摘  要：材料在進行機械加工時或多或少會出現(xiàn)一些裂痕、材料的光潔度下降、材料變形等材料損傷，這導(dǎo)致工件內(nèi)部產(chǎn)生一些殘留材料，直接影響產(chǎn)品的進一步加工生產(chǎn)和使用。因此，必須明確材料在機械加工過程中常見的損傷類型，主要包括彈塑性變形及損傷和韌性損傷。對此，有必要準確確定材料內(nèi)部結(jié)合與變形之間的關(guān)系，以及在高溫環(huán)境下的相變熱傳導(dǎo)和彈塑性熱傳導(dǎo)效應(yīng)，從而準確控制機械加工的溫度、工藝等影響因素，以此降低機械加工中的材料損傷。

　　關(guān)鍵詞：材料損傷;機械加工;韌性損傷;彈塑性變形

　　1  機械加工過程中常見的材料損傷

　　通過查看相關(guān)文獻及走訪企業(yè)，發(fā)現(xiàn)在對材料進行機械加工時，最常出現(xiàn)材料的彈塑性損傷和韌性損傷問題。

　　1.1  材料的彈塑性變形及損傷材料在機械加工過程中產(chǎn)生彈塑性變形及損傷是最為常見的問題之一，通常金屬材料最容易在機械加工過程中產(chǎn)生彈塑性變形和損傷。這個問題一直以來備受工程界的廣泛關(guān)注，包括一些泵類產(chǎn)品在機械加工中也會導(dǎo)致這個問題。而材料的彈塑性變形和損傷最常的表現(xiàn)圓柱試件拉伸頸縮問題和含切口圓柱拉伸試件切口前沿的損傷。

　　1.2  韌性損傷

　　韌性是指材料受到使其發(fā)生形變的力時對折斷的抵抗能力，韌性損傷為韌性斷裂前的微小變化。材料在機械加工過程中還容易產(chǎn)生韌性損傷，如材料內(nèi)部存在微裂痕或者材料上存在的微孔洞在加工過程中就容易產(chǎn)生韌性損傷。這種損傷表現(xiàn)為球形孔洞損傷、橢圓形孔洞損傷。球形孔洞損傷是材料機械加工中常見的一種韌性損傷。由于材料本身會存在一些細微的孔洞，這些孔洞的大小、形狀分布往往沒有規(guī)律，因此，難以快速高效的對孔洞進行快速分析，這就導(dǎo)致要測量這些孔洞需要耗費大量的時間和金錢，對此，許多企業(yè)采用局部平均化對孔洞進行測量。除了球形孔洞損傷外，還存在橢圓形孔洞損傷，隨著機械加工技術(shù)的發(fā)展，材料的損傷正逐步減少，但是橢圓形孔洞損傷仍然存在，主要由于在材料加工過程中，生產(chǎn)和制作零部件時需要利用機器壓實材料內(nèi)部中存在的各種類型的孔洞，通過在處理橢圓形孔洞時，需要從整體上來分析孔洞的形態(tài)，確保空白的有效閉合，避免將來發(fā)展成裂痕等問題。

　　2  機械加工過程中材料損傷的形成分析

　　對于材料在機械加工過程中的損傷問題，最早很多人簡單認為是力學(xué)原因造成的損傷，但是隨著熱力學(xué)的發(fā)展，人們開始認識到除了力學(xué)本身，熱學(xué)也會對材料損傷產(chǎn)生影響。主要是在高溫作用下，熱力問題會對材料產(chǎn)生很大影響。

　　2.1  熱力學(xué)對固體材料的應(yīng)力影響

　　從固體的構(gòu)形和變形的幾何特征來看，二者存在較大的差距，所占的空間并沒有固定，因此，從固體系統(tǒng)構(gòu)成過程看來，固體的構(gòu)形與變形之間存在較大差異。要明確變形對變量的影響，就一定要明確固體的每個質(zhì)點所占的位置及所占用的空間，然后根據(jù)其位置變化進行構(gòu)形，對相應(yīng)數(shù)量的質(zhì)子的變形情況進行標量，從而通過位置來確定應(yīng)變張量和固體變形之間的關(guān)系。對此，可以借助于對稱張量來計算固體變形和張量變化的相關(guān)性。

　　2.2  主要的材料損傷的形成分析

　　隨著機械加工工藝技術(shù)的發(fā)展，材料加工中的損傷已經(jīng)有一定減少，然而仍然不能避免，材料的機械加工難免受到周邊環(huán)境的影響，從而難以避免材料損失等缺陷產(chǎn)生。無論是微觀缺陷和宏觀缺陷，都會影響到材料的加工和使用性能，同時也會對材料的韌性和結(jié)構(gòu)強度產(chǎn)生一定的影響。

　　2.2.1  材料韌性斷裂形成分析材料的韌性斷裂是指材料在經(jīng)過大量彈塑性變形后而發(fā)生的斷裂現(xiàn)象。其主要特征表現(xiàn)為發(fā)生了明顯的宏觀性變形，如彎曲、過量伸長、過量鼓脹等。斷口的尺寸也發(fā)生了明顯的改變。材料在機械加工過程中容易產(chǎn)生損傷和宏觀裂痕，在此基礎(chǔ)上不斷拓展，最后就會形成韌性損傷，甚至韌性斷裂，也稱之為塑形斷裂。這種斷裂通常是對材料進行拉伸而產(chǎn)生的。通過對韌性斷裂進行詳細的分析和研究，發(fā)現(xiàn)材料在破壞過程中，往往由于內(nèi)部損傷而產(chǎn)生了孔及氣體形狀，再不斷擴展而最終形成了斷裂。

