浅析机械零部件绿色加工工艺

浅析机械零部件绿色加工工艺

冉华安

重庆工业职业技术学院设计学院，重庆：401120

摘要：随着社会主义市场经济的蓬勃发展,中国的加工机械的发展水平也有了长足的提高。而传统的机械设备加工方法,其实是指通过加工方式改变了毛坯,但在不断的生产磨练中,毛坯逐渐与零部件的制造标准更加符合。同时加工手段中对于毛坯方式的改变,还有毛坯规格改变、毛坯造型改变。机械设备制造在零件加工中是最基本的工艺技术,直接影响到最后的机械加工精度。越是严谨的机械设备加工方法,越能确保零部件机器制造的精确度与品质。在生产中,由于受限于各种原因影响,许多条件都会影响到零部件机械加工程度,甚至成为机器制造的重大损失。所以在制造产品零件的时候,就必须要清醒的认识各种原因,改进加工方法,以提高机械加工准确性与效率。

关键词：绿色加工工艺；零部件加工精度；影响研究

引言

机械零部件在制造中,必须要注意对工艺的产品设计,而又是整个机械生产过程和制造业中十分关键的部分。而由于现代社会经济的日益发达,也产生了更多更加精密、非标化的复杂零部件需要制造,对机械制造领域也提出了相当大的技术考验,当面对着各种形式的复杂零部件制造时,一方面需要加工技术产品设计才能满足复杂零部件生产需要,另外工艺的产品设计也将直接关系到复杂零部件的制造质量,由此可见加工技术产品设计在复杂零部件生产中的重要性。现阶段我国在对机械零件的加工中,常常出现不重视加工技术甚至加工方法制定不当的情况,不能较有效的提高零部件的加工质量,也不利于国内机械设备的进一步开发进步。要想从根本上破解机械加工技术难题,首当其冲的就是认真研究和总结机械加工技术对机械零件加工质量的影响原因,并以此为依据制订出具体可行的加工改善方法,以便于进一步改善零件加工质量。

1 绿色加工工艺的主要论述

    一般情况下,绿色加工工艺会被细分为以下三个组成部分。第一步是工序创新的流程,所谓的流程指的是机械零部件在加工过程中的大致加工过程,主要体现在人们在施工设备时会对毛胚零件加以修改,以此提高零部件的制造精细性。在人们使用工艺手段去改造毛坯时,在整个零件制造的流程中首先就必须完成粗加工,通过粗加工才能使得这些零件更符合于人的设计需求。零件经过了粗略处理之后才可以对其实行精加工,但是在精加工的进程中或许会耗费巨大的人工与资金,而与此同时,为了将经过精加工后的零件得到进一步检测与装配,对企业来说,就必须委托专门的机械加工技师完成筛选与整理等工作,最后将选中的零件经过机械加工打包和装运,以至于对于一些质量不合格的零件,则必须退回原厂家加以处理甚至予以淘汰。因此机械加工工艺流程中不但达到了相当严谨的标准,而且还具有相对繁杂的计算过程,技师们必须根据有关规范对毛坯尺寸加以加工处理,并且,在操作的整个流程中也必须严格地按照有关规范以及精度的计算操作,这便是绿色加工工艺的第二部分,为了生产出正确的零件,必须是根据机械加工技术条件来生产,这才可以保证零件的准确性。后一段就是绿色加工工艺的流程,这所谓的加工流程说的是公司在制造零件之前,就必须先进行前期的设计制作,对这些材料文件加以加工规整,而后等到这些文件经过审批以后,把这些文件就定名为机械加工流程。

2现代机械制造工艺技术特征

2.1关联性

在现阶段,现代的生产机械工艺及加工技术都包括了不少关键的工艺技术,其中许多与关键技术之间都具有直接关联性,因为其中的每个环节都十分重要,如在产品设计、开发、制造、生产和营销产品等环节,均能反映其先进性,也因为各环节之间都彼此发生了作用,所以现代的生产机械工艺及其加工技术都对产品制造具有直接作用,其技术水平也直接关系到产品质量。

2.2系统性

现阶段,机械的制造技术与生产机械工艺正在迅速发展,给各企业产品生产带来了全新的工艺条件与技术基础,并能够表现出产品具有全面、前沿和跨越地域的特性,而机械加工技术快速发展的主要动因则在于生产过程更为科学,产品具有较好生产效能,同时具有系列化特征,融合了计算机、自动化技术、工业信息化、系统管理技术和传感器技术等现代科学技术,并以此来提高产品生产的质量。

