浅谈机械设计加工中应注意的问题

2015-02-24杨增光

橡塑技术与装备 2015年24期

关键词：砂轮热量加工

杨增光

（河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄 050200）

浅谈机械设计加工中应注意的问题

Several problems should be noted in the mechanical design process

杨增光

（河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄 050200）

任何企业要想拥有较高的竞争力，很好的收益，所依靠的就是利用低成本以及高收益。在机械制造行业中，设计工作占有很重要的地位，因为它是所有加工工作的第一步，更重要的是其与机械产品的质量息息相关。任何一个设计以及加工者都无法避免的遇到各种各样的问题。本文就机械设计加工过程中常见的问题进行总结分析。

机械设计；材料；标准化；力学作用

1 设计过程中材料方面的注意事项

在进行机械零件的设计加工过程中，对应材料的选择至关重要，这会直接影响到产品的质量以及使用寿命等等。在进行材料的选择时，如果以前有相同或者类似的零件，就可以按照以前的选择方法。如果是首次设计加工，并且对材料的性能没有过多要求，就可以根据手册的相关数据进行计算分析，再确定使用的材料。但是，在平常的工作过程中，工程师对材料的选择并不是太重视。

1.1 材料选择的要求

（1）在使用性能方面。使用性能就是材料在使用过程中所要求的功能表现，这是在进行选择材料的时候应该注意的问题。不同的零件所要求的使用性能是不同的。比如说，有的零件要求高刚度，有的零件要求耐热性，有的零件要求的是韧性甚至是没有特殊的要求。所以选材之前要充分考虑零件的使用性能的要求，再进行精确的选择。

（2）在工艺性能方面。所谓工艺性就是指在加工制造过程中，材料要能够经受各种加工工艺，比如热或者切削加工工艺。一定要满足制造出成品的基本要求，并且加工容易，质量可靠。比如热加工工艺的性能就是要满足锻造、焊接以及进行热处理的条件。

（3）在经济性能方面。所谓的经济性能就是指要以最低的成本收获最可观的利润。另外在满足使用要求的情况下，材料的成本也是越低越好。尽量减小材料的成本在总成本中占的得比重；利用各种精加工的工艺对材料进行加工，减小切削面的浪费，尽力做到提高其利用率；成品的加工以及后期的维护费用要尽可能的低；一些组合的部件尽量采用摩擦性小的好金属，其他部件就可以采用便宜的材料；在材料的代用方面，尽量利用我国储备量大的材料，避免那些稀缺金属，要求硬度的材料可以采用热处理工艺进行处理，而避免使用贵重金属。

1.2 材料选择的方法

（1）对成品寿命周期成本的考虑。零件材料的使用对产品的寿命周期成本有很大的影响。在实际加工中，在满足使用性能的前提下，选用成本低廉的材料，可以降低制造产品的寿命周期成本。但是如果选用成本稍高但是性能更好的作为材料，考虑到可以很好的延长使用寿命，降低后期的维护费用等优势，反而是可以降低成品的寿命周期成本的。

（2）产品加工制造的方法选择是进行材料选择的一个重要方法。就是要把设计以及材料选择和加工工艺综合考虑，选择材料结合某一个甚至全部的加工步骤的加工工艺的费用综合。

2 设计过程标准化，提升质量，减少成本

机械零件是整个机械的最小组成部分，在进行制造加工的时候，标准化是很重要的。标准化就是工程师综合零件的物理性能、材料性能以及设计步骤和图纸要求等，制定的加工人员要遵守的规则。这样的好处具体有：①可以结合最高新的技术来进行批量的零件制造，极大的减少了成本，提高其加工质量。②材料相同，零件的各种性能相差不大，可以在对比中加强可靠性。③标准化的设计，批量的加工，缩短了制造周期，工作效率高，质量高。

在市场经济中，各机械加工企业都应根据市场变化来设计新产品，并不断的提高质量，减小成本，提高收益。要实现这些目标，就必须要落实标准化，做好开头的设计，才可以给后续工作铺好路，在激烈竞争中迅速脱颖而出。

3 机加工工程中的物理及力学性能的因素

由于零件在进行机械加工的过程中，有大量的切削热量产生，就会导致零件表面的物理力学性能受到一定的影响，而材料原有的基本性能就会有所变化，下面就其中的主要变化进行叙述。

3.1 表面金相组织的影响

如上所述，在机械加工过程中摩擦产生的大量的热量使零件表面温度升高，一旦温度超过零件材料金相组织的上限，其自身就会产生变化。就切削加工来说，产生的热量大部分附于切屑，就被碎屑带走，所以对材料表面的影响相对较小。但是在磨削过程中，不仅热量无法被带走，产生的热量是前者的几十倍，这种高温必定会使材料金相组织性能发生变化。

（1）磨削用的砂轮分为硬砂轮和软砂轮，对于硬砂轮来说，其磨料颗粒是不会轻易脱落的，导致其可能会被切屑堵塞。所以在砂轮的选择上最好使用软砂轮。

（2）随着加工过程中深度的不断加深，零件的表面以及其内部温度就会升高，这样很容易导致烧伤；其中纵向进给量不断加深的时候，虽然温度在不断的升高，但是对应的加工时间缩短，烧伤程度可适当减小。如果采用加快加工速度的话，零件表面就会变的更加粗糙，所以可以增加砂轮的转速。在不断的实践过程中，经验表明，同时提高进给速度以及砂轮的转速可最大程度的减轻零件表面的烧伤程度。

（3）在实际操作中，减小切削产生的热量还有不断提供切削液的冷却方式。但是由于磨削过程中砂轮转速较高，切削液的附着能力减弱，对热量的减小作用不大。所以可以采用对切削液加压以及增大流量的方式进行操作。不仅加强了冷却的效果，还可以对砂轮表面进行冲洗，避免堵塞。

3.2 加工表面的冷作硬化

零件在加工过程中会由于刀具的作用产生晶体间的滑移，会使晶粒变长或者破碎，使材料变硬。

（1）当切削的速度变大，刀具和零件的接触时间小，产生的变形就小，其产生的热量就多，冷硬时间短，效果不好。进给量大的时候，产生的压缩变形就会加大，对应的冷硬效果就好。进给量小的时候，同样的刀具和零件的接触次数增多，冷硬效果也好。

（2）刀具的刀刃半径大以及由于磨损都会使冷硬效果加强。

3.3 残余应力的作用

在零件加工过程中，冷态以及热态的塑性变形都会产生对应的残余应力，在加工过程中应注意对机件表面残余应力的消除。另外由于热量导致的金相组织的变化也会产生应力，这也是加工过程中要注意的。