機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工中常見問題及改善措施分析

汪立俊

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)與加工是工業(yè)化發(fā)展的核心，產(chǎn)品的質(zhì)量、精度、效率等決定中生產(chǎn)企業(yè)在社會市場中的地位。要想最大限度的提高產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)從設(shè)計(jì)與加工兩個層面進(jìn)行衡量，通過制定相應(yīng)的基準(zhǔn)規(guī)范加工工序?；诖?，文章對機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工進(jìn)行論述，指出設(shè)計(jì)與加工過程中存在的問題，并對改善措施進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);機(jī)械加工;常見問題;改善措施

0 ?引言

近年來，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級，為與之對應(yīng)的機(jī)械加工行業(yè)提出更高的基準(zhǔn)，技術(shù)人員、操控設(shè)備等必須進(jìn)行不斷的革新，才可最大程度提高機(jī)械產(chǎn)品的加工精度，促進(jìn)行業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。然而，在機(jī)械設(shè)計(jì)與加工中，往往出現(xiàn)成品與預(yù)期設(shè)計(jì)圖紙不符合的情況，影響此類問題的因素很多，如待加工零件表層質(zhì)量問題、加工參數(shù)問題、零件基準(zhǔn)化問題等。針對上述問題，機(jī)械加工企業(yè)必須采用較為合理的管控手段，對每一項(xiàng)加工工序進(jìn)行嚴(yán)格審核，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，為我國加工工業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 ?機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工論述

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)

機(jī)械設(shè)計(jì)通過對機(jī)械制造設(shè)備的工作機(jī)理進(jìn)行探究，然后通過各項(xiàng)工藝之間的契合制定出完整的工件生產(chǎn)文件，如材料、尺寸、潤滑等工序。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械生產(chǎn)的前提，同時也是機(jī)械設(shè)備質(zhì)量、性能的重要體現(xiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，制定出完整的計(jì)劃可有效降低加工成本，提供設(shè)備的穩(wěn)定性。一般來講，針對同一個零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)時，一般需制定多種設(shè)計(jì)方案，考慮到機(jī)械設(shè)備質(zhì)量性能與零部件的精準(zhǔn)性，技術(shù)人員應(yīng)對零部件設(shè)計(jì)圖紙的可行性進(jìn)行探究，確保整體加工階段進(jìn)行的完整性。從近幾十年的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變來分析，我國機(jī)械加工設(shè)計(jì)已經(jīng)取得重大突破，特別是在計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的支持下，圖紙文件的設(shè)計(jì)也從傳統(tǒng)的紙張轉(zhuǎn)移到平臺系統(tǒng)中，技術(shù)人員可對設(shè)計(jì)文件多維度考量，提高設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度，減少后續(xù)加工工序的繁瑣度。

1.2 機(jī)械加工

機(jī)械加工是指零件由原料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返倪^程，通過對原料進(jìn)行尺寸、性能上的改變，為零件賦予新的功能屬性。不同零件所需的加工工序具有較大差異性，如復(fù)雜類零件需要經(jīng)過多種工序組合來實(shí)現(xiàn)加工，且每一項(xiàng)制作工藝必須遵循相應(yīng)的基準(zhǔn)才可實(shí)現(xiàn)有效契合。在現(xiàn)代化技術(shù)的支持下，機(jī)械加工由傳統(tǒng)的人工操作大部分進(jìn)入到自動化、智能化操控中，工作人員只需通過指令參數(shù)的設(shè)定，便可令設(shè)備運(yùn)作來加工出所需的零件，提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。

2 ?機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工中常見問題

2.1 材料與結(jié)構(gòu)不對稱

對于機(jī)械加工來講，文件設(shè)計(jì)與自身機(jī)械性能影響加工質(zhì)量最主要的因素，以機(jī)械結(jié)構(gòu)為基底，如從不同角度進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，產(chǎn)生的加工難度也具有較大差異性，同時，加工精度、成品性能也略有不同。在此種問題下，要求設(shè)計(jì)者必須對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全方面了解，清楚的認(rèn)知到機(jī)械加工過程中每一個機(jī)械部件所產(chǎn)生效果。從材料方面來講，不同材質(zhì)原料間性能的差異性，決定著零件本身的質(zhì)量性能，如切削工藝、打磨工藝等，都將在一定程度上改變零件的質(zhì)量。

