機械設計與機械加工中常見問題及改善措施分析

嚴翀

攀枝花鋼城集團有限公司冶金輔料分公司 四川攀枝花 617000

我國社會和國家的發(fā)展，工業(yè)是最為重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。談及工業(yè)，無論是重工業(yè)還是輕工業(yè)，各式各樣的儀器設備都是其最為典型的代表形象。儀器設備的整體水平也從側面反映了一個國家整體的工業(yè)水平、科技水平。儀器設備整體水平中，機械設計是其重要的一個衡量維度。機械設計加工水平高，自然國家的儀器設備乃至整個工業(yè)都能飛速發(fā)展。在機械設計加工領域，材料的選擇和使用是最為重要的基礎性設計，直接決定整個機械設計。

1 機械設計與機械加工論述

1.1 機械設計

機械設計通過對機械制造設備的工作機理進行探究，然后通過各項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。機械設計是機械生產(chǎn)的前提，同時也是機械設備質量、性能的重要體現(xiàn)，機械設計過程中，制定出完整的計劃可有效降低加工成本，提供設備的穩(wěn)定性。一般來講，針對同一個零部件進行設計時，一般需制定多種設計方案，考慮到機械設備質量性能與零部件的精準性，技術人員應對零部件設計圖紙的可行性進行探究，確保整體加工階段進行的完整性。從近幾十年的設計轉變來分析，我國機械加工設計已經(jīng)取得重大突破，特別是在計算機軟件技術的支持下，圖紙文件的設計也從傳統(tǒng)的紙張轉移到平臺系統(tǒng)中，技術人員可對設計文件多維度考量，提高設計的精準度，減少后續(xù)加工工序的繁瑣度。

1.2 機械加工

機械加工是指零件由原料轉變?yōu)槌善返倪^程，通過對原料進行尺寸、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，如復雜類零件需要經(jīng)過多種工序組合來實現(xiàn)加工，且每一項制作工藝必須遵循相應的基準才可實現(xiàn)有效契合。在現(xiàn)代化技術的支持下，機械加工由傳統(tǒng)的人工操作大部分進入到自動化、智能化操控中，工作人員只需通過指令參數(shù)的設定，便可令設備運作來加工出所需的零件，提高產(chǎn)品加工質量。

2 材料選擇是機械設計加工的關鍵

儀器設備的功能性、安全可靠性等性能是其最為關鍵的特性，而儀器設備要想功能性、經(jīng)濟性等整體保持高水平，優(yōu)質的機械材料的選用是關鍵。機械設計加工中，材料選擇得當，再配以合適的結構設計，機械設備必然在工作性能、使用壽命等方面有優(yōu)異的表現(xiàn)，從而在市場競爭中得以脫穎而出。相反，機械材料選擇錯誤，相同設計下設備的性能必然大打折扣。材料選擇除了能直接影響機械設備的性能，對其經(jīng)濟性、綠色環(huán)保等方面的指標也有顯著影響。好的材料選用，在滿足機械設備的功能性要求基礎上，能大幅度降低用料成本、加工制造成本以及使用過程中的故障率，極大提高機械設備的經(jīng)濟性。此外，從源頭重視和選用綠色環(huán)保的材料，也能大幅提升機械設備成品的環(huán)保性，從而在當前可持續(xù)發(fā)展的大趨勢下使得設備獲得更大的競爭力。綜上所述，機械設計加工中，重視材料的選擇意義重大[1]。

3 機械設計和機械加工中存在的問題

3.1 零件表面質量難以保證

深入分析研究機械加工零件表面質量的影響因素，對零件表面質量的提高以及次品率的降低有著重要的作用。目前，機械設計加工的切削用量和材料的性質是影響零件表面質量的主要因素，越大的切削用量會造成越大的材料變形和表面粗糙度。在機械加工過程中，使用刀具加工塑性零件時會由于受力而使得加工零件產(chǎn)生變形，而且零件和刀具的切隔分離還會產(chǎn)生受力作用，從而對零件的表面質量產(chǎn)生影響。在進行機械設計加工時，產(chǎn)品的冷卻變形以及零件內部組織發(fā)生的變化等多種因素也會對加工零件的物理性能產(chǎn)生影響。

