機械設計制造中常見的問題研究

【摘 要】本文主要介紹了機械設計制造過程中常見的問題，充分注意這些問題能夠有效的提高機械制造過程中的性價比和質(zhì)量，本文的研究可以作為機械設計制造過程中的參考。

【關(guān)鍵詞】機械設計；制造；問題

0.前言

在市場經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，機械行業(yè)逐漸向多樣化的方向發(fā)展。要在綜合考慮各種情況的基礎(chǔ)上進行機械加工，在材料選擇的過程中要以性價比為選擇的重要標準，為了最大程度的提升設備的使用壽命應當將潤滑劑使用在機械加工過程中，這樣就能夠達到提高企業(yè)經(jīng)濟效益的目標。本文從材料的選擇、標準化的運用以及對機加工件表面層物理性能有影響的因素出發(fā)介紹了機械設計中常見的問題。

1.機械設計過程中對材料的選擇問題研究

1.1按照基本要求進行機械零件材料的選擇

首先應該滿足相應的使用性能要求，所謂使用性能指的是材料在使用過程中的表現(xiàn)，在選材的過程中應當將這些要求作為根本，不同的零件具有不同的使用性能要求，有的零件對于耐磨性的要求比較高，有的零件對于強度的要求比較高，有的零件在性能要求上很嚴格，有的零件只是對外觀要求比較高，因此在選材的過程中首先應當判斷出零件的使用性能要求。然后是工藝性能要求，所謂材料的工藝性指的是材料本身能夠適應各種加工工藝要求的能力，在加工制造過程中應當保證選擇的材料質(zhì)量的基礎(chǔ)上方便的制造出成品。

1.2選擇機械零件材料的方法

產(chǎn)品的壽命周期在很大程度上受到選材的影響，產(chǎn)品壽命周期成本的各個組成部分受到材料選用的影響。通常情況下，在保證工程實踐過程中產(chǎn)品合理功能或性能的前提下可以選擇價格較為便宜的材料，這樣有利于降低產(chǎn)品的壽命周期成本；但是另外一方面如果選用一些成本較高但是性能比較好的材料，在減輕產(chǎn)品重量的基礎(chǔ)上能夠增大壽命以及減少維修費用，因此這種機械零件材料的選擇方法從產(chǎn)品壽命周期成本角度考慮是經(jīng)濟的。

在材料選擇過程中還要進行制造方法的選擇，將結(jié)構(gòu)設計、材料選擇以及可用的加工方法有機的結(jié)合起來。要在考慮零件的某單項加工工序成本的基礎(chǔ)上應綜合考慮其整個加工路線所涉及的全部加工工序之總成本。

2.通過機械設計的標準化來降低成本并提高質(zhì)量

作為機器的基本組成要素，機械零件的設計工作離不開標準化。其中零件的標準化指的是按照一種大家共同遵守的標準對零件的尺寸、結(jié)構(gòu)要素、材料性能、檢驗方法、設計方法、制圖要求等進行確定，標準化主要有以下幾個方面的作用：首先機械設計的標準化在一些用途較廣零件的制造過程中能夠采用先進的方法以及專門化的工廠進行大量和集中的制造，同時在提高質(zhì)量的基礎(chǔ)上降低成本。然后，在對材料和零件的性能指標進行比較的過程中能夠提高零件性能的可靠性。最后，設計工作能夠通過采用標準結(jié)構(gòu)及零部件進行簡化，進而在縮短設計周期的基礎(chǔ)上提高設計質(zhì)量。

產(chǎn)品成本可以通過設計階段的標準化工作來降低，生產(chǎn)廠家在市場經(jīng)濟體制的影響下以市場不斷變化的需求為基礎(chǔ)進行產(chǎn)品品種的更新，進而在提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低物資消耗的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟效益。這些目的的實現(xiàn)和標準化聯(lián)系非常密切，通過標準化手段的采用來嚴格的進行產(chǎn)品設計，增添企業(yè)的市場競爭力，促進企業(yè)新產(chǎn)品的設計和開發(fā)。

