劉江瓊

（深圳市聯(lián)合東創(chuàng)科技有限公司，深圳 518110）

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淺談中小型機(jī)械設(shè)計加工中的幾個問題

劉江瓊

（深圳市聯(lián)合東創(chuàng)科技有限公司，深圳 518110）

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，中小型機(jī)械在工程中的運(yùn)用越來越多。因此，社會對小型機(jī)械的設(shè)計與加工質(zhì)量也越來越關(guān)注。在對中小型機(jī)械進(jìn)行設(shè)計與加工的過程中，很多因素都可能對最后的成品質(zhì)量產(chǎn)生影響。本文主要從材料選擇、成本控制以及力學(xué)性能等三個方面，論述中小型機(jī)械在設(shè)計與加工過程中需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：中小型 機(jī)械設(shè)計 材料 問題

前言

在市場經(jīng)濟(jì)的前提下，企業(yè)想要在激烈的競爭中站穩(wěn)腳跟，就必須在確保產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，盡可能降低生產(chǎn)成本。對于中小型機(jī)械來說，其設(shè)計與加工工作不僅是整個生產(chǎn)工序中的基礎(chǔ)，還會在很大程度上影響整個產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)成本。在設(shè)計與加工中小型機(jī)械的過程中，材料選擇、成本控制以及力學(xué)性能是需要注意的主要問題。只有嚴(yán)格控制這三個方面，才能夠確保中小型機(jī)械的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

1 材料選擇

在選擇中小型機(jī)械制作材料的過程中，需要滿足以下幾方面要求。

第一，使用性能。使用性能是材料選擇的根本要求。中小型機(jī)械中的零件有很多，不同零件的使用性能也各不相同。一些可能對材料強(qiáng)度有要求；一些可能會材料耐磨性有要求；一些可能對材料外觀有要求。因此，在選材過程中，需要根據(jù)零件的實(shí)際使用要求對材料進(jìn)行選擇。

第二，工藝性能。工藝性能主要指的是材料對工藝的適應(yīng)性，其中包括熱加工與切削加工兩方面性能。前者指的是材料的鑄造、鍛造、焊接以及熱處理等性能；后者指的是金屬的切削速度V60。V60越高，代表材料的切削性能越好[1]。

第三，經(jīng)濟(jì)性能。材料的經(jīng)濟(jì)性能指的是在使用性能得到滿足的基礎(chǔ)上，盡量降低材料成本，如控制材料價格、提升材料利用率、降低加工維修費(fèi)用、運(yùn)用組合結(jié)構(gòu)等。這些方式能夠在一定程度上提升材料的經(jīng)濟(jì)性能。例如，中小型機(jī)械中的蝸輪齒圈可以選擇一些貴重金屬，提升零件的耐磨性，而其他部分可以選擇成本較低的材料。圖1為中小型機(jī)械中的一種蝸輪齒圈。

圖1 蝸輪齒圈

2 成本控制

機(jī)械零件是組成機(jī)械的基本要素。在對零件進(jìn)行設(shè)計的過程中，通過零件標(biāo)準(zhǔn)化，不僅能提升產(chǎn)品質(zhì)量，還能夠降低生產(chǎn)成本。零件標(biāo)準(zhǔn)化主要指的是以零件尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計、制圖、檢驗(yàn)等方面為基礎(chǔ)，制定出一套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)。這種方式的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，可以運(yùn)用更加先進(jìn)的工藝來集中制造使用量較大的零件，以達(dá)到降低成本、提升質(zhì)量的目的；第二，無論材料還是零件，其性能指標(biāo)都能得到有效統(tǒng)一，便于比較，從而提升機(jī)械零件的可靠性；第三，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，能夠很大程度上簡化中小型機(jī)械的設(shè)計工作，節(jié)省設(shè)計時間[2]。另外，在當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)條件下，企業(yè)想要提升產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省資本消耗，就必須以標(biāo)準(zhǔn)化為依托，以求在競爭激烈的市場中獲得更大的發(fā)展空間。

3 力學(xué)性能

在對中小型機(jī)械材料進(jìn)行加工時，工件表面的物理力學(xué)性能會受到切削運(yùn)用的作用而發(fā)生變化，使其與材料基體的性能產(chǎn)生差異。一般情況下，切削主要分為車削、銑削、刨削、鉆孔以及磨削。切削過程如圖2所示。

