机械设计与机械加工中常见问题及改善措施分析

2020-11-26严翀

商品与质量 2020年35期

严翀

攀枝花钢城集团有限公司冶金辅料分公司四川攀枝花 617000

我国社会和国家的发展，工业是最为重要的支柱产业之一。谈及工业，无论是重工业还是轻工业，各式各样的仪器设备都是其最为典型的代表形象。仪器设备的整体水平也从侧面反映了一个国家整体的工业水平、科技水平。仪器设备整体水平中，机械设计是其重要的一个衡量维度。机械设计加工水平高，自然国家的仪器设备乃至整个工业都能飞速发展。在机械设计加工领域，材料的选择和使用是最为重要的基础性设计，直接决定整个机械设计。

1 机械设计与机械加工论述

1.1 机械设计

机械设计通过对机械制造设备的工作机理进行探究，然后通过各项工艺之间的契合制定出完整的工件生产文件，如材料、尺寸、润滑等工序。机械设计是机械生产的前提，同时也是机械设备质量、性能的重要体现，机械设计过程中，制定出完整的计划可有效降低加工成本，提供设备的稳定性。一般来讲，针对同一个零部件进行设计时，一般需制定多种设计方案，考虑到机械设备质量性能与零部件的精准性，技术人员应对零部件设计图纸的可行性进行探究，确保整体加工阶段进行的完整性。从近几十年的设计转变来分析，我国机械加工设计已经取得重大突破，特别是在计算机软件技术的支持下，图纸文件的设计也从传统的纸张转移到平台系统中，技术人员可对设计文件多维度考量，提高设计的精准度，减少后续加工工序的繁琐度。

1.2 机械加工

机械加工是指零件由原料转变为成品的过程，通过对原料进行尺寸、性能上的改变，为零件赋予新的功能属性。不同零件所需的加工工序具有较大差异性，如复杂类零件需要经过多种工序组合来实现加工，且每一项制作工艺必须遵循相应的基准才可实现有效契合。在现代化技术的支持下，机械加工由传统的人工操作大部分进入到自动化、智能化操控中，工作人员只需通过指令参数的设定，便可令设备运作来加工出所需的零件，提高产品加工质量。

2 材料选择是机械设计加工的关键

仪器设备的功能性、安全可靠性等性能是其最为关键的特性，而仪器设备要想功能性、经济性等整体保持高水平，优质的机械材料的选用是关键。机械设计加工中，材料选择得当，再配以合适的结构设计，机械设备必然在工作性能、使用寿命等方面有优异的表现，从而在市场竞争中得以脱颖而出。相反，机械材料选择错误，相同设计下设备的性能必然大打折扣。材料选择除了能直接影响机械设备的性能，对其经济性、绿色环保等方面的指标也有显著影响。好的材料选用，在满足机械设备的功能性要求基础上，能大幅度降低用料成本、加工制造成本以及使用过程中的故障率，极大提高机械设备的经济性。此外，从源头重视和选用绿色环保的材料，也能大幅提升机械设备成品的环保性，从而在当前可持续发展的大趋势下使得设备获得更大的竞争力。综上所述，机械设计加工中，重视材料的选择意义重大[1]。

3 机械设计和机械加工中存在的问题

3.1 零件表面质量难以保证

深入分析研究机械加工零件表面质量的影响因素，对零件表面质量的提高以及次品率的降低有着重要的作用。目前，机械设计加工的切削用量和材料的性质是影响零件表面质量的主要因素，越大的切削用量会造成越大的材料变形和表面粗糙度。在机械加工过程中，使用刀具加工塑性零件时会由于受力而使得加工零件产生变形，而且零件和刀具的切隔分离还会产生受力作用，从而对零件的表面质量产生影响。在进行机械设计加工时，产品的冷却变形以及零件内部组织发生的变化等多种因素也会对加工零件的物理性能产生影响。

3.2 产品性价比较低

机械设计是一项较为专业和精细的工作，而在加工过程中容易受到相关因素的影响，从而对产品的合格率产生影响。这就要求加工人员具有优秀的专业能力和强烈的责任心，不断对机械加工技术进行优化和改进。但是在实际生产之中，不少企业会由于成本的原因而应用欠先进的加工技术，这就使得产品的性价比较低，企业的竞争力大幅度下降。

