基于機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)的研究

李紹煬

（遼寧省大連市博鋒智能科技（大連）有限公司， 遼寧 大連 116601）

引言

從改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度極其迅猛，在短短四十幾年時(shí)間內(nèi)，我國(guó)已經(jīng)達(dá)到了高度工業(yè)化水平，而在工業(yè)化生產(chǎn)中離不開(kāi)機(jī)械設(shè)備。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)能力的提高，機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)代社會(huì)的應(yīng)用早已不再局限于工業(yè)生產(chǎn)，無(wú)論是衣食住行還是工作生產(chǎn)，都需要機(jī)械設(shè)備作為支撐，所以機(jī)械設(shè)備的制造水平和精密程度對(duì)人們的生產(chǎn)生活起著非常重要的作用，需要不斷提高機(jī)械設(shè)備的制造質(zhì)量和精密度，從而提高人們的生活水平和生產(chǎn)效率[1-3]。

1 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝

1.1 電阻焊工藝

電阻焊的原理是電熱效應(yīng)，其利用電阻發(fā)熱作為焊接熱源，是機(jī)械制造工藝中使用最為廣泛的焊接制造工藝。電阻焊的操作原理為將焊接物置于正負(fù)電極下，然后對(duì)焊接物通電，之后，就會(huì)在焊接物上產(chǎn)生電阻，而持續(xù)通電會(huì)讓電阻發(fā)熱，進(jìn)而將焊接物熔化，達(dá)到焊接的目的。由于這種原理，所以電阻焊的焊接速率取決于電阻的發(fā)熱效率和通電電流的量。電阻焊的優(yōu)點(diǎn)很明顯，具體為：首先，電阻焊焊接效率高，只需要將焊接物放置在需要焊接的位置，然后通電即可，這個(gè)過(guò)程不需要人工點(diǎn)焊，能夠依靠機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接；而且在工業(yè)生產(chǎn)電流的作用下，電阻加熱速度快，焊接物能夠快速熔化，將金屬焊接在一起，所以電阻焊的焊接效率相比傳統(tǒng)的手工焊要高出非常多。其次，電阻焊對(duì)環(huán)境的污染小。傳統(tǒng)電焊使用的焊條，其大多為涂有藥皮的金屬條，焊條藥皮是指涂在焊芯表面的涂料層。藥皮在焊接過(guò)程中分解熔化后形成氣體和熔渣，起到機(jī)械保護(hù)、冶金處理、改善工藝性能的作用。藥皮的組成物有礦物類(lèi)（如大理石、氟石等）、鐵合金和金屬粉類(lèi)（如錳鐵、鈦鐵等）、有機(jī)物類(lèi)（如木粉、淀粉等）、化工產(chǎn)品類(lèi)（如鈦白粉、水玻璃等）。所以使用焊條焊接的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生二氧化碳等污染環(huán)境的氣體，而且傳統(tǒng)電焊方式在焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生過(guò)亮的亮光，焊接工人必須使用墨鏡和保護(hù)面罩，對(duì)于其他人而言就是顯著的光污染。而電阻焊不需要使用傳統(tǒng)焊條，所以也就不會(huì)產(chǎn)生污染氣體和光污染，同樣不會(huì)產(chǎn)生噪聲。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)電阻焊也存在一定的不足之處，如工藝成本高、維修難度大、故障率較高等。因?yàn)殡娮韬傅脑頉Q定了其進(jìn)行機(jī)械化生產(chǎn)的便利性，但是機(jī)械化之后，電阻焊設(shè)備的故障率顯著上升，因?yàn)殡娮杓訜岬臅r(shí)候也會(huì)造成一定程度的電流不穩(wěn)，或者加熱到一定程度出現(xiàn)短路故障，這些情況都會(huì)損壞電阻焊設(shè)備。而由于是自動(dòng)化生產(chǎn)，所以設(shè)備的建設(shè)和維修成本都較高。

在技術(shù)不斷發(fā)展下，電阻焊技術(shù)已經(jīng)與自動(dòng)化制造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，出現(xiàn)了機(jī)械化電阻焊技術(shù)，即利用機(jī)械臂進(jìn)行流水線電阻焊。機(jī)械化電阻焊具有噪聲小、操作方便、焊接效率高的特點(diǎn)，所以在機(jī)械制造廠中應(yīng)用廣泛。下頁(yè)圖1 是電阻焊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 電弧的構(gòu)造

1.2 氣體保護(hù)焊工藝

“保護(hù)焊”是“氣體保護(hù)焊”的簡(jiǎn)稱(chēng)，是電焊中的一類(lèi)，主要有氬弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。焊接時(shí)，焊縫的溫度很高，金屬會(huì)因?yàn)檠趸鴩?yán)重影響焊縫強(qiáng)度，所以需要對(duì)焊縫進(jìn)行保護(hù)?！皻怏w保護(hù)”就是為了保護(hù)高溫時(shí)的焊縫。保護(hù)焊的操作簡(jiǎn)單、成本低，但是在使用過(guò)程中抗風(fēng)能力較弱，所以更加適合在室內(nèi)使用。

1.3 埋弧焊工藝

埋弧焊工藝是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備制造領(lǐng)域使用較為頻繁的焊接技術(shù)，主要用于壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結(jié)構(gòu)的焊接中，因?yàn)槁窕『傅暮附淤|(zhì)量非常穩(wěn)定、焊接效率也高，所以盡管近年來(lái)出現(xiàn)了很多新型的焊接技術(shù)，但是埋弧焊仍舊被廣泛應(yīng)用著，并且始終維持自身地位。埋弧焊工藝中，電弧在焊劑層下方燃燒，所以不會(huì)產(chǎn)生弧光。埋弧焊的缺點(diǎn)也非常明顯，因?yàn)樾枰獙㈦娀》胖迷诤竸又?，而這項(xiàng)工作大多是通過(guò)人工完成的，所以埋弧焊對(duì)人工勞動(dòng)的需求較大，因此目前對(duì)于需要使用半自動(dòng)埋弧焊工藝制造的機(jī)械設(shè)備，大多選用電渣壓力焊代替。

