《零件设计的工艺性》PPT课件.ppt

零件设计的工艺性,试制车间工艺科,一、工艺的基本概念,设计好的零件，只有生产出来，装配在机器上，才能体现其价值。 生产过程： 将原材料转变为成品的有关劳动的全过程。包括工艺过程和辅助过程。 工艺过程： 改变生产对象的形状、尺寸、相对位置、性质，使其成为成品或半成品的过程称工艺过程。 工艺过程是生产过程中的主要部分。,1。零件设计应考虑的问题：,（1）使用性能： 满足强度、硬度、耐磨性、使用功能等指标。 （2）加工性能： 能否能制造？ 是否便于制造？ 零件是组成机器的基本单元，不仅要满足设备的工作性能，而且要考虑能否制造和便于制造。,2。零件设计的工艺性,在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造和便于制造。 这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺及维修等方各种技术问题，称为机械设计工艺性。 机器及其零部件的工艺性体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。,3。影响零件结构设计工艺性的因素,1) 生产类型： 生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素 当产品由单件小批量生产扩大到大批量生 时，必须对其结构工艺性进行审查和修改。 2) 制造条件： 零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。（机械加工设备和工艺装备，人员的技术水平。） 3)工艺技术的发展,4。零件结构设计工艺性的基本要求,1) 从整个机器的工艺性出发，分析零部件的结构工艺性。 2）在满足工作性能的前提下，零件造型尽量简单。尽量采用标准件、通用件和外购件。 3) 零件设计时应考虑加工的可能性、方便性、和经济性。 在满足零件工作性能的前提下应尽量降低零件的技术要求(即尽量低的加工精度和表面质量) 4）尽量减少零件的机械加工量，力求实现少或无切屑加工，充分利用原材料， 5）合理选择零件材料,二、与工艺有关的流程,1、零件签审流程 2、图纸打印流程,1。零件签审流程,零件图设计（零件信息进入PDM系统） 提交校审流程： 设计校对 产品结构工艺性审查 标准化审查 领导审批 生效（PDM系统SAP系统）,PLM图档打印流程一般有两种方式： 1）无需工艺且不涉及清单维护 申请打印结束 (设计确认均为外协件或为临时技术文件等，无需工艺维护，只是纯粹图档打印) 2）涉及工艺及清单更改： 申请工艺打印结束 （需附加工艺的图档）,2、图纸打印流程,3.打印流程提交后的相关工作：,打印流程提交： 工艺卡编制（材料定额，工艺流程，设备，工作中心等基础数据） 工艺签审流程生效。 开启打印流程： 图纸附加工艺 （ 打图） 启动ERP维护流程 ERP维护（路线，工作中心，材料等信息进入SAP） 工时维护 采购件价格核算 装配结构树维护 标准成本维护 打图 订单（计划员） 生产制造,三、产品结构工艺性审查,1。产品结构工艺性审查任务 2。产品结构工艺性审查的依据 3。工艺性审查的方式和程序 4。产品图的工艺性审查,1。产品结构工艺性审查任务,产品结构工艺性审查任务是： 使新设计的产品在满足使用功能的前提下应符合一定的工艺性指标要求，以便在现有生产条件下能以比较经济、合理的方法进行制造，并便于使用和维修。,评定产品结构工艺性应考虑的主要因素 产品的种类及复杂程度： 产品的产量或生产类型； 现有生产条件。 工艺性的评价形式 定性评价：根据经验概括地对产品结构工艺性给以评价。 定量评价：根据工艺性主要指标数值进行评价。 （ 根据材料与毛坯、热处理、结构和标准化等方面进行评价。）,2。产品结构工艺性审查的依据,JB/T 9169.31998 工艺管理导则 产品结构工艺性审查 Q/SY1013-2002 工艺管理导则 产品结构工艺性审查,3。