3.3 材料与结构不对称

对于机械加工来讲，文件设计与自身机械性能影响加工质量最主要的因素，以机械结构为基底，如从不同角度进行设计与分析，产生的加工难度也具有较大差异性，同时，加工精度、成品性能也略有不同。在此种问题下，要求设计者必须对机械设备进行全方面了解，清楚的认知到机械加工过程中每一个机械部件所产生效果。从材料方面来讲，不同材质原料间性能的差异性，决定着零件本身的质量性能，如切削工艺、打磨工艺等，都将在一定程度上改变零件的质量。

3.4 加工精度问题

加工精度是相对于机械设备系统来讲的，企业在进行加工时，产品质量性能越高，证明其在社会市场中竞争力也就越强。然而现场加工与预期设计是存在一定误差的，且此类误差不可避免，除上文提到的系统磨损原因，还包括系统内部的热变形、受力点形变、机械装夹问题等因素。如设计人员并未考虑到零部件本身的承受能力，采取错误的加工方式，在切削过程将加大热变形产生的几率，令零部件与加工刀具之间产生相对位置，此种情况将直接令零部件产生较大的误差。此外，如操作人员在装夹过程中零部件错误装夹时，则必然造成额外的加工事故，严重增加了加工成本。

3.5 基准化问题

机械零件的设计是以市场需求为主的，产品在制作过程中，应严格遵循基准的设计参数，如尺寸、性能、工艺等，确保每一项操作工序的规范性。然而，在实际加工过程中，受到多方面因素的影响，产品实际加工阶段并未能满足预期设计阶段，如机械设备经由长时间的加工，设备零部件造成一定的磨损，导致加工精度下降，尽管可将成品质量控制在有效误差内，在一定程度上仍然降低零件的性能质量。特别是对于精密化零部件来讲，即便是加工过程出现几微米的误差，也可能造成严重的蝴蝶效应。这就需要设计者在图纸设计过程中，应针对产品及设备进行全方面考虑，然后逐步检测可能发生的问题，尽可能的减少设计与加工周期，最大限度的提升产品质量[2]。

4 机械设计和机械加工中相关问题的解决策略

4.1 制定科学合理的加工流程

对于机械设计加工，可通过制定科学有效的加工流程来降低加工成本，并有效保障加工产品的质量，大幅度缩短机械加工周期，使产品质量由于加工时间过长而受到影响的情况得以避免。对于机械设计加工操作，应当一次性完成，避免影响零件的加工质量，这就需要选择合适的加工方法和加工工序。

4.2 材料选取方面

材料选取主要以刀具材料、部件材料为主。对于成品的零部件来讲，材料的质量性能直接决定着后续的应用，为此，在对刀具材料进行选择时，应先依据原材料特性、加工工艺等来正确择取，例如在对锻件钢制材料进行粗加工时，应选择YW 的刀具，而在进行精加工后，则应选取T15 的刀具。在对部件材料进行选择时，其主要是以应用性能为主，在保证质量的前提下，最大限度的降低成本损耗。同时，应对部件的加工时间与加工工序等进行分析，确保材料质量性能满足使用需求。此外，设计人员应依据产品的加工数量，正确计算刀具材料加工期间所产生自然损耗，尽量缩减加工误差，降低生产成本。

4.3 选择合适的刀具和润滑剂

在机械设计加工过程中，刀具极大程度上影响着机械加工的生产过程。不同材料有着不同刀具的选择要求，应当根据表面硬度和粗糙程度选择合适的刀具。应当选择合适的润滑剂，比如有纯油性润滑剂和水溶性润滑剂，而在进行机械加工时，高速钢刀的低速切削和硬度钢刀的高速切削可使用纯油性润滑剂。

