機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝性分析

秦建明

摘 要：針對(duì)目前機(jī)械;零件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)過程中存在的問題，文章分析了進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)的影響因素以及常見問題，并提出了特種加工對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零件;結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì);毛坯成型;特種加工技術(shù)

前言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的不斷加快，人們對(duì)機(jī)械零件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)的需求越來越大。然而，在實(shí)際機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其易受結(jié)構(gòu)材料、毛坯成型方法以及質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)等因素的影響。為避免機(jī)械零件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)生產(chǎn)受上述影響因素的影響，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)從已經(jīng)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題出發(fā)，從而找出相應(yīng)的成型加工設(shè)計(jì)方法。這是控制實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械工業(yè)化生產(chǎn)建設(shè)快速穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來，

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性的主要影響因素

機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的工藝性設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮多種因素，包括單個(gè)零件的工藝性分析，或針對(duì)加工工藝的工藝性研究。因此，要求進(jìn)行零件材料的正確選擇，成型方法的合理設(shè)計(jì)以及工藝路線的統(tǒng)籌安排等，這些過程是相互作用的，設(shè)計(jì)時(shí)，具體應(yīng)考慮以下幾方面因素：

1）所選結(jié)構(gòu)材料，在選擇機(jī)械零件結(jié)構(gòu)加工材料的過程中，由于結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)量容易受化學(xué)性質(zhì)和力學(xué)的影響，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在選擇產(chǎn)品材料后，要根據(jù)其性能狀態(tài)來確定相關(guān)的生產(chǎn)工藝流程。如果機(jī)械零件的基本結(jié)構(gòu)與所選的結(jié)構(gòu)材料不一致，結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)人員就需要額外采取補(bǔ)救措施，來保證其作用質(zhì)量不會(huì)受到影響。在此情況下，機(jī)械零件的生產(chǎn)成本就難以達(dá)到預(yù)期目的。

2）毛坯成型方法，相關(guān)研究表明，不同結(jié)構(gòu)形狀的毛坯所需的成型工藝設(shè)計(jì)不同。由此可見，毛坯的成型工藝設(shè)計(jì)是直接決定機(jī)械零件產(chǎn)品生產(chǎn)加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。為此，毛坯成型工藝設(shè)計(jì)人員要根據(jù)工件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性來確定結(jié)構(gòu)的類型。這樣一來，機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)狀態(tài)就能與零件加工工藝路線的設(shè)計(jì)相一致，從而降低不穩(wěn)定性因素對(duì)其作用質(zhì)量帶來的影響。

3）加工工藝過程，機(jī)器零件生產(chǎn)的加工工藝選擇是根據(jù)零件工藝性要求而具體確定的，一般生產(chǎn)中，要求機(jī)器零件的結(jié)構(gòu)與零件加工工藝路線相適應(yīng);

4）質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)，機(jī)械零件產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)與實(shí)際的加工生產(chǎn)時(shí)間和費(fèi)用是成正比的，這就意味著當(dāng)產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)越高，其所需的生產(chǎn)時(shí)間和生產(chǎn)造價(jià)成本就越大。在目前的機(jī)械零部件的生產(chǎn)加工工藝過程中，一旦沒有控制質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期急劇擴(kuò)大。為控制這一工藝性設(shè)計(jì)因素的影響，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械零件產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，首先要確定科學(xué)合理的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)，從而使產(chǎn)品既能滿足結(jié)構(gòu)工藝性的設(shè)計(jì)要求，還能滿足用戶的使用要求。對(duì)于機(jī)械零件生產(chǎn)廠家來說，其影響因素控制是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的關(guān)鍵，相關(guān)建設(shè)人員應(yīng)將其重視起來。

5）具體生產(chǎn)條件，機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)工藝性會(huì)隨著生產(chǎn)條件的變化而變化，即一定條件下，結(jié)構(gòu)工藝性表現(xiàn)好的部件，會(huì)因條件變化而導(dǎo)致工藝性很差。因此，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性應(yīng)與具體的生產(chǎn)條件保持一致。