2.2 基準(zhǔn)化問題

機(jī)械零件的設(shè)計(jì)是以市場需求為主的，產(chǎn)品在制作過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)參數(shù)，如尺寸、性能、工藝等，確保每一項(xiàng)操作工序的規(guī)范性。然而，在實(shí)際加工過程中，受到多方面因素的影響，產(chǎn)品實(shí)際加工階段并未能滿足預(yù)期設(shè)計(jì)階段，如機(jī)械設(shè)備經(jīng)由長時間的加工，設(shè)備零部件造成一定的磨損，導(dǎo)致加工精度下降，盡管可將成品質(zhì)量控制在有效誤差內(nèi)，在一定程度上仍然降低零件的性能質(zhì)量。特別是對于精密化零部件來講，即便是加工過程出現(xiàn)幾微米的誤差，也可能造成嚴(yán)重的蝴蝶效應(yīng)。這就需要設(shè)計(jì)者在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，應(yīng)針對產(chǎn)品及設(shè)備進(jìn)行全方面考慮，然后逐步檢測可能發(fā)生的問題，盡可能的減少設(shè)計(jì)與加工周期，最大限度的提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 加工精度問題

與基準(zhǔn)化問題相比，加工精度是相對于機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)來講的，企業(yè)在進(jìn)行加工時，產(chǎn)品質(zhì)量性能越高，證明其在社會市場中競爭力也就越強(qiáng)。然而現(xiàn)場加工與預(yù)期設(shè)計(jì)是存在一定誤差的，且此類誤差不可避免，除上文提到的系統(tǒng)磨損原因，還包括系統(tǒng)內(nèi)部的熱變形、受力點(diǎn)形變、機(jī)械裝夾問題等因素。如設(shè)計(jì)人員并未考慮到零部件本身的承受能力，采取錯誤的加工方式，在切削過程將加大熱變形產(chǎn)生的幾率，令零部件與加工刀具之間產(chǎn)生相對位置，此種情況將直接令零部件產(chǎn)生較大的誤差。此外，如操作人員在裝夾過程中零部件錯誤裝夾時，則必然造成額外的加工事故，嚴(yán)重增加了加工成本。

2.4 零件質(zhì)量問題

零件原料質(zhì)量是影響產(chǎn)品質(zhì)量性能的重要因素，當(dāng)零件表面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高時，產(chǎn)品形狀、物理性能等也將呈現(xiàn)出較低狀態(tài)。從加工角度來看，零件質(zhì)量與刀具、原料之間具有較大的聯(lián)動性，如刀具材質(zhì)與原料材質(zhì)不匹配的話，則在實(shí)際加工過程中，材料之間的契合性將降低，由合金鋼材質(zhì)刀具加工鑄鐵類刀具可知，當(dāng)切削度較大且切削時間較短時，則零部件極易產(chǎn)生塑性變形，當(dāng)零部件內(nèi)存在一定加工熱量時，熱變形處在極限承受值內(nèi)，將令部件本身面臨著脫離分裂的風(fēng)險，當(dāng)?shù)毒唠x開零件表面時，零部件將出現(xiàn)表面質(zhì)量問題。特別是在對具有一定脆性的材料進(jìn)行加工時，機(jī)械切削階段，極易令零件表面產(chǎn)生碎粒的現(xiàn)象。上述問題將加大企業(yè)廢品產(chǎn)生的幾率，增加企業(yè)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

2.5 性價比問題

零部件加工與市場需求具有很大的關(guān)系，如價格、質(zhì)量、市場需求度等，都將成為產(chǎn)品加工的考量基準(zhǔn)。隨著新技術(shù)、新工序的融合，產(chǎn)品質(zhì)量基準(zhǔn)也正在逐步提升，但部分企業(yè)加工生產(chǎn)期間，受到自身的局限性，如技術(shù)人員專業(yè)性不足、設(shè)備更新不及時等，令產(chǎn)品的加工與產(chǎn)出不成正比，間接加大產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

3 ?機(jī)械設(shè)計(jì)與機(jī)械加工的改善措施研究

3.1 材料選取方面

材料選取主要以刀具材料、部件材料為主。對于成品的零部件來講，材料的質(zhì)量性能直接決定著后續(xù)的應(yīng)用，為此，在對刀具材料進(jìn)行選擇時，應(yīng)先依據(jù)原材料特性、加工工藝等來正確擇取，例如在對鍛件鋼制材料進(jìn)行粗加工時，應(yīng)選擇YW的刀具，而在進(jìn)行精加工后，則應(yīng)選取T15的刀具。在對部件材料進(jìn)行選擇時，其主要是以應(yīng)用性能為主，在保證質(zhì)量的前提下，最大限度的降低成本損耗。同時，應(yīng)對部件的加工時間與加工工序等進(jìn)行分析，確保材料質(zhì)量性能滿足使用需求。此外，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品的加工數(shù)量，正確計(jì)算刀具材料加工期間所產(chǎn)生自然損耗，盡量縮減加工誤差，降低生產(chǎn)成本。