4.4 切削加工方面

当前，机械设计与切削加工中，多数以自动化为主，通过相应的参数设定对零部件进行大批量加工。切削加工作为零部件产品加工中的重要工序，在对零部件产品的切削用量进行计算时，应对零部件的性能进行多角度分析，避免零件加工出的成品与预期设计存在较大的误差。从机械加工角度来看，刀具、切削工序、切削类型等与产品质量具有较大关联性，如想最大限度的提高零部件加工质量，可从切削速率与深度为出发点，将材料的韧性、刚度、热处理形式等作为辅助条件，降低零部件生产的消耗量，同时也提高各项零部件加工过程中精度性，实现高效率、智能化的生产加工。

4.5 创新观念，提升产值

技术是第一生产力，只有不断提升企业的生产加工技术，才能生产出质量上乘、价格低廉的机械设计产品。要大胆出新，勇于改革创新，发挥主观能动性，要具有工匠情怀，要不遗余力的做好每一项工作。在机械加工设计的过程中，合理控制加工成本，加强对于生产过程中的质量监督，增强企业员工的安全责任意识，坚持“保质量出精品” 的原则，切实有效地将机械设计制造工作落到实处。只有产品过硬，才能提升机械设计制造加工产品的知名度，才能够在激烈的市场竞争中占得一席之地[3]。

4.6 提升机械设计技能

随着经济水平的不断提高，企业以及消费者对于机械设计加工产品的要求也越来越高。我们必须要不断进取，要针对产品的性能不停地完善机械产品的结构、大小以及功能，使机械产品更加精准，力求使每一个机械设计产品都达到极致。机械设计工作者要制定科学、统一的机械设计制造流程，提高员工的业务能力和水平，尽最大可能提升产品的生产质量。设计加工每一个环节都要做到丝丝入扣。例如，在机械设计加工之前，要组织专家和行业管理者进行专业会谈，制定完善的产品设计规划书。在机械加工设计过程中，严格执行规划书的尺寸大小和形状，确保不出纰漏，保障机械设计加工过程的顺利进行，也为产品质量严把 “第一道” 关卡。

4.7 加大对机械设备的保养

大量数据结果显示，重视机械设备的保养可以提升机械生产加工的工作效率达30%-50%。做好机械设备保养工作，也可以降低机械设备使用过程中的磨损。如果在机械加工工作完毕之后，及时用润滑剂保养机械设备，不但可以清理掉内部的残屑，还可以有效延长设备的使用年限，降低购置设备的成本，为企业带来更大的经济效益。

4.8 积极探索新型材料的特性，加大选用力度

机械设计加工，无外乎是安全性能和经济效益这两者之间的对抗和平衡。优秀的机械设计，必然是在性能和经济上取得了良好的平衡。尤其是随着我国经济、科技以及社会主义市场化制度的不断前进，市场化竞争逐渐成了企业乃至行业发展的主流趋势，各行业的市场化竞争意识越来越高，竞争压力也越来越大。要在激烈的市场竞争中站稳脚跟，对机械设备相关企业而言，进行设计改进，产品升级是必须。当前机械设备的众多改进趋势中，轻量化、环保化以及高科技化的趋势越来越明显。而随着材料技术的提升，复合材料、高分子材料等新型材料在耐腐蚀、轻量化等方面有卓越的性能优势。为了有效促进机械设备的更新升级，积极选用例如复合型材料、高分子非金属材料等新型材料来替代传统的金属材料，是一个十分有效的方法。

4.9 专业人才方面

工作人员作为技术施行的重要载体，对于工作人员来讲，其操作工序决定着最终操控结果，尽管目前执行的是自动化、智能化，但在实际加工过程中，要想最大限度的提高产品加工效率，需对设备操控人员进行专业化培训，保证相应的操控技能可满足加工生产需求。在现场加工操控过程中，工作人员应对成品部件、原料、工序等进行正确了解，明确加工生产过程中可能出现的问题，然后制定相应的管控策略，确保每一项操控工序与设计参数相符。同时，工作人员应定期对机械设备进行检测，对磨损度较大的零件进行分析，查验某一个生产周期内机械设备的损耗，并及时对部件进行更换处理，确保每一项工序的设定，可发挥出应有的价值，为企业创造出更多的经济效益。