　　2.2.2  球形孔洞損傷的形成分析由于材料本身存在大量的大小形狀都不規(guī)則的孔洞，因此，在對材料進行機械加工之前，必須對這些孔洞進行詳細分析。對此，大部分的企業(yè)采用的是有限元分析的方法來解決，鑒于研究過程往往會耗費大量的費用，而最后必須要這個數(shù)據(jù)結(jié)果，卻沒有系統(tǒng)性的方法和公式來對其進行分析和研究，所以不能快速得到一個有效的方法，最后只能對一個局部區(qū)域進行分析，采用平均法來進行研究。如在對金屬材料進行機械加工時，就容易形成韌性金屬材料，這個材料中包含了很多粒子，在對材料使用過程中，孔洞就容易出現(xiàn)不牢靠的問題，隨著材料形體的增大，這些孔洞會固定出來粒子，隨著粒子的不斷增大，就容易形成空洞，就容易引發(fā)材料斷裂。孔洞形成形和伴隨著材料的不斷演變是材料斷裂損傷的重要因素。對此，可以構(gòu)建非線性機體材料，設(shè)計相應(yīng)的材料模型，根據(jù)測算出來的材料結(jié)構(gòu)強度，來對孔洞的大小和損傷情況進行詳細的分析。

　　3  計算材料結(jié)構(gòu)變化時需考慮的其他因素

　　在了解了材料損傷的機理和規(guī)律后，就可以有針對性地計算材料結(jié)構(gòu)變化與材料損傷的關(guān)系，還需要了解材料本身的相變熱傳導(dǎo)和彈塑性熱傳導(dǎo)對材料結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生的影響。

　　3.1  考慮相變熱傳導(dǎo)引入對計算材料結(jié)構(gòu)變化的影響根據(jù)熱力學(xué)原理，要減少材料在機械加工過程中的損傷，就必須詳細了解材料的結(jié)構(gòu)與變形之間的關(guān)系，對此可以利用相變熱傳導(dǎo)方法對相關(guān)問題進行計算。變相熱傳導(dǎo)可以準確計算材料在機械加工過程中內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的變化，當中要注意必須在計算時應(yīng)該考慮到材料經(jīng)過高溫加熱作用后要經(jīng)過的連續(xù)冷卻過程，這個過程發(fā)生的變化必須考慮在內(nèi)。需要充分了解在高溫加熱過程中材料內(nèi)部是否會熱生產(chǎn)。在對材料進行高溫機械加工過程中會出現(xiàn)材料因變形而產(chǎn)生的內(nèi)熱。因此，在利用相變熱傳導(dǎo)時，應(yīng)該充分考慮材料變相和材料內(nèi)熱之間的關(guān)系，明確材料在變形過程中是否會產(chǎn)生內(nèi)熱，才能有效控制材料的溫度，從而減少加工過程中的材料損傷。

　　3.2  考慮彈塑性熱傳導(dǎo)對材料結(jié)構(gòu)變化的影響材料在進行機械加工時，除了會產(chǎn)生變相熱傳導(dǎo)現(xiàn)象外，還可能產(chǎn)生塑形熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。材料在高溫環(huán)境下進行機械加工后會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的變化，當中可能會出現(xiàn)彈塑性熱傳導(dǎo)的變化，它是指材料經(jīng)過機械加工后可能產(chǎn)生彈塑性方面的材料損傷，高溫條件下的機械加工會對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行破壞，從而引發(fā)彈塑性損傷。對此，有必要對材料的彈塑性熱傳導(dǎo)進行計算，減少因彈塑性熱傳導(dǎo)而產(chǎn)生的材料損傷。

　　4  結(jié)束語

　　在對材料進行機械加工過程中，材料損傷是不可避免的，這不僅浪費材料，更重要的是產(chǎn)生的殘留材料會對后續(xù)材料的使用和加工產(chǎn)生不良影響，因此，應(yīng)該盡量減少材料損傷。從熱力學(xué)角度來看，材料損傷受到材料本身的相變熱傳導(dǎo)、彈塑性熱傳導(dǎo)、加工工藝等因素的影響，要想減少材料損傷，就必須對材料進行構(gòu)形和變形分析，弄清楚材料變形對其質(zhì)點變量的影響，明確在特定的高溫環(huán)境下其相變和彈塑性與材料內(nèi)熱之間的關(guān)系，通過實驗找到最佳的加工環(huán)境，包括控制機械加工的溫度、工藝等，從而降低機械加工中的材料損傷。

　　參考文獻：

　　[1]胡燁,陶小培.機械加工過程中機械振動的成因及解決措施[J]. 時代農(nóng)機,2018,45(01):41+43.

　　[2]鄭森,闞英男,劉濱碩.機械加工過程材料損傷及熱力學(xué)行為的研究[J].內(nèi)燃機與配件,2017(24):60.

　　《機械加工過程中的材料損傷研究》來源：《科技經(jīng)濟市場》，作者：于桂平。