机械结构设计中的加工工艺性研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 07 日 作者简介：李斌（1979），男，汉族，北京人，中级职称，大专，研究方向为结构设计及工艺。-143-机械结构设计中的加工工艺性研究 李 斌 中国人民解放军海军七一工厂，北京 100015 摘要：摘要：近年来，随着我国工业化发展速度加快，机械加工与生产技术取得了前所未有的进步。其中机械结构设计作为加工生产中重要的一环，直接决定着机械结构的实用性能，必须将理论技术作为设计和生产依据，提高设计质量和加工工艺性。尤其面对现代化工业的发展需求，机械加工技术能满足更为复杂的生产需求，同时也对结构工艺性提出了更为严格的标准。本文将从机械结构设计中加工工艺性探究入手，分析目前存在的一些常见难题，并对主要影响因素进行论述。最后梳理机械结构设计加工工艺性的基本原则以及作用路径，以供参考。关键词：关键词：现代工业；机械加工技术；工艺性；模块独立；精度质控 中图分类号：中图分类号：TH122 0 引言 在机械加工技术中，工艺性能要求较为严格，而且直接影响到机械结构的整体质量生产效率甚至生产成本。分析机械结构的工艺性能，包括铸造性能、压力加工性能以及切削加工功能等，能满足现代化工业复杂的生产需求。尤其在前期机械结构设计过程中，尤其要着重提升工艺性，有效减少加工过程中的动力消耗，材料消耗也可缩短加工周期，是使零件具备装载完整，成本低等优势，在激烈的市场竞争中脱颖而出，顺应当下经济社会发展提出的严苛要求。1 机械结构设计中加工工艺性概述 1.1 机械结构设计 现如今，在科学技术的支持下，我国机械制造业迎来了发展机遇，产品的构造和功能日渐复杂，满足社会生产需求的同时，尤其要考虑好如何降低制造成本和制造周期，才能在激烈的市场竞争中夺得优势。而机械结构设计是产品设计最重要的一部分，通过合理且科学的设计活动，能进一步优化产品性能和质量，而且对控制产品生产成本也极为关键。另外，在机械结构设计中要着重搭建合理的产品框架，即使是同一种产品类型，适当通过设计不同的结构形式所能达到的效果也千差万别，影响最终的生产加工效益。与此同时，在机械结构设计中，必须充分考量一系列综合因素，包括加工工艺、零件性能、刚度和精度的计算等等。而机械结构设计的工艺性则是最为关键的一项要素，主要是指在前期结构设计阶段，保证满足产品使用功能需求的前提下，尽量提升设计的可行性和经济性1。1.2 加工工艺性意义 在机械结构设计中，工艺性的主要作用，便是提升机器或某个零件的可操作性。在后续加工装配和维修等环节中，都能尽量减少工艺复杂性，降低工艺生产成本，缩短生产时间。具体说来，加工工艺性的作用价值主要表现在以下几个方面上：其一，通过提高机械结构设计加工工艺性能，进一步适应经济和高效制造过程的需求，对机械加工生产企业而言极为有利，可优化生产过程，降低生产成本，实现高效生产目标。其二，加工工艺性，还能进一步作用于具体的机械零件结构，提高可装配性。而这些零件是机械产品的基础单元，也直接决定着产品的综合性能。利用加工工艺性，从源头直接管控机械生产制造，减少成本支出，缩短生产周期。其三，机械结构设计的工艺性还有利于加强与老产品的通用性，显著提升机械结构设计的整体效用。2 机械结构设计中加工工艺性的常见难题分析 虽然近年来，我国科学技术水平不断升级，机械结构设计中的加工工艺性，也取得了一定的提升和进步，不可否仍然存在着一些常见的难题，必须及早采取相应应对机制。首先，在机械结构工艺性设计中，零件是极其关键的组成部分，而部分机械零件在设计长度上，难以把控得当。而且随着后续长时间的使用，中国科技期刊数据库 工业 A-144-部分机械零件还会出现变形问题，这也就加大了前期工艺性设计的难度，如何解决机械零件出现长度变化的难题，需要及早进行考量。其次，螺纹的载荷问题也较为常见。在机械设备中，螺杆结构较为常见，而设计过程中必须考虑到螺纹的载荷问题，应尽量减少负重，才能尽可能的降低负面作用。目前在机械结构工艺性设计中，有部分设计人员会借助扩大受力面积，减少单位面积压强来控制这一难点。当然除了此种设计方法，也可尝试从其他方面进行考量。