3 影响机械加工零部件加工的要素

就机械行业而言,生产质量关乎到公司的经营稳定性。从环境契机的因素来看,不难发现,制约加工的因素应该分为外在条件和内部条件。而加工过程本身的就是内部条件,它对零件加工产生了非常直接的作用。

3.1刀具产生的误差

在加工过程里,最常见到的机械设备就是刀,刀具在运用过程中,所进行切削、研磨的动作,将对零件的几何精度有相当大的影响。任何事物之间都存在着摩擦力,当刀在切削零件表面时,刃将直接与零件的外表接触,并由此而形成了摩擦力,但如果刀继续运动时,则将扩大与零件外表的磨擦,磨损程度愈大,对零件表面的冲击也愈大,表现为淡化了零件外表的色泽,也影响了零件表面完整的外形,如此一来,便大大地降低了零件的几何精度。因此为了改善这一现象,首先就必须选用耐磨性的刀具,以减小刃与零件外表的磨擦程度。在运用刀具过程中,进一步地提高了刀切削、研磨零件表面的质量。平时注重对工件的保护,经常对工件进行维护,抛光,注意保持刀面的光洁平整。

3.2机床造成的误差

通常情况下,机床都作为控制加工的其他装置,机械在持续运行的进程中,机床由于不断地转动,难免会脱离原来的轨迹,当机床变得不平衡,转动到某些地方时,将会影响到零件的机械加工品质。机械中轴转动的主要原因是确定零件的定位,如果机床脱离原来的轨迹,就会影响零件表面的造型。机床还负责调节刀具,如果机床脱离原来轨迹,刀具和机械内部就会有间隙,无法良好的对接,这将影响零件表面的平整度。为避免此类情况的产生,平时也需要对机床做好必要的维护,定时为机床添加润滑剂,监视机床主轴运转的轨迹,一到机床轴线出现偏移,就要聘请专业的人员进行维修。

3.3受力变形对零部件的影响

在加工的过程中,常常要遭受来自各方面的外力的影响,例如:加工设备自身的重量、刀刃与零件表面产生的摩擦力、工件与夹具间的夹紧力矩。而零件受力也是有一定范围的,如长时间受到上述外力的作用,时间久了,零件就很容易变形。当零件变形到一定程度,不能复到原形后,就会对自身的精度产生改变。通常是下列几个力的作用最大。

3.4受外力的影响

在零件生产的过程中,或多或少地收到了各种外部的机械压力的作用。由于工件自身也存在着一定的机械刚性,但是由于工件内部刀杆的机械刚性比工件外部圆车刀的机械刚性小得太多了,所以二者之间存在的差值就会引起刀杆变形。而如果刀杆变形,在切削零件后就会直接影响到表面的平整,进而直接影响到加工自身的准确性。由于机械承受压力的时间是有限的,所以如果机械压力过大,其所承受的机械压强达到了加工自身所能接受压强的峰值之后,机械本身就会出现刚性改变,而机床部分也会因为机械刚性改变出现了位移,进而直接影响到加工中零件的准确性[2]。防止零部件遭受任何外力的冲击,在平时也必须对工件做好维护,以保证刀杆和外圆与车刀之间的强度偏差不会太大,还需要定期检查机床承载零件的总质量,以保证机床承载零件的总重量低于机床实际能够承载的总载荷,以提高机械的整体承受力。

3.5受残余应力的影响

在机械加工零件的处理过程中,总是会收到各种各样外力的影响,外力在加工分解的流程中,多多少少还会残留着一部分力在锻压和焊接的流程中,所以人们就统称这样的外力为应力,应力大多出现在零件表面厚度不一致以及各种各样繁杂的机械结构中。物质都是热胀冷缩,在锻压毛坯的流程中,在毛坯里面的细小零部件由于受热气温不一致,膨胀的速率也会有所不同,因此就在毛坯的结构里面形成了内力。为了减少应力的影响,有二种方法,第一种办法就是合理设计零件的结构,尽可能采用在热胀冷缩的状况下变形比较小的金属材料,以减小在不同工作温度下,在零件表面的偏差,这样才能减小应力的产生。还有一个办法需要通过人工进行操纵,在铸造毛坯的流程中,当毛坯开始成为稳定的形状时,可以把其从铸造炉中拿出,然后置于正常的环境中,使其自动冷却,直到毛坯本身工作温度慢慢降低时,应力值就会相应降低,由于这种方式非常简单,同时又能够节省加工成本,所以一般应用的较为普遍。

