《金屬構(gòu)筑成形表面處理技術(shù)規(guī)范》

ICS號

中國標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CMESXXXX—2021

金屬構(gòu)筑成形表面處理技術(shù)規(guī)范

Technicalspecificationsofsurfacetreatmentformetal

substratesadditiveforging

(征求意見稿)

2021-XX-XX發(fā)布2021-XX-XX實(shí)施

1中國機(jī)械工程學(xué)會發(fā)布

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引言

構(gòu)筑成形是制備大型鍛件的變革性技術(shù)，該技術(shù)以小型化、均質(zhì)化板坯為基元，經(jīng)表面處理、

堆疊組坯、真空封焊、高溫加熱及多向鍛造等步驟，制備出高質(zhì)量大型鍛件，避免了傳統(tǒng)制造路線

中“尺寸效應(yīng)”造成的冶金缺陷。目前該技術(shù)已用于制備核電支撐環(huán)、大口徑不銹鋼壓力管、超大

尺寸輪帶、潛航器主耐壓艙體等所需的大鍛件。表面處理是構(gòu)筑成形技術(shù)的基礎(chǔ)，表面處理的效果

直接決定了構(gòu)筑成形界面愈合的效果。

面向構(gòu)筑成形技術(shù)的表面處理技術(shù)主要包含銑削、打磨、清洗三部分。目前面向構(gòu)筑成形中基

材的表面處理的相關(guān)技術(shù)及生產(chǎn)規(guī)范尚不完善。對于銑削加工，目前存在基材加工效率低、加工后

基材表面質(zhì)量差及刀具磨損嚴(yán)重等問題，制約了構(gòu)筑成形技術(shù)的整體生產(chǎn)效率。對于打磨及清洗環(huán)

節(jié)，由于金屬構(gòu)筑成形工藝投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的時間較短，部分工序仍然需要人工進(jìn)行操作，不僅生

產(chǎn)效率低、人工成本高，并且生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量會出現(xiàn)不均勻、不穩(wěn)定的問題。此外，表面處理之

后表面狀態(tài)的評判標(biāo)準(zhǔn)暫不完善。為此，制定金屬構(gòu)筑成形表面處理技術(shù)規(guī)范，有利于提升構(gòu)筑大

鍛件界面愈合質(zhì)量的均勻性，提升表面處理的效率及質(zhì)量，為構(gòu)筑成形用基材的表面處理及表面狀

態(tài)評判提供有效的技術(shù)規(guī)范。

IV

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金屬構(gòu)筑成形表面處理技術(shù)規(guī)范

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了構(gòu)筑成形用金屬基材的表面銑削、打磨、清洗及表面狀態(tài)檢測的技術(shù)要求、處理

裝置、數(shù)據(jù)處理方法。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于構(gòu)筑成形用金屬基材的表面處理，有相似使用場合的大型金屬基材的表面處理還

可參考使用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本

文件。凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T4863-2008機(jī)械制造工藝基本術(shù)語（Generalterminologyofmachine-buildingtechnology）

GB/T21019-2007金屬切削刀具銑刀術(shù)語（Metalcuttingtools-Termsinmillingcutters）

GB/T12204-2010金屬切削基本術(shù)語（Glossaryofgeneraltermsinmetalcutting）

GB/T16461-2016單刃車削刀具壽命試驗

GB/T24630.1-2009/ISO/TS12781-1:2003產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）平面度第一部分詞匯和參

數(shù)（GeometricalProductSpecifications(GPS)-Flatness-Part1:Vocabularyandparametersofflatness）

GB/T8541-1997鍛壓術(shù)語（Terminologyofforgingandstamping）

GB/T33624-2017滾動軸承清潔度測量及評定方法（Rollingbearings-Testandassessmentmethods

forcleanliness）

3術(shù)語和定義

3.1工藝technology

使用各種原材料、半成品成為產(chǎn)品的方法和過程

[GB/T4863-20083.1基本概念]

3.2雜質(zhì)impurity

粘附在基材表面對構(gòu)筑成形界面愈合性能有影響的顆粒

注：改寫GB/T33624-2017，術(shù)語和定義3.1

3.3顆粒尺寸particlesize

顆粒的最大尺寸（顆粒影響圖輪廓線上最大的點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離）

[GB/T33624-2017術(shù)語和定義3.2]

3.4表面清潔度surfacecleanliness

基材表面顆粒、油污、切屑等污染物的大小及數(shù)量的多少或單位表面積的污染程度。

注：改寫GB/T33624-2017，術(shù)語和定義3.3

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3.5工件workpiece

加工過程中的生產(chǎn)對象

[GB/T4863-20083.2生產(chǎn)對象]

