關于機械設計過程中零件結構合理性設計的研究

韓 穎 俞軍坤

（1.浙江歐可美科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州悅克智控科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

零件本身結構的合理性和精度對機械加工過程的影響十分嚴重，隨著現代零件結構的日漸復雜，人們對零件設計和加工要求越來越高，而零件結構設計的合理性設計，可以提升其具體的加工效率和質量。因此，在具體零件結構設計過程中，應該以合理性和科學性為原則，將更多的先進技術應用其中，進而全面提升整個機械加工水平和效率。

1 機械零件結構合理性設計的基本原則

1.1 機械零件結構應該與結構材料相適應

由于材料的不同，展示出來的性能也不同，這其中包括力學性能、物理化學性能等。因此，在產品材料選擇好之后，整個零件結構設計應該與具體的材料工藝性能相符。站在某個角度來說，一旦產品材料確定之后，具體的生產工藝性能和工藝過程也就基本得到了確定，為工作人員確定產品結構的基本形式提供了便利條件。例如，某產品在制作過程中以鑄鐵為主，如果鑄鐵的鑄造性能較強，那么該零件會以鑄造生產為主，促使其基本形式與鑄造工藝要求相符。根據具體的結構性能，該零件應該以薄壁結構形式為主，不會采用實心操作。另外，在凸輪軸制作過程中，如果選擇45鋼為原材料，此時凸輪軸的制作往往會以鍛造成型為主，在軸設計上也會以實心為主，只有這樣，才能降低工藝制造成本，提升其實用性。

1.2 機械零件結構應該與毛坯成形方法相適應

由于不同的毛坯成形工藝適用于不同結構形狀的毛坯生產的過程中，站在某種角度來說，毛坯成型工藝會對零件結構產生較大影響。在鑄造成型過程中，可選擇的工藝很多，往往可以將一些結構復雜的零件生產出來，尤其是在芯子制造上具有多變性特點，為后續復雜內腔的制定提供了基礎。整體來看，為了進一步提升設計效果，人們可以采用具體的空中結構將零部件的剛性提升，進而降低材料用量的消耗程度。象在結構復雜的箱體設計上，可以利用焊接形式進行，但焊接過程中的箱體內腔不能太過復雜，否則將會增加整個焊接生產工作的難度，最終提升企業的生產結構成本。又如，在曲軸生產過程中，由于鑄造工藝具有較強的成形性，可以進一步降低軸的加工余量，提升金屬利用率，其制造成本也要低出鍛軸很多。在曲軸鑄造過程中，其具體的結構設計可以比較復雜，但必須與相關鑄造工藝要求相符，并做到形狀對稱。最后，如果不加工面與分型面相垂直，設計人員需要將整體結構斜度突顯出來。

2 機械設計過程中零件結構合理性設計的具體方法

2.1 毛坯的合理選擇

首先，對毛坯形狀進行確定，為了確保機械零件的加工效率，設計人員需要盡可能地確保毛坯尺寸與形狀和機械零件本身結構相符。在形狀相似的情況下，可以避免毛坯出現過度粗糙的問題，提升機械零件的加工量。另外，在具體的機械零件設計過程中，還要選擇一些先進的毛坯加工手段，只有這樣，才能在機械零件批量生產過程中，獲得更好的加工效果。其次是毛坯結構的確定，該項工作的開展情況主要由機械零件結構直接決定，由于毛坯結構對機械零件的加工過程容易產生影響，在具體加工設計工作中，工作人員應該提升對毛坯結構選擇的重視程度。為了對結構的難易程度進行掌握，人們可以對合并和分解方法進行選擇。換句話說，在毛坯結構加工過程中，可以將結構簡單的零件組合到一起，組成一個新的零件，或者將一個結構較大的毛坯削成幾個小的零件，進而與機械零件加工要求相符。例如，在車床絲杠螺母合口瓦和活塞環加工過程中，工作人員可以先進行長套筒和整個毛坯的加工，之后將合口瓦切削成2個部分，在各項零件符合標準要求之后，再進行車床加工，切割出與要求相符的活塞環。

2.2 零件結構的合理簡化

在具體的機械零件設計加工過程中，為了進一步提升零件的加工效率，人們可以將整個機械零件的加工面設計成簡單的幾何平面，如圓面等，并將具體的零件結構簡化，進而為后續零件加工工作的開展提供便利條件。除此之外，工作人員還可以根據具體的零件結構特點，將全部零件分成合體式和分體式2種結構。部分機械零件在加工過程中，以合體構件的加工為主，這樣一來，便可以降低連接件中的技工量，還能進一步減少組裝工作的開展。還有部分零件在加工時無法進行合體加工，此時分體式加工的功能便能徹底發揮出來。設計人員可以將零件分解成2個部分，一個是套筒部分，另一個是球形底面墊塊，這樣可以將加工程序簡化。當2部分加工工作全部完成之后，工作人員只需要將球形底面墊塊加入套筒之中即可。

2.3 減少零件加工面

在機械零件結構設計過程中，應進一步降低加工面積，這樣一來，整體零件的加工量也會得到大幅度降低，提升加工效率。在實際工作中，還會出現很多零件結構定位，此時，工作人員需要確保整個零件加工精度能夠得到大幅提升，并且對零件裝配進行有效控制，長此以往，會增加零件的加工量和加工難度。為此，工作人員在加工工作開始之前，對整個零件結構進行適當調整，進而將零件定位到一個端面之中，提升定位的合理性，為整體加工工作提供便利的同時，提升加工精準度。除此之外，在具體的機械零件加工過程中，工作人員需要注意的地方有很多，例如不能在封交的內表面開展加工工作。一般來說，機械零件的內部加工本身存在很大難度，其內部表面處于半封閉狀態，不利于加工工作的全面開展。因此，工作人員一定要避免這種情況的出現。

2.4 提升零件的設計精度

在機械零件加工完成之后，相關參數與零件設計參數保持同步，這也充分證明了零件本身具備較高精度，能夠與機械設備相匹配，還可以進一步提升機器的使用效率和價值。從這里也可以看出，零件加工精度與零件加工質量息息相關，但在具體設計過程中，其加工精度容易受到很多因素的影響。例如，在空腔類零件設計和加工過程中，很容易受到外力的影響，進而導致整個零件出現變形問題。為了避免這種情況的出現，零件加工精度的提升顯得十分重要。設計人員在零件設計過程中可以將其結構改成盒狀，將原來的開口端設計成閉口端，只有這樣，才能將零件的薄弱區強度提升，避免變形情況的出現。為此，設計人員應該從零件的穩定性角度入手，實現零件結構的全面優化，提升精度。

3 結語

綜上所述，機械零件的合理設計是保證機械產品質量的基礎，更是提升其生產效率的必要條件。因此，在具體的機械零件設計過程中，應該將其中的設計結構合理性地展示出來，并以實際情況為主，對相關機械零件性能進行優化，改善其零件結構，只有這樣，才能確保整個機械零件設計與現代化機械生產需求相符。