淺談機械設計加工中應注意的問題

楊增光

（河北遠東通信系統工程有限公司，河北 石家莊 050200）

淺談機械設計加工中應注意的問題

Several problems should be noted in the mechanical design process

楊增光

（河北遠東通信系統工程有限公司，河北 石家莊 050200）

任何企業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。在機械制造行業中，設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，更重要的是其與機械產品的質量息息相關。任何一個設計以及加工者都無法避免的遇到各種各樣的問題。本文就機械設計加工過程中常見的問題進行總結分析。

機械設計；材料；標準化；力學作用

1 設計過程中材料方面的注意事項

在進行機械零件的設計加工過程中，對應材料的選擇至關重要，這會直接影響到產品的質量以及使用壽命等等。在進行材料的選擇時，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。如果是首次設計加工，并且對材料的性能沒有過多要求，就可以根據手冊的相關數據進行計算分析，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，這是在進行選擇材料的時候應該注意的問題。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、焊接以及進行熱處理的條件。

（3）在經濟性能方面。所謂的經濟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，降低后期的維護費用等優勢，反而是可以降低成品的壽命周期成本的。

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

2 設計過程標準化，提升質量，減少成本

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

在市場經濟中，各機械加工企業都應根據市場變化來設計新產品，并不斷的提高質量，減小成本，提高收益。要實現這些目標，就必須要落實標準化，做好開頭的設計，才可以給后續工作鋪好路，在激烈競爭中迅速脫穎而出。

3 機加工工程中的物理及力學性能的因素

由于零件在進行機械加工的過程中，有大量的切削熱量產生，就會導致零件表面的物理力學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行敘述。

3.1 表面金相組織的影響

如上所述，在機械加工過程中摩擦產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，其自身就會產生變化。就切削加工來說，產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部溫度就會升高，這樣很容易導致燒傷；其中縱向進給量不斷加深的時候，雖然溫度在不斷的升高，但是對應的加工時間縮短，燒傷程度可適當減小。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速。在不斷的實踐過程中，經驗表明，同時提高進給速度以及砂輪的轉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行操作。不僅加強了冷卻的效果，還可以對砂輪表面進行沖洗，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生晶體間的滑移，會使晶粒變長或者破碎，使材料變硬。

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

3.3 殘余應力的作用

在零件加工過程中，冷態以及熱態的塑性變形都會產生對應的殘余應力，在加工過程中應注意對機件表面殘余應力的消除。另外由于熱量導致的金相組織的變化也會產生應力，這也是加工過程中要注意的。

4 結束語

在當下的市場經濟中，機械產品的種類越來越復雜。這就要求我們在不斷前進的過程中對加強機械加工過程中材料的選擇以及各種不利因素的認識，要提升到一個新的高度。在加工中降低成本，提高收益，使經濟穩定飛速發展。

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[2] 王永靜. 我國機械制造技術的現狀及發展方向[J]. 黑龍江科技信息，2011 年 20 期.

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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，研究方向為機械制造及工藝設計。

2015-11-17