4绿色加工工艺对零部件精度的影响优化

4.1加工几何精度对零部件的影响

零件的加工是把板材经过切削、磨、刨、镗的过程,生产成特定外形、体积、硬度、弹性达到所需要零件的过程。所以在加工时,就只能提高加工的几何精度,也才能保证产品零件经过制造和热处理等步骤,满足精度要求。过程中对零件几何精度造成负面影响的各种因素还有工件的精确度、机械轴线的旋转参数等。刀具是在切削、钻、镗等过程中必须的机械加工装置,而工件在切割加工过程中,受工件材质、刚度、强度以及刀型的作用,肯定会对加工精度产生直观的负面影响,若刀具的使用条件不能满足零件的机械加工要求,就很难通过设计达到所预期要求的零件或机械加工几何外形,而一旦工件的刃口、刀面受工件或刀具作用而产生磨损,就会增加在刀具面上的磨损系数,从而降低机械加工几何精度。此外,若工件的强度、弹性都不达标,或长期过劳使用能力下降,会造成刀具在使用时产生非常规振动,影响刀具的切削颜色与外形。所以,为了提高加工的准确性,必须进行工件的选择、测试、养护与维修,并及时使用冷却润滑油和采用补偿设备对磨损进行手动补偿,进一步提高加工零部件的准确性。机械是利用主轴回转、移动,改变零部件与切刀的相对位移进行加工的。因为,机器主轴的力学运动影响到零部位的简单机械加工效率,而一旦机器主轴回转动力方向出现了误差,就会干扰铸件外表的平顺度,进而导致机械加工残件、废件量增加。所以,在机械装配时,要严格地按操作规程布置机械加工轴线,并在实际运用中勤于检测、润滑、维修与养护,以降低机械加工轴线的回转偏差。

4.2加工中受力变形对零部件的影响

零部件的加工过程,很容易遭受外力和残余应力的联合效应,使得其加工质量遭受破坏。会直接威胁零部件机械加工准确度的主要外力,还有刀杆变化、工件刚度过化、机械的刚性改变等。而一旦工件和材质的坚硬都超过了刀杆的坚硬,就很容易在机械加工中因为刀杆的变化而产生外力,从而直接威胁零部件机械加工准确度。而一旦工件的刚性大大低于工件和机械的刚性,就会因为外动力的直接冲击而减小加工精度。因此想要减少过程中外力作用对零件精度的直接冲击,就必须进行对零部件加工机床、工件和刀杆的重新选型,并增加加工机械的承受刚性,以降低在部件机械加工中受到外力作用直接冲击的可能。残余应力则常见于毛坯铸造和焊接的阶段中,在这种有热能干扰的制造阶段中,随着毛坯表面受热的变化,其收缩速率的差异将形成内部应力,从而改变了工件的外观。处理残余应力的办法还有拉长自然凝结温度以及利用机械震动设备,使零部件共振等。

4.3加工过程中热变形对零部件的影响

机械的磨损必然会引起热量产生,在零件生产时,不论是工件、夹具或者机械都可能出现一定范围的热变形。如果热变形发生,必然会使得工件生产的形状质量遭到损失。如果刀具在机械加工中受热变化而影响精度,就应该通过合理的方式使用冷却液,给刀具散热,减少刀具的热变形影响精度。刀具也可通过添加润滑油等冷却剂的方式,减少刀具在机械加工中的热变形影响。对于机床的内部环境温度过高问题,也必须根据机械的内部构造做出针对性解决,通过结构调整、润滑剂等内部降温的方式,对机械的热变化做出影响。

4.3加强设备管理和养护

现如今,许多生产线的生产内容都是相对多样化的,在加工过程复杂多变的同时,形变类型也是多种多样的。而造成加工工艺中出现精度问题的原因也有相当多种。但不管哪种问题,其实都可以用完善设施、系统管理和保养的方式加以解决。例如机床变形就是机床长时间运行没有保养而造成的。如果加工中心的机械运行时间过长,或者使用频率过高,那么机械就会产生高温变质。对此产品的时候,机械和刀具之间不但要避免产生热源,同时也要进行隔热防护。还要针对产品的实际状况,例如在什么分钟过热,确定工作方法,以降低过热所产生的危害。另外平时也一定要多维护机器,并且定期检查机器的工作情况。但是如果在有噪音或者加工的时候看到有毛坯件缺料、缺角就很有可能就是发生了工件的偏移现象。此时停机管理后,由技术人员检测设备,包含刀盘、工具等。一般来说还可检查切削液的润滑液,一旦切削液变色等出现异常气味,可进行替换。另外当前许多数控机床虽然是零点五自动产品,但很多公司为保证生产效率也会采用全零点五自动式,也即是机器人按起始指示灯,通常是由几十道或几个工序所组成的小间隙,员工按下起始指示灯。任何一个小过程都必须检查工作情况,如果出现噪音需要进行停机检测,如此才可以确保产品生命,降低制造误差。