3.機加工表面層物理力學性能影響因素研究

在切削力和切削熱的作用下，機械加工工件表面層發(fā)生了非常大的物理力學性能變化，使得與基體材料性能的差異，其中表面層的金相組織和硬度的變化及表面層出現(xiàn)的殘余應力是這些變化的主要表現(xiàn)方面。

3.1表面層金相組織的變化

機械加工過程中所消耗的熱量是加工表面的溫度逐漸升高，當溫度達到金相組織變化的臨界點時表面層金相組織就會發(fā)生相應的改變。由于一般的切削加工的切削熱被切屑帶走，產(chǎn)生的影響比較小。但是在磨削加工過程中單位面積上產(chǎn)生的切削熱比較大，表面層金屬在切削區(qū)高溫的影響下出現(xiàn)了相變，另外，砂輪材料、磨削用量是影響磨削燒傷的主要因素。

3.2加工表面的冷作硬化現(xiàn)象

加工過程中的晶體之間由于表面層金屬的塑性變形而產(chǎn)生剪切滑移，晶格在嚴重扭曲的過程中出現(xiàn)了晶粒的拉長、破碎和纖維化，進而使材料的強度和硬度逐漸提高，這就是冷作硬化的過程。其中硬化層深度、表面層的纖維硬度、及硬化程度是加工表面冷作硬化的主要指標。硬化程度的增大使得硬化層的深度逐漸加大。其中切削用量和刀具是影響冷作硬化的主要因素。

3.3表面層的殘余應力

表面層的殘余應力指的是切削過程中金屬材料的表層組織發(fā)生形狀和組織變化，在表層金屬與基體材料交界處產(chǎn)生的彈性應力主要有兩個方面的原因產(chǎn)生了表面層的殘余應力。一方面是冷態(tài)塑性變形所引起的殘余應力。另一方面是熱態(tài)塑性變形引起的殘余應力。

4.潤滑劑的特性及應用研究

通過對工件的切削、研磨、沖壓和拉拔等工序操作使得工件得到所期望的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量，而在加工工藝過程中使用的潤滑冷卻材料就是金屬加工潤滑劑。

4.1潤滑劑的主要作用

目前使用的金屬切削潤滑劑主要有以下幾個方面的作用：第一，延長刀具的使用壽命，保證和提高工件的加工尺寸精度；第二，及時排除金屬屑，確保切削過程順利進行；第三，防止機床和工件產(chǎn)生腐蝕和銹蝕；第四，改善工件表面的光潔度；第五，提高切削加工效率，降低成本；第六，及時帶走切屑熱，迅速均勻冷卻刀具和工件等。而為了實現(xiàn)上述的主要作用金屬切屑潤滑劑主要應該具有冷卻性能、清洗性能以及防銹性能三個方面的主要性能。

4.2選擇金屬切削潤滑劑的方法

在選擇金屬切削潤滑劑的過程中，第一要根據(jù)切削加工的具體工藝條件和要求進行純油性或水溶性切削潤滑劑的選取，在選擇的時候可以借鑒機床供應商的建議。第二，在選取的時候要可以借助經(jīng)驗來進行，例如在進行低速切削的過程中采用純油性的刀具，在進行高速切削的過程中采用水溶性的硬質(zhì)合金刀具等。

5.總結(jié)

在機械加工的過程中有很多需要注意的問題，在機械加工的過程中，加工成本、加工工藝等性能都會在一定程度上影響機械加工設計過程，因此為了更加充分的保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量以及成本，保證高的性價比就需要在加工的過程中對各種影響因素進行控制。后續(xù)還應當對機械設計制造過程中常見的問題進行更加深入的研究。

【參考文獻】

[1]李濤.石油機械設計加工中常見問題分析[J].中國科技縱橫，2012，32（12）：56-58.

[2]沈歡.對機械設計加工中的常見問題分析[J].新材料新裝飾，2014，26（11）：32-36.

[3]左濱.機械設計制造中常見的問題剖析[J].大科技，2013，26（31）：32-36.