工艺性审查的方式和程序,1。对产品工作图样的工艺性审查应由产品主管工艺师和各专业工艺师分头进行 。 2。审查者在审查时对发现的工艺性问题应填写产品结构工艺性审查记录。 3。设计者根据工艺性审查记录上的意见和建议进行修改设计 。 4。若设计人员与工艺人员意见不一致，由双方协商解决。若协商中仍有较大分歧意见，提交研究院主管技术领导进行协调或裁决。,4、产品结构工艺性审查内容,方案设计阶段的审查 技术设计阶段的审查 施工图设计阶段的审查,零件结构工艺性基本要求：,零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工和装配工艺性 见Q/SY1013-2002 附录C,5。产品图的工艺性审查,（一） 零部件属性 ： 符合：PDM系统中零部件属性规范Q/SY 1144-2006 （1）编码,名称,图号 编码：自动生成 名称：物料名称应简洁、准确、科学，说明物料的主要特性。 图号：符合层次关系。 几点建议: 1。建议不要在图号末尾使用A、B等标记区分不同的零件。 2。用PROE设计的零件， 名称要有：编码+名称+图号 例1：零件工艺签审,（2）零件来源,零件来源：自制，购买，外协 数据类型：枚举类型，必选项 输入方法 ：手工选择 （如果选错，有可能造成ERP信息错误） 需外协的零件类型： 橡胶件，塑料件, 玻璃钢制品, 标牌类 特殊规格的标准件； 多道工序需外协的零件； 超出公司加工能力的零件。（尺寸，精度，设备）,（3）零部件类型,零部件类型： 原材料、标准件、外购件，设计零件、设计部件 数据类型：枚举类型，必选项 输入方法 ：手工选择 注意选对零件、部件； 因CAPP实现集成，区分零件与部件，且对应不同的表格，如果类型选错， CAPP读取信息时提示出错，而退出CAPP，不能编制工艺。） 2. 部件的明细表行号要正确. 行号不正确时，CAPP读取信息时提示纠正行号，而退出CAPP，不能编制工艺。）,关于行号纠正,PDM系统的”纠正行号”功能 。 工艺工程师在编制工艺获取PDM系统BOM清单时，开目CAPP以10为间隔生成行号。 1。图纸原来行号为1，2，3，4.， 在 PDM系统选择”纠正行号”功能，点击“确定”后，行号变为：10，20，30，40. 2。如果行号全部为空或者其中有一个为空， 则不进行纠正，设计工程师需将为空的行号补齐； 手工调整行号，系统不提供行号纠正功能。,（二）合理选择零件材料,零件材料的合理选择关系到产品的生产成本和产品质量。 选材原则： 1、考虑使用性能： 2、兼顾材料工艺性能 3、关注材料的经济性,1。材料的使用性能：,使用时主要考虑的机械性能包括强度、塑性、硬度、冲击抗力及疲劳强度等。,几种常用的钢铁材料： 碳素结构钢 优质碳素结构钢： 低合金高强度结构钢： 合金结构钢,A,碳素结构钢（普通碳素钢）,碳素结构钢产量大，成本低，杂质较多。具有一定的力学性能，一般在热轧状态下供应。 Q195 有良好的韧性，较高的伸长率。焊接性良好， 公司采购薄板、用于受力不大的焊接件，冲压件。 Q235A 强度和塑性都较好，焊接性能也很好，用于不重要的零件及焊接件。 Q235B 相当于15-20号钢，可制作比较重要的机械构件。,B，优质碳素结构钢,优质碳素结构钢所含有害杂质磷、硫)及非金属夹杂物较少，塑性及韧性较高，并可通过热处理强化。多用于较为重要的零件。 20钢 强度较低，焊接性能及冷加工性都很好，切削性能不好。 35钢 强度、硬度较高，有较好的塑性，焊接性中等。切削性能好。一般在正火或调质状态下使用，用于截面较小，受力较大的机械零件。一般不做焊接件。,45钢 强度、硬度较高，塑性及韧性尚好，切削性能优良。 焊接性能不好。 淬透性较低，水淬易产生裂纹，调质处理可得到较好的综合机械性能。直径较大（60-80）时，调质状态与正火状态力学性能相近。大截面零件常以正火为最终热处理。 主要用途： 一般正火或调质，或高频表面淬火状态下使用。一般用于轴、销类零件。 