《金属构筑成形表面处理技术规范》

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中国标准文献分类号

团体标准

T/CMESXXXX—2021

金属构筑成形表面处理技术规范

Technicalspecificationsofsurfacetreatmentformetal

substratesadditiveforging

(征求意见稿)

2021-XX-XX发布2021-XX-XX实施

1中国机械工程学会发布

T/CMESXXX—201X

引言

构筑成形是制备大型锻件的变革性技术，该技术以小型化、均质化板坯为基元，经表面处理、

堆叠组坯、真空封焊、高温加热及多向锻造等步骤，制备出高质量大型锻件，避免了传统制造路线

中“尺寸效应”造成的冶金缺陷。目前该技术已用于制备核电支撑环、大口径不锈钢压力管、超大

尺寸轮带、潜航器主耐压舱体等所需的大锻件。表面处理是构筑成形技术的基础，表面处理的效果

直接决定了构筑成形界面愈合的效果。

面向构筑成形技术的表面处理技术主要包含铣削、打磨、清洗三部分。目前面向构筑成形中基

材的表面处理的相关技术及生产规范尚不完善。对于铣削加工，目前存在基材加工效率低、加工后

基材表面质量差及刀具磨损严重等问题，制约了构筑成形技术的整体生产效率。对于打磨及清洗环

节，由于金属构筑成形工艺投入产业化应用的时间较短，部分工序仍然需要人工进行操作，不仅生

产效率低、人工成本高，并且生产出的产品质量会出现不均匀、不稳定的问题。此外，表面处理之

后表面状态的评判标准暂不完善。为此，制定金属构筑成形表面处理技术规范，有利于提升构筑大

锻件界面愈合质量的均匀性，提升表面处理的效率及质量，为构筑成形用基材的表面处理及表面状

态评判提供有效的技术规范。

IV

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金属构筑成形表面处理技术规范

1范围

本标准规定了构筑成形用金属基材的表面铣削、打磨、清洗及表面状态检测的技术要求、处理

装置、数据处理方法。

本标准适用于构筑成形用金属基材的表面处理，有相似使用场合的大型金属基材的表面处理还

可参考使用。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本

文件。凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T4863-2008机械制造工艺基本术语（Generalterminologyofmachine-buildingtechnology）

GB/T21019-2007金属切削刀具铣刀术语（Metalcuttingtools-Termsinmillingcutters）

GB/T12204-2010金属切削基本术语（Glossaryofgeneraltermsinmetalcutting）

GB/T16461-2016单刃车削刀具寿命试验

GB/T24630.1-2009/ISO/TS12781-1:2003产品几何技术规范（GPS）平面度第一部分词汇和参

数（GeometricalProductSpecifications(GPS)-Flatness-Part1:Vocabularyandparametersofflatness）

GB/T8541-1997锻压术语（Terminologyofforgingandstamping）

GB/T33624-2017滚动轴承清洁度测量及评定方法（Rollingbearings-Testandassessmentmethods

forcleanliness）

3术语和定义

3.1工艺technology

使用各种原材料、半成品成为产品的方法和过程

[GB/T4863-20083.1基本概念]

3.2杂质impurity

粘附在基材表面对构筑成形界面愈合性能有影响的颗粒

注：改写GB/T33624-2017，术语和定义3.1

3.3颗粒尺寸particlesize

颗粒的最大尺寸（颗粒影响图轮廓线上最大的点与点之间的距离）

[GB/T33624-2017术语和定义3.2]

3.4表面清洁度surfacecleanliness

基材表面颗粒、油污、切屑等污染物的大小及数量的多少或单位表面积的污染程度。

注：改写GB/T33624-2017，术语和定义3.3

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3.5工件workpiece

加工过程中的生产对象

[GB/T4863-20083.2生产对象]

3.6待加工表面worksurface

工件上有待切除之表面

[GB/T12204-2010通用术语及其定义2.1]

3.7刀柄shank

道具上的夹持部分

[GB/T12204-2010通用术语及其定义2.2]

3.8平面度flatness

平面的特性

[GB/T24630.1-2009/ISO/TS12781-1:2003术语和定义3.1.1]

3.9毛坯blank

根据零件（或产品）所要求的形状、工艺尺寸等而制成的供进一步加工用的生产对象。[GB/T

4863-2008一般术语3.2]

3.10铣削milling

铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的切削加工方法

[GB/T4863-2008一般术语3.3]

3.11基准datum

用来确定生产对象上几何要素件的几何关系所依据的那些点、线、面

[GB/T4863-2008一般术语3.4.]

