淺談機械設計加工中的關鍵點

宋孟濤　張鐵山

摘 要：文章由表及里詳細的剖析了在機械設計加工中物料選用的重要性，通過分析配件外表層對機器產生的影響及生產過程中物理因素的影響，強調了機械規范化使用的重要性，總結了機器生產的幾個要點，對企業生產有極大的借鑒意義。

關鍵詞：機械設計；標準化；冷作硬化；殘余應力

科學技術的迅速發展，使各行各業的競爭也越來越激烈，在社會主義市場經濟的大背景下，企業要想取得長遠的發展，必須靠生產出的物美價廉的產品。這就強調了機械作業的重要性，它不僅是生產的主要環節還是影響成本的最關鍵因素。影響成本和品質的主要因素有：策劃、生產、以及原材料。

1 機械策劃中對原料的選用

1.1 機械配件物料的選用要符合根本需求

1.1.1 使用功能需求。生產商品首先要選擇物料，物料不僅決定了成本，影響著商品的使用，因此，選擇物料應由專業人士來完成。不同的機械所需物料發揮的用途不同，如：有些要求高潤滑性的，有些要求防滑的，而有些在用途上沒有具體的要求，只需要有漂亮的外觀。但選擇物流時必須本著因材制宜的原則。

1.1.2 技術功能需求

（1）熱生產技術功能。熱生產技術功能關鍵是鑄造功能、鍛造功能、連接功能以及熱處置功能。（2）切削生產功能。金屬的切削生產功能普遍使用道具耐用度為六十分鐘時的切削效率V60來表述，V60的高低和切削功能成正比。

1.1.3 經濟功能需求

（1）物料價值。物料價值在商品整體成本中占據很大的份量，達到百分之三十到百分之七十。（2）提升物料的運用效果。例如使用精鑄造、模鍛、冷拉毛坯，能夠降低切削生產面物料的消耗。（3）配件的生產以及修理成本要盡可能少。（4）使用組合構造。例如蝸輪齒圈使用耐磨性能高的珍貴金屬，別的位置可以使用低成本的物料。（5）物料的科學代替使用。對制造大量的工件，要考慮到國內能源現狀，物料源地要豐盛，盡可能不用國內缺少要從其他地區進口的物料；盡可能使用強度高的鑄鐵替換鋼，使用熱處置方式等性能強的碳鋼取代合金。

1.2 機械配件物料選用的方式

1.2.1 機械的每個細小配件在工作過程中都發揮著不可忽視的作用，因此，配件物料的選用嚴重影響著機械使用壽命，即時間成本。生產過程中，在保證科學合理生產的基礎上，盡量選擇價低的配件，以降低成本；但不排除在某些情況下，我們也會選擇價格相對比較高但質優的產品，這樣可以減少設備的維修次數，綜合起來，也是降低成本的措施。

1.2.2 生產方式的選用是物料選用程序中一個關鍵的要素，就是要把構造策劃、物料選用和要選用的生產方式當做一個不可分的統一性來看。選擇物料時不光要想到配件在每一項生產程序中使用的成本，更關鍵是要進行整體的思考全部的生產制造程序要使用的成本和。

2 機械策劃規范化是提升商品品質減少成本的關鍵方法

2.1 機械配件決定了機械的使用壽命，進而間接的影響了生產出的產品的品質，因此，必須規范化的選擇機械配件。

（1）企業最好能夠針對需求量大，更新速度快的配件建立專門的生產流水線，這樣不僅可以降低成本，還有效的保證了質量。（2）對于物料要明確其功能及屬性，以保證在使用時按需使用，提高生產效率。（3）規范化的構造和配件，能夠為策劃作業提供便利條件，提高策劃的時效性和高效性。

2.2 做好策劃過程中的規范化作業

只有制定科學、合理、規范的操作步驟，才能實現生產效率的最高化，品質最優化，經濟效益最大化。當今市場已由賣方市場轉變為買方市場，消費者的消費趨向多樣化，這就要求企業生產要以市場需求為主導，生產品類繁多的創新型產品，才能在激烈的市場競爭中占據一席之地。而這，必須靠規范性的商品策劃來實現。

