摘要：无论是科研机构的设计产品，还是企业里经营产品迭代升级，也或是个人灵感与兴趣贯穿的手工DIY。生产出最终实物，才是目的。而设计出的模型、图纸，结构一定要具备可加工工艺性，才能真正的落到实物，从而运行、调试、和分享、展现给大家。本文就从零件的材质、与加工成型手段，来分析一下：材质与加工的工艺类型的合理匹配和应用。
关键词：设计；工艺；加工
1前言
机械制造业，应用的领域，非常广泛。主要应用于：农业机械、船舶、铁路机车、军工、汽车、水利、电力、起重运输、冶金矿山、纺织机械、工程机械等等多领域，只要与机械有关的行业都可以说是机械行业 。
而机加工是机械生产制造的基础。以设备制造为例：一般为零部件分散加工、再集中装配，调试，为重点的特点。合理的工艺匹配与工艺化出图，为现代化机械制造提供了优质的技术支持、使其产出“实物”，更加高效、经济和便利。
2机械设计表达设计意图
2.1 初期的机械设计
机械设计初期，最重要的是深刻理解设计意图，使用工况，明确分析每个零件的使用环境、强度和设计要求。并以此为基础，进行合理、科学的设计，并要考虑装配环节以及整体性能。使其既能实现使用功能的要求，又能达到良好的机械设计效果。
2.2设计方案出图要伴随选择机加方案
任何机械设计出图的同时，都要优选设计方案，使结构工艺更加合理，甚至同时出几套方案。根据不同方案的特点，和实际生产需求，不断排除、比较，筛选出最佳的一两套方案，使其工艺与结构性能得以兼顾，用以追求达到更好生产、应用效果。
具体设计人员可以和加工试制的工艺人员，综合考量，探讨和经验很重要。
2.3 结构优化和设计分析
比如，拓扑优化（topology optimization），就是一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，在给定的区域内对材料分布进行优化的数学方法。拓扑优化是在优化迭代循环中，以最初模型为基础，在满足优化约束（比如最小体积或最大位移）的前提下，不断修改指定优化区域单元的材料属性（单元密度和刚度），有效的从分析模型中移走单元从而获得最优设计。从而找到最合理的结构传力路径，设计工程师根据拓扑优化结果，对结构进行再设计，使其既能满足结构强度要求还能满足工艺要求。
由此可见，拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。
3工艺生产制造的技术分析
以“材料类型”分类，可以分为：“金属”和“塑料”两大典型的常用类别。
3.1 金属的加工方式。
金属的加工方式，基本可以分为：液态成型、塑性成型、切削加工、连接加工。
3.1.1金属液态成型：
金属液态成型 (又称铸造)，是指将熔融金属(合金)在重力场或其他外力作用下浇入定铸型中，冷却并凝固而获得具有型腔形状制品的成形方法。液态金属凝固成形所获得的制品称之为铸件。常用的有沙型铸造 熔模铸造 金属压铸 。
与塑性成形、连接加工以及切削加工等工艺相比，液态成形具有其突出的特点：
1）适应性强。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆液态成形几乎不受零件大小、厚薄以及复杂程度的限制，壁厚从零点几毫米到数米，长度从几毫米到十几米，质量从几克到几百吨，从形状简单到任意复杂的零件都可以通过液态成形工艺制造出来。
2）适用材料范围广泛。不仅金属材料几乎所有工程材料，如陶瓷、有机高分子、复合材料等,特别是胞性材料都可采用液态成形技术。
3）成本低。铸件的形状及尺寸与零件非常接近:因此可减少材料消耗和后续加工量;，可以大量利用废、旧金属材料和再生资源;易于实现机械化生产生产效率较高。
3.1.2金属塑性成型
金属塑性成形是指：利用金属材料的塑性性质加工，使之具有所需形状的过程。比如：自由锻、模锻 、冲压、挤压 、轧制、拉拔 。
金属材料经成形过程后，其组织、性能获得改善和提高。凡受交变载荷作用或受力条件恶劣的构件，一般都要通过塑性成形过程，才能达到使用要求。塑性成形是无切屑成形方法，因而能使工件获得良好的流线形状及合理的材料利用率。
3.1.3金属切削加工
金属切削，是金属零件在加工成形工艺中，用去除材料的方法加工成形，在当今的机械制造中仍占有很大的比例。
以车、铣、磨、数控加工中心、激光切割、电加工等等为主， 在现代机械制造中得到广泛的应用。数控机床经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。根据其高精度、高效率、很好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。
3.1.4 金属连接加工
金属连接加工，也称焊接、熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属制造工艺及技术。焊接主要包括：熔焊、压焊 、钎焊 。
1）熔焊：不需压力，加热工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，非常适合各种金属和合金的焊接加工，
2）压焊：需施加压力的金属材料焊接加工。
3）钎焊：采用比母材熔点低的金属材料做钎料，实现链接焊件。适合于各种材料的焊接加工
3.2 塑料的加工方式
塑料的加工方式，基本可以分为：塑模/塑胶成型、切削成型、3D打印成型。
3.2.1塑模/塑胶成型
塑模/塑胶成型，例如：注塑、挤出、 吹塑、压制成型。它们生产工艺，其实和金属铸造有着相同的原理。
比如注塑：将原材料融化后利用模具塑造成型。利用高温将塑料颗粒加热到流体状，再加入色素，利用注塑机上的加压装置将流体状的塑料注入成型模具，在模具内循环的冷却水迅速将塑料件冷却，然后脱模，一个塑料件就生产出来了。一般都是大批量生产。
3.2.2切削成型
有些塑料件直接成型困难或其精度要求高时，可以进行切削加工。塑件的切削加工一般采用切削金属的设备。
3.2.3 打印加工--3D打印成型
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和FDM成型等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机装有 “打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的模型变成实物。
4结语
在新产品开发和产品改型设计中零，需根据不同的装配关系、使用工况，批量大小结合工艺，选取材质，给予合理的设计精度及参数。
给予公差等级、技术要求时，要充分考虑加工工艺。选择合适的工艺类型，可以缩短产品的设计、开发周期，更有助于加快设计、改型、以及研究成果输出，作品展现。
论文作者:李莉华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：加工论文; 金属论文; 工艺论文; 液态论文; 塑性论文; 材料论文; 零件论文; 《基层建设》2018年第26期论文;