维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ９卷第２期 机械研究与应用 Ｖ０ｌ ｌ９ Ｎｏ ２ ２００６年４月 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ２ｏｏ６ 机械产品设计中零件的加工工艺合理化 孟刚，安虎平 （兰州师范高等专科学校，甘肃兰州７３００７０） 摘要：论述产品设计中机械零件结构形状的合理性．主要从工艺角度阐明各种零件结构加工的难易程度及对加工质量、生产率等的 影响 为设计者提供产品设计时需考虑的工艺问题和应采取的具体措施，使零件结构、产品质量和经济效益达到最优效果。 关键词：产品设计；零件；加工工艺性；措施 中圈分类号：ＴＨ１６１ ．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—４４１４｛２００６）０２－００１１－０３ Ｒｅａｓｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｎ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐａｒｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｍｅｎｇ Ｇａｎｇ。Ａｎ Ｈｕ—ｐｉｎ （Ｌａｎｚｈｏｕ ｔｅａｃｈｅｒｓ ｃｏｌｌｅｇｅ－Ｌａｎｚｈｏｕ Ｃ，ａｎｓｕ ７３００７０－Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｌｌｔｙ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｍａｃｈｉｎｅ ｐａｒｔｓ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ。ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｈａｓ ｓｔａｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｉｉｆｃｕｌｔｙ ｏｒ ｅａｓｅ ｆｏｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｍ＇ｅ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｓ Ｏｉｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐａｒｔｓ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ－ｉｔ ｏｆｆｅｒｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎｇｅｒ ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ ｔｏ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｈａｔ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｌｃｅｎ ＢＯ髓ｔｏ ｍａｋｅ ｐａｒｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｌｔｙ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｅａｔ ａｖａｉｌａｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｔ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｅｓｉｇｎ；ｐａｒｔｓ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｍｅａｓｕｒｅ．８ 机械产品的设计是一个复杂过程，要考虑的问题很多。 ２零件结构的简化 如何在满足机器功能和性能要求的前提下，使零件具有良好 从加工角度考虑，零件结构应力要求简单，ＪＪｎ：ｉ：面尽可能 的结构工艺性有重要意义。