3.2 產(chǎn)品性價比較低

機械設計是一項較為專業(yè)和精細的工作，而在加工過程中容易受到相關因素的影響，從而對產(chǎn)品的合格率產(chǎn)生影響。這就要求加工人員具有優(yōu)秀的專業(yè)能力和強烈的責任心，不斷對機械加工技術進行優(yōu)化和改進。但是在實際生產(chǎn)之中，不少企業(yè)會由于成本的原因而應用欠先進的加工技術，這就使得產(chǎn)品的性價比較低，企業(yè)的競爭力大幅度下降。

3.3 材料與結構不對稱

對于機械加工來講，文件設計與自身機械性能影響加工質量最主要的因素，以機械結構為基底，如從不同角度進行設計與分析，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，要求設計者必須對機械設備進行全方面了解，清楚的認知到機械加工過程中每一個機械部件所產(chǎn)生效果。從材料方面來講，不同材質原料間性能的差異性，決定著零件本身的質量性能，如切削工藝、打磨工藝等，都將在一定程度上改變零件的質量。

3.4 加工精度問題

加工精度是相對于機械設備系統(tǒng)來講的，企業(yè)在進行加工時，產(chǎn)品質量性能越高，證明其在社會市場中競爭力也就越強。然而現(xiàn)場加工與預期設計是存在一定誤差的，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)內部的熱變形、受力點形變、機械裝夾問題等因素。如設計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，嚴重增加了加工成本。

3.5 基準化問題

機械零件的設計是以市場需求為主的，產(chǎn)品在制作過程中，應嚴格遵循基準的設計參數(shù)，如尺寸、性能、工藝等，確保每一項操作工序的規(guī)范性。然而，在實際加工過程中，受到多方面因素的影響，產(chǎn)品實際加工階段并未能滿足預期設計階段，如機械設備經(jīng)由長時間的加工，設備零部件造成一定的磨損，導致加工精度下降，盡管可將成品質量控制在有效誤差內，在一定程度上仍然降低零件的性能質量。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，也可能造成嚴重的蝴蝶效應。這就需要設計者在圖紙設計過程中，應針對產(chǎn)品及設備進行全方面考慮，然后逐步檢測可能發(fā)生的問題，盡可能的減少設計與加工周期，最大限度的提升產(chǎn)品質量[2]。

4 機械設計和機械加工中相關問題的解決策略

4.1 制定科學合理的加工流程

對于機械設計加工，可通過制定科學有效的加工流程來降低加工成本，并有效保障加工產(chǎn)品的質量，大幅度縮短機械加工周期，使產(chǎn)品質量由于加工時間過長而受到影響的情況得以避免。對于機械設計加工操作，應當一次性完成，避免影響零件的加工質量，這就需要選擇合適的加工方法和加工工序。

4.2 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，材料的質量性能直接決定著后續(xù)的應用，為此，在對刀具材料進行選擇時，應先依據(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行粗加工時，應選擇YW 的刀具，而在進行精加工后，則應選取T15 的刀具。在對部件材料進行選擇時，其主要是以應用性能為主，在保證質量的前提下，最大限度的降低成本損耗。同時，應對部件的加工時間與加工工序等進行分析，確保材料質量性能滿足使用需求。此外，設計人員應依據(jù)產(chǎn)品的加工數(shù)量，正確計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。

4.3 選擇合適的刀具和潤滑劑

在機械設計加工過程中，刀具極大程度上影響著機械加工的生產(chǎn)過程。不同材料有著不同刀具的選擇要求，應當根據(jù)表面硬度和粗糙程度選擇合適的刀具。應當選擇合適的潤滑劑，比如有純油性潤滑劑和水溶性潤滑劑，而在進行機械加工時，高速鋼刀的低速切削和硬度鋼刀的高速切削可使用純油性潤滑劑。

4.4 切削加工方面

當前，機械設計與切削加工中，多數(shù)以自動化為主，通過相應的參數(shù)設定對零部件進行大批量加工。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)品的切削用量進行計算時，應對零部件的性能進行多角度分析，避免零件加工出的成品與預期設計存在較大的誤差。從機械加工角度來看，刀具、切削工序、切削類型等與產(chǎn)品質量具有較大關聯(lián)性，如想最大限度的提高零部件加工質量，可從切削速率與深度為出發(fā)點，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，同時也提高各項零部件加工過程中精度性，實現(xiàn)高效率、智能化的生產(chǎn)加工。

