楊增光

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

淺談機(jī)械設(shè)計加工中應(yīng)注意的問題

Several problems should be noted in the mechanical design process

楊增光

（河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司，河北 石家莊 050200）

任何企業(yè)要想擁有較高的競爭力，很好的收益，所依靠的就是利用低成本以及高收益。在機(jī)械制造行業(yè)中，設(shè)計工作占有很重要的地位，因為它是所有加工工作的第一步，更重要的是其與機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量息息相關(guān)。任何一個設(shè)計以及加工者都無法避免的遇到各種各樣的問題。本文就機(jī)械設(shè)計加工過程中常見的問題進(jìn)行總結(jié)分析。

機(jī)械設(shè)計；材料；標(biāo)準(zhǔn)化；力學(xué)作用

1 設(shè)計過程中材料方面的注意事項

在進(jìn)行機(jī)械零件的設(shè)計加工過程中，對應(yīng)材料的選擇至關(guān)重要，這會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量以及使用壽命等等。在進(jìn)行材料的選擇時，如果以前有相同或者類似的零件，就可以按照以前的選擇方法。如果是首次設(shè)計加工，并且對材料的性能沒有過多要求，就可以根據(jù)手冊的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，再確定使用的材料。但是，在平常的工作過程中，工程師對材料的選擇并不是太重視。

1.1 材料選擇的要求

（1）在使用性能方面。使用性能就是材料在使用過程中所要求的功能表現(xiàn)，這是在進(jìn)行選擇材料的時候應(yīng)該注意的問題。不同的零件所要求的使用性能是不同的。比如說，有的零件要求高剛度，有的零件要求耐熱性，有的零件要求的是韌性甚至是沒有特殊的要求。所以選材之前要充分考慮零件的使用性能的要求，再進(jìn)行精確的選擇。

（2）在工藝性能方面。所謂工藝性就是指在加工制造過程中，材料要能夠經(jīng)受各種加工工藝，比如熱或者切削加工工藝。一定要滿足制造出成品的基本要求，并且加工容易，質(zhì)量可靠。比如熱加工工藝的性能就是要滿足鍛造、焊接以及進(jìn)行熱處理的條件。

（3）在經(jīng)濟(jì)性能方面。所謂的經(jīng)濟(jì)性能就是指要以最低的成本收獲最可觀的利潤。另外在滿足使用要求的情況下，材料的成本也是越低越好。盡量減小材料的成本在總成本中占的得比重；利用各種精加工的工藝對材料進(jìn)行加工，減小切削面的浪費，盡力做到提高其利用率；成品的加工以及后期的維護(hù)費用要盡可能的低；一些組合的部件盡量采用摩擦性小的好金屬，其他部件就可以采用便宜的材料；在材料的代用方面，盡量利用我國儲備量大的材料，避免那些稀缺金屬，要求硬度的材料可以采用熱處理工藝進(jìn)行處理，而避免使用貴重金屬。

1.2 材料選擇的方法

（1）對成品壽命周期成本的考慮。零件材料的使用對產(chǎn)品的壽命周期成本有很大的影響。在實際加工中，在滿足使用性能的前提下，選用成本低廉的材料，可以降低制造產(chǎn)品的壽命周期成本。但是如果選用成本稍高但是性能更好的作為材料，考慮到可以很好的延長使用壽命，降低后期的維護(hù)費用等優(yōu)勢，反而是可以降低成品的壽命周期成本的。

（2）產(chǎn)品加工制造的方法選擇是進(jìn)行材料選擇的一個重要方法。就是要把設(shè)計以及材料選擇和加工工藝綜合考慮，選擇材料結(jié)合某一個甚至全部的加工步驟的加工工藝的費用綜合。

2 設(shè)計過程標(biāo)準(zhǔn)化，提升質(zhì)量，減少成本

機(jī)械零件是整個機(jī)械的最小組成部分，在進(jìn)行制造加工的時候，標(biāo)準(zhǔn)化是很重要的。標(biāo)準(zhǔn)化就是工程師綜合零件的物理性能、材料性能以及設(shè)計步驟和圖紙要求等，制定的加工人員要遵守的規(guī)則。這樣的好處具體有：①可以結(jié)合最高新的技術(shù)來進(jìn)行批量的零件制造，極大的減少了成本，提高其加工質(zhì)量。②材料相同，零件的各種性能相差不大，可以在對比中加強(qiáng)可靠性。③標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，批量的加工，縮短了制造周期，工作效率高，質(zhì)量高。