一般不做焊接件。如需焊接，则焊前需预热，焊后要进行除应力退火。,C、低合金高强度结构钢,普通低合金钢是含少量合金元素的普通合金钢，它强度较高，加工和焊接工艺性较好，并具有较好的耐磨、耐蚀、耐低温性能，生产成本和碳素钢相近。 一般在热轧退火或正火状态下使用。且不需热处理。 Q345A 强度级别：343MPa, 与Q235相比，强度提高50%。 在热轧或正火状态下使用。 综合力学性能、焊接性能、低温韧性、切削性能均好。 用于承受动载荷的各种焊接结构。,D、合金结构钢,合金结构钢是在碳素结构钢的基础上加人适量的一种或几种合金元素，它比碳素结构钢的综合性能要好。 40Cr 是一种常用的合金调质结构钢，用于制造承受中等负荷和中等速度工作条件下的零件。其油淬临界直径小于30一40mm。也可调质并高频表面淬火制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件。又适用制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件。 42 CrMo 是一种综合机械性能好，强度高，淬火性能好的中碳合金钢，在机械制造行业常用于制造齿轮、连杆、高强度螺栓等重要零部件。,2。材料工艺性能,1）机械加工性能: 机械加工性能一般是用切削抗力的大小，加工表面所达到的粗糙度和加工时切屑排除的难易程度以及刀具刃部磨损大小来衡量的。材料的硬度值在160HBW230HBW范围内时,切削性能较好。 2）焊接性能: 焊接性能的优劣用焊缝形成冷裂的倾向、脆性、气孔或其它缺陷的倾向来衡量; 一般低碳钢及低合金钢有较好的焊接性,中碳以上钢的焊性较差; 3）热处理工艺性能: 包括淬硬性、淬透性、变形开裂倾向、过热敏感性、回火脆性倾向、氧化脱碳倾向及冷脆性等。,3。材料的经济性,1) 材料的价值。 2) 材料的加工费用。 3) 尽量减少材料的品种和规格。 （路机已对材料品种和规格进行了整合，形成了路机钢铁材料选用标准）,材料选用建议：,1。表面尽可能不加工或少加工。 例如：垫、套类零件选用钢管 2。材料选用与加工方法相适应。 例如：直径50以下的垫片宜选用圆钢加工。 直径80以上的垫片类零件宜选用钢板。 3。选用的材料与热处理要求要相适应。 需热处理的零件：按材料成分选相应的热处理用钢。 不需热处理的零件：按强度选用； Q345A，屈服点S 345MPa抗拉强度b 470-630MPa 45 正火 350 600,（三）关于下料,1。下料车间组织结构,2。公司现有下料方法 A。锯：机床：带锯，用于型材下料。 B。剪：机床：剪板机，用于20mm以下钢板。 C。热切割。,热切割的分类:1.按照物理现象分类,1.1 燃烧切割 燃烧切割是把材料在切口处加热至燃烧状态时，把切口处产生的氧化物用切割氧流吹出而形成切口的热切割方法。 1.2 熔化切割 熔化切割是把材料在切口处加热熔化，使熔化产物被高速及高温气体射流吹出而形成切口的热切割方法。 1.3 升华切割 升华切割是把材料切口处加热气化，使气化产物通过膨胀或被一种气体射流吹出而形成切口的热切割方法。,热切割的分类:2.按照加工方法分类,2.1 手工切割 全部切割过程均用手工操作完成。 2.2 半机械化切割 整个切割操作过程中部分采用机械化方式实施。 2.3 机械化切割 整个切割操作过程都采用机械化方式进行机械化切割 2.4 自动化切割 整个切割操作过程，包括一切辅助作业（如更换工件），都能自动地完成。,热切割的分类:3.按照能源分类,3.1 气割 采用气体火焰的热能将工件切口处预热到燃烧温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量实施切割的方法。用高速切割氧流的动量将熔渣排除。形成割缝。,用于切割低碳钢、低合金钢。,热切割：等离子弧切割,2.等离子弧切割。 用等离子弧的高温使金属局部熔化，借用高速等离子流将熔化的金属从割口吹走，形成连续割缝。 适合切割低碳钢、低合金钢、不锈钢。