關鍵重要構件的表面完整性控制已經成為國內外學者關注和研究的熱點，將機械加工表面完整性理論與控制技術真正應用於裝備關鍵重要構件的製造中還面臨著許多挑戰和難題。
機械製造的終極目標是賦予產品形位和效能。體現裝備效能的是關鍵構件，因此，先進製造技術總是起源於關鍵構件，並應用於關鍵構件。關鍵構件在動態條件下服役，主要失效模式是疲勞，因此先進製造技術總是著力於解決關鍵構件的疲勞失效問題。
▲ 機械加工缺陷
疲勞是一個非常複雜的過程，構件的疲勞失效受許多因素的影響，包括構件表面殘餘應力、表層顯微組織、缺口效應、尺寸效應、表面應力集中、材料靜強度及腐蝕環境等多種因素。在工程實際中，疲勞裂紋往往從表面起始，逐漸向內部擴充套件，其原因主要如下：構件結構往往很複雜，作用載荷的疊加會增加表面的最大應力，最高載荷往往位於表面或表層；構件表面機械加工引起的刀痕、缺陷等導致表面應力集中，造成工作載荷應力峰值比內部高；構件表面受腐蝕、脫碳等影響，材料表面強度低於材料內部強度；材料內部晶粒四周完全被其他晶粒包圍，材料表面晶粒所受約束較少，比內部晶粒更易於產生滑移現象。現有資料表明，航空構件疲勞失效中80%以上的疲勞裂紋始於表面加工缺陷或損傷，如切削刀痕、表面微裂紋、表層應變硬化、表層組織損傷、表層拉應力等。粗糙表面或表面的損傷缺陷會引起很高的表面應力集中，直接成為疲勞源；潛伏在亞表層的微結構和微力學的損傷缺陷將急劇加速裂紋的萌生和擴充套件，加速疲勞失效。因此，表面完整性控制是保障航空關鍵構件長壽命服役的關鍵。
▲ 製造表面狀態的引數化表徵
傳統的機械製造是用切削加工賦予構件形位的製造技術，又稱成形制造。成形制造以滿足設計圖樣要求為目標，其關鍵技術是切削加工，理念是高效、精密、不考慮壽命。表面完整性製造是控制表面完整性，以抗疲勞性為主要判據，以提高疲勞強度為主要目標的製造技術。表面完整性製造提出了表面完整性的概念。
表面完整性是控制加工工藝形成的無損傷和強化的表面狀態，用標準資料組表徵，理念是精密、長壽命、高效，表面完整性與疲勞行為直接相關。可見，表面完整性控制理念將疲勞學融入製造形成跨學科製造技術。
討論表面完整性控制首先要弄清楚基本概念。什麼是表面？表面是物體與外界接觸的部分。完整性研究的是來源、去向及其本身，控制則是掌握，不使其任意活動或越出範圍。具體地說，表面完整性來自制造技術，去向是指提高疲勞強度，達到極限壽命、極限可靠性、極限減重。表面完整性狀態由表面粗糙度、硬度、殘餘壓應力和微結構表徵。表面完整性對關鍵構件服役壽命具有重要影響，機械加工表面完整性理論與控制技術是機械學科領域重要的基礎性研究工作。
▲ 傳統銑削與表面完整性銑削效果對比
西北工業大學機械加工表面完整性研究團隊2003 年起開展航空關鍵構件機械加工的表面完整性相關研究，探索了精密切削、磨削表面完整性機理、影響規律和控制方法等基礎科學問題，建立了航空關鍵構件機械加工表面完整性表徵模型、檢測和評價方法。2009 年起，在相關科研專案的資助下，開展了航空材料精密切/磨削表面完整性形成機理、機械加工表面完整性抗疲勞機制、機械加工表面完整性控制工藝方法研究，取得了一系列基礎研究成果，建成了機械加工表面完整性工藝試驗和測試分析研究環境。
為了總結經驗、擴大交流與合作，《機械加工表面完整性理論與控制技術》（姚倡鋒等著. 北京 :科學出版社, 2025. 1）一書總結了團隊多年承擔國家重大科研專案的研究成果，比較全面地介紹了機械加工表面完整性的基本概念、表徵資料與測量等；重點介紹了典型材料切/磨削表面完整性形成機制、機械加工表面完整性控制和評價方法；詳細介紹了銑削、磨削和車削表面完整性控制例項等方面的內容。本書可為從事機械加工表面完整性研究工作的科研人員和相關專業的師生提供參考。
本書共6 章，第1～3 章由姚倡鋒教授撰寫；第4 章由任軍學教授、譚靚副研究員撰寫；第5 章由張定華教授撰寫；第6 章由譚靚副研究員撰寫。全書由姚倡鋒教授負責統稿並定稿。武導俠博士、沈雪紅博士、周徵博士等參與了本書部分內容的撰寫及圖表繪製工作。本書撰寫過程中得到中國航發北京航空材料研究院趙振業院士、大連理工大學郭東明院士和康仁科教授等專家學者的大力支援，在此深表感謝。
本書的出版得到國家科學技術學術著作出版基金和西北工業大學精品學術著作培育專案的共同資助。
本文摘編自《機械加工表面完整性理論與控制技術》（姚倡鋒等著. 北京 :科學出版社, 2025. 1）一書，有刪減修改， 標題為編者所加。
楊丹，15502918619
羅瑤，18629426379
本書全面地總結了作者及其研究團隊關於機械加工表面完整性理論與控制技術方面的研究成果，提出了表面完整性概念及表徵模型、表面特徵和表層微結構微力學特徵表徵與測量、切/磨削表面完整性形成機制、表面完整性控制、機械加工表面完整性評價等一系列新概念、新方法。本書包含大量的切/磨削工藝試驗和表面完整性測試資料，資料豐富、覆蓋面廣，具有系統性、先進性和實用性，對抗疲勞製造領域機械加工表面完整性理論與控制技術的研究具有一定的指導意義和參考價值，對航空關鍵構件機械加工具有一定的指導作用。
本書可作為高等院校從事機械加工研究工作的教師和研究生的參考書，也可作為相關行業科研人員和工程技術人員的參考書。
（本文編輯：劉四旦）
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