差。降低原始误差对于加工所用的机床的要求越来越高，只有更精确的机床才能精确地打造出需要的零件，降低最初始的误差，提高机床的几何精度才能降低原始误差。除此之外，加工时零件所受的外力和热力变化也是影响误差的因素，控制好这些影响误差的因素，使之减少对零件加工过程中的影响。对于精密儀器的零件的加工，要确保数据的精确，最大程度提高机床的几何精度，保证零件误差达到最低。

2.降低误差的总和。想要降低加工零件的误差，就要减少加工步骤中各个地方的误差。加工步骤和方法不同，造成的误差不同，要想减少这些误差，除了补偿和减少原始误差，还可以细化误差。对不同的零件分门别类，调整机床，确定不同的加工精度，使用不同的加工方法，争取降低各种零件的误差总和。通过对不同零件之间的差异和共同点进行分析和研究，找出减小误差的方法，降低误差总和。

3.人为补偿误差。该工艺是通过人工产生一种新的误差，然后对其进行补偿和改进，从而抵消原有的误差。有时候机器的精度不够，需要增加误差然后出去多余的误差，达到降低误差的目的。

三、机械加工强化的高科技技术

1.喷丸强化。喷丸强化能够有效提高零件的抗疲劳程度，增加零件的使用寿命。喷丸强化是在完全控制材料的条件下，对材料喷射高速弹丸，使材料结构发生塑性变形，直至达到理想状态的结构，提高硬度和使用寿命。喷丸技术在机械加工领域应用广泛，尤其适合加工那些腐蚀较为严重的零件。目前喷丸强化的种类有很多，主要区别是喷出的弹丸的不同和喷出弹丸的角度不同。早期的喷丸强化技术现在已经淘汰了，现在常用的喷丸强化技术有超声波喷丸和高压水喷丸。针对超声波喷丸技术，需要注意喷丸的环境需要保证是真空环境，这样能够让弹丸在超声波的促进下快速进行融合强化。正因为其强化速度快，喷丸要均匀，不均匀的喷丸会使零件强化不均匀，破坏零件的强度。

2.激光冲击强化。利用激光冲击进行强化的技术可以看成喷丸强化技术的一种新的工艺形式，但是其强化设备和各种参数与喷丸强化技术有着本质的区别。激光冲击强化技术是将激光定位发射，经过透明约束层后，最终照射到金属材料表面，使得激光中的能量被金属表面的吸收层吸收，吸收层获得能量后化为蒸汽，蒸汽在吸收能量变为离子等物质的作用下产生爆炸，爆炸使得压力瞬间增大，刺激零件内部产生应力，这种应力的压力使得材料变形，零件表面的位错密度骤增，同时生成高额的残余压应力。经过这一系列过程变化，零件的硬度和使用寿命都会大大提高。但是由于设备比较昂贵，现在还没法像喷丸强化技术那样普遍。

四、结语

在机械加工的过程中，要不断进步，争取各方面都降低无法去除的误差，还要不断钻研新的技术和机器，争取制造出精度更高的车床。

参考文献：

[1]刘战强，贺 蒙，赵 建.机械加工强化机理与工艺技术研究进展[J].中国机械工程，2015

[2]侯贤州，陈 亮.机械加工强化机理与工艺技术研究进展[J].南方农机，2017

[3]张唐善.机械加工强化机理与工艺技术初探[J].建筑技术开发，2016