3.6待加工表面worksurface

工件上有待切除之表面

[GB/T12204-2010通用術(shù)語及其定義2.1]

3.7刀柄shank

道具上的夾持部分

[GB/T12204-2010通用術(shù)語及其定義2.2]

3.8平面度flatness

平面的特性

[GB/T24630.1-2009/ISO/TS12781-1:2003術(shù)語和定義3.1.1]

3.9毛坯blank

根據(jù)零件（或產(chǎn)品）所要求的形狀、工藝尺寸等而制成的供進(jìn)一步加工用的生產(chǎn)對象。[GB/T

4863-2008一般術(shù)語3.2]

3.10銑削milling

銑刀旋轉(zhuǎn)作主運(yùn)動，工件或銑刀作進(jìn)給運(yùn)動的切削加工方法

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.3]

3.11基準(zhǔn)datum

用來確定生產(chǎn)對象上幾何要素件的幾何關(guān)系所依據(jù)的那些點(diǎn)、線、面

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.4.]

3.12定位基準(zhǔn)fixeddatum

在加工中用作定位的基準(zhǔn)

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.4]

3.13切削用量cuttingconditions

在切削加工過程中的切削速度、進(jìn)給量和切削深度的總稱

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.4]

3.14表面粗糙度surfaceroughness

加工表面上具有較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特征

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.4]

3.15裝夾set-up

將工件在機(jī)床上或夾具中定位、夾緊的過程

2

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[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.6]

3.16夾緊（卡夾）clamping

工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.6]

3.17粗加工roughing

以切出大部分加工余量為主要目的的加工

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.7]

3.18精加工finishing

使工件達(dá)到預(yù)定的精度和表面質(zhì)量的加工

[GB/T4863-2008一般術(shù)語3.7]

3.19銑刀millingcutters

用于銑削加工的一類刀具

[GB/T1008-2008金屬切削刀具術(shù)語4.4]

3.20立銑endmilling

機(jī)床主軸垂直于被加工對象表面。該加工方式通常用于在立式銑床上加工平面、臺階、槽等平

面

[GB/T21019-2007與加工方式和結(jié)構(gòu)有關(guān)的術(shù)語和定義4.5]

3.21面銑刀facemillingcutter

主要用于加工與機(jī)床主軸垂直的平面的銑刀

[GB/T21019-2007與形式有關(guān)的術(shù)語和定義5.2]

3.22夾具jigs；fixture

用以裝夾工件（和引導(dǎo)刀具）的裝置

[GB/T1008-2008一般術(shù)語3.10]

3.23百分表dialgauge；dialindicator

刻度值為0.01mm，指針可轉(zhuǎn)一周以上的機(jī)械式量表

[GB/T1008-2008計量器具術(shù)語9.10]

3.24刀具磨損toolwear

切削時，由于刀具材料的逐漸失去或變形，造成刀具形狀與其原始形狀的變化

[GB/T16461-2016術(shù)語和定義3.1]

3.25鍛件forging

金屬材料經(jīng)過鍛造變形而得到的工件或毛坯

[GB/T4863-20083.2生產(chǎn)對象]

3

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3.26鍛造forging

在加壓設(shè)備及工（模）具作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定的幾

何形狀、尺寸和質(zhì)量的鍛件的加工方法。

[GB/T8541-19973.1一般術(shù)語]

3.27表面處理surfacetreatment

改善工件表面層的力學(xué)、物理或化學(xué)性能的加工方法。

[GB/T4863-20083.3工藝方法]

3.28機(jī)械加工machining

利用機(jī)械力對各種工件進(jìn)行加工的方法。

[GB/T4863-20083.3工藝方法]

3.29磨削grinding

用磨具以較高的線速度對工件表面進(jìn)行加工的方法。

[GB/T4863-20083.3工藝方法]

