淺談中小型機械設計加工中的幾個問題

劉江瓊

（深圳市聯合東創科技有限公司，深圳 518110）

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淺談中小型機械設計加工中的幾個問題

劉江瓊

（深圳市聯合東創科技有限公司，深圳 518110）

摘 要：隨著我國經濟建設的快速發展，中小型機械在工程中的運用越來越多。因此，社會對小型機械的設計與加工質量也越來越關注。在對中小型機械進行設計與加工的過程中，很多因素都可能對最后的成品質量產生影響。本文主要從材料選擇、成本控制以及力學性能等三個方面，論述中小型機械在設計與加工過程中需要注意的問題。

關鍵詞：中小型 機械設計 材料 問題

前言

在市場經濟的前提下，企業想要在激烈的競爭中站穩腳跟，就必須在確保產品質量的基礎上，盡可能降低生產成本。對于中小型機械來說，其設計與加工工作不僅是整個生產工序中的基礎，還會在很大程度上影響整個產品的生產質量與生產成本。在設計與加工中小型機械的過程中，材料選擇、成本控制以及力學性能是需要注意的主要問題。只有嚴格控制這三個方面，才能夠確保中小型機械的質量，降低生產成本。

1 材料選擇

在選擇中小型機械制作材料的過程中，需要滿足以下幾方面要求。

第一，使用性能。使用性能是材料選擇的根本要求。中小型機械中的零件有很多，不同零件的使用性能也各不相同。一些可能對材料強度有要求；一些可能會材料耐磨性有要求；一些可能對材料外觀有要求。因此，在選材過程中，需要根據零件的實際使用要求對材料進行選擇。

第二，工藝性能。工藝性能主要指的是材料對工藝的適應性，其中包括熱加工與切削加工兩方面性能。前者指的是材料的鑄造、鍛造、焊接以及熱處理等性能；后者指的是金屬的切削速度V60。V60越高，代表材料的切削性能越好[1]。

第三，經濟性能。材料的經濟性能指的是在使用性能得到滿足的基礎上，盡量降低材料成本，如控制材料價格、提升材料利用率、降低加工維修費用、運用組合結構等。這些方式能夠在一定程度上提升材料的經濟性能。例如，中小型機械中的蝸輪齒圈可以選擇一些貴重金屬，提升零件的耐磨性，而其他部分可以選擇成本較低的材料。圖1為中小型機械中的一種蝸輪齒圈。

圖1 蝸輪齒圈

2 成本控制

機械零件是組成機械的基本要素。在對零件進行設計的過程中，通過零件標準化，不僅能提升產品質量，還能夠降低生產成本。零件標準化主要指的是以零件尺寸、結構、材料、設計、制圖、檢驗等方面為基礎，制定出一套行之有效的標準。這種方式的優勢主要表現在以下幾個方面：第一，可以運用更加先進的工藝來集中制造使用量較大的零件，以達到降低成本、提升質量的目的；第二，無論材料還是零件，其性能指標都能得到有效統一，便于比較，從而提升機械零件的可靠性；第三，運用標準化的零部件，能夠很大程度上簡化中小型機械的設計工作，節省設計時間[2]。另外，在當前市場經濟條件下，企業想要提升產品質量，節省資本消耗，就必須以標準化為依托，以求在競爭激烈的市場中獲得更大的發展空間。

3 力學性能

在對中小型機械材料進行加工時，工件表面的物理力學性能會受到切削運用的作用而發生變化，使其與材料基體的性能產生差異。一般情況下，切削主要分為車削、銑削、刨削、鉆孔以及磨削。切削過程如圖2所示。

圖2 切削類型

材料表面的變化可以分為以下幾種。

3.1 金相組織變化

由于材料切削過程的摩擦力較大，因此工件表面溫度會逐漸升高，在超過一定溫度后，工件表面的金相組織便會發生變化。相比于其他切削工藝，磨削產生的溫度更高，也更容易導致金屬變相。引起磨削燒傷的因素主要有以下三方面。第一，砂輪材料。砂輪硬度太高，容易導致金屬變相，需要選用軟砂輪。第二，磨削用量。如果磨削的深度較大，就容易造成材料燒傷，需要同時提升砂輪與工件的速度，以達到減少燒傷的目的。第三，冷卻方式。通過切削液可以降低磨削溫度，從而避免燒傷。但在實際磨削過程中，砂輪的旋轉會在表面形成氣流層，降低切削液的附著力度。因此，需要運用高壓大流量的方式進行冷卻，以降低磨削溫度，避免工件燒傷[3]。

3.2 表面冷作硬化

在對機械零件進行加工時，零件的表層金屬可能會產生一定程度的塑性變形，從而發生冷作硬化現象。導致零件出現冷作硬化的因素包括以下三個方面。第一，切削用量。當切削速度提升時，零件與設備的接觸時間較短，因此塑性變形也會相對較小，而速度提升所造成的溫度升高也會幫助工件進行冷硬恢復[4]。但如果進給量較小，零件與設備的接觸時間延長，硬化現象也會比較明顯。第二，刀具情況。如果刀具的圓弧半徑增加，其對零件材料的擠壓程度也會提升，進而提升冷硬程度。第三，工件材料。材料硬度越低，其塑性變形的程度越大，冷作硬化也就越嚴重。

3.3 表面殘余應力

材料表面殘余應力的產生原因主要有以下三種。第一，冷態塑性變形。在切削過程中，工件表面已經產生一定塑性變形。在這種情況下，材料體積也發生了變化。在切削力消失后，基體金屬雖然想要恢復，但表層已經發生塑性變形，影響恢復進程，所以產生殘余應力。第二，熱態塑性變形。切削加工過程中會產生一定的熱作用，工件也會因此產生熱膨脹。在切削完成以后，工件表面溫度下降，但熱塑性變形已經產生，故而出現殘余拉應力。第三，金相組織變化。因為金相組織的密度存在差異，材料體積也會因此發生變化，但在工件表面體積變化的過程中，會受到基體制約，因此產生壓應力。

4 結論

綜上所述，隨著經濟建設的發展，市場上的中小型機械產品也越來越多，設計加工工藝也越來越先進。因此，在對中小型機械設計過程中，需要提升對材料選擇以及標準化應用的認識。在加工機械工件時，也需要盡量減少工件表面的物理力學性能，從而提升工件質量，降低生產成本。

參考文獻

[1]劉飛，王秋蓮，劉高君，等.機械加工系統能量效率研究的內容體系及發展趨勢[J].機械工程學報，2013，（19）：87-94.

[2]萬能，茍園捷，莫蓉，等.機械加工MBD毛坯模型的特征識別設計方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2012，（8）：1099-1107.

[3]朱璟.以工作過程為主線的機械設計與制造專業系統化課程體

系構建研究[J].中國職業技術教育，2010，（36）：64-67. [4]焦斌.開放式循環系統在機械產品設計制造中的應用研究[J].

機械設計與制造，2013，（12）：158-160.

On the Small and Medium Sized Mechanical Design and Processing of Several Issues

LIU Jiangqiong
(Shenzhen Joint Technology Co., Ltd. East, Shenzhen 518110)

Abstract:With the rapid development of China's economic construction, small and medium sized machinery used in the construction of more and more, therefore, the community small mechanical des ign and proces sing quality are increas ingly concerned. In the proces s of s mall and m edium sized mechanical design and processing, many factors may have an impact on the quality of the final product, this paper from three aspects material selection, cost control, and mechanical properties, dis cussed sized machinery in the desig n and processing problems that need attention.

Key words:SMEs, mechanical design, materials, problems