摘要：3D打印技术作为近年来迅速发展的新式成型技术，可将实物以增料的方式迅速成现。由于其具有制造复杂样品不增加成本和高效等长处，被广泛应用于建筑、工业等领域，取得了良好的反响。3D打印技术的广泛应用是未来行业发展的趋势，能够实现自由设计和迅速成型。3D打印技术与机械设计制造相融合是两个领域的交叉性延伸发展，是一种新式的创新自由设计理念，旨在发展利用3D打印技术进行机械设备及零件的制造工艺流程。本文旨在研究基于3D打印技术的机械零件创新自由设计。
关键词：3D打印技术；机械零件；创新自由设计
3D打印技术作为一种新型成型技术，满足于社会发展进程，在广泛使用的各行业中不断发展，被赋予各种新式的拓展应用功能，在实践中逐渐成熟。3D打印技术在机械制造领域拥有极为重要的地位，能够制造复杂机械零件轻量化生产设计，高效实用，传统加工生产技术比较繁杂，样品成型率和合格率低，因此较之传统的生产工业技术，3D打印技术具有强势性的优点。在机械制造工厂中，降低生产周期，节省生产材料并能快速完好的制造样品成型，能够增强企业竞争力，快速抢占市场，增加工厂效益。机械零件作为构成设备的最小机械单位，具有制造复杂等特点。对于机械零件的创新自由设计，需要以零件本身的功能为中心，进行个性化设计，同时能够满足操作方便，降低成本等需求。本文对四类机械零件提出创新自由设计想法。
1.轴套类机械零件
轴套类机械零件的主要架构是以轴和筒等为同轴旋转体，能够将零件受到的扭力传递给其他机械零件，同时能够保持零件的 正常运转。传统的轴套类的机械零件生产设计架构是将以楼梯状金属料按照相同圆心不同半径进行装配。依据机械设备的各类不同运行功能需求对轴进行创新自由设计，包括在轴上添加螺旋纹路和倒角等。以液压阀块为例，液压阀块是液压阀的重要组成零件，由块状金属中存在的各个液压油孔组成，对管道中的油液进行多方位控制，保持管道中油量平衡和压力稳定，维护设备的安全正常运转。因此，需要精密加工的液压阀块，对传统生产技术工艺要求很大。
2.箱体类机械零件
箱体类机械零件主要有阀体和泵体等类型，同时汽车中的变速器箱体和发动机缸体也同样属于箱体类机械零件。箱体类机械零件是具有多个孔隙外形的不规则薄壁空腔，能够支持架构的稳定，包容各类质体的相对密闭空间的机械零件。箱体类机械零件的传统生产工艺设计依靠其需要装配的机械架构对其本身的形状和大小进行具体化加工。以3D打印技术进行箱体类机械零件加工制造，能够解决加工过程中的装夹问题，降低生产时间，同时3D打印技术的优势特点保证了加工零件的精密度，降低了加工过程中的物料损耗和生产成本。对箱体类机械零件进行自由设计时，需要以机械设备需要箱体结构的功能为中心，在满足设备对箱体机构各类要求下简化设计和变化设计。可将箱体类机械零件进行一体化焊接，保证主要功能的前提下，提高零件的辅助功能。或者将箱体结构本身进行掏空处理，使零件轻量化等。
3.盘盖类机械零件
盘盖类机械零件作为配合孔系结构将箱体类零件连接为一体的机械零件，是一种具有固定形态扁平盘状的结构零件，主要为圆形和方形。由于其功能特点，衍生出适应各种箱体类零件的连接类型，主要有法兰盘，封闭箱体结构的端盖和连接箱体结构件的轮子等。盘盖类机械零件的传统生产工艺设计主要有带有螺纹状的孔系等。以3D打印技术能够进行小批量的加工制造，能够将加工制造中的装配工作进行合理化的简化处理，将需要制作的样品进行整体制作，同时也能够简化具有连接功能的机械零件。类似于箱体类机械零件，盘盖类机械零件具有将中心轴进行定点处理的功能，可以支持箱体类机械零件的架构保持架构的稳定性，同时能够封闭箱体类机械零件，传递箱体类机械零件受到的应力给其他受力零件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基于3D打印技术对盘盖类机械零件的自由设计可以将轴承端盖剔除拔模斜度，轻量化处理端盖，还可以对其装配过程中的工艺流程进行简化处理。