除螺纹问题外，螺栓头也存在一定的隐患，栓头和栓姆会在后续的使用中逐渐伸出法兰面，如若不加管控，很容易影响生产安全。另外，传送带的设计是当下机械结构工艺性设计的一大难点。从目前机械加工生产的过程来看，极其容易出现一些因传送带导致的生产问题。如链条断链卡带传送带方向出错等等。因此应着重在这一环节上进行优化和改进。3 机械结构设计中加工工艺性的主要影响因素 3.1 结构材料 在机械结构设计中，加工工艺性往往需要综合进行考量，不仅要考虑到机械单个零部件的工艺性，而且还要确保产品在后续生产制造过程中具有工艺性，这样才能提高市场竞争优势。就目前机械结构设计中加工工艺性考虑的主要因素来看，材料类型是极其重要的因素之一，不同的材料所形成的影响是千差万别的，尤其材料的物理性能和化学性能都有所区别。设计人员在前期进行机械结构设计时，便要将这些因素考虑在内，选取最合适的机械构件材料，确保能够提升整体结构的工艺性特征。此外，在设计阶段，还应充分考虑整个生产工艺的流程，确定好每一个机械结构零件的整体结构和材料类型，保证材料更适应于原有的结构设计标准，避免形成过大的差异，造成生产成本的上涨，而且也不利于控制和缩短生产时间，极其容易影响机械零件结构工艺性的整体效果2。3.2 毛坯成型方法 除了结构材料影响因素外，毛坯成型的方法也是决定加工工艺性的关键。多数情况下，合理运用毛坯成型方法，有利于提升和完善零件结构的工艺性。一般而言，不同结构不同形状的毛坯，在毛坯成型工艺应用的要求上存在着大同小异的特征，也就减少了零件生成的局限性，可在某种程度上提高机械零件的工艺性水平。另外。在具体的机械零件制造过程中，还需保证所设计的零件结构能与生产工艺相符合，减少二者存在的差异性问题，才能确保机械结构设计中加工工艺性的有效凸显。要注意的是，在机械加工设计过程中，应着重考虑不同零件的生产需求以及使用需求，如若单一对其中某一零件形成大量的生产要求，则可采用批量生产的形式解决这一问题，既能实现规模生产效益，也有利于符合市场竞争趋势。3.3 质量技术指标 在此基础上，在机械结构设计中，加工工艺性，还会受到质量技术指标的影响。分析机械结构的整体设计，为保证加工工艺性特征，一般会在前期将质量技术指标和，与产品的生产时间生产成本相挂钩，而质量技术指标越为严格，所需要耗费的生产成本自然更高。但如若不能合理加以管控设计优化，当质量技术指标提升到一定限度时，超出正常范围，会明显提升机械结构生产的整体时间和成本，这对相关机械生产企业而言，尤为不利，很难达到应有的经济效益。正因如此，在机械结构设计中加工工艺性的保证还必须参考质量技术指标。要尽量设立更为适宜的指标体系，满足结构工艺性设计中相关要素的要求，包括生产时间，生产成本以及生产质量，力求实现多元要素的综合与平衡。4 机械结构设计中加工工艺性的基本原则 基于以上分析，在机械结构设计中要保证加工工艺性，就必须遵循一定的设计原则。首先最为关键的便是功能性原则，具体结构设计期间，设计人员必须考量机械零部件的具体结构功能，始终满足零件的基本功能需求，再进一步对其进行优化和完善。其次，还应遵循成本最优性原则，保证了前期的功能性要求，在进行机械零部件设计期间，就必须从企业整体生产经营出发，尽量减少后续生产加工成本，提高成本竞争优势。设计人员应在前期便从宏观思维出发，积极优化和完善设计方案，并比对多份设计方案的可行性，最终确定成本最优的方案类型。当然，在保证成本最优的同时，也不能忽略机械零部件的整体性能，力求可以实现双优设计的理想目标。除以上关键原则外，还必须严格遵循模块独立性原则，这一原则是确保加工工艺性达成的关键所在。设计人员应在设计期间始中国科技期刊数据库 工业 A-145-终沿用模块设计思想，尽量提高各零部件的独立性系统性，避免各零部件相互干扰影响，也能延长零部件的使用寿命提升使用价值3。5 机械结构设计中加工工艺性的具体作用路径 5.1 解决材料硬件不同的难题 机械结构设计中，为保证加工工艺性，必须首先解决材料硬件不同的问题。尤其在复杂机械产品生产中，往往需要同时处理硬度不同强度不同的材料类型，从而完成产品精准化加工的任务。而以往的生产工艺难以解决这一复杂生产需求，必须提升机械结构设计中的加工工艺性。