張杰

[摘? ? 要]在機械制造行業(yè)的生產中，相當一部分機械設備是量身定制的非標機械設備，這類設備的技術要求一般是由設計人員根據客戶的實際需要和實踐經驗制定的標準。在非標機械設備的設計和制造過程中，由于會受到人員、設備、材料、方法以及環(huán)境等方面因素的影響，一些技術要求可能無法實現，引發(fā)一定的質量問題，導致設備無法滿足交付要求。文章對非標機械設備設計和制造中的相關質量問題進行分析，探討非標機械設備質量問題的優(yōu)化路徑，為相關工作提供有價值的參考。

[關鍵詞]非標機械設備;設計制造;質量問題

[中圖分類號]TH122 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–0–02

Explore Related Quality Issues and Optimization Paths in the Design?and Manufacturing of Non-Standard Machinery and Equipment

Zhang Jie

[Abstract]In the production process of the machinery manufacturing industry， a considerable part of the mechanical equipment is tailor-made non-standard mechanical equipment. The technical requirements of this type of equipment are generally standards formulated by designers based on the actual needs and practical experience of customers' products. In the design and manufacturing process of non-standard mechanical equipment， due to factors such as personnel， equipment， materials， methods， and environment， some technical requirements may not be achieved， causing certain quality problems， resulting in equipment not meeting delivery requirements . This article will analyze the related quality problems in the design and manufacture of non-standard mechanical equipment， explore the optimization path of non-standard mechanical equipment quality problems， and provide a valuable reference for related work.

[Keywords]non-standard machinery and equipment; design and manufacture; quality issues

在非標機械設備設計和制造中，由于設備的外觀與參數均是根據客戶的特殊要求或現場實際工況而量身定制設計的，因此沒有可以執(zhí)行的統(tǒng)一標準。非標機械設備的市場需求量大而設備本身數量少，一般需要由設計單位提供制造圖紙，再交給工廠進行加工制造。在這種情況下，設備的設計與制造是分開進行的，而對于設備的驗收也沒有可參照的統(tǒng)一標準，難免會存在一些質量問題。針對這種情況，需要充分重視非標機械設備設計和制造中的相關質量問題，制定行之有效的優(yōu)化路徑。

1 非標機械設備設計中的相關質量問題及優(yōu)化

1.1 使用的原材料不合理

對于非標機械設備而言，使用的原材料主要為鑄鋼、鍛件、鋼板以及鋼管等黑色金屬材料，譬如在閥體、泵等復雜的結構中，一般選擇鑄鋼件作為原材料。有些重型機械設備的機架、軸承座、車輪等需要承載較高的負荷，同樣需要使用鑄鋼件作為原材料。在重型機械設備中，軸類零件、活塞桿、齒輪齒圈、連桿等零部件的負載要求都很嚴格，一般都需要使用鍛造件作為原材料，而機械中的機體、橫梁、橋架、殼體以及輔助結構件等部位，則可以使用普通鋼板、型材作為原材料，以焊接的方式進行制造。

在非標機械設備設計過程中，原材料的選擇需要滿足設備對于材料強度、韌性、塑性以及硬度等性能的要求，選擇的原材料的性能既要滿足設計要求，又要考慮價格合理。而在對原材料進行驗收時，質量管理人員需要對相關材料的性能指標進行綜合考量。例如，在2臺運輸設備的設計中，要用上8個軸承座底座以及車輪，要求加工的原材料為ZG270-500與ZG50 MnMo。其中ZG270-500是碳素鑄鋼件，其驗收標準包括力學性能以及化學成分，為了保證軸承座底座的原材料質量滿足要求，需要進行力學性能與化學成分檢測。在性能檢測過程中，需要使用與零件澆注時的同爐鋼水來澆注試樣或連體試樣，并隨爐進行熱處理，再對試樣進行機械性能檢測。然而，在當前的市場環(huán)境下，大型鑄造廠一般不會接收非批量生產的訂單，但小型鑄造廠的技術能力以及設備條件又存在一定的不足，很難實現同爐澆注試樣并進行機械性能檢查。因此，非標機械設備要用到這些原材料時，必須考慮到材料的經濟性因素，包括價格、材料以及加工費用等。在實際生產過程中，依據設計圖紙的技術要求，可以采用材料替換的方式加以解決，根據制造企業(yè)的自身情況，可以采用以高帶低的庫存材料或同性能的高性價比材料。使用庫存材料和高性價比的原材料，即可以滿足機械設備設計要求，就不應選用其他價格較高的原材料，并且這樣又減少了庫存積壓材料和相應的加工費用。通過可行的生產工藝滿足設計要求，降低原材料費用和生產成本。在一些軸承座生產廠家中，目前已經可以使用Q355B鋼板材料生產性能滿足要求的軸承座，這些原材料的價格低廉，能夠更好地滿足經濟性要求。而以ZG50 MnMo為原材料的鑄鋼件中容易出現氣孔、夾渣等缺陷，為了保證表面具有足夠的硬度，在車輪的制造過程中需要經過調質和表面淬火處理。如果技術要求中沒有明確提出相關要求，或工作人員存在操作不當的問題，都會導致零部件出現裂紋，無法滿足使用要求。如果在非標機械設備制造中反復出現廢品率過高這類問題，就會嚴重影響生產進度和增加制造成本。隨著制造行業(yè)的快速發(fā)展，軋制與鍛造技術水平大幅度提升，萬噸級鍛壓機已較常見和被使用，目前已經可以使用探傷鋼或鍛鋼取代鑄鋼件，可以獲得同樣的性能。