3.2 工藝選取方面

加工工藝是零部件生產(chǎn)的重要基準(zhǔn)，正確、合理工藝的選取，可提高零部件加工指令，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，在對加工工藝進(jìn)行制定時，應(yīng)以成本管控為主，盡量擇取自動化生產(chǎn)工序，降低工作人員的投入量，最大限度的降低因人為因素導(dǎo)致的零部件加工風(fēng)險，針對部分簡單結(jié)構(gòu)的部件，應(yīng)盡量選取一次成型的加工，避免聯(lián)動工序操控產(chǎn)生誤差，影響零部件產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，應(yīng)依據(jù)產(chǎn)品使用性能，選取對應(yīng)的加工工藝，通過優(yōu)化零部件表面的預(yù)應(yīng)力、疲勞強(qiáng)度等來提高產(chǎn)品的韌性。相對于獨(dú)立的滑動部件來講，為最大限度的提高部件之間的摩擦力，應(yīng)選取相應(yīng)的拉應(yīng)力工藝，并應(yīng)將摩擦系數(shù)所產(chǎn)生的加工誤差納入到設(shè)計(jì)體系內(nèi)，增強(qiáng)零部件的生命周期。

3.3 切削加工方面

當(dāng)前，機(jī)械設(shè)計(jì)與切削加工中，多數(shù)以自動化為主，通過相應(yīng)的參數(shù)設(shè)定對零部件進(jìn)行大批量加工。切削加工作為零部件產(chǎn)品加工中的重要工序，在對零部件產(chǎn)品的切削用量進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)對零部件的性能進(jìn)行多角度分析，避免零件加工出的成品與預(yù)期設(shè)計(jì)存在較大的誤差。從機(jī)械加工角度來看，刀具、切削工序、切削類型等與產(chǎn)品質(zhì)量具有較大關(guān)聯(lián)性，如想最大限度的提高零部件加工質(zhì)量，可從切削速率與深度為出發(fā)點(diǎn)，將材料的韌性、剛度、熱處理形式等作為輔助條件，降低零部件生產(chǎn)的消耗量，同時也提高各項(xiàng)零部件加工過程中精度性，實(shí)現(xiàn)高效率、智能化的生產(chǎn)加工。

3.4 潤滑劑與冷卻劑方面

機(jī)械加工是利用刀具對原料進(jìn)行切削，機(jī)械設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，將產(chǎn)生較高的熱量，令部件產(chǎn)生局部溫度過程的現(xiàn)象，使零部件內(nèi)部韌性降低，當(dāng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織損壞到一定程度后，將加大部件失效的風(fēng)險。為此，應(yīng)依據(jù)零部件的性能選取相應(yīng)規(guī)格的冷卻劑，在加工過程中對冷卻劑進(jìn)行噴灑，此舉即可降低零部件表面的溫度，也可對機(jī)械刀具形成很好的防護(hù)作用，提高加工精度。在加工潤滑方面，技術(shù)人員不僅應(yīng)在切削液中添加相應(yīng)的潤滑劑，還應(yīng)依據(jù)機(jī)械設(shè)備的使用工況，對機(jī)械設(shè)備易生銹的契合部位抹上潤滑劑，防止機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，降低整體工作效率。

3.5 專業(yè)人才方面

工作人員作為技術(shù)施行的重要載體，對于工作人員來講，其操作工序決定著最終操控結(jié)果，盡管目前執(zhí)行的是自動化、智能化，但在實(shí)際加工過程中，要想最大限度的提高產(chǎn)品加工效率，需對設(shè)備操控人員進(jìn)行專業(yè)化培訓(xùn)，保證相應(yīng)的操控技能可滿足加工生產(chǎn)需求。在現(xiàn)場加工操控過程中，工作人員應(yīng)對成品部件、原料、工序等進(jìn)行正確了解，明確加工生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，然后制定相應(yīng)的管控策略，確保每一項(xiàng)操控工序與設(shè)計(jì)參數(shù)相符。同時，工作人員應(yīng)定期對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢測，對磨損度較大的零件進(jìn)行分析，查驗(yàn)?zāi)骋粋€生產(chǎn)周期內(nèi)機(jī)械設(shè)備的損耗，并及時對部件進(jìn)行更換處理，確保每一項(xiàng)工序的設(shè)定，可發(fā)揮出應(yīng)有的價值，為企業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4 ?結(jié)語

綜上所述，機(jī)械加工設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員需通過產(chǎn)品性能來適配各項(xiàng)操作工序，確保各項(xiàng)加工工序可形成精準(zhǔn)契合，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。在現(xiàn)場加工中，影響零部件加工質(zhì)量的因素較多，為減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，應(yīng)從材料選取、工藝選取、切削加工、潤滑劑與冷卻劑、專業(yè)人才等方面，進(jìn)行相應(yīng)考量，依據(jù)產(chǎn)品性能制定較為完善的管控計(jì)劃，進(jìn)一步提高加工質(zhì)量。期待在未來發(fā)展過程中，機(jī)械加工與現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行深度融合，真正的實(shí)現(xiàn)自動化、精度化加工。

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