試論機(jī)械設(shè)計(jì)加工中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

胡凌峰，唐建勇

（秦皇島方華埃西姆機(jī)械有限公司，河北秦皇島066000）

近年來(lái)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和改革開(kāi)放的深入，各類(lèi)機(jī)械企業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，對(duì)于機(jī)械企業(yè)而言，要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中拓寬自己的市場(chǎng)份額，提高生產(chǎn)效率，必須要提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量。提高產(chǎn)品質(zhì)量的前提因素就是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)工作對(duì)于企業(yè)發(fā)展的重要作用也是不容小覷。機(jī)械設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性，不僅影響著產(chǎn)品的成本和制造的質(zhì)量，也影響著企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展，以下針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)加工過(guò)程中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行深入探討。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)材料的選擇

在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中,材料選擇是否得當(dāng),直接影響到零件的使用性能、使用壽命及制造成本。其具體包括以下幾方面內(nèi)容。

第一，材料必須要能夠滿足使用性能的要求。材料的使用性能是選材工作的首要分析要素，不同零件對(duì)于材料的使用性能有著不同的要求，有的零件注重材料的耐磨性能，有的零件注重材料的抗壓性能，有的零件需要高強(qiáng)度的材料，有的零件僅僅需要材料能夠滿足美觀性能即可。因此，在選材的過(guò)程中，首要的工作就是明確零件對(duì)于材料有何種要求，再根據(jù)不同的要求，選擇最為適宜的材料。

第二，材料必須要能夠滿足工藝性能的要求。材料的工藝性能反應(yīng)材料是否能夠適宜不同加工工藝的能力，即材料必須要能夠滿足質(zhì)量和制造的雙重要求，材料的工藝性能包括熱加工工藝性能、切削加工性能等，與使用性能類(lèi)似。不同類(lèi)型的零件對(duì)于材料工藝性能的要求不同。

第三，材料必須要滿足生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的要求。材料除了要滿足使用性能和工藝性能以外，還要能夠滿足生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性能，即材料的價(jià)格、加工費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用等要控制在合理的范圍內(nèi)，同時(shí)要使用組合結(jié)構(gòu)，提升材料的利用率，對(duì)于生產(chǎn)批量較大的零件，可以選擇物美價(jià)廉的材料來(lái)代替，降低生產(chǎn)的成本。

第四，材料的選擇方式。在工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，在保證產(chǎn)品前提的條件下，雖然可以使用價(jià)格低廉的材料，但是也要注意到，有時(shí)，材料的價(jià)格雖然相對(duì)較高，但是卻有著優(yōu)越的使用性能，使用這種材料制造出的產(chǎn)品使用壽命較長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低廉，也可以降低產(chǎn)品對(duì)能源的消耗，從產(chǎn)品壽命周期成本角度而言，有著經(jīng)濟(jì)性的特征。因此，在選擇材料的過(guò)程中，需要綜合地考慮各種因素，將加工路線中涉及的各種成本進(jìn)行選擇性對(duì)比，選擇性?xún)r(jià)比更高的材料。

2 影響機(jī)械加工件表面層物理力學(xué)性能的因素

2.1 表面層金相組織的變化

在零件加工的過(guò)程中會(huì)消耗大量的熱量，這些熱量會(huì)導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)溫度升高的情況，當(dāng)溫度突破臨界點(diǎn)時(shí)，零件表面層金就會(huì)發(fā)生一定的變化。一般的切削加工會(huì)帶走大量的熱能，對(duì)表面層金的影響不大。但是在磨削加工過(guò)程中，其產(chǎn)生的熱能較大，會(huì)給零件層金相組織帶來(lái)較大的影響。

2.2 加工表面的冷作硬化

零件在加工時(shí)表面層的金屬會(huì)出現(xiàn)塑性變形的情況，在該種因素的影響下，晶體間就會(huì)出現(xiàn)剪切滑移和嚴(yán)重扭曲的情況，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)晶體破碎、拉長(zhǎng)和纖維化的情況，進(jìn)而導(dǎo)致材料的硬度和強(qiáng)度發(fā)生變化，這就是冷作硬化。導(dǎo)致材料加工表面出現(xiàn)冷作硬化的因素包括切削用量、刀具以及工件材料等。

2.3 零件表面層的殘余應(yīng)力

在切削的過(guò)程中，零件表層金屬材料會(huì)出現(xiàn)組織和形狀的變化，在基體材料與表層的金屬之間會(huì)出現(xiàn)一種彈性應(yīng)力，該種應(yīng)力就是零件表面層的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致該種應(yīng)力出現(xiàn)的原因有三種，即由于冷態(tài)塑性變形導(dǎo)致的殘余應(yīng)力、熱態(tài)塑性變形導(dǎo)致的殘余應(yīng)力以及金相組織變化導(dǎo)致的殘余應(yīng)力。

3 潤(rùn)滑劑的特性及應(yīng)用

為了使工件得到所期望的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，需要對(duì)工件進(jìn)行切削、研磨、沖壓、軋制和拉拔等，金屬加工潤(rùn)滑劑是金屬在加工工藝過(guò)程中所使用的潤(rùn)滑冷卻材料。其具體包括以下幾方面。

第一，潤(rùn)滑劑的冷卻性能。零件的加工消耗的能量90%以上.均轉(zhuǎn)化為切削能，這種切削能不僅容易使刀具出現(xiàn)磨損，情況嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致零件出現(xiàn)局部燒傷的情況，這就會(huì)對(duì)零件的加工質(zhì)量和加工精度產(chǎn)生不良影響，為了解決這類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，必須要使用潤(rùn)滑劑來(lái)減少摩擦熱量的產(chǎn)生，也可以使用切削液對(duì)汽化、對(duì)流和熱傳導(dǎo)來(lái)進(jìn)行散熱。

第二，潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能。刀具在進(jìn)行切削時(shí)，常常會(huì)承受切削力的作用，使用切削潤(rùn)滑劑能夠有效地減少后刀面和零件、前刀面與切屑之間的摩擦力，從而降低功率的消耗，達(dá)到延長(zhǎng)刀具使用壽命的作用，也能夠有效提升零件表面光滑度，減少積屑瘤的產(chǎn)生。

第三，潤(rùn)滑劑的清洗性能。在對(duì)零件進(jìn)行切割的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的切屑，這些切屑會(huì)附著在刀具、工件和機(jī)床上，會(huì)對(duì)工件的加工質(zhì)量產(chǎn)生不良的影響，導(dǎo)致砂輪和刀具的使用壽命降低，也會(huì)對(duì)機(jī)床的精度產(chǎn)生不良影響。潤(rùn)滑劑具有的清洗性能可以有效減少金屬粉末和切屑對(duì)工件和機(jī)床的粘連，起到清洗的作用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)條件的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的品種呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢(shì)，因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)的加工過(guò)程中，必須綜合考慮各種情況，選擇性?xún)r(jià)比高的材料，同時(shí)，合理使用潤(rùn)滑劑，將加工的成本降低至最小化，提高設(shè)備的使用壽命，不斷地提升企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。此外，要加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的管理工作，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)工作，提高設(shè)計(jì)人員的專(zhuān)業(yè)技能水平和責(zé)任意識(shí)，保證其在設(shè)計(jì)的過(guò)程中能夠綜合考慮到各方面的制約因素，從根本上提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

［1］梁耀能.機(jī)械工程材料［M］.焦作：河南理工大學(xué)出版社，2012.

［2］胡家秀.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.