1.2 設計圖紙技術要求不明確

在非標機械設備設計圖紙中，一些技術要求存在不明確的問題，需要通過文字描述的方式對其進行補充與完善。在零部件設計圖紙中，技術要求主要包括原材料要求、鍛造或鑄造要求、無損檢測要求、熱處理要求、化學處理要求、未經標注的粗糙度要求、倒角要求、形位公差要求、切削后表面要求、試驗要求、裝配要求以及運輸與存儲要求等。這些文字描述的技術要求，是產品驗收過程中的重要參考依據，檢驗時需要嚴格執(zhí)行這些技術要求。例如，在非標機械設備中一個連桿部件的檢驗過程中，設計圖紙中只規(guī)定零部件外形與尺寸，并要求使用的原材料為42 CrMo，沒有其他方面的要求。在對零部件進行驗收時，可以確認材料為42 CrMo，外觀與尺寸均滿足設計圖紙要求，但使用的是42 CrMo熱軋鋼板材料。由于連桿部件在機械設備運行過程中的受力狀態(tài)復雜，對連桿部件進行無損檢測，通過超聲波探傷檢查，可以發(fā)現連桿是否存在裂紋的缺陷問題，而使用熱軋鋼板會存在纖維組織在長度方向的單一分布和厚度方向的層間分布問題，就會直接影響到連桿在運行中不同位置的機械強度，這個問題是軋制類材料固有的隱形缺陷，無法通過無損檢測方式得以探測和獲取，連桿發(fā)生斷裂的可能性較大。由于連桿是重要的受力部件，制造時使用的材料最好為鍛件，在無損檢測中應保證內部沒有裂紋缺陷，并且要在完成粗加工后對其進行調質處理，采用這種處理方式，能夠有效地提高原材料的強度，并且使其具備良好的韌性與塑性。

設計圖紙中應能夠體現零部件的綜合性能，不但包括零部件的外觀、尺寸以及材料，而且包括零部件制造時的制作過程及熱處理、機加工等。例如，在一個非標機械設備中的輥子設計中，這種零部件需要在兩頭焊接擋塊，再焊接到輥套上。設計圖紙中要求焊接操作完成后需要采取退火工藝來消除應力，再對其進行機械加工。在完成零部件焊接后通過退火來消除應力是正常技術要求，但是，在輥子焊接成型后，內部會有腔體結構，并且表面不存在透氣孔，在這種狀態(tài)下對其進行熱處理，容易導致零部件變形，嚴重時還會引發(fā)安全事故。因此，在制定零部件技術要求時，工藝設計人員需要考慮到制造過程中零部件可能受到的影響，針對輥子這類零部件，如果需要在焊接完成后通過退火來消除應力，則需要在擋塊上開透氣孔，也可采用振動的處理方式來消除應力。

對材料進行熱處理能夠有效地改善材料性能，在機械制造中發(fā)揮著重要作用。例如，低碳鋼中的含碳量較低，對其進行熱處理無法有效地改變其金相組織，淬火處理后內部的馬氏體數量也十分有限，調質處理也基本無法改變其機械性能。因此，在對低碳鋼材料進行處理時，不應采取調質處理的方式，但可以進行表面滲碳、滲氮處理，再對表面進行淬火，而對于中碳鋼或高碳鋼材料，可以直接對其進行淬火處理。因此，在設計一些需要進行表面淬火或整體淬火的零部件時，設計圖紙中不應只給出淬火的技術要求，而是要規(guī)定淬火前需要進行預熱處理。如果設計圖紙參考已經成型的圖紙，技術要求中僅給出了抗拉強度的要求，沒有提出具體的熱處理要求，需要作出相應的改進，增加相關要求。