结构工艺性好的零件不仅加工容 设计成平面、圆柱面等简单几何面，根据结构特征还可采用分 易、成本低廉，对提高产品的工作性能和精度及企业生产率有 体式和合体式以便加工。 重要的作用。笔者仅从产品设计的角度探讨如何通过合理的 ２．１零件的分体结构 结构设计使零件具有良好的机械加工工艺性。 有些零件采用分体式结构加工较为容易，如图ｌ所示的 １毛坯的选择 套筒零件，若设计成图１（ａ）所示的盲孔，要在孔内加工出球 毛坯是零件的雏形，是工件由原材料变为成品的第一步。 面形底面是较困难的。为便于加工和测量，可将结构分解成 毛坯的选择包括材料和制造方法的选择及其形状和尺寸的确 套筒和球型底面垫块两件，如图１（ｂ）所示，将球型底面加工 定。它影响着零件的整个加工工艺过程，最终关系到零件的 在垫块上。再镶人套筒中。 加工工艺性、Ｊｊｎ：ｉ：成本和生产率。合理地选择毛坯不仅是工 艺人员的事，产品设计人员也不可忽视。 １．１正确确定毛坯的形状和尺寸 洄 根据提高生产率的原则，在确定零件毛坯形状和尺寸时， 要尽量使其接近于零件的形状和尺寸，避免过高的粗糙度，这 图１套筒零件 样可减少机械加工的工作量便于提高生产率。这主要在工艺 １．套筒２．球型底面垫块 设计阶段考虑，应选择较为先进的毛坯制造方法，在批量生产 中其效果尤为显著。 再如图２（ａ）所示带轮与轴承的装配，套筒零件２起轴向 １．２台理确定毛坯的结构 定位作用，零件２起密封作用。若把零件２与３制成一体，一 毛坯结构主要受零件结构的制约，同时对制造性能有较 般用圆钢加工而成，既费时也废料。若采用如图２（ａ）所示的 大影响，因此在产品设计阶段要给以足够的重视。一般根据 结构，将零件２用管料制成，零件３制成盘状组合式结构，加 结构难易程度和使用要求可采用合并和分解的办法，即将几 工工艺性会较好。在大批最生产时。还可设计成如图２（ｂ）所 个结构简单的零件合并为一个零件，可减少加工面和装夹定 示。将零件３制成冲压件的结构，结构工艺性会更好。 位次数，或将若干个单件合并为一个尺寸较大的毛坯，然后进 ２．２零件的台并结构 行切削加工，有时很有利于保证加工精度。如车床丝杠螺母 如图３（ａ）所示为３个齿轮的分体式装配图，可设计成如 的合口瓦及活塞环的制造，可先铸出一整体毛坯和长套筒。 图３（ｂ）所示的一个三联齿轮，这样可省去连接件和加工结合 合口瓦在加工到一定阶段时剖成两半；套筒内、外径加工合格 面的加工量，也减少零件的装配工作量。若齿轮工作时不做 后再在车床上加工，逐步切割出若干厚度均匀的活塞环。 轴向移动，在满足精度和强度要求的前提下，将齿轮与轴的花 收稿日期：２００５—１２—３１ 作者筒介：盂刚（１９５０一），男，湖北汉１３人，副教授，从事机械设计及制造方面的教学工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com ｖ０ｌ １９ Ｎｏ ２ ２ｏｏ６ Ｄ４ 机械研究与应用 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ 第１９卷第２期 ２００６年４月 一 鞫一 虱 一３减少加工面 零件的结构设计应尽量减少加工面的数量和面积。这样 不仅可减少加工量，还可减少装配时的修配量，且有利于保证 图７ 内端面配合 １．轮心２．轮缘 图８箱体孔系加工 若将上述孔系设计成如图８（ｂ）所示结构，在箱体右壁上 装配质量。 如图４所示的结构中，在轴两段不同直径处的圆柱面上 开一工艺孔，使镗杆从两端穿入并支承来加工，这样既简化加 工过程，又保证加工精度。待装配时用工艺堵头将工艺孔 封堵。 有配合要求，且有２个支撑端面接触。这种结构形成了过定 位，必须大幅度提高零件加工精度且装配精度也难以保证，同 时增加了加工难度和工作量。若改为图４（ｂ）所示的结构，只 在同一直径的圆柱面上相配合，轴向只有一个定位端面，这样 还有在镗床上加工箱体零件的内端面和孔内精度要求较 高的沟槽如图９（ａ）所示，加工难度较大。若将其改成如图 （ｂ）所示的结构，增加一套筒零件，可预先在车床上加工好套 既可避免过定位造成的不合理现象，又减少加工表面的数量 及精加工的面积。 筒的端面和内沟槽，然后再镶入箱体的孔中，较好地解决了加 工难的问题。 一 （ａ） 图４两支承面的定位 又如图５所示，是为了将加工表面与不加工表面区别开 的结构。