现代化机械结构设计与工艺性分析

现代化机械结构设计与工艺性分析

摘要随着机械加工技术的进步与发展，复杂零部件的加工有所改善。然而结构工艺性分析仍然不容忽视，在生产实践中，应该引起足够重视。本文首先阐述了工艺性分析的重要性，继而探讨工艺性设计过程中的主要影响因素，并逐一列举了设计中常见的一些问题，并简述了解决对策。最后在对特种加工技术的内涵及特点有了一定认识的基础上，指出了具体特种加工技术对机械制造的重大影响作用。

关键词机械零部件；设计工艺性；特种加工

1 机械零件结构工艺性的重要性

日常生产中，在对机器零件进行设计时，要求其结构不仅具体满足使用条件，而且要求结构的工艺性能良好，即具有很强的可行性和经济性。只有满足机械结构设计的工艺性，才能保障生产地顺利进行，还具有零件装载完整、成本消耗少等优点，能在市场竞争中处于优势地位。因此机器零件的结构工艺性设计是进行机械设计的关键，其涉及面广、综合性强，值得深入研究。此外，重视对机械零件的结构工艺性进行分析，可以促进机械加工工艺过程合理化，减少工作量，提高工作效率。具体来讲，应该做好以下几方面工作。

1.1 认真分析机械零件的结构

对机械零件（尤其是复杂零件）的结构进行分析时，首先要通过对图纸的详细分析，弄清各零件在产品中的装配关系和作用，再对该零件参数（包括形状、尺寸等）和性质（如粗糙度等）进行详细分析。

1.2 认真分析零件加工工艺性

在对机械零件的结构进行了详细、认真分析的基础上，搞清楚各形状和尺寸的设计基准，分析个表面工艺性，检查各加工面设计基准与定位基准是否重合，避免基准链换算而增加计算工作量[1]。

2 机械结构设计工艺性的主要影响因素

2.1 所选结构材料

各种材料的性能受力学与化学性质的影响而有差别。故选定产品材料后，考虑其工艺性能，安排产品的生产工艺流程，确定零件的基本结构。如果零件结构与所选结构材料不一致，不但加大加工难度，还导致成本增加，结构的工艺性能会较差，所以要求两者相适应。

2.2 毛坯成型方法

不同结构形状的毛坯所需的毛坯成型工艺不同，一定程度上，毛坯成型工艺对机械零件的结构产生巨大影响，形状设计的复杂性根据零件的结构确定。

2.3 加工工艺过程

机器零件生产的加工工艺选择是根据零件工艺性要求而具体确定的，一般生产中，要求机器零件的结构与零件加工工艺路线相适应。

2.4 生产批量零件

要求的生产批量不同，则选用的生产工艺不同，进而影响结构工艺性。因此，如果产品或零件的结构与生产批量相适应，对提高生产效率，扩大经济效益有很重要的意义。

2.5 质量技术指标

产品的质量技术指标与生产时间与费用正相关，即指标越高，需要的生产时间和生产成本越大。一旦质量技術指标高出了一定范围，会导致成本和费用急剧增加，破坏经济效益。确定合理的产品质量指标，使其既能符合结构工艺性设计，又能满足使用要求，对保证经济性至关重要[2]。

3 机械结构工艺性设计常见问题分析

随着机械结构设计的不断进步和发展，设计工艺性要求也越来越高，然而总是不可避免地存在以下一些常见问题：

3.1 轴承密封问题

滑动轴承通常有较大的空隙，极易出现磨损而导致轴心移动，不宜采用接触式密封方法。

3.2 较长机械零部件变形困难问题

机器零部件的长度随温度变化而迅速变化，因此设计较长的机械结构时，应给予其自由变形的空间，可以采用移动支座或者自由伸缩的管道结构解决此类问题。

3.3 螺纹载荷过重问题

螺杆结构设计时，应尽量减小螺纹载荷，可以采用扩大受力面积的结构方式来减小螺纹受力。

3.4 螺栓头部伸出问题

高速旋转结构体，极易出现螺栓头与螺母伸出法兰面的现象，给安全生产造成威胁。结构设计时，宜用防护罩掩盖伸出部分。

3.5 同轴双半圆键设计问题

同轴母线上的半圆键靠侧面传力，常由于键槽深而严重削弱轴的强度的问题。故应在同一轴向母线上设计两个半圆键。

3.6 传动结构设计问题

带传动、链传动的结构设计紧边、松边位置相反。链传动采用紧边在上的结构，避免链与链轮缠绕，预防链条卡断问题。另外，虽然传动系统中的摩擦传动，能避免载荷过重时的滑动危险。但大型机械结构设计要求有足够高的安全系数，多不采用摩擦传动，避免引起安全事故。