1.3 公差及精度的可行性差

在機械設備的零部件制造過程中，對于公差與精度的控制會受到人員技術能力、設備能力、材料性能以及制造工藝等多方面因素的影響。設計圖紙中給出的是理想狀態(tài)下的理論參數，而在經過各個生產環(huán)節(jié)后，最終形成的產品會與這些理論參數存在一定的差異。為了有效地提高零部件制造精度，需要使用精度更高的設備，技術能力更強的人員。而由于車、銑、刨等機械加工設備的加工方法不同，因此加工出來的零部件在公差及精度方面均存在較大差異。對于非標機械設備設計和制造而言，一般需要在確定設計圖紙后進行設備制造招標，一旦在考察機械制造企業(yè)時存在疏漏，就會導致加工設備的公差與精度無法滿足要求的情況。而在選取公差等級時，必須保證設計產品的精度與零部件的互換性，并且要參考生產設備的經濟性以及生產工藝的可行性。例如，非標機械設備中需要設計一個掛槽，設計圖紙中要求將50 mm×50 mm的方板焊接在5 mm×15 mm×2 000 mm的鋼板上，并在5 mm的鋼板表面進行機械加工。在焊接工序完成后，零部件在自然放置過程中就會變形，需要裝夾到臺面上時，固定難度會增加，道具在接觸加工面時會出現偏移問題。這個掛槽的技術要求對于制造工藝的可行性考慮不足，對于零部件的加工精度要求較高，制造成本會隨之增加。

2 非標機械設備制造中的相關質量問題及優(yōu)化

2.1 材料與技術要求不符

在進行非標機械設備制造時，會遇到采購周期問題或加工成本問題，可能還會出現材料與要求不符的問題。在這種情況下，如果不改變設計原則，就不會對零部件的強度與性能造成不利影響，就能夠保證設備質量滿足要求。例如，在非標機械設備框架制造中，使用同樣規(guī)格的Q355B鋼板代替Q355C鋼板，由于這兩種材料在規(guī)格相同的情況下屈服強度與抗拉強度相同，只在斷后延伸率方面存在一定的差異，并且沖擊功能的試驗溫度不同。而同時，機械設備的框架對材料沒有特殊要求，可以使用Q355B鋼板代替Q355C鋼板。但是，在零部件對材料有特殊要求時，如果替換的材料無法滿足相應的要求，將會造成嚴重的質量問題，帶來一定的安全隱患。例如，在非標機械設備中，需要使用42 CrMo作為油缸的材料，而在實際制造過程中使用45號鋼代替，會導致油缸的質量無法滿足要求。

2.2 技術要求執(zhí)行不全面

在非標機械設備制造過程中，技術要求執(zhí)行不全面主要體現在沒有按照要求對零部件進行熱處理，需要進行探傷檢測時沒有按照要求執(zhí)行，或探傷比例無法滿足要求等。例如，在制造連鑄設備扇形段框架時，設計圖紙要求全熔透對接焊縫，鋼板需要開V字形坡口，留有間隙2 mm，并對焊縫進行探傷檢驗。但是，在實際制造中，框架擋塊焊縫沒有開坡口，或者反面沒有實施氣刨清根后焊接，這就無法對其進行探傷檢測。

2.3 加工精度無法滿足技術要求

對于大型非標設備而言，制造過程中的精度會受到焊接誤差、熱變形、定位誤差、制造誤差等因素的影響，導致幾何尺寸、形位公差無法滿足設計圖紙中規(guī)定的技術要求。一些機械制造單位的技術能力不足，選擇的加工設備精度無法滿足要求，就會造成零部件的形位公差、表面粗糙度等。

3 結束語

總而言之，在非標機械設備的設計與制造過程中，設計圖紙是加工與檢驗的主要依據，生產過程則是對設計圖紙進行檢驗的途徑。因此，設計單位需要與制造單位形成良好的溝通，互相進行學習與交流，不斷發(fā)現非標機械設備的設計與制造中的相關質量問題，制定針對性的優(yōu)化途徑和工藝技術，有效的提高非標機械設備質量。

參考文獻

[1] 初文博，劉明哲.非標設備設計及加工分析[J].山東工業(yè)技術.2019（10）：35.