铝及铝合金。,热切割：激光切割,利用激光束照射切割区，使被切割材料迅速升华和熔化。高度蒸发的材料或熔化的材料受气体射流及膨胀作用被驱出，在割炬移动或工件进给时产生切口。,切割品质好:切口宽度窄(一般为0. 1 mm0. 5 mm)、 精度高(一般孔中心距误差0. 1 mm0. 4 mm,轮廓尺寸误差0. 1mm0. 5mm)、 切口表面粗糙度好(一般Ra为12. 5m25m), 激光切割的对象十分广泛,包括各种金属、非金属,碳钢的切割方法比较,碳钢的切割方法有气割、等离子切割、激光切割等。 选择切割方法的出发点是切割板厚、切割速度、切割质量要求和切割成本。,下料件对图纸的要求： 1。下料件尺寸偏差应符合公司标准下料件尺寸偏差规定。 （例1） 2。合理标注粗糙度。 切割件质量指标根据切割面平面度、割纹深度 、缺口的最小间距，切口角四项进行分级。,切割件质量指标：热切割质量和尺寸偏差,切割成本：,切割薄板用激光切割或等离子切割。 等离子切割成本总是低于激光切割成本。 切割厚板用气割。 （交点1，15-20 2。30-50 ）,切割费用包括更换部费用、气体费、电费、人工费。切割成本即单位件长度切割费用。,（四）关于图纸尺寸标注的工艺性要求,零件设计尺寸，作为标注在零件设计图上的基本要素，不但要保证设计上的要求，而且还应满足工艺上的要求。 零件设计尺寸的工艺性的好坏，将直接影响到产品的质量和成本 是衡量设计人员设计水平和工艺水平的重要标志。,一、尺寸标注要符合制图标准GB/T 4458.4-2003,1。图样上所标往的尺寸，为该图样所示机件的最后完工尺寸，否则应另加说明。（零件图上的尺寸是该零件交付装配时的尺寸。） 2。合理配置。（方便看图） 2.1 对机件的工作性能、装配精度及互换性起重要作用的功能尺寸应直接标出。 2.2 尺寸应尽量标注在表示形体特征最明显的视图上。 2.3 同一结构要素的尺寸应尽可能集中标注，如孔的直径和深度;槽的宽度和深度等. 2.4 尺寸应尽量标注在视图的外部，以保持图形的清晰; 2.5 尺寸线与尺寸界线，尺寸线、尺寸界线与轮廓线应尽量避免相交.,二、标注的尺寸要考虑方便加工、检验。避免加工时进行复杂计算。,1。尽量直接标出零件的总体尺寸。（图1） 2。尽量直接标出零件实长。（图2） 3。少采用角度标注，尽量按坐标标出尺寸。（图3） 4。零件图的尺寸，公差、表面粗糙度、技术要求等，尽可能特征按集中标注。,1 设计尺寸应标准化、系列化。 1.180mm以下的孔采用标准直径。按相应的标准规定标注尺寸及其偏差。在加工时可用标准钻头、铰刀。 1.2 腰形槽宽度用标准尺寸，以便选用标准铣刀。 1.3 沉孔直径尺寸按标准选取。减少刀具种类。 （下面为普通直柄立铣刀的尺寸，右边为莫氏锥柄立铣刀尺寸）,三、尺寸标注要考虑加工工艺性,2。要正确选择基准,零件尺寸设计基准是尺寸标注的起点。要正确选择。 2.1 尽可能选择不加工面上作粗基准。 2.2 基准选择应考虑加工顺序。避免从待加工面标注工序尺寸（图1。图2） 2.3 基准应量选择在实体上，应便于测量。 (图3 2孔为改进后的标注）,3。标注尺寸应便于加工与测量,3.1 不同工种加工的尺寸应尽量分开。 （如焊接图的组装尺寸与加工尺寸）,本图键槽与车加工尺寸分开,3。标注尺寸应便于加工与测量,3.2 按加工顺序标注尺寸。 （折弯件的孔距标注考虑加工和使用性能，（图2） 3.3 标注尺寸应便于加工与测量 （图3）,（五）压弯件结构工艺性 (JB/T 5109),压弯件的圆角半径应大于最小弯曲半径，以防弯裂。通常情况下，一般弯曲半径应rt(板厚)，但也不宜过大，过大时材料回弹也大。特殊情况下，需要较小的弯曲半径时就得考虑材料所允许的最小弯曲半径。 压弯件的直边长度，板件压弯直段要大于板料厚度的2倍， 孔的位置不应在弯曲变形区内以免孔发生变形，避免不了时，就得考虑先弯曲后钻孔. 材料的边缘局部弯曲时，为避免转角处撕裂，应在转角处钻孔或切槽。,1.