3.12定位基准fixeddatum

在加工中用作定位的基准

[GB/T4863-2008一般术语3.4]

3.13切削用量cuttingconditions

在切削加工过程中的切削速度、进给量和切削深度的总称

[GB/T4863-2008一般术语3.4]

3.14表面粗糙度surfaceroughness

加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征

[GB/T4863-2008一般术语3.4]

3.15装夹set-up

将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程

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[GB/T4863-2008一般术语3.6]

3.16夹紧（卡夹）clamping

工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作

[GB/T4863-2008一般术语3.6]

3.17粗加工roughing

以切出大部分加工余量为主要目的的加工

[GB/T4863-2008一般术语3.7]

3.18精加工finishing

使工件达到预定的精度和表面质量的加工

[GB/T4863-2008一般术语3.7]

3.19铣刀millingcutters

用于铣削加工的一类刀具

[GB/T1008-2008金属切削刀具术语4.4]

3.20立铣endmilling

机床主轴垂直于被加工对象表面。该加工方式通常用于在立式铣床上加工平面、台阶、槽等平

面

[GB/T21019-2007与加工方式和结构有关的术语和定义4.5]

3.21面铣刀facemillingcutter

主要用于加工与机床主轴垂直的平面的铣刀

[GB/T21019-2007与形式有关的术语和定义5.2]

3.22夹具jigs；fixture

用以装夹工件（和引导刀具）的装置

[GB/T1008-2008一般术语3.10]

3.23百分表dialgauge；dialindicator

刻度值为0.01mm，指针可转一周以上的机械式量表

[GB/T1008-2008计量器具术语9.10]

3.24刀具磨损toolwear

切削时，由于刀具材料的逐渐失去或变形，造成刀具形状与其原始形状的变化

[GB/T16461-2016术语和定义3.1]

3.25锻件forging

金属材料经过锻造变形而得到的工件或毛坯

[GB/T4863-20083.2生产对象]

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3.26锻造forging

在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几

何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。

[GB/T8541-19973.1一般术语]

3.27表面处理surfacetreatment

改善工件表面层的力学、物理或化学性能的加工方法。

[GB/T4863-20083.3工艺方法]

3.28机械加工machining

利用机械力对各种工件进行加工的方法。

[GB/T4863-20083.3工艺方法]

3.29磨削grinding

用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法。

[GB/T4863-20083.3工艺方法]

4通用技术要求

4.1环境（加工打磨环境，特别是清洁度检测环境要强调在洁净间）

4.1.1铣削加工环境

在试验室环境下，无油污、无积水和积油。

4.1.2平面度检测环境

周围无影响平面度测试的振动源存在。

4.1.3磨削环境

磨削通常需要在严格的环境下进行，以确保精确性和重复性。环境要求通常包括：

1.清洁环境：磨削区域需要保持清洁，以避免灰尘、异物等污染磨削刀具和工件，影响加工精度和

表面质量。车间环境应无油污、无积水和积油，避免磨削完成后造成基材表面的二次污染。

2.稳定的机台：机台需要具备稳定性，磨削时不产生颤动和振动，以确保高精度和表面质量。

4.1.4清洁度检测环境

表面清洁度的检测需要在特定的洁净环境中进行，需要保证检测环境干净、整洁、无尘、无灰

尘。检测人员穿戴无尘服及丁腈手套。

4.2待处理基材

4.2.1待处理基材为316H不锈钢和Sa508-3钢，毛坯尺寸为2.005m×2.005m×0.305m。

4.2.2应确保毛坯尺寸允许偏差为＋2mm。

4.2.3应确保毛坯待加工表面平行度公差为2mm。

4.2.4应确保毛坯待加工表面平面度公差为1mm。

4.3表面处理设备

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4.3.1铣削装置组成

这里所建议的铣削加工装置仅为举例。其他具有相同程度的加工能力并具有同等或更高精度的

装置同样可以使用。

铣削装置由龙门铣床、冷却系统、工装夹具、被加工工件等组成，组成示意图见图1。将被加

工工件放置在铣床工作台上并用夹具夹紧，调整夹具位置和夹紧力度，确保工件位置稳定；将铣刀

刀柄装夹在铣床主轴上，调整铣刀位置和刀具长度，确保切削精度；根据加工要求，选择立铣方式、

切削用量和冷却参数，开始加工。

图1铣削加工系统示意图

4.3.2打磨清洗装置组成

这里介绍的打磨装置仅为举例。其他具有相同程度的加工能力并具有同等或更高精度的装置同

样可以使用。

打磨装置由龙门三轴运动平台、打磨头、转运平车、待打磨工件等组成，组成示意图见图2。

待打磨工件放置在转运平车上，通过限位装置进行定位；转运平车采用轨道式，负载能力大，运行

平稳。打磨头采用恒力控制，实现打磨接触压力的精准控制，保证打磨效果。为适应不同的工件打

磨要求，使用龙门三轴运动平台作为运动搭载机构，运动精度高，重复定位精度高。

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图2打磨清洗装置示意图

5基材表面处理规范

5.1基材铣削加工

5.1.1基材表面粗加工

1)使用面铣刀先对定位基准面进行加工，然后翻转工件，以该基准面为定位基准并夹紧工件，对板

坯其他面进行铣削加工，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异物，详细测量坯料长度、宽度、对角线尺寸，并做好记录。

