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访谈

Oliver Maiß，ECOROLL AG Werkzeugtechnik 研发与市场负责人

拉伸螺栓

航空飞机轮毂的深滚压处理

高强度螺栓的深滚压处理

MFN很高兴再次与ECOROLL AG Werkzeugtechnik研发与市场负责人Dr.-Ing. Oliver Maiß进行交流。

(?)MFN：下午好，Maiß博士。感谢您再次接受我们的采访。这一次，我们想讨论诸如滚压抛光和深滚压等表面强化工艺，如何帮助航空航天行业实现其严苛的安全性与可持续性目标。

(!)O.M.：下午好，也感谢邀请。是的，航空航天对我们ECOROLL来说是一个非常令人振奋的领域。在这里，机械表面强化工艺的优势得以充分体现——高性能材料、极端的疲劳要求，以及对更轻、更高效结构的持续追求。

(?)MFN：近期，ECOROLL参与并支持了一个项目，对航空发动机用钛合金螺栓进行了滚压抛光处理。能否为我们介绍一下这个项目？

(!)O.M.：该案例研究涉及的是用于连接发动机等关键部件的拉伸螺栓。这类螺栓承受着严苛的交变载荷和温度波动。传统上，它们采用高强度钛合金制造，这类材料重量轻、耐腐蚀，但对表面缺陷极为敏感。

在该项目中，我们使用HG6-9静压工具实施了滚压抛光工艺。每个螺栓仅需28秒，即可在次表层引入残余压应力。结果令人印象深刻：100%的零件达到了所要求的疲劳强度，制造成本降低了25%，生产节拍相比传统工艺提高了30%。

(?)MFN：这确实非常出色。那么，滚压抛光为何对这类部件如此有效？

(!)O.M.：从本质上讲，这是对表层及次表层的机械改性。当通过滚压球或滚轮施加压力时，表面峰值发生塑性变形，并在其下方引入缩残余压应力。这些残余应力能够抵消通常导致裂纹萌生的拉应力。

因此，微小的表面缺陷会显著降低其危害性，零件在发生损伤之前能够承受更多的载荷循环。尤其是在缺口区域或几何过渡区——即应力集中的位置——这种残余应力效应可使疲劳寿命提高一倍。这一结论同样体现在我们的实验室测试以及独立高校的研究结果中。

(?)MFN：您提到了研究。德累斯顿和开姆尼茨方面曾对设计规范中如何考虑这些残余应力开展研究，他们得出了哪些结论？

(!)O.M.：TU Dresden和TU Chemnitz的研究团队分析了现有设计规范——如DIN 743、FKM以及较新的FVA指南——在预测滚压抛光零件实际疲劳行为方面的适用性。

研究结果表明：虽然这些规范已经包含针对表面状态的修正系数，但残余应力的影响仍然被非常保守地处理。在工程实践中，设计人员往往采用接近1的系数，这意味着滚压抛光或喷丸处理的潜在优势在计算中几乎未被体现。

研究人员对多种带缺口试样进行了测试，结果显示：在承受弯曲载荷的尖锐缺口条件下，滚压抛光可使疲劳极限提高多达94%，几乎实现强度翻倍。因此，其实际效果明显高于当前大多数设计规范的假设。

(?)MFN：换句话说，技术的发展已经走在标准之前？

(!)O.M.：正是如此。机械表面处理工艺的发展速度已经快于标准化进程。长期以来，这些工艺主要基于工程经验加以应用——工程师清楚地知道，经过滚压处理的零件具有更长的使用寿命。如今，我们已经拥有可靠的数据和模型来加以验证。

如果这些效应能够被合理地纳入设计规范，工程师便可在不降低安全性的前提下减少材料用量，从而实现更轻的部件、更低的原材料消耗，并最终降低碳足迹。

(?)MFN：说到碳足迹——在我们之前的采访中，您提到ECOROLL正在推动对机械表面处理所带来CO2减排效果的量化评估。这个航空航天案例是否也是其中的一部分？

(!)O.M.：是的，完全正确。每当我们延长部件的使用寿命，或在保持相同可靠性的前提下降低重量，都会对可持续发展产生积极影响。在航空航天领域，这种影响尤为显著：飞机在整个服役周期内，每减轻一公斤重量，都可能减少数吨燃料消耗和排放。

当我们用集成式滚压抛光工艺替代喷丸等能耗更高的工艺时，生产阶段的能源消耗也随之降低。因此，其效果是双重的——制造阶段减少CO2排放，运行阶段同样减少CO2排放。

(?)MFN：听起来，滚压抛光在技术性能与环境责任之间实现了良好的结合。您认为这会成为更广泛的趋势吗？

(!)O.M.：毫无疑问。对轻量化设计和资源效率的要求正在各个行业持续提升。航空航天通常是先行者，而汽车和能源行业也正紧随其后。

作为技术供应商，我们的目标是为工程师提供可靠、基于数据的工具，使可持续性与安全性能够并行不悖。滚压抛光正是一个典型例子，展示了成熟的机械工艺在合理应用下依然能够产生深远影响。

(?)MFN：非常感谢您分享这些见解，Maiß博士。看到表面工程如何同时影响性能与气候影响，确实令人着迷。祝您和团队继续取得成功。

(!)O.M.：谢谢。再次与您分享我们的工作，是我的荣幸。

MFN在此感谢Oliver Maiß接受本次采访！

ECOROLL AG Werkzeugtechnik

H.-H.-Warnke-Str. 8

29227 Celle, Germany

电话：+49.5141.9865-0

邮箱：oliver.maiss@ecoroll.de

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