4通用技術(shù)要求

4.1環(huán)境（加工打磨環(huán)境，特別是清潔度檢測環(huán)境要強(qiáng)調(diào)在潔凈間）

4.1.1銑削加工環(huán)境

在試驗室環(huán)境下，無油污、無積水和積油。

4.1.2平面度檢測環(huán)境

周圍無影響平面度測試的振動源存在。

4.1.3磨削環(huán)境

磨削通常需要在嚴(yán)格的環(huán)境下進(jìn)行，以確保精確性和重復(fù)性。環(huán)境要求通常包括：

1.清潔環(huán)境：磨削區(qū)域需要保持清潔，以避免灰塵、異物等污染磨削刀具和工件，影響加工精度和

表面質(zhì)量。車間環(huán)境應(yīng)無油污、無積水和積油，避免磨削完成后造成基材表面的二次污染。

2.穩(wěn)定的機(jī)臺：機(jī)臺需要具備穩(wěn)定性，磨削時不產(chǎn)生顫動和振動，以確保高精度和表面質(zhì)量。

4.1.4清潔度檢測環(huán)境

表面清潔度的檢測需要在特定的潔凈環(huán)境中進(jìn)行，需要保證檢測環(huán)境干凈、整潔、無塵、無灰

塵。檢測人員穿戴無塵服及丁腈手套。

4.2待處理基材

4.2.1待處理基材為316H不銹鋼和Sa508-3鋼，毛坯尺寸為2.005m×2.005m×0.305m。

4.2.2應(yīng)確保毛坯尺寸允許偏差為＋2mm。

4.2.3應(yīng)確保毛坯待加工表面平行度公差為2mm。

4.2.4應(yīng)確保毛坯待加工表面平面度公差為1mm。

4.3表面處理設(shè)備

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4.3.1銑削裝置組成

這里所建議的銑削加工裝置僅為舉例。其他具有相同程度的加工能力并具有同等或更高精度的

裝置同樣可以使用。

銑削裝置由龍門銑床、冷卻系統(tǒng)、工裝夾具、被加工工件等組成，組成示意圖見圖1。將被加

工工件放置在銑床工作臺上并用夾具夾緊，調(diào)整夾具位置和夾緊力度，確保工件位置穩(wěn)定；將銑刀

刀柄裝夾在銑床主軸上，調(diào)整銑刀位置和刀具長度，確保切削精度；根據(jù)加工要求，選擇立銑方式、

切削用量和冷卻參數(shù)，開始加工。

圖1銑削加工系統(tǒng)示意圖

4.3.2打磨清洗裝置組成

這里介紹的打磨裝置僅為舉例。其他具有相同程度的加工能力并具有同等或更高精度的裝置同

樣可以使用。

打磨裝置由龍門三軸運(yùn)動平臺、打磨頭、轉(zhuǎn)運(yùn)平車、待打磨工件等組成，組成示意圖見圖2。

待打磨工件放置在轉(zhuǎn)運(yùn)平車上，通過限位裝置進(jìn)行定位；轉(zhuǎn)運(yùn)平車采用軌道式，負(fù)載能力大，運(yùn)行

平穩(wěn)。打磨頭采用恒力控制，實(shí)現(xiàn)打磨接觸壓力的精準(zhǔn)控制，保證打磨效果。為適應(yīng)不同的工件打

磨要求，使用龍門三軸運(yùn)動平臺作為運(yùn)動搭載機(jī)構(gòu)，運(yùn)動精度高，重復(fù)定位精度高。

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圖2打磨清洗裝置示意圖

5基材表面處理規(guī)范

5.1基材銑削加工

5.1.1基材表面粗加工

1)使用面銑刀先對定位基準(zhǔn)面進(jìn)行加工，然后翻轉(zhuǎn)工件，以該基準(zhǔn)面為定位基準(zhǔn)并夾緊工件，對板

坯其他面進(jìn)行銑削加工，粗加工需要完全去除坯料表面氧化皮。

2)粗加工后去除毛刺以及異物，詳細(xì)測量坯料長度、寬度、對角線尺寸，并做好記錄。

5.1.2基材表面精加工

1)機(jī)床工作臺面做好清潔，不應(yīng)有油污。

2)百分表調(diào)平刀盤，全程百分表跳動≤0.05mm；

3)精加工后對坯板長度、寬度、厚度、對角線尺寸及表面粗糙度進(jìn)行測量，并做好記錄。

4)表面精加工完成后，更換錐形側(cè)銑刀盤對基材側(cè)面進(jìn)行加工。

5.2基材表面平面度檢測

1)將清潔后的板材吊運(yùn)至水平移動平臺，水平移動平臺帶動板材移動至第一平面度檢測區(qū)域；

2)將第一臺電子水平儀放在被測板材上，記錄此位置平面度，然后依次將電子水平儀沿直線從工作

面一端移動至另一端，用水平儀測得每個位置的讀數(shù)，總共測量7×7=49個點(diǎn)；

3)將測量數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)，利用最小二乘平面法處理數(shù)據(jù)，并顯示該面的平面度；

4)水平移動平臺帶動板材移動至翻轉(zhuǎn)區(qū)域，利用翻轉(zhuǎn)機(jī)將板材翻面；

5)水平移動平臺帶動板材移動至第二平面度檢測區(qū)域；

6)將第二臺電子水平儀放在被測板材上，記錄此位置平面度，然后依次將電子水平儀沿直線從工作

面一端移動至另一端，用水平儀測得每個位置的讀數(shù)，總共測量7×7=49個點(diǎn)；

7)重復(fù)步驟3)；

8)最后，板材兩面平面度誤差均小于0.1mm時，該板材顯示合格；否則，為不合格，并將檢驗結(jié)