4.5加强零部件生产过程管控

在进行机械零件加工工艺制定时,一定要充分考虑到几何精度误差对设备原材料加工精确度的负面影响,并在新设备方面加以优化与完善。由于机械加工设备产生的几何精度误差,在一般情况下是由新设备在制造过程和安装期间不规范使用而造成的,所以在新设备投入使用以前,就一定要对新设备进行严密的检测。通过对新设备进行严密的检查,可以准确掌握新设备出现的问题,以便于对其作出更全面的修正保证达到设备原材料加工精度要求。为了改进并完成进行实际机械加工产品的机械设备,就需要定时完成复检和机械加工零件抽检,以全面了解机械加工中的偏差情况,并在零件加工工艺设定上将偏差考虑进去,在机器控制系统中设定好偏差补偿方式,以尽量的减小偏差对零件加工精度的负面影响,从而保证机械加工出来的零件质量符合设计图纸要求。

4.6科学控制加工中的温度

零部件加工过程中必然会产生大量的热量，为了确保零部件加工能够达到图纸要求，必须要科学控制加工中的温度。机床设备以及零部件都会受到热胀冷缩的影响，过高或者过低的温度都会影响到零部件的加工精度。在进行温度控制时，要根据温度产生变化的根源采取相应的措施，比如说零部件切削过程中产生的热量，可以通过调整冷却液用量来控制温度。此外，在使用磨床加工零部件外表面时，高速旋转的砂轮会和零部件产生相对运动，进而出现大量的热能，当温度过高时，会使零部件产生膨胀，影响加工精度，所以要采取水冷的方式控制温度。

4.7确定合理的绿色加工工艺流程图

对零件的绿色加工工艺精细化、规范化地设计工艺加工流程时,先对整个加工流程图做出科学合理的安排,以制定科学合理的加工流程图,从而确保在加工方面有更标准化的加工作业过程。此外,还可以通过具体的加工流程图设定好加工的重点,以确保零件的加工准确性。在设定工艺加工流程图的时候,通常还要求产品加工设计员必须对产品进行全方位的了解,并采取综合考虑措施,把控制失效风险的基本思路,以确保对产品和工艺过程中各种因素所产生的因素,都进行了科学合理的分解,最后实现到加工流程图中。如在零部件的加工流程图设计时,有同结构零部件可借鉴,则根据经验考虑,还需参考相应的加工工艺经验,从而建立科学合理的加工流程,以便提高结构零件的加工精度,并由此来实现缩短加工工期降低成本,进而提高公司实力与市场竞争地位。

4.8合理运用误差补偿及转移方法

原始错误很难得到彻底去除,因而可采用误差补偿和转移的方法来加以解决。称为误差补偿也是在原有偏差的基石上,再为了制作出的原有偏差并对存在的原偏差加以补足,从而达到改善工艺精度的目的。在使用偏差补偿技术前,必须作业技术人员完全掌握工艺精度的原有偏差所在,而后再为了制作出与之相应的偏差并加以补足,不然反而会得不偿失,进而增加错误。譬如技术管理人员经过研究和观测,如果某些零件制造的初始偏差是正,那么就能够根据操作过程加以调节,制造出适当的负向误差,从而实现中和补偿并提高制造精度的功能。至于误差转换,只是字面含义上的把生产参数加以转化,使之不致对生产质量产生冲击。一般来说,机床几何误差、受理受热形状偏差等,都可采用该技术加以调整,从而使得生产质量达到一定规范的水平。如在采用转位刀座进行车削工艺中,平面放置的刀座容易在转位后产生重复位置偏差,由此使得工件精度大大下降。想要克服这一问题,也可采用误差转移的方法,以垂直形状来安置刀架。如此一来,重复的定位误差尽管仍旧存在,但却被直接传递到了加工的内孔中,而没有对车削精度产生影响,也因此更有效保证了机械加工精确度。总而言之,差错补偿和转移都是非常有效的机械加工精确度提升方式,但作业技术人员也应该针对实际的具体情况,在实际作业中应用,以减少偏差对精确度的影响。

5结束语

综上所述，现代社会对机械零部件加工的需求愈来愈大,但零件加工精度却深受诸多因素的影响,要想进一步提升零件加工精度,就一定要建立适当的生产过程降低因素对加工精度的影响,如零件制造流程管控、减少外力影响以及生产控制等方面,进一步提升零件加工精度,给中国的加工领域进一步提升带来支持。

参考文献

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