可减少加工面积。 睁 （ａ） 图９箱体孔内沟槽 ５零件的安装工艺 ５，１零件设计要便于装卡 ２ 零件结构设计时要使其便于在机床上装夹和紧固 如图 １０所示的圆锥齿轮，图中轮毂部分有一段外伸的圆柱表面， 此结构为了在车制齿坯时便于装夹。 又如图ｌｌ（ａ）所示的箱体结构，加工 图５减少加工面的实例 图６镶铸式轮子 １，轮心 ２．轮缘 时易引起夹紧变形，影响精度。可增设固 紧凸缘如图ｌｌ（ｈ）所示，也可增设固紧工 艺孔如图１ｌ（ｃ）所示，都可解决夹紧变形 问题。 ４忌在封角的内表面上加工 般来说，零件内部表面不如外部表面加工方便，而在半 封闭的内部表面上加工则更困难，因此应尽量避免。 一图ｌ０锥齿轮 对大型零件设计时，更应考虑装夹方 如图６所示，为镶铸式轮子，轮缘镶在轮心上，若将凸槽 设计到轮缘的内圆面上，就会使加工测量不方便，很难保证加 ・便和减小变形。如图１２（ａ）所示的容器，设计时在容器体上 设置环形凸缘，如图１２（ｈ）所示，增强了刚性，也简化了它在 Ｉ２・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１９卷第２期 ２００６年４月 机械研究与应用 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＵＣＡＴＩＯＮ Ｖ０ｌ ｌ９ Ｎｏ ２ ２ｏｏ６ 机床上的装夹和调整工作量。 甲 图１１箱体安装紧固 （ａ１（ｂ１ 图１２容器结构示意 ５．２尽量减少装夹次数 零件设计时，要考虑加工表面的合理安排，应尽量减少工 件的装夹次数。如图１３（ａ）所示结构，孔的加工需要经过２ 次装夹。若设计成如图１３（ｂ）所示结构，使孔贯通，且各孔直 径依次递减，则在１次装夹中即可将内孔加工完毕，且有利于 提高各孔的同轴度。 强 （ａ］ 图１３孔的加工工艺性示意 （ａ）稍 臼 ＝｛ 左、 右侧两孔的外端面应分别设置于 ＼ ６便于进刀和退刀 ６．１刀具要易于进入和退出加工面 蜘审 图１７减速器上盖 为使刀具能顺利地进出被加工表面，加工面与非加工面 要截然分开，这不仅减少加工面积（如图５），也便于刀具自由 进退。图１７为减速器上箱，顶部矩形孔端面需要加工。若设 计成如图１７（ａ）所示的结构，加工时箱盖外表面也被切削且 左侧的吊耳对刀具有干涉。因此应设计成如图１７（ｂ）所示的 结构形式。 ㈣ 图１８零件退刀槽 图１８所示结构是为了使刀具能够自由退出，而设计的常 见退刀槽或越程槽结构。 ６．２结构应使刀具能够到达加工表面 结构设计中应考虑使刀具能够容易到达加工面进行加工 并便于测量。如图ｌ９（ａ）所示的结构，凸台的位置使刀具无 法到达，孔和端面都难于加工，应改成图１９（ｂ）所示的结构。 （ａ） ｏ）） 图１９零件凸台结构 图２０加强肋结构 ７零件应有利于提高切削效率 ７．１零件应有足够刚度 零件设计时，应在保证足够强度的前提下，尽量使其具有 较高的刚度以便采用较大切削用量加工以提高效率。为此要 合理地选择材料和设计结构。如图２０所示结构，设置了加强 肋，这样在强力高速切削加工时，可使变形控制在允许范围 内，保证加工精度。 又如图２１（ａ）所示的齿轮，是在高效加工时将几个齿坯 叠装在一起切齿的多件加工，由于刚性差，加工时易产生振 动，影响齿面的加工精度和表面粗糙度。因此将齿轮设计成 如图２１（ｂ）所示的结构形状加工较好。 ７．２避免加工面下凹 （下转第１７页） ・１３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１９卷第２期 ２００６年４月 ４防护措施 机械研究与应用 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ＆ＡＰＰＵＣＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ １９ Ｎｏ ２ ２０ｏ６ Ｏ４ 主轴从轴封处至轴头部分紧衬厚５ｒａｍ的聚四氟乙烯套，可有 浓酸泵部件腐蚀失效的后果非常严重，若不采取防护措 效防止主轴的腐蚀。 （２）轴头防护在轴套的上端面、叶轮螺母及锁紧螺母 的端面均车出“Ｏ”型环槽，放上聚四氟乙烯“Ｏ”型环，在轴套 下端面加装聚四氟乙烯垫片，增强端面密封，并要求将叶轮、 轴套、叶轮螺母及锁紧螺母充分安装到位，防止松脱而造成端 面密封失效。 ４．