關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)過程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的研究

韓 穎 俞軍坤

（1.浙江歐可美科技股份有限公司，浙江 杭州 310000；2.杭州悅克智控科技有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

零件本身結(jié)構(gòu)的合理性和精度對(duì)機(jī)械加工過程的影響十分嚴(yán)重，隨著現(xiàn)代零件結(jié)構(gòu)的日漸復(fù)雜，人們對(duì)零件設(shè)計(jì)和加工要求越來越高，而零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性設(shè)計(jì)，可以提升其具體的加工效率和質(zhì)量。因此，在具體零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該以合理性和科學(xué)性為原則，將更多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用其中，進(jìn)而全面提升整個(gè)機(jī)械加工水平和效率。

1 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)應(yīng)該與結(jié)構(gòu)材料相適應(yīng)

由于材料的不同，展示出來的性能也不同，這其中包括力學(xué)性能、物理化學(xué)性能等。因此，在產(chǎn)品材料選擇好之后，整個(gè)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該與具體的材料工藝性能相符。站在某個(gè)角度來說，一旦產(chǎn)品材料確定之后，具體的生產(chǎn)工藝性能和工藝過程也就基本得到了確定，為工作人員確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基本形式提供了便利條件。例如，某產(chǎn)品在制作過程中以鑄鐵為主，如果鑄鐵的鑄造性能較強(qiáng)，那么該零件會(huì)以鑄造生產(chǎn)為主，促使其基本形式與鑄造工藝要求相符。根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)性能，該零件應(yīng)該以薄壁結(jié)構(gòu)形式為主，不會(huì)采用實(shí)心操作。另外，在凸輪軸制作過程中，如果選擇45鋼為原材料，此時(shí)凸輪軸的制作往往會(huì)以鍛造成型為主，在軸設(shè)計(jì)上也會(huì)以實(shí)心為主，只有這樣，才能降低工藝制造成本，提升其實(shí)用性。

1.2 機(jī)械零件結(jié)構(gòu)應(yīng)該與毛坯成形方法相適應(yīng)

由于不同的毛坯成形工藝適用于不同結(jié)構(gòu)形狀的毛坯生產(chǎn)的過程中，站在某種角度來說，毛坯成型工藝會(huì)對(duì)零件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。在鑄造成型過程中，可選擇的工藝很多，往往可以將一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件生產(chǎn)出來，尤其是在芯子制造上具有多變性特點(diǎn)，為后續(xù)復(fù)雜內(nèi)腔的制定提供了基礎(chǔ)。整體來看，為了進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)效果，人們可以采用具體的空中結(jié)構(gòu)將零部件的剛性提升，進(jìn)而降低材料用量的消耗程度。象在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的箱體設(shè)計(jì)上，可以利用焊接形式進(jìn)行，但焊接過程中的箱體內(nèi)腔不能太過復(fù)雜，否則將會(huì)增加整個(gè)焊接生產(chǎn)工作的難度，最終提升企業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)成本。又如，在曲軸生產(chǎn)過程中，由于鑄造工藝具有較強(qiáng)的成形性，可以進(jìn)一步降低軸的加工余量，提升金屬利用率，其制造成本也要低出鍛軸很多。在曲軸鑄造過程中，其具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以比較復(fù)雜，但必須與相關(guān)鑄造工藝要求相符，并做到形狀對(duì)稱。最后，如果不加工面與分型面相垂直，設(shè)計(jì)人員需要將整體結(jié)構(gòu)斜度突顯出來。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)過程中零件結(jié)構(gòu)合理性設(shè)計(jì)的具體方法

2.1 毛坯的合理選擇

首先，對(duì)毛坯形狀進(jìn)行確定，為了確保機(jī)械零件的加工效率，設(shè)計(jì)人員需要盡可能地確保毛坯尺寸與形狀和機(jī)械零件本身結(jié)構(gòu)相符。在形狀相似的情況下，可以避免毛坯出現(xiàn)過度粗糙的問題，提升機(jī)械零件的加工量。另外，在具體的機(jī)械零件設(shè)計(jì)過程中，還要選擇一些先進(jìn)的毛坯加工手段，只有這樣，才能在機(jī)械零件批量生產(chǎn)過程中，獲得更好的加工效果。其次是毛坯結(jié)構(gòu)的確定，該項(xiàng)工作的開展情況主要由機(jī)械零件結(jié)構(gòu)直接決定，由于毛坯結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)械零件的加工過程容易產(chǎn)生影響，在具體加工設(shè)計(jì)工作中，工作人員應(yīng)該提升對(duì)毛坯結(jié)構(gòu)選擇的重視程度。為了對(duì)結(jié)構(gòu)的難易程度進(jìn)行掌握，人們可以對(duì)合并和分解方法進(jìn)行選擇。換句話說，在毛坯結(jié)構(gòu)加工過程中，可以將結(jié)構(gòu)簡單的零件組合到一起，組成一個(gè)新的零件，或者將一個(gè)結(jié)構(gòu)較大的毛坯削成幾個(gè)小的零件，進(jìn)而與機(jī)械零件加工要求相符。例如，在車床絲杠螺母合口瓦和活塞環(huán)加工過程中，工作人員可以先進(jìn)行長套筒和整個(gè)毛坯的加工，之后將合口瓦切削成2個(gè)部分，在各項(xiàng)零件符合標(biāo)準(zhǔn)要求之后，再進(jìn)行車床加工，切割出與要求相符的活塞環(huán)。

