《汽车制造工艺》第八章.pptx
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1、第八章第八章第八章第八章 汽汽汽汽车产车产品品品品设计设计的的的的结结构工构工构工构工艺艺性性性性第一节第一节 概述概述第二节第二节 零件结构的机械加工工艺性零件结构的机械加工工艺性第三节第三节 产品结构的装配工艺性产品结构的装配工艺性第一节第一节 概述概述一、结构工艺性的概念一、结构工艺性的概念在汽车产品设计时,除了要满足零件使用性能的要求外,还应满足制造工艺的要求,即所设计的整车或零部件应具有良好的结构工艺性。结构工艺性是指所设计的产品或零部件,在一定的生产条件和保证使用性能的前提下,能以高生产效率、最少的劳动量及材料消耗、最低的生产成本制造出来。产品的结构工艺性贯穿于产品制造和使用的全过
2、程,包括材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器使用、维护,甚至报废、回收和再利用等。因此,产品结构工艺性的优劣对产品的设计、制造具有至关重要的影响。作为汽车产品设计人员,必须掌握制造工艺的理论和知识,对设计方案全面考虑和综合分析,使所设计的产品能符合制造、使用、维护等方面的要求。零件机械加工的结构工艺性还是一项重要的技术经济指标,其影响因素涉及生产批量、工艺路线、加工精度、加工方法、工艺装备等许多方面。二、结构工艺性的评价标准二、结构工艺性的评价标准评价零件机械加工的结构工艺性优劣的条件很多,主要有加工精度和表面质量、标准化程度、加工效率等。在零件设计之初,设计人员要充分重视结构
3、的优化,在满足零件使用要求的前提下,零件的结构设计应做到以下几点:有利于零件达到加工质量的要求。有利于使用高效机床,并与先进加工工艺相适应。有利于减少零件的机动工时。有利于减少加工过程中的辅助工时。有利于使用标准刀具和量具。结构工艺性在某种意义上还具有相对性,它是随着生产类型和生产条件的不同,以及制造技术水平的发展而变化的。例如,图8-1所示为满足同一使用功能的两种箱体孔结构。如果各孔的同轴度公差较大,在大批大量生产时,为提高生产效率,可以采用高效率的双面专用镗床,从箱体两端向中间进给同时镗出四个孔。此时,图8-1(a)所示结构的工艺性较好。虽然专用镗床一次性投资成本较高,但若产量大、年产量稳
4、定,分摊到每个零件上的工艺成本很低,在经济上是合理的。当用普通卧式镗床进行单件小批生产时,镗杆从箱体一端伸入孔口,此时孔径应从一端向另一端递减,则图8-1(b)所示结构的工艺性较好。当同轴度要求高时,无论哪种生产类型,孔径都应设计成图8-1(b)所示的结构形式,并在加工时设置几个支承镗杆的导套,以保证加工要求。又如,对于图8-2所示的双联齿轮,图8-2(a)所示的结构为整体加工,小齿轮只能用插齿加工。为保证插齿刀能正常工作,设计时必须在齿轮间留有足够的空刀宽度B,工艺性才是良好的,但齿轮宽度L将增大。当出现了电子束焊接技术后,大、小齿轮可以分解成两件,分别用滚齿加工,然后再将它们焊接在一起。这
5、样不仅提高了滚齿的生产效率和齿轮的运动精度,还缩小了齿轮的宽度尺寸L。则此时,图8-2(b)的结构工艺性也是良好的。设计人员必须对工艺性有足够的认识,特别要重视面向制造和装配的设计理念,在产品设计的初始阶段就应考虑和审查结构工艺性,并在此后的生产准备和正式生产期间,与工艺人员密切合作,不断修改和完善设计结构,以提高产品设计质量。第二节第二节 零件结构的机械加工工艺性零件结构的机械加工工艺性零件的机械加工工艺性直接影响着机械加工的过程,使用性能相同而结构不同的两个零件,它们的制造过程和加工成本可能有较大差别。在制订零件的机械加工工艺规程时,应充分研究零件图,认真分析结构工艺性是否良好、合理,并提