4.5 創(chuàng)新觀念，提升產(chǎn)值

技術是第一生產(chǎn)力，只有不斷提升企業(yè)的生產(chǎn)加工技術，才能生產(chǎn)出質量上乘、價格低廉的機械設計產(chǎn)品。要大膽出新，勇于改革創(chuàng)新，發(fā)揮主觀能動性，要具有工匠情懷，要不遺余力的做好每一項工作。在機械加工設計的過程中，合理控制加工成本，加強對于生產(chǎn)過程中的質量監(jiān)督，增強企業(yè)員工的安全責任意識，堅持“保質量出精品” 的原則，切實有效地將機械設計制造工作落到實處。只有產(chǎn)品過硬，才能提升機械設計制造加工產(chǎn)品的知名度，才能夠在激烈的市場競爭中占得一席之地[3]。

4.6 提升機械設計技能

隨著經(jīng)濟水平的不斷提高，企業(yè)以及消費者對于機械設計加工產(chǎn)品的要求也越來越高。我們必須要不斷進取，要針對產(chǎn)品的性能不停地完善機械產(chǎn)品的結構、大小以及功能，使機械產(chǎn)品更加精準，力求使每一個機械設計產(chǎn)品都達到極致。機械設計工作者要制定科學、統(tǒng)一的機械設計制造流程，提高員工的業(yè)務能力和水平，盡最大可能提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質量。設計加工每一個環(huán)節(jié)都要做到絲絲入扣。例如，在機械設計加工之前，要組織專家和行業(yè)管理者進行專業(yè)會談，制定完善的產(chǎn)品設計規(guī)劃書。在機械加工設計過程中，嚴格執(zhí)行規(guī)劃書的尺寸大小和形狀，確保不出紕漏，保障機械設計加工過程的順利進行，也為產(chǎn)品質量嚴把 “第一道” 關卡。

4.7 加大對機械設備的保養(yǎng)

大量數(shù)據(jù)結果顯示，重視機械設備的保養(yǎng)可以提升機械生產(chǎn)加工的工作效率達30%-50%。做好機械設備保養(yǎng)工作，也可以降低機械設備使用過程中的磨損。如果在機械加工工作完畢之后，及時用潤滑劑保養(yǎng)機械設備，不但可以清理掉內部的殘屑，還可以有效延長設備的使用年限，降低購置設備的成本，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

4.8 積極探索新型材料的特性，加大選用力度

機械設計加工，無外乎是安全性能和經(jīng)濟效益這兩者之間的對抗和平衡。優(yōu)秀的機械設計，必然是在性能和經(jīng)濟上取得了良好的平衡。尤其是隨著我國經(jīng)濟、科技以及社會主義市場化制度的不斷前進，市場化競爭逐漸成了企業(yè)乃至行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，各行業(yè)的市場化競爭意識越來越高，競爭壓力也越來越大。要在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟，對機械設備相關企業(yè)而言，進行設計改進，產(chǎn)品升級是必須。當前機械設備的眾多改進趨勢中，輕量化、環(huán)?；约案呖萍蓟内厔菰絹碓矫黠@。而隨著材料技術的提升，復合材料、高分子材料等新型材料在耐腐蝕、輕量化等方面有卓越的性能優(yōu)勢。為了有效促進機械設備的更新升級，積極選用例如復合型材料、高分子非金屬材料等新型材料來替代傳統(tǒng)的金屬材料，是一個十分有效的方法。

4.9 專業(yè)人才方面

工作人員作為技術施行的重要載體，對于工作人員來講，其操作工序決定著最終操控結果，盡管目前執(zhí)行的是自動化、智能化，但在實際加工過程中，要想最大限度的提高產(chǎn)品加工效率，需對設備操控人員進行專業(yè)化培訓，保證相應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，工作人員應對成品部件、原料、工序等進行正確了解，明確加工生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，然后制定相應的管控策略，確保每一項操控工序與設計參數(shù)相符。同時，工作人員應定期對機械設備進行檢測，對磨損度較大的零件進行分析，查驗某一個生產(chǎn)周期內機械設備的損耗，并及時對部件進行更換處理，確保每一項工序的設定，可發(fā)揮出應有的價值，為企業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟效益。

5 結語

對于機械設計加工過程中出現(xiàn)的問題，應當做到靈活多變，具體問題具體分析，才能夠針對性地予以解決，從而有效提升加工產(chǎn)品質量，促進企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。