浅谈中小型机械设计加工中的几个问题

刘江琼

（深圳市联合东创科技有限公司，深圳 518110）



浅谈中小型机械设计加工中的几个问题

刘江琼

（深圳市联合东创科技有限公司，深圳 518110）

摘 要：随着我国经济建设的快速发展，中小型机械在工程中的运用越来越多。因此，社会对小型机械的设计与加工质量也越来越关注。在对中小型机械进行设计与加工的过程中，很多因素都可能对最后的成品质量产生影响。本文主要从材料选择、成本控制以及力学性能等三个方面，论述中小型机械在设计与加工过程中需要注意的问题。

关键词：中小型 机械设计 材料 问题

前言

在市场经济的前提下，企业想要在激烈的竞争中站稳脚跟，就必须在确保产品质量的基础上，尽可能降低生产成本。对于中小型机械来说，其设计与加工工作不仅是整个生产工序中的基础，还会在很大程度上影响整个产品的生产质量与生产成本。在设计与加工中小型机械的过程中，材料选择、成本控制以及力学性能是需要注意的主要问题。只有严格控制这三个方面，才能够确保中小型机械的质量，降低生产成本。

1 材料选择

在选择中小型机械制作材料的过程中，需要满足以下几方面要求。

第一，使用性能。使用性能是材料选择的根本要求。中小型机械中的零件有很多，不同零件的使用性能也各不相同。一些可能对材料强度有要求；一些可能会材料耐磨性有要求；一些可能对材料外观有要求。因此，在选材过程中，需要根据零件的实际使用要求对材料进行选择。

第二，工艺性能。工艺性能主要指的是材料对工艺的适应性，其中包括热加工与切削加工两方面性能。前者指的是材料的铸造、锻造、焊接以及热处理等性能；后者指的是金属的切削速度V60。V60越高，代表材料的切削性能越好[1]。

第三，经济性能。材料的经济性能指的是在使用性能得到满足的基础上，尽量降低材料成本，如控制材料价格、提升材料利用率、降低加工维修费用、运用组合结构等。这些方式能够在一定程度上提升材料的经济性能。例如，中小型机械中的蜗轮齿圈可以选择一些贵重金属，提升零件的耐磨性，而其他部分可以选择成本较低的材料。图1为中小型机械中的一种蜗轮齿圈。

图1 蜗轮齿圈

2 成本控制

机械零件是组成机械的基本要素。在对零件进行设计的过程中，通过零件标准化，不仅能提升产品质量，还能够降低生产成本。零件标准化主要指的是以零件尺寸、结构、材料、设计、制图、检验等方面为基础，制定出一套行之有效的标准。这种方式的优势主要表现在以下几个方面：第一，可以运用更加先进的工艺来集中制造使用量较大的零件，以达到降低成本、提升质量的目的；第二，无论材料还是零件，其性能指标都能得到有效统一，便于比较，从而提升机械零件的可靠性；第三，运用标准化的零部件，能够很大程度上简化中小型机械的设计工作，节省设计时间[2]。另外，在当前市场经济条件下，企业想要提升产品质量，节省资本消耗，就必须以标准化为依托，以求在竞争激烈的市场中获得更大的发展空间。

3 力学性能

在对中小型机械材料进行加工时，工件表面的物理力学性能会受到切削运用的作用而发生变化，使其与材料基体的性能产生差异。一般情况下，切削主要分为车削、铣削、刨削、钻孔以及磨削。切削过程如图2所示。

图2 切削类型

材料表面的变化可以分为以下几种。

3.1 金相组织变化

由于材料切削过程的摩擦力较大，因此工件表面温度会逐渐升高，在超过一定温度后，工件表面的金相组织便会发生变化。相比于其他切削工艺，磨削产生的温度更高，也更容易导致金属变相。引起磨削烧伤的因素主要有以下三方面。第一，砂轮材料。砂轮硬度太高，容易导致金属变相，需要选用软砂轮。第二，磨削用量。如果磨削的深度较大，就容易造成材料烧伤，需要同时提升砂轮与工件的速度，以达到减少烧伤的目的。第三，冷却方式。通过切削液可以降低磨削温度，从而避免烧伤。但在实际磨削过程中，砂轮的旋转会在表面形成气流层，降低切削液的附着力度。因此，需要运用高压大流量的方式进行冷却，以降低磨削温度，避免工件烧伤[3]。

3.2 表面冷作硬化

在对机械零件进行加工时，零件的表层金属可能会产生一定程度的塑性变形，从而发生冷作硬化现象。导致零件出现冷作硬化的因素包括以下三个方面。第一，切削用量。当切削速度提升时，零件与设备的接触时间较短，因此塑性变形也会相对较小，而速度提升所造成的温度升高也会帮助工件进行冷硬恢复[4]。但如果进给量较小，零件与设备的接触时间延长，硬化现象也会比较明显。第二，刀具情况。如果刀具的圆弧半径增加，其对零件材料的挤压程度也会提升，进而提升冷硬程度。第三，工件材料。材料硬度越低，其塑性变形的程度越大，冷作硬化也就越严重。

3.3 表面残余应力

材料表面残余应力的产生原因主要有以下三种。第一，冷态塑性变形。在切削过程中，工件表面已经产生一定塑性变形。在这种情况下，材料体积也发生了变化。在切削力消失后，基体金属虽然想要恢复，但表层已经发生塑性变形，影响恢复进程，所以产生残余应力。第二，热态塑性变形。切削加工过程中会产生一定的热作用，工件也会因此产生热膨胀。在切削完成以后，工件表面温度下降，但热塑性变形已经产生，故而出现残余拉应力。第三，金相组织变化。因为金相组织的密度存在差异，材料体积也会因此发生变化，但在工件表面体积变化的过程中，会受到基体制约，因此产生压应力。

4 结论

综上所述，随着经济建设的发展，市场上的中小型机械产品也越来越多，设计加工工艺也越来越先进。因此，在对中小型机械设计过程中，需要提升对材料选择以及标准化应用的认识。在加工机械工件时，也需要尽量减少工件表面的物理力学性能，从而提升工件质量，降低生产成本。

参考文献

[1]刘飞，王秋莲，刘高君，等.机械加工系统能量效率研究的内容体系及发展趋势[J].机械工程学报，2013，（19）：87-94.

[2]万能，苟园捷，莫蓉，等.机械加工MBD毛坯模型的特征识别设计方法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2012，（8）：1099-1107.

[3]朱璟.以工作过程为主线的机械设计与制造专业系统化课程体

系构建研究[J].中国职业技术教育，2010，（36）：64-67. [4]焦斌.开放式循环系统在机械产品设计制造中的应用研究[J].

机械设计与制造，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