果記錄至檢驗報告中。

5.3基材磨削及清洗

1)將銑削后的板材吊運(yùn)至轉(zhuǎn)運(yùn)平車，通過限位裝置確定板材的位置，轉(zhuǎn)運(yùn)平車沿軌道運(yùn)動至磨削工

位；

2)使用測量探頭手動測量板材的尺寸及坐標(biāo)位置，并根據(jù)坐標(biāo)位置和尺寸生成磨削軌跡；

3)更換磨削百葉片，并進(jìn)行Z向?qū)Φ?，確定合適的打磨接觸壓力；

4)關(guān)閉密封防塵罩門并開啟集塵模塊；

5)開始對板材上表面進(jìn)行磨削；

6

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6)打開密封防塵罩門并關(guān)閉集塵模塊，打開氣簾吹洗磨削后基材表面，檢測基材表面粗糙度，若檢

測出的粗糙度均小于0.264μm則進(jìn)行下一步，否則返回至第2)步；

7)通過限位裝置確定板材的位置，轉(zhuǎn)運(yùn)平車運(yùn)載基材至清洗工位；

8)啟動干濕復(fù)合清洗頭，泵出清洗液潤濕清洗頭上的百潔布，清潔裝置在龍門三周平臺的運(yùn)動控制

下實(shí)現(xiàn)對基材表面的濕式清洗；停止清洗液泵出，百潔布移動，清潔裝置在龍門三周平臺的運(yùn)動控

制下實(shí)現(xiàn)對基材表面的干式清洗；

9)使用SITA清潔度儀進(jìn)行清潔度檢測，檢測點(diǎn)應(yīng)均勻分布且不少于50個/m2，記錄每個點(diǎn)的清潔

度值；若檢測出的清潔度均小于10RFU則進(jìn)行下一步，否則返回至第7)步；

10)將清洗處理后的表面覆蓋防塵膜加以保護(hù)；

11)轉(zhuǎn)運(yùn)平車駛出磨削清洗工位；吊運(yùn)板材至翻轉(zhuǎn)區(qū)域，利用翻轉(zhuǎn)機(jī)將板材翻面；

12)重復(fù)上述2~10步驟，對板材的另一表面進(jìn)行表面磨削及清洗處理。

5.4基材表面粗糙度及清潔度檢測

1)對磨削完成后的基材進(jìn)行在位的粗糙度檢測，使用便攜式粗糙度檢測儀在板材表面隨機(jī)檢測，檢

測樣點(diǎn)不少于50個/m2，記錄每個點(diǎn)的粗糙度值。

2)對清洗完成后的板材表面使用SITA清潔度儀進(jìn)行清潔度檢測，檢測點(diǎn)應(yīng)均勻分布且不少于50個

/m2，記錄每個點(diǎn)的清潔度值。

5.1平面度數(shù)據(jù)處理

平面度誤差是指被測實(shí)際表面相對其理想平面的變動量，而平面在空間直角坐標(biāo)系中，它的一

般方程為：AX+BY+CZ+D=0；假設(shè)測得的點(diǎn)的坐標(biāo)是（xi，yi，zi）（i=1,2,….,n），其中A，B，C

為待定參數(shù)。根據(jù)最小二乘法原理得到最小二乘平面的待定系數(shù)A，B，C為：

nziyinxiyi

2

Axixizixiyixixixiyi

22

yiyiziyiyixiyiyi

zixiyinxiyi

22

Bxixixizixixixiyi(1)

2

yixiyiyiziyixiyiyi

zixiyinxiyi

22

Cxizixixiyixixixiyi

22

yizixiyiyiyixiyiyi

確定未知參數(shù)后，即確定了最小二乘平面。接下來就是就能知道該平面的上方的點(diǎn)和下方的

點(diǎn)到該平面的距離，由于在該平面上、下方都有點(diǎn)，所以點(diǎn)的本身就帶有矢量性。點(diǎn)到平面的距

離公式為：

ziAxiByiC

di(2)

1A2B2

根據(jù)最小二乘法的原理有：

n

d2min(3)

i1ij

由于觀測到的數(shù)據(jù)位于最小二乘平面（基準(zhǔn)平面）的上、下兩側(cè)，因此所有測量點(diǎn)到平面的

距離有最大值和最小值，即平面度為：

fd-d(4)

ijmaxijmin