2 現(xiàn)代機(jī)械制造的精密加工技術(shù)

精密加工技術(shù)主要包括超精密研磨和超精密切削，是微觀機(jī)械加工的重要技術(shù)，利用精密加工技術(shù)，能夠顯著提高機(jī)械設(shè)備的精密度，增強(qiáng)其實(shí)用性。

2.1 超精密研磨技術(shù)

超精密研磨加工技術(shù)的原理是打磨過(guò)程中在磨料中加入一定的潤(rùn)滑劑，使得打磨時(shí)打磨工具與零部件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以控制打磨的程度，通過(guò)這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)能夠避免一次打磨過(guò)多，造成零部件規(guī)格無(wú)法恢復(fù)。超精密研磨加工可以顯著提高機(jī)械零件的規(guī)格精確度，在最大程度上與設(shè)計(jì)圖紙相同。超精密研磨加工的工藝流程為先將待磨件清潔干凈，然后使用少量磨料，緩慢打磨，并且實(shí)時(shí)測(cè)量對(duì)比零部件的規(guī)格尺寸。

在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)制造工藝中，對(duì)零部件和設(shè)備的精密度要求逐漸提高，尤其是在航空航天和微觀物理試驗(yàn)設(shè)備等高精密度設(shè)備的生產(chǎn)中，設(shè)備的精密度越高，得到的結(jié)果就越準(zhǔn)確，能夠取得的進(jìn)展也就越大，所以需要采用超精密研磨技術(shù)，對(duì)設(shè)備和零部件進(jìn)行打磨。打磨工藝不同于焊接等生產(chǎn)工藝，打磨工藝是不可逆的，如果研磨量過(guò)多，使得零部件尺寸或者設(shè)備尺寸產(chǎn)生偏差，就只能夠放棄該零部件，導(dǎo)致原材料和制造成本的浪費(fèi)，因此，使用超精密研磨加工技術(shù)打磨這些工件是必不可少的。

2.2 超精密切削技術(shù)

超精密切削加工技術(shù)的原理是使用超硬材質(zhì)打造切削刀具，然后在進(jìn)行切削作業(yè)時(shí)，使用這種超硬刀具，一次性將材料切削到位，并且結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高精度切削。一次性切削作業(yè)的優(yōu)勢(shì)在于能夠避免多次切削產(chǎn)生的誤差，而自動(dòng)化切削工藝又可以降低切削時(shí)的系統(tǒng)誤差，從而提高切削作業(yè)的精密程度。超精密切削分為粗切和精削兩個(gè)大流程，粗切是將零部件切削成需要的尺寸，然后使用微量切削的方式，進(jìn)一步提高切削的精密度。

超精密切削技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中非常重要，被廣泛應(yīng)用到軍事、航天及高精度工業(yè)生產(chǎn)中，超精密切削技術(shù)的原理主要是使用天然單晶金剛石作為切割刀，可以打磨得極其鋒利，并且耐磨性極佳，導(dǎo)熱性又低，是完美的切割刀具材料，利用金剛石打造的刀刃，可以極高的切削速度，從而獲得切削表面效果非常好、切削精度非常高的工件。當(dāng)前世界上最頂尖的切削機(jī)床，已經(jīng)可以達(dá)到一分鐘上萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度，工作速度非常快，而且因?yàn)榻饎偸度械奶攸c(diǎn)，即便是轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的情況下，也能夠獲得質(zhì)量較高的切削表面。

但是金剛石刀刃的問(wèn)題在于切削過(guò)程中產(chǎn)生的積屑瘤會(huì)大大增大刀刃與切割件的摩擦力，使得金剛石刀具的刃口圓弧半徑顯著增加，造成切削表面質(zhì)量顯著下降，影響切削效果，所以在超精密切削中需要實(shí)時(shí)清理積屑瘤，避免對(duì)切削產(chǎn)生影響。

2.3 納米技術(shù)

納米技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的精密加工技術(shù)提供了新的發(fā)展方向，隨著納米技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)逐漸結(jié)合，在機(jī)械設(shè)備制造中使用納米材料，對(duì)設(shè)備的核心芯片制造有著重要作用。例如在硅片上利用納米技術(shù)畫(huà)納米寬的線，就能夠提高其信息儲(chǔ)存能力。納米技術(shù)的發(fā)展對(duì)于超精密機(jī)械設(shè)備制造有著劃時(shí)代的意義，今后可能會(huì)出現(xiàn)納米級(jí)別的設(shè)備制造工藝，這就能夠極大地提高設(shè)備的精密程度。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造和精密加工技術(shù)對(duì)現(xiàn)代工業(yè)具有非常重要的影響，決定了社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造與精密加工技術(shù)體系較為成熟，能夠在一定程度上滿(mǎn)足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)機(jī)械設(shè)備的需求，但是隨著時(shí)代的進(jìn)步，這種技術(shù)水平會(huì)逐漸落后，尤其是自動(dòng)化水平和智能化管理程度不足，所以在后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展自動(dòng)化加工制造和智能技術(shù)的應(yīng)用，提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造和精密加工技術(shù)的智能程度與制造質(zhì)量。