就目前来看，可选用特殊加工形式，提高整体的适应能力，满足产品生产的必要条件。特殊加工与传统生产加工有所不同，可着重对零部件的某一部分进行加工处理，这就削弱了内部材料硬度和韧性不同的生产难点。而且这种特殊的加工工艺，对原有机械零件的工艺性能并无太大影响，受局限因素较小，即便是加工一些非金属材料零件，也可应用特殊加工方法灵活应对处理4。此外，这种特殊生产形式还能减少生产中的排屑问题，不仅更为安全环保，而且还能提高生产的精准性，减少不必要的干扰问题，避免导致零部件表面过于粗糙。5.2 特种加工工艺的特殊影响作用 特殊加工工艺，除了可解决材料硬件不同的问题，还能发挥其独有的影响作用，为机械加工生产提供服务。而且近年来特殊加工技术发展日趋成熟，应用也逐渐广泛，甚至得到了显著的改良和优化。目前市场上特殊加工工法主要包括电火花加工电化学加工以及超声加工等等。并且还在不断完善和丰富。借助该种特殊的加工工艺，能解决诸多工艺性问题。而且针对复杂的零件加工生产，还能删减中间环节，缩短生产制造工期，提升市场竞争优势。尤其值得一提的是，这种特殊加工手段还具备便捷应用性，以其出色的适应能力，推动了我国机械制造生产质量的升级，打破传统机械结构，工艺性设计中一些不能实现的问题。5.3 不同零件结构设计中的工艺性 零件的加工工艺性，与不同零件结构有一定的关联性。以钣金件类产品为例，在具体的是生产过程中必须考虑到钣金件的整体性能标准，对没有钣金件的横向抗弯能力进行优化，从而提高其横向弯曲荷载。尤其针对一些薄板构件的加工生产，更要着重考虑整体加工工艺的要求和特征，满足易于制造的要求和标准。分析钣金件的主要工艺性要求，必须具备较好的冲切弯曲拉伸等优势，这样既能保证钣金件的使用性能和寿命，而且还能最大限度降低生产难度，减少生产成本。此外，在钣金件的结构工艺性设计中，必须严格考量材料的性能，几何形状尺寸以及精度等要求，针对不同设计要素灵活进行选择。另外，一些切削加工类的产品零件，在前期机械结构设计时，为保证提高加工工艺性，应尽量选取一些有利于实施作业的材料类型，提高整体的标准化程度。如减少加工表面积，或将零件尺寸尽量标准化，规格化，尽量提高零件的便于装配性5。5.4 做好机械零件加工精度的质控工作 最后，除了以上关键办法外，还应着力做好机械零件加工精度的指控工作，将机械结构设计工艺性有效落实到地。前期在确定好加工工序后，要设定精细的加工质量要求和精度标准，为后续质控提供参考依据。相关人员要合理统筹各项机械零件加工生产活动，结合机械生产能力，尽量提升加工工艺的适用性，能够从多维度进行优化，提高零部件的生产能力以及加工精密度。除此外，做好整体统筹工作后，还要对工序合理规划细致分析各工序的次序，提升机械零件生产的合理性，保证加工生产顺利完成，提高生产效率。此外，要注意调整机械零件加工程序中的主次层次，严格保证先粗后细的生产工序，能够在后期加工中进行精密的处理，保证零件的生产精度质量。唯有不断提升机械零件加工精度的质控水平，才能进一步减少可能出现的质量问题，让机械结构设计中的加工工艺性作用凸显出来，也能提升生产效率和生产质量。6 结语 综上所述，机械结构设计，是机械产品生产中最重要的一环，必须严格落实各项机械结构设计关键要素，力求借助提升加工工艺性，保证机械生产的经济效益，减少成本支出。综合考虑多方面影响因素，提高机械结构设计中加工工艺性的整体水平。确保实现方案的可行性，切实满足日益复杂的机械产品加工生产要求。中国科技期刊数据库 工业 A-146-参考文献 1刘晓阳.船体结构设计中生产工艺性问题和对策分析J.船舶物资与市场,2023,31(12):35-37.2陈大龙.智能制造背景下机电技术应用专业课程体系构建研究J.农机使用与维修,2023(11):125-128.3张爱敏,王燕,王桂龙,赵国群.超临界二氧化碳间歇式发泡工艺制备原位微纤增强聚丙烯泡沫J.高分子材料科学与工程,2023,39(09):62-70.4孙胜兵,杨进步,周林浩.产品设计在机械设计制造中的因素分析和应用研究J.现代制造技术与装备,2023,59(04):92-94.5张伏层.浅谈机械结构设计中的创新设计J.内燃机与配件,2018(17):226-227.