2、機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計(jì)常見問題分析

隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，設(shè)計(jì)工藝性要求也越來越高，然而總是不可避免的存在以下一些常見問題：

1）軸承密封問題，滑動(dòng)軸承通常有較大的空隙，極易出現(xiàn)磨損而導(dǎo)致軸心移動(dòng)，不宜采用接觸式密封方法;

2）較長(zhǎng)機(jī)械零部件變形困難問題，機(jī)器零部件的長(zhǎng)度隨溫度變化而迅速變化，因此設(shè)計(jì)較長(zhǎng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)給予其自由變形的空間，可以采用移動(dòng)支座或者自由伸縮的管道結(jié)構(gòu)解決此類問題;

3）螺紋載荷過重問題，螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小螺紋載荷，可以采用擴(kuò)大受力面積的結(jié)構(gòu)方式來減小螺紋受力;

4）螺栓頭部伸出問題，告訴旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)體，極易出現(xiàn)螺栓頭與螺母伸出法蘭面的現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)造成威脅。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，宜用防護(hù)罩掩蓋伸出部分;

5）同軸雙半圓鍵設(shè)計(jì)問題，同軸母線上的半圓鍵靠側(cè)面?zhèn)髁ΓＳ捎阪I槽深而嚴(yán)重削弱軸的強(qiáng)度的問題。故應(yīng)在同一軸向母線上設(shè)計(jì)兩個(gè)半圓鍵;

6）傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊邊、松邊位置相反。鏈傳動(dòng)采用緊邊在上的結(jié)構(gòu)，避免鏈與鏈輪纏繞，預(yù)防鏈條卡斷問題。另外，雖然傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩擦傳動(dòng)，能避免載荷過重時(shí)的滑動(dòng)危險(xiǎn)。但大型機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求有足夠高的安全系數(shù)，多不采用摩擦傳動(dòng)，避免引起安全事故;

7）活塞桿或閥桿的填料密封問題，多層填料密封的泵，不適合用螺紋旋轉(zhuǎn)壓蓋壓緊，這樣會(huì)由于法蘭面與填料的相互摩擦而損壞調(diào)料，同樣也增加了扭緊力矩。故應(yīng)采用一個(gè)法蘭與若干螺釘配合來壓緊填料的結(jié)構(gòu)。

3、特種加工對(duì)機(jī)械制造結(jié)構(gòu)工藝性的重要作用

3.1涵義及特點(diǎn)

特種加工就是在機(jī)械零部件或產(chǎn)品的被加工部位，施加聲、化學(xué)等能量，以去除、塑形或鍍覆材料的加工方法。此類加工方法可以對(duì)硬度大、韌性高的材料以及表面復(fù)雜、敢賭低的零件進(jìn)行加工，有力地解決了傳統(tǒng)機(jī)械加工難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)工藝性的難題，成為一項(xiàng)必需的加工技術(shù)。

特種加工的主要特點(diǎn)是非接觸性，即工具與工件很少接觸，采用物理溶解、剝離等加工機(jī)理可對(duì)復(fù)雜表面的零部件進(jìn)行工藝性設(shè)計(jì)。另外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）特種加工與零部件的機(jī)械性能無關(guān)，對(duì)各種非金屬材料也可進(jìn)行加工;

2）特種加工不依靠切削原理，無排屑問題存在，是傳統(tǒng)機(jī)械加工的有力補(bǔ)充;

3）能量的控制和轉(zhuǎn)換較容易，使得加工范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng);

4）加工余量微細(xì)進(jìn)行，提高加工精度;

5）不存在傳統(tǒng)機(jī)械加工中的大面積熱應(yīng)變問題，使得表面粗糙度較低;

6）各類型能量組合使用，可形成新的復(fù)合加工，加工效果好。

3.2影響作用