压弯半径,1.1 压弯半径的标注: 压弯件尺寸标注时，应给出内圆角半径。 1.2 最小压弯半径,1.3 压弯半径系列,2。弯出条件,2.1 最小弯边高度,2.2 最小孔边距,3.局部压弯边缘,在局部压弯时，为了防止在交接处产生撕裂，可预先切槽,4. 压弯件展开长度计算,展开长度按中性层计算。 中性层位移系数，见下表,（六）零件机加工结构工艺性,1 零件结构设计要考虑公司现有设备条件。 （考虑设备规格，精度等，尽可能避免大件的端面加工） 2 零件结构设计要考虑表面可加工性。,3 应考虑刀具进退条件,（六）零件机加工结构工艺性,4 零件结构设计要考虑方便可加工。,5 减少大面积的加工面。 （大平面，高精度长孔，轴等）,尽可能避免在斜面上钻孔和钻不完整孔，以防止刀具损坏,尽量不采用接长钻头等非标准刀具,(七)热处理零件结构设计工艺性,1。零件热处理方法的选择： 根据零件的使用性能、技术要求、材料的成分、形状和尺寸等因素合理地选择热处理方法 热处理工艺方法归纳为如下六类: 1）退火及正火; 2) 淬火; 3) 回火及时效; 4) 表面淬火; 5）化学热处理; 6）形变热处理。,2.热处理工序的安排,A 预备热处理： 预备热处理安排在粗加工前后，目的是：消除应力，细化晶粒，均匀组织。 预备热处理方法有正火、退火、调质 B 消除应力热处理： 毛坯在制造和加工过程中产生的内应力会使工件产生变形和开裂。为了稳定尺寸，要安排去应力处理。 消除应力安排在毛坯制造或粗加工之后。一般有时效和深冷处理。 C 最终热处理 最终热处理目的：提高零件的强度、硬度和耐磨性。 最终热处理法有：淬火，表面淬火，渗碳，渗氮，碳氮共渗等。 最终热处理安排在精加工之前。,3. 设计热处理零件的注意事项,1。选择零件材料时注意材料的热处理性能，保证零件较容易达到预定的热处理要求。 淬硬性：与钢的含碳量有关 淬透性：钢的合金成分，冷却速度、冷却剂以及工件尺寸 2。零件的几何形状和刚度 要考虑在热处理过程中零件形状便于运输、吊挂和装夹 3。防止热处理零件开裂 避免尖角、棱角， 防止螺纹脆裂。,1 所有入库零件都要经过表面防护处理。 2 表面防护的方法： 2.1电镀、化学镀及热浸镀方法 1）电镀。电镀是将金属工件作为阴极浸入欲镀金属的盐溶液中，然后通以直流电，在直流电场作用下，金属盐溶液中的阳离了在工件表面上沉积成为牢固的镀层。 镀层的应用： 防护性镀层，主要是防止金属在大气及其他环境中的腐蚀，如钢铁工件镀锌、镀铬、镀锌镍等; 耐磨镀层(硬铬镀层) 装饰性镀层 2）化学镀：最常用的是化学镀镍和化学镀铜 3）热浸镀：是将金属短时间浸人熔融的金属液体槽中,取出冷却.,(七) 关于零件的表面防护处理,2.2 化学转化膜：,2.2 化学转化膜： 1）氧化处理： 钢铁氧化处理：就是将钢铁工件放人特定的氧化性溶液中并适当加热，使其表面形成一层致密的氧化膜，以改善工件的耐蚀性及外观的工艺方法 2）磷化。 磷化处理是将钢铁工件浸人磷酸盐溶液中，使工件表面获得一层不溶于水的磷酸盐薄膜的工艺方法。 磷化膜,呈灰白或灰黑色，膜与基体金属结合十分牢固，抗蚀能力相对氧化膜提高210倍,2.3涂料涂装法,1）涂涂料。 将涂料涂覆在金属表面，隔开周围介质与金属的接触，达到防止腐蚀的目的。 2）涂塑料。 采用浸涂、喷涂或刷涂等方法，使被保护金属表面裹上一层塑料薄膜，被保护金属表面裹上一层塑料薄膜，隔开周围介质与金属的接触，也可达到防止腐蚀的目的。 3）涂防锈油。 用于储存、加工和运输过程中的防腐方法，当耐蚀期较短时,可涂矿物油。当耐蚀期较长时,应涂凡士林、石蜡等混合物。,2.4 表面处理,表面处理的目的 改变基材表面状态、化学成分、组织结构或形成特殊覆层，以提高基体表面与涂层的附着力。 表面处理的方法： 目前采用的表面处理方法主要有：喷丸、砂纸打磨、酸洗、磷化。 公司目前主要表面处理方法应用： 板厚3mm以下：电泳。 板厚4mm5mm 磷化 或喷丸。 板厚6mm以上：喷丸 油管：酸洗。,（完）,祝：大家工作顺利， 事事顺心。,谢谢！,