3.7 活塞杆或阀杆的填料密封问题

多层填料密封的泵，不适合用螺纹旋转压盖压紧，这样会由于法兰面与填料的相互摩擦而损坏调料，同样也增加了扭紧力矩。故应采用一个法兰与若干螺钉配合来压紧填料的结构[3]。

4 特种加工对机械制造结构工艺性的作用

4.1 含义及特点

特种加工就是在机械零部件或产品的被加工部位，施加声、化学等能量，以去除、塑形或镀覆材料的加工方法。此类加工方法可以对硬度大、韧性高的材料以及表面复杂、敢赌低的零件进行加工，有力地解决了传统机械加工难以实现复杂结构工艺性的难题，成为一项必需的加工技术。

特种加工的主要特点是非接触性，即工具与工件很少接触，采用物理溶解、剥离等加工机理可对复杂表面的零部件进行工艺性设计。另外，还有以下优点：①特种加工与零部件的机械性能无关，对各种非金属材料也可进行加工；②特种加工不依靠切削原理，无排屑问题存在，是传统机械加工的有力补充；③能量的控制和转换较容易，使得加工范围广、适应性强；④加工余量微细进行，提高加工精度；⑤不存在传统机械加工中的大面积热应变问题，使得表面粗糙度较低；

⑥各类型能量组合使用，可形成新的复合加工，加工效果好。

4.2 影响作用

由上述认识可知，特种加工具有很好的应用前景，发展潜力巨大。常见的特种加工类型有电火花加工、电化学加工、超声加工等。分析其特点，结合实践，利用特种加工方法进行机械结构设计，对其结构工艺性有重要作用，主要表现为：

①零件的典型工艺路线发生改变通常情况下，淬火热处理在切削、成型加工后，然后再进行磨削处理。而特种加工处理形式与此不同，因工件硬度不影响加工工艺，一般都是先淬火后加工，避免部件形变；②新产品的试制周期明显缩短试制新产品时，如采用特种加工处理方式切割，便可直接加工出各种复杂的零件，省去二次工具的设计和制造，大大缩短了产品生产周期；③对产品零件的结构设计有影响为了减少应力集中轴齿根部应设计成小圆角结构，拉削加工和电解加工都存在一定劣势，其他常规方法也往往采用拼接结构，很难实现良好设计，电火花加工方法对硬度高的金属也有极高的塑性，实现整体结构设计。除这些作用外，特种加工还对传统结构工艺性好坏进行了重新衡量，例如对方孔和窄缝工艺性好坏的评定，避免典型的结构工艺流程，实现了机械结构的良好设计。由此看来，特种加工工艺在机械结构设计和制造中意义重大，推动了机械制造技术的发展，并将不断完善，促进更明显的发展。

5 結束语

综上所述，机械零件结构工艺性设计是降低生产成本、提高经济效益的关键。在进行机械零件结构工艺性设计时，需要考虑诸多因素，只有将材料选择、方法设计、工艺流程、设计工艺综合起来统筹设计，才能合理确定各道工序的具体方案，减小方案设计误差，保证方案的可行性与经济性，最终确保机械零部件使用功能和质量达标外，节省时间，提高工作效率，实现良好的经济效益。

参考文献

[1] 徐向红，易顺明.结构工艺性冲突解决的知识表示[J].机械制造与自动化，2003，（5）：46-49.

[2] 王丽华，张宏伟，李爽.浅析结构工艺性冲突解决的方案分析[J].机械制造与自动化，2011，（4）：22-23.

[3] 张洪林，龚伟平，李华北.关于结构工艺性冲突的探讨与研究[J].机械制造与自动化，2010，（3）：23-32.