2.2 零件結(jié)構(gòu)的合理簡化

在具體的機(jī)械零件設(shè)計(jì)加工過程中，為了進(jìn)一步提升零件的加工效率，人們可以將整個(gè)機(jī)械零件的加工面設(shè)計(jì)成簡單的幾何平面，如圓面等，并將具體的零件結(jié)構(gòu)簡化，進(jìn)而為后續(xù)零件加工工作的開展提供便利條件。除此之外，工作人員還可以根據(jù)具體的零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將全部零件分成合體式和分體式2種結(jié)構(gòu)。部分機(jī)械零件在加工過程中，以合體構(gòu)件的加工為主，這樣一來，便可以降低連接件中的技工量，還能進(jìn)一步減少組裝工作的開展。還有部分零件在加工時(shí)無法進(jìn)行合體加工，此時(shí)分體式加工的功能便能徹底發(fā)揮出來。設(shè)計(jì)人員可以將零件分解成2個(gè)部分，一個(gè)是套筒部分，另一個(gè)是球形底面墊塊，這樣可以將加工程序簡化。當(dāng)2部分加工工作全部完成之后，工作人員只需要將球形底面墊塊加入套筒之中即可。

2.3 減少零件加工面

在機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)進(jìn)一步降低加工面積，這樣一來，整體零件的加工量也會(huì)得到大幅度降低，提升加工效率。在實(shí)際工作中，還會(huì)出現(xiàn)很多零件結(jié)構(gòu)定位，此時(shí)，工作人員需要確保整個(gè)零件加工精度能夠得到大幅提升，并且對(duì)零件裝配進(jìn)行有效控制，長此以往，會(huì)增加零件的加工量和加工難度。為此，工作人員在加工工作開始之前，對(duì)整個(gè)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)而將零件定位到一個(gè)端面之中，提升定位的合理性，為整體加工工作提供便利的同時(shí)，提升加工精準(zhǔn)度。除此之外，在具體的機(jī)械零件加工過程中，工作人員需要注意的地方有很多，例如不能在封交的內(nèi)表面開展加工工作。一般來說，機(jī)械零件的內(nèi)部加工本身存在很大難度，其內(nèi)部表面處于半封閉狀態(tài)，不利于加工工作的全面開展。因此，工作人員一定要避免這種情況的出現(xiàn)。

2.4 提升零件的設(shè)計(jì)精度

在機(jī)械零件加工完成之后，相關(guān)參數(shù)與零件設(shè)計(jì)參數(shù)保持同步，這也充分證明了零件本身具備較高精度，能夠與機(jī)械設(shè)備相匹配，還可以進(jìn)一步提升機(jī)器的使用效率和價(jià)值。從這里也可以看出，零件加工精度與零件加工質(zhì)量息息相關(guān)，但在具體設(shè)計(jì)過程中，其加工精度容易受到很多因素的影響。例如，在空腔類零件設(shè)計(jì)和加工過程中，很容易受到外力的影響，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)零件出現(xiàn)變形問題。為了避免這種情況的出現(xiàn)，零件加工精度的提升顯得十分重要。設(shè)計(jì)人員在零件設(shè)計(jì)過程中可以將其結(jié)構(gòu)改成盒狀，將原來的開口端設(shè)計(jì)成閉口端，只有這樣，才能將零件的薄弱區(qū)強(qiáng)度提升，避免變形情況的出現(xiàn)。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該從零件的穩(wěn)定性角度入手，實(shí)現(xiàn)零件結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化，提升精度。

3 結(jié)語

綜上所述，機(jī)械零件的合理設(shè)計(jì)是保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，更是提升其生產(chǎn)效率的必要條件。因此，在具體的機(jī)械零件設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該將其中的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理性地展示出來，并以實(shí)際情況為主，對(duì)相關(guān)機(jī)械零件性能進(jìn)行優(yōu)化，改善其零件結(jié)構(gòu)，只有這樣，才能確保整個(gè)機(jī)械零件設(shè)計(jì)與現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)需求相符。