6、出修改意见。审查和评价零件结构的工艺性,可以从以下几个方面入手。一、零件结构要素的标准化一、零件结构要素的标准化标准化是在经济、技术、科学和管理等社会实践中,对重复性事物和概念通过制定、发布和实施标准,达到统一,以获得最佳秩序和社会效益的一项技术措施。标准化是组织现代化生产的重要手段之一。零件结构要素的标准化程度高,既可以简化零件的设计工作,又可以减少零件生产准备工作量,使零件的生产准备周期大大缩短,降低零件的生产成本。零件结构要素的标准化主要包括螺纹、中心孔、退刀槽、砂轮越程槽、锥度与锥角、莫氏锥度、倒圆与倒角、球面半径、T型槽、锯缝尺寸等,这些结构的形状及尺寸标注应符合国家标准和行业标准的
7、规定。所谓标准件是指按照国家标准、行业标准或企业标准制造的零件;所谓通用件是指同一类型而规格不同或者不同类型的产品中,部分零件相同,彼此可以互换通用的零件。产品中使用标准件和通用件,不仅可以简化结构设计,避免重复工作,还能减少产品中的零件种类,扩大零件制造批量。此外,产品制造过程中可以采用高效设备和工艺装备,减少工艺装备的数量,有利于降低制造成本。因此,汽车产品设计时,应尽可能采用标准件和通用件。二、尽量采用标准件和通用件二、尽量采用标准件和通用件三、提高产品的继承性三、提高产品的继承性提高产品的继承性能够充分利用原有产品中合理的结构和先进、成熟的技术,也可以充分利用现有的制造工艺、生产设备和
8、工艺装备。因此,提高产品的继承性可以减少产品设计和生产准备的工作量,缩短产品开发和生产周期,节约成本,从而提高设计制造的可靠性和产品质量。四、采用切削加工性好的材料四、采用切削加工性好的材料材料的切削加工性是指在一定生产条件下,材料切削加工的难易程度和经济性。对材料的切削加工性的要求是:粗加工时能获得较高的生产效率;精加工时能获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度。不同金属材料的化学成分、金相组织及物理力学性能不同,其切削加工性也不同。材料的切削加工性可根据加工的表面质量、刀具耐磨程度(刀具寿命)、切削力和排屑的难易程度等方面进行衡量。一般而言,材料的硬度越高,其切削加工性就越差,硬度过高还会引
9、起刀具崩刃和刀尖烧损;材料的强度越高,切削力越大,切削温度也越高,刀具磨损也越大。同类材料强度相同时,塑性大的材料切削力较大,切削温度也较高,切屑易与刀具发生粘结,因而刀具磨损大,加工表面粗糙度值大,所以切削加工性差。因此,产品设计人员在选择材料时,除了要满足使用性能和力学性能的要求外,还必须满足材料的切削加工性要求。为此,必须对材料的切削加工性及材料的最新发展有较全面的了解。五、具有可靠定位用的定位基准和夹紧表面五、具有可靠定位用的定位基准和夹紧表面在设计零件结构时,必须认真考虑零件在机械加工时可能采用的定位和夹紧方案,尽可能使定位基准(或基面)与装配基准重合。为保证零件的加工要求,应对定位
10、基准(或基面)规定出合理的尺寸和位置公差。有时对定位基准(或基面)所规定的尺寸和位置公差比产品设计要求更为严格。如果零件结构上没有合适的装配基准可作为定位基准(或基面),应该考虑在零件的适当位置处设置一个定位基准(或基面)辅助基准;或者在零件上的适当位置上增加一个结构表面,以加工出定位基准(或基面)附加基准。汽车零件机械加工时,设置辅助基准的实例有很多,如轴类零件两端设置的中心孔、连杆大、小头侧面设置的工艺凸台等。如图8-3(a)所示,发动机活塞下端设置端面K和内止口P;如图8-3(b)所示,加工发动机缸体缸孔、曲轴主轴承孔时设置两个工艺凸台J和两个工艺孔F;如图8-3(c)所示,加工多缸曲轴
11、连杆轴颈时在曲柄侧面设置角度定位平面Q;如图8-3(d)所示,加工转向节主销孔时设置角度定位槽B,加工轴颈时设置中心孔C。六、易于保证零件的加工精度六、易于保证零件的加工精度例如,在图8-4(a)中,连杆杆身上的螺纹孔入口端,由于毛坯表面圆弧面(图中双点划线所示)过大,使圆周方向上的加工余量分布不均,造成钻孔时刀具在入口处因受力不均而发生偏移,往往很难保证螺纹孔轴线对结合面的垂直度要求。若将螺纹孔入口端面改成平面(图中实线所示),则可以减少螺纹孔的垂直度误差。又如,在图8-4(b)所示的盘形齿轮中,轮毂端面突出部分做成凹槽形状(图中双点划线所示),在镗孔或拉孔时外端处的径向刚度较低,加工后孔的
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