圖2 切削類型

材料表面的變化可以分為以下幾種。

3.1 金相組織變化

由于材料切削過程的摩擦力較大，因此工件表面溫度會逐漸升高，在超過一定溫度后，工件表面的金相組織便會發(fā)生變化。相比于其他切削工藝，磨削產(chǎn)生的溫度更高，也更容易導(dǎo)致金屬變相。引起磨削燒傷的因素主要有以下三方面。第一，砂輪材料。砂輪硬度太高，容易導(dǎo)致金屬變相，需要選用軟砂輪。第二，磨削用量。如果磨削的深度較大，就容易造成材料燒傷，需要同時提升砂輪與工件的速度，以達(dá)到減少燒傷的目的。第三，冷卻方式。通過切削液可以降低磨削溫度，從而避免燒傷。但在實(shí)際磨削過程中，砂輪的旋轉(zhuǎn)會在表面形成氣流層，降低切削液的附著力度。因此，需要運(yùn)用高壓大流量的方式進(jìn)行冷卻，以降低磨削溫度，避免工件燒傷[3]。

3.2 表面冷作硬化

在對機(jī)械零件進(jìn)行加工時，零件的表層金屬可能會產(chǎn)生一定程度的塑性變形，從而發(fā)生冷作硬化現(xiàn)象。導(dǎo)致零件出現(xiàn)冷作硬化的因素包括以下三個方面。第一，切削用量。當(dāng)切削速度提升時，零件與設(shè)備的接觸時間較短，因此塑性變形也會相對較小，而速度提升所造成的溫度升高也會幫助工件進(jìn)行冷硬恢復(fù)[4]。但如果進(jìn)給量較小，零件與設(shè)備的接觸時間延長，硬化現(xiàn)象也會比較明顯。第二，刀具情況。如果刀具的圓弧半徑增加，其對零件材料的擠壓程度也會提升，進(jìn)而提升冷硬程度。第三，工件材料。材料硬度越低，其塑性變形的程度越大，冷作硬化也就越嚴(yán)重。

3.3 表面殘余應(yīng)力

材料表面殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因主要有以下三種。第一，冷態(tài)塑性變形。在切削過程中，工件表面已經(jīng)產(chǎn)生一定塑性變形。在這種情況下，材料體積也發(fā)生了變化。在切削力消失后，基體金屬雖然想要恢復(fù)，但表層已經(jīng)發(fā)生塑性變形，影響恢復(fù)進(jìn)程，所以產(chǎn)生殘余應(yīng)力。第二，熱態(tài)塑性變形。切削加工過程中會產(chǎn)生一定的熱作用，工件也會因此產(chǎn)生熱膨脹。在切削完成以后，工件表面溫度下降，但熱塑性變形已經(jīng)產(chǎn)生，故而出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力。第三，金相組織變化。因?yàn)榻鹣嘟M織的密度存在差異，材料體積也會因此發(fā)生變化，但在工件表面體積變化的過程中，會受到基體制約，因此產(chǎn)生壓應(yīng)力。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，市場上的中小型機(jī)械產(chǎn)品也越來越多，設(shè)計加工工藝也越來越先進(jìn)。因此，在對中小型機(jī)械設(shè)計過程中，需要提升對材料選擇以及標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用的認(rèn)識。在加工機(jī)械工件時，也需要盡量減少工件表面的物理力學(xué)性能，從而提升工件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)

[1]劉飛，王秋蓮，劉高君，等.機(jī)械加工系統(tǒng)能量效率研究的內(nèi)容體系及發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程學(xué)報，2013，（19）：87-94.

[2]萬能，茍園捷，莫蓉，等.機(jī)械加工MBD毛坯模型的特征識別設(shè)計方法[J].計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2012，（8）：1099-1107.

[3]朱璟.以工作過程為主線的機(jī)械設(shè)計與制造專業(yè)系統(tǒng)化課程體

系構(gòu)建研究[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2010，（36）：64-67. [4]焦斌.開放式循環(huán)系統(tǒng)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用研究[J].

機(jī)械設(shè)計與制造，2013，（12）：158-160.

On the Small and Medium Sized Mechanical Design and Processing of Several Issues

LIU Jiangqiong
(Shenzhen Joint Technology Co., Ltd. East, Shenzhen 518110)

Abstract:With the rapid development of China's economic construction, small and medium sized machinery used in the construction of more and more, therefore, the community small mechanical des ign and proces sing quality are increas ingly concerned. In the proces s of s mall and m edium sized mechanical design and processing, many factors may have an impact on the quality of the final product, this paper from three aspects material selection, cost control, and mechanical properties, dis cussed sized machinery in the desig n and processing problems that need attention.

Key words:SMEs, mechanical design, materials, problems