在市場經(jīng)濟(jì)中，各機(jī)械加工企業(yè)都應(yīng)根據(jù)市場變化來設(shè)計新產(chǎn)品，并不斷的提高質(zhì)量，減小成本，提高收益。要實現(xiàn)這些目標(biāo)，就必須要落實標(biāo)準(zhǔn)化，做好開頭的設(shè)計，才可以給后續(xù)工作鋪好路，在激烈競爭中迅速脫穎而出。

3 機(jī)加工工程中的物理及力學(xué)性能的因素

由于零件在進(jìn)行機(jī)械加工的過程中，有大量的切削熱量產(chǎn)生，就會導(dǎo)致零件表面的物理力學(xué)性能受到一定的影響，而材料原有的基本性能就會有所變化，下面就其中的主要變化進(jìn)行敘述。

3.1 表面金相組織的影響

如上所述，在機(jī)械加工過程中摩擦產(chǎn)生的大量的熱量使零件表面溫度升高，一旦溫度超過零件材料金相組織的上限，其自身就會產(chǎn)生變化。就切削加工來說，產(chǎn)生的熱量大部分附于切屑，就被碎屑帶走，所以對材料表面的影響相對較小。但是在磨削過程中，不僅熱量無法被帶走，產(chǎn)生的熱量是前者的幾十倍，這種高溫必定會使材料金相組織性能發(fā)生變化。

（1）磨削用的砂輪分為硬砂輪和軟砂輪，對于硬砂輪來說，其磨料顆粒是不會輕易脫落的，導(dǎo)致其可能會被切屑堵塞。所以在砂輪的選擇上最好使用軟砂輪。

（2）隨著加工過程中深度的不斷加深，零件的表面以及其內(nèi)部溫度就會升高，這樣很容易導(dǎo)致燒傷；其中縱向進(jìn)給量不斷加深的時候，雖然溫度在不斷的升高，但是對應(yīng)的加工時間縮短，燒傷程度可適當(dāng)減小。如果采用加快加工速度的話，零件表面就會變的更加粗糙，所以可以增加砂輪的轉(zhuǎn)速。在不斷的實踐過程中，經(jīng)驗表明，同時提高進(jìn)給速度以及砂輪的轉(zhuǎn)速可最大程度的減輕零件表面的燒傷程度。

（3）在實際操作中，減小切削產(chǎn)生的熱量還有不斷提供切削液的冷卻方式。但是由于磨削過程中砂輪轉(zhuǎn)速較高，切削液的附著能力減弱，對熱量的減小作用不大。所以可以采用對切削液加壓以及增大流量的方式進(jìn)行操作。不僅加強(qiáng)了冷卻的效果，還可以對砂輪表面進(jìn)行沖洗，避免堵塞。

3.2 加工表面的冷作硬化

零件在加工過程中會由于刀具的作用產(chǎn)生晶體間的滑移，會使晶粒變長或者破碎，使材料變硬。

（1）當(dāng)切削的速度變大，刀具和零件的接觸時間小，產(chǎn)生的變形就小，其產(chǎn)生的熱量就多，冷硬時間短，效果不好。進(jìn)給量大的時候，產(chǎn)生的壓縮變形就會加大，對應(yīng)的冷硬效果就好。進(jìn)給量小的時候，同樣的刀具和零件的接觸次數(shù)增多，冷硬效果也好。

（2）刀具的刀刃半徑大以及由于磨損都會使冷硬效果加強(qiáng)。

3.3 殘余應(yīng)力的作用

在零件加工過程中，冷態(tài)以及熱態(tài)的塑性變形都會產(chǎn)生對應(yīng)的殘余應(yīng)力，在加工過程中應(yīng)注意對機(jī)件表面殘余應(yīng)力的消除。另外由于熱量導(dǎo)致的金相組織的變化也會產(chǎn)生應(yīng)力，這也是加工過程中要注意的。

4 結(jié)束語

在當(dāng)下的市場經(jīng)濟(jì)中，機(jī)械產(chǎn)品的種類越來越復(fù)雜。這就要求我們在不斷前進(jìn)的過程中對加強(qiáng)機(jī)械加工過程中材料的選擇以及各種不利因素的認(rèn)識，要提升到一個新的高度。在加工中降低成本，提高收益，使經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定飛速發(fā)展。

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1009-797X (2015) 24-0069-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.24.025

楊增光（1979-），男，本科，工程師，研究方向為機(jī)械制造及工藝設(shè)計。

2015-11-17