摘要：随着经济和各行各业的快速发展，材料在进行机械加工时或多或少会出现一些裂痕、材料的光洁度下降、材料变形等材料损伤，这导致工件内部产生一些残留材料，直接影响产品的进一步加工生产和使用。因此，必须明确材料在机械加工过程中常见的损伤类型，主要包括弹塑性变形及损伤和韧性损伤。对此，有必要准确确定材料内部结合与变形之间的关系，以及在高温环境下的相变热传导和弹塑性热传导效应，从而准确控制机械加工的温度、工艺等影响因素，以此降低机械加工中的材料损伤。
关键词：材料损伤；机械加工；韧性损伤；弹塑性变形
引言
机械加工过程中，人们对材料损伤问题的理解一直存在偏差，潜意识中认为材料的损伤是纯粹的力学问题，但经过实际研究表明，在高温条件下，能量失衡也会引起材料产生形变，该行为称为材料的热力学行为，因此加强固体热力学的研究意义重大。我们要透过现象看本质，在研究固体构形与加工形变的同时，还要对固体热力学行为所产生的应力做深入分析。
1机械加工过程中常见的材料损伤
1.1材料的弹塑性变形及损伤
材料在机械加工过程中产生弹塑性变形及损伤是最为常见的问题之一，通常金属材料最容易在机械加工过程中产生弹塑性变形和损伤。这个问题一直以来备受工程界的广泛关注，包括一些泵类产品在机械加工中也会导致这个问题。而材料的弹塑性变形和损伤最常的表现圆柱试件拉伸颈缩问题和含切口圆柱拉伸试件切口前沿的损伤。弹塑性的韧性金属材料在机械加工过程中最常见的问题就是圆柱试件拉伸颈缩问题，它是一种基本的力学现象与力学问题。从整体分析来看，首先应该分析材料自身的结构，材料在机械加工过程中的整体效果很大程度上受到材料自身结构的使用效果和结构整体应用的影响，如金属材料在机械加工过程中就容易产生这个问题。在机械加工工作中，这个问题还没有找到有效的解决办法，解决这个问题的技术尚处于初期发展阶段。含切口圆柱拉伸试件切口前沿的损伤是弹塑性变形，是损伤的另一种重要显现形式。当对材料进行机械加工时，材料处于拉伸负荷状态，此时材料试件的开口处周边会产生巨大应力集中。通常材料在进行机械加工时，会受到三向应力状态，此时，三个应力都不等于零，其中最大剪应力就容易引起材料损伤。
1.2 韧性损伤
韧性是指材料受到使其发生形变的力时对折断的抵抗能力，韧性损伤为韧性断裂前的微小变化。材料在机械加工过程中还容易产生韧性损伤，如材料内部存在微裂痕或者材料上存在的微孔洞在加工过程中就容易产生韧性损伤。这种损伤表现为球形孔洞损伤、椭圆形孔洞损伤。球形孔洞损伤是材料机械加工中常见的一种韧性损伤。由于材料本身会存在一些细微的孔洞，这些孔洞的大小、形状分布往往没有规律，因此，难以快速高效的对孔洞进行快速分析，这就导致要测量这些孔洞需要耗费大量的时间和金钱，对此，许多企业采用局部平均化对孔洞进行测量。除了球形孔洞损伤外，还存在椭圆形孔洞损伤，随着机械加工技术的发展，材料的损伤正逐步减少，但是椭圆形孔洞损伤仍然存在，主要由于在材料加工过程中，生产和制作零部件时需要利用机器压实材料内部中存在的各种类型的孔洞，通过在处理椭圆形孔洞时，需要从整体上来分析孔洞的形态，确保空白的有效闭合，避免将来发展成裂痕等问题。
2机械加工过程中材料损伤的形成分析
2.1 热力学对固体材料的应力影响
从固体的构形和变形的几何特征来看，二者存在较大的差距，所占的空间并没有固定，因此，从固体系统构成过程看来，固体的构形与变形之间存在较大差异。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要明确变形对变量的影响，就一定要明确固体的每个质点所占的位置及所占用的空间，然后根据其位置变化进行构形，对相应数量的质子的变形情况进行标量，从而通过位置来确定应变张量和固体变形之间的关系。对此，可以借助于对称张量来计算固体变形和张量变化的相关性。热力学是从宏观角度分析物质的热运动性质和规律，从能量转化角度来分析物质的热性质，它能够有效应解材料在机械加工过程中的变形和损伤的问题。