４其它改进 施，将严重影响泵的稳定运行。针对不同的腐蚀，采取相应的 防护措施。 ４．１工艺改进 ①严格标准化操作，适当提高槽内浓硫酸的控制液位，避 免液位大范围波动。②优化工艺，改进调节酸浓管线，适当降 低酸温。③对混酸器进行改进，提高混酸效果，减少泵槽内稀 硫酸及稀酸蒸汽的产生。在调节酸浓时，使工艺水和浓硫酸 先在混酸器内进行较充分混合后再进入泵槽，混酸产生的稀 酸蒸汽用负压管引出。 ４．２联接螺栓的防护 （１）利用年修时间。将泵基座更换成材料为ＳＵＳ３１６Ｌ的 新基座，并在泵底板与泵基座之间加装膨化四氟垫片，以增强 两者的密封性。 （２）每次泵安装就位后，为增强泵底板与泵基座问的密 （１）材质的选用通过和专业厂家合作，进行材料挂片 试验，并要求厂家对提供的部件做好特殊记号，避免混淆。虽 然选用了耐腐蚀性更好的金属材料，但由于工况条件恶劣，螺 栓还是易腐蚀，未取得预期效果。 （２）防护方法的改进 在通过对多种耐酸材料进行研 究、比较后，发现一种经济、见效的材料一耐酸胶泥。具体的 防护施工方法为：在浓酸泵备用泵检修完毕后，用耐酸胶泥将 泵的３个法兰（图１中，１３—１、１３—２、１３—３）全封闭包住（注 意：螺帽必须将螺栓丝扣全部带满，以便下次检修拆卸及螺 栓、螺帽的再利用），这样，联接螺栓完全与外界隔离，避免诸 封性，在两结合面的外面再包上玻璃钢，可有效防止外界空气 进入泵槽。 ５结束语 通过对浓酸泵部件进行有效防护处理。因部件腐蚀而引 起的故障大为减少，延长了设备使用寿命及检修周期。减少了 故障损失，降低了车间成本，为工厂实现连续性正常生产提供 了有力保障。 参考文献： ［１］ 曾庆坚．硫酸系统浓酸泵腐蚀问题的解决［Ｊ］．铜业工程。２００３ （３）：３４—３６． 多不利因素的影响。由于耐酸胶泥不存在被腐蚀问题，且它 在充分凝固后的硬度、强度均能经受恶劣环境的考验，通过多 次使用，证明此措施是行之有效的。 ４．３主轴的防护 ［２］ 田永淑，刘荣普．水泵腐蚀失效原因分析［Ｊ］．腐蚀与防护， ２００２（１）：１２一ｌ３． ［３］ 符俊华．矿山机械零件的腐蚀破坏［Ｊ］．化工矿物与加工，１９９９ （８）：４５－４７． （１）轴的液下部防护 在订购主轴备件时，要求厂家将 （上接第１３页） 为方便加工．应尽量避免如图２２（ａ）所示的那样将加工 生产批量及所用设备和加工方法综合考虑来决定。 ８ 总结 面设计成下凹，应将其设计成如图２２（ｂ）所示的凸起结构， 不但进退刀方便．还可采用高速加工。 综上所述，影响机械零件结构工艺性的因素是多方面的。 因此设计人员对产品零件应全面分析，综合考虑其功能作用、 加工质量、工艺性和制造费用，以达到优质、高产、低成本的生 产目的。 癌匿 （ａ） 参考文献： （ｂ） （ａ） ［１］ 王宝玺．车拖拉机制造工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１． ［２］ 章日晋．机械零件的结构设计［Ｍ】．北京：机械工业出版社。１９８７． ［３］ 陈宏钧．型零件机械加工生产实例［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２ｏｏ５． 图２１叠装加工齿轮图 图２２加工面凸出 在实际生产中能否采用高效加工的结构，要根据零件的 功能要求、具体的生产规模和生产条件而定，也就是要根据 侯家驹．车制造工艺学［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１． ｒ １ 王鸿飞．械设计基础［Ｍ］．北京：石油大学出版社，２００１． 匡 左延安等获机械工业经营管理大师称号 中国机械工业联合会、中国机械工业企业管理协会于２００６年３月２１日在南京联合召开全国机械工业企业管理工作会议。 会议研究审定了＜机械工业“十一五”企业管理规划建议》，对“十一五”机械工业企业现代化管理示范工程进行部署。 会议还发布了２００５年机械工业管理进步示范企业、基础管理规范化迭标企业和第十二届中国机械行业企业管理现代化创 新成果；命名第二批机械工业经营管理大师，举办大师论坛等。 安徽江淮汽车集团公司董事长兼总裁左延安、上汽集团公司总裁胡茂元、春兰集团董事局兼首席执行官陶建幸、江苏远 东集团董事长蒋锡培、潍柴动力股份公司董事长谭旭光被评选为第二批机械工业经营管理大师。 ・本刊辑・ ・】７・