4.叉架类机械零件
叉架类机械零件是一种具有多变外形的不对称架构。叉架类机械零件的主要类型包括支架、杠杆和摇臂等。叉架类机械零件主要应用于连接各机械构件，拨动变速和操纵机构中的其他连接构件，保证传递动力的零件正常运转。叉架类机械零件的传统生产工艺设计中结构特征是零件应用于其他设备中的主要依据，并非随意添加包括拔模斜度和装夹平面等。叉架类零件加工制作时断续加工表面较多，孔系精密度需求甚高且零件加工时易于发生形变，同时加工制作时需采用各种不同的夹具，操作过程繁杂。以3D打印技术加工制作叉架类机械零件避免了不断更换夹具的繁琐操作过程，使样品迅速成型，精密度符合叉架类机械零件的加工制作标准。基于3D打印技术的叉架类机械零件的自由设计依据零件的实际刚度进行设计零件的架构，将拔模斜度和装夹平面在保证叉架类机械零件的主要功能的基础上对其他结构特征进行适度简化。
基于3D打印技术的理论依据，探究3D打印技术在机械制造领域的应用和发展，提出对机械零件的创新自由设计，以液压阀块和曲轴的加工制造的创新自由设计为例，对基于3D打印技术的机械零件创新自由设计进行进一步探究。
以3D打印技术进行液压阀块的加工制造，降低形位公差难于控制出现的几率免于装夹，能够提前对流体中流动路线的改进，降低液压阀块的质量，具有相当高的操作设计自由度。传统生产工艺中，油路与液压阀块变慢之间，油路与油路之间都是以垂直的方式进行设计和加工制造，基于3D打印技术的液压阀块能够将其具有功能的单元结构进行变换，减少制造工艺孔，并将管路转变为弯管并将连接处进行圆润连接，节省制造加工物料，同时能够使管路中承受压力的油路通畅。插装阀通用块也将连接处进行圆润处理，有效的将管道中油液的湍流减缓，使油液收到的应力分散。同时液压阀块的轻量化设计中，使用蜂窝状夹层结构并将插装阀通用块也一并采用此种结构。此为液压阀块的创新自由设计。
以3D打印技术进行曲轴结构的加工制造，将曲轴自由锻的毛坯加工制造方式转化为增材加工制造方式能够使曲轴快速成型，并且样品精密度甚高，能够满足机械零件设备的强度需求。另外由于曲轴中的深油孔是一种常见的需要额外进行加工制造的斜长孔，3D打印技术能够完美的胜任此项加工制造任务，同时加工中利用的退刀槽等辅助架构可以进行合理的简化操作工序，还可以保持曲轴动力平衡。强化油孔道的加工设计，将接口处进行圆滑处理，分散应力，有效的将油孔道中的油液湍流现象减缓。此为曲轴结构的创新自由设计。
3D打印技术作为一种飞速发展的日趋成熟的新型操作技术，在机械制造领域技术进一步得到完善，能够促使机械领域的进一步创新设计，同时也使得机械制造领域的3D打印技术的设备得到宝贵经验。将新型的3D打印技术应用于机械制造领域，解决了传统生产加工制造工艺的繁琐工序的操作问题，同时提高了机械零件生产加工的精密度。
参考文献：
[1]徐峰涛.复合式液压集成块优化设计[D].大连理工大学，2008；
[2]阴璇.基于3D打印技术的机械零件创新自由设计，太原科技大学.2016，1（4）；
[3]郭日阳.3D打印技术及产业前景[J]，自动化仪表，2015，36（3）：5-8；
[4]禹阳华，液压集成阀块设计及制造方法研究[J]，起重运输机械，2012，（8）：71-74；
[5]褚守云，16V280曲轴加工工艺研究[D]，上海交通大学，2007；
[6]江大志，复合材料结构轻量化方法及技术[J].玻璃钢/复合材料，2014，（9）：85-98；
论文作者:彭嵩
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/6
标签：机械零件论文; 箱体论文; 技术论文; 零件论文; 加工论文; 自由论文; 曲轴论文; 《基层建设》2018年第17期论文;