3 影響機加工件表面層物理力學性能的因素

3.1 表面層金相組織的變化

工廠中大功率的機械工作時，會產生很多熱量使機械表層的溫度升高，如果溫度提升到金相分子改變的邊緣時，外表的金相分子就會出現改變。普遍的切削制造，切削熱幾乎都隨切屑流失，所以作用不大。不過對磨削制造來講，因為單位面積上出現的切削熱量是普遍切削方式的幾十倍，切削位置的高溫就會導致外表金相的改變。

影響磨削燒傷的因素有：

（1）砂輪材料。砂輪材料應盡量選用軟砂輪，較軟的砂輪在磨料鈍化時比較容易脫落，磨料顆粒不會粘附在砂輪上。（2）提高砂輪速度。實踐證明，磨削深度越大，被磨削工件表面及內部的熱量越大，尤其是增加工件縱向磨削時，熱源作用面積小，會伴隨著更高熱量的產生，解決這一問題的有效措施是提高砂輪速度，此舉可有效減少工件燒傷。（3）冷卻。除上述兩點外，我們還需要采取外部冷卻的方式來降低熱量。現在廣泛使用的冷卻方式主要有加切削液和高壓大流量法，但快速切削產生的強大氣流嚴重影響切削液的附著，從而降低了熱量散發的速度，而高壓大流量法不僅保證了冷卻效果，還能清洗砂輪，真正實現了兩全其美。

3.2 加工表面的冷作硬化加工過程中表面層金屬產生塑性變形，使晶體間產生剪切滑移，晶格嚴重扭曲，并產生晶粒的拉長、破碎和纖維化，引起材料的強化，其強度和硬度均有所提高，這種變化的結果稱為冷作硬化。加工表面層冷作硬化指標以硬化層深度、表面層的顯微硬度及硬化程度表示。一般硬化程度越大，硬化層的深度也越大。影響冷作硬化的主要因素：

（1）切削用量。為增加工作效率，我們會盡可能的提高切削速度，不僅如此，提高速度使刀具與工件擠壓時間短，也避免了塑性變形。速度大時溫度也會增高，有助于冷硬的恢復，冷硬較弱。進給量增大時切削力增加，塑性變形也增加，硬化加強。但當進給量較小時，由于刀具刃口圓角在加工表面單位長度上的擠壓次數增多，硬化程度也會增大。

（2）刀具。刀具主要影響材料的冷硬度。如：刃口圓弧半徑減小，會減少對工件表層的擠壓，進而減少冷硬；刀具副后刀面磨損增加，對已加工表面摩擦增大，使冷硬增加；刀具前角加大可減小塑性變形，使冷硬減小。

（3）工件材料。要選用高硬度的工件材料，以防止材料變形及切削后的冷硬化現象。

3.3 表面層的殘余應力

切削的過程中金屬件在高壓高溫的物理條件下，其表面形態和內部結構都會發生變化，尤其是切削機械與金屬材料相接觸處，會產生一種互相的彈性應力，即表面殘余應力。其產生的主要原因有以下幾種：

（1）冷態塑性變形引起的殘余應力。在切削力作用下，已加工表面發生強烈的塑性變形，表面層金屬體積發生變化，此時基體金屬受到影響而處于彈性變形狀態。切削力去除后，基體金屬趨向恢復，但受到已產生塑性變形的表面層的限制，恢復不到原狀，因而在表面層產生殘余應力。

（2）熱態塑性變形引起的殘余應力。工件被加工表面在切削熱的作用下產生熱膨脹，此時基體金屬溫度較低，因此表層產生熱壓應力。當切削過程結束時，表面溫度下降，由于表層已產生熱塑性變形并受到基體的限制，因而產生殘余拉應力。

4 結束語

在全球化市場競爭的社會大背景下，企業想有立足之地只有靠生產出的物美價廉的產品，實現大批量、高效率的生產必須借助機械化生產模式。而我們所要研究的是如何使更好的運行，減少機械的損壞與維修，這就需要我們在策劃機械時，首先選好物料和配件，然后在使用過程中盡量避免物理因素的損毀，規范、合理的使用機械，樹立成本意識，實現企業效益的最大化。

參考文獻

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