2.2韧带断裂浅析
从材料的内部特征上来看，损伤以及演变都是导致破坏的重要原因。引起破坏的因素是多方面的，除了宏观的裂纹之外，还包括损伤以及结构破坏等等。从这个角度上来看，这个问题出现一般都是由于持续拓展导致的，韧性损伤就是持续拓展后形成的断裂损伤。该模式在学界也可以称之为韧性断裂或者塑性断裂，这是常规塑性变形长期存在所导致的一种必然的结果。通过拉伸的方式产生断裂，可以通过不同的锻炼方式来进行研究，这个过程中很好的适应了应力的条件，满足了扩展的要求，在破坏后可能会成为孔状的结构或者其他类型的结构，同时位置还不会发生偏移，持续的拓展并长大。
2.3球形孔洞损伤的形成分析
由于材料本身存在大量的大小形状都不规则的孔洞，因此，在对材料进行机械加工之前，必须对这些孔洞进行详细分析。对此，大部分的企业采用的是有限元分析的方法来解决，鉴于研究过程往往会耗费大量的费用，而最后必须要这个数据结果，却没有系统性的方法和公式来对其进行分析和研究，所以不能快速得到一个有效的方法，最后只能对一个局部区域进行分析，采用平均法来进行研究。如在对金属材料进行机械加工时，就容易形成韧性金属材料，这个材料中包含了很多粒子，在对材料使用过程中，孔洞就容易出现不牢靠的问题，随着材料形体的增大，这些孔洞会固定出来粒子，随着粒子的不断增大，就容易形成空洞，就容易引发材料断裂。孔洞形成形和伴随着材料的不断演变是材料断裂损伤的重要因素。
2.4空洞损伤演变规律
实际上，宏观上出现的断裂一般都是由于微观上的裂缝衍生后出现的。特别针对金属机械加工材料这样韧性较强的金属材料而言更是如此。材料使用时可能会出现大量的粒子，这些粒子往往需要根据成分以及力学特征，在集体结合的情况下进行收集，达到一定的体量后就会表现出相应的特征，孔洞首先会存在一些不牢固的情况。随着后期体型的不断增加，孔洞周边的许多粒子也会合并进来，这个时候韧性材料就有可能会发生宏观上的断裂。在发生韧性断裂的时候，其变形断裂也达到了最大值，此时的空洞会被削弱，进而形成了新的断裂。随着孔洞带来的形核变化，孔洞的演变也进入到新的阶段。
结语
在对材料进行机械加工过程中，材料损伤是不可避免的，这不仅浪费材料，更重要的是产生的残留材料会对后续材料的使用和加工产生不良影响，因此，应该尽量减少材料损伤。从热力学角度来看，材料损伤受到材料本身的相变热传导、弹塑性热传导、加工工艺等因素的影响，要想减少材料损伤，就必须对材料进行构形和变形分析，弄清楚材料变形对其质点变量的影响，明确在特定的高温环境下其相变和弹塑性与材料内热之间的关系，通过实验找到最佳的加工环境，包括控制机械加工的温度、工艺等，从而降低机械加工中的材料损伤。
参考文献：
[1]胡烨，陶小培.机械加工过程中机械振动的成因及解决措施[J].时代农机，2018，45（01）：41+43.
[2]郑森，阚英男，刘滨硕.机械加工过程材料损伤及热力学行为的研究[J].内燃机与配件，2017（24）：60.
[3]陈鹏.轿车变速箱齿轮加工自动生产线总体方案及关键技术研究[D].重庆大学，2017.
[4]张航.后期热处理对陶瓷复合材料机械加工损伤的影响[J].中国陶瓷，1998（3）：14-17.
[5]刘敬远.硅片化学机械抛光加工区域中抛光液动压和温度研究[D].大连理工大学，2009.
论文作者:江东涛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/11
标签：损伤论文; 材料论文; 孔洞论文; 机械加工论文; 塑性论文; 韧性论文; 过程中论文; 《基层建设》2019年第30期论文;