5.1.2基材表面精加工

1)机床工作台面做好清洁，不应有油污。

2)百分表调平刀盘，全程百分表跳动≤0.05mm；

3)精加工后对坯板长度、宽度、厚度、对角线尺寸及表面粗糙度进行测量，并做好记录。

4)表面精加工完成后，更换锥形侧铣刀盘对基材侧面进行加工。

5.2基材表面平面度检测

1)将清洁后的板材吊运至水平移动平台，水平移动平台带动板材移动至第一平面度检测区域；

2)将第一台电子水平仪放在被测板材上，记录此位置平面度，然后依次将电子水平仪沿直线从工作

面一端移动至另一端，用水平仪测得每个位置的读数，总共测量7×7=49个点；

3)将测量数据传输给计算机，利用最小二乘平面法处理数据，并显示该面的平面度；

4)水平移动平台带动板材移动至翻转区域，利用翻转机将板材翻面；

5)水平移动平台带动板材移动至第二平面度检测区域；

6)将第二台电子水平仪放在被测板材上，记录此位置平面度，然后依次将电子水平仪沿直线从工作

面一端移动至另一端，用水平仪测得每个位置的读数，总共测量7×7=49个点；

7)重复步骤3)；

8)最后，板材两面平面度误差均小于0.1mm时，该板材显示合格；否则，为不合格，并将检验结

果记录至检验报告中。

5.3基材磨削及清洗

1)将铣削后的板材吊运至转运平车，通过限位装置确定板材的位置，转运平车沿轨道运动至磨削工

位；

2)使用测量探头手动测量板材的尺寸及坐标位置，并根据坐标位置和尺寸生成磨削轨迹；

3)更换磨削百叶片，并进行Z向对刀，确定合适的打磨接触压力；

4)关闭密封防尘罩门并开启集尘模块；

5)开始对板材上表面进行磨削；

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6)打开密封防尘罩门并关闭集尘模块，打开气帘吹洗磨削后基材表面，检测基材表面粗糙度，若检

测出的粗糙度均小于0.264μm则进行下一步，否则返回至第2)步；

7)通过限位装置确定板材的位置，转运平车运载基材至清洗工位；

8)启动干湿复合清洗头，泵出清洗液润湿清洗头上的百洁布，清洁装置在龙门三周平台的运动控制

下实现对基材表面的湿式清洗；停止清洗液泵出，百洁布移动，清洁装置在龙门三周平台的运动控

制下实现对基材表面的干式清洗；

9)使用SITA清洁度仪进行清洁度检测，检测点应均匀分布且不少于50个/m2，记录每个点的清洁

度值；若检测出的清洁度均小于10RFU则进行下一步，否则返回至第7)步；

10)将清洗处理后的表面覆盖防尘膜加以保护；

11)转运平车驶出磨削清洗工位；吊运板材至翻转区域，利用翻转机将板材翻面；

12)重复上述2~10步骤，对板材的另一表面进行表面磨削及清洗处理。

5.4基材表面粗糙度及清洁度检测

1)对磨削完成后的基材进行在位的粗糙度检测，使用便携式粗糙度检测仪在板材表面随机检测，检

测样点不少于50个/m2，记录每个点的粗糙度值。

2)对清洗完成后的板材表面使用SITA清洁度仪进行清洁度检测，检测点应均匀分布且不少于50个

/m2，记录每个点的清洁度值。

5.1平面度数据处理

平面度误差是指被测实际表面相对其理想平面的变动量，而平面在空间直角坐标系中，它的一

般方程为：AX+BY+CZ+D=0；假设测得的点的坐标是（xi，yi，zi）（i=1,2,….,n），其中A，B，C

为待定参数。根据最小二乘法原理得到最小二乘平面的待定系数A，B，C为：

nziyinxiyi

2

Axixizixiyixixixiyi

22

yiyiziyiyixiyiyi

zixiyinxiyi

22

Bxixixizixixixiyi(1)

2

yixiyiyiziyixiyiyi

zixiyinxiyi

22

Cxizixixiyixixixiyi

22

yizixiyiyiyixiyiyi

确定未知参数后，即确定了最小二乘平面。接下来就是就能知道该平面的上方的点和下方的

点到该平面的距离，由于在该平面上、下方都有点，所以点的本身就带有矢量性。点到平面的距

离公式为：

ziAxiByiC

di(2)

1A2B2

根据最小二乘法的原理有：

n

d2min(3)

i1ij

由于观测到的数据位于最小二乘平面（基准平面）的上、下两侧，因此所有测量点到平面的

距离有最大值和最小值，即平面度为：

fd-d(4)

ijmaxijmin