产品结构工艺规范.doc
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产品结构工艺规范
1概述
结构工艺性的概念
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、便于制造和尽可能降低制造成本。
这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术,称为机械设计工艺性。
机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中,所以又称为结构设计工艺性。
零件结构工艺性,是指所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性。
零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程,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,直至报废、回收和再利用等。
影响结构工艺性的因素
影响结构设计工艺性的因素主要有:
生产类型、制造条件和工艺技术的发展三个方面。
生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素。
当单件、小批生产零件时,大都采用生产效率较低、通用性较强的设备和工艺装备,采用普通的制造方法,因此,机器和零部件的结构应与这类工艺装备和工艺方法相适应。
在大批大量生产时,往往采用高效、自动化的生产设备和工艺装备,以及先进的工艺方法,产品结构必须适应高速、自动化生产的要求。
常常同一种结构,在单件小批生产中工艺性良好,在大批大量生产中未必也好,反之亦然。
机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。
具体生产条件应包括:
毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规格及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制造能力和技术力量等。
随着生产不断发展,新的加工设备和工艺方法的不断出现,以往认为工艺性不好的结构设计,在采用了先进的制造工艺后,可能变得简便、经济。
例如电火花、电解、激光、电子束、超声波加工等特种加工技术的发展,使诸如陶瓷等难加工材料、复杂形面、精密微孔等加工变得容易;精密铸造、轧制成形、粉末冶金等先进工艺的不断采用,使毛坯制造精度大大提高;真空技术、离子氮化、镀渗技术使零件表面质量有了很大的改善。
零件结构工艺性的基本要求
1)机器零部件是为整机工作性能服务的,零部件结构工艺性应服从整机的工艺性。
2)在满足工作性能的前提下,零件造型应尽量简单,同时应尽量减少零件的加工表面数量和加工面积;尽量采用标准件、通用件和外购件;增加相同形状和相同元素(如直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等)的数量。
3)零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性、方便性、精确性的前提下应符合经济性要求,即应尽量降低零件的技术要求(加工精度和表面质量),以使零件便于制造。
4)尽量减少零件的机械加工余量,力求实现少或无切屑加工,以降低零件的生产成本。
5)合理选择零件材料,使其机械性能适应零件的工作条件,且成本较低。
6)符合环境保护要求,使零件制造和使用过程中无污染、省能源,便于报废、回收和再利用。
一、铸造零件的结构设计
铸件结构设计:
保证其工作性能和力学性能要求、考虑铸造工艺和合金铸造性能对铸件结构的要求,铸件结构设计合理与否,对铸件的质量、生产率及其成本有很大的影响。
(一)砂型铸造工艺对铸件结构设计的要求
造型工艺对铸件结构设计的要求,见表1-1。
表1-1造型工艺对铸件结构设计的要求
对铸件结构的要求
不好的铸件结构
较好的铸件结构
1.铸件的外形必须力求简单、造型方便
铸件应具有最少的分型面,从而避免多箱造型和不必要的型芯
铸件加强筋的布置应有利于取模
铸件侧面的凹槽、凸台的设计应有利于取模,尽量避免不必要的型芯和活块
铸件设计应注意避免不必要的曲线和圆角结构,否则会使制模、造型等工序复杂化
凡沿着起模方向的不加工表面,应给出结构斜度,其设计参数见表1-2
2.铸件的内腔必须力求简单、尽量少用型芯
尽量少用或不用型芯
型芯在铸型中必须支撑牢固和便于排气、固定、定位和清理(图中A处需放置型芯撑)
为了固定型芯,以及便于清理型芯,应增加型芯头或工艺孔
表1-2铸件的结构斜度
斜度(a:
h)
角度(β)
使用范围
1∶5
11°30′
h<25㎜铸钢和铸铁件
1∶10
5°30′
h=25~500㎜铸钢和铸铁件
1∶20
3°
h=25~500㎜铸钢和铸铁件
1∶50
1°
h>500㎜铸钢和铸铁件
1∶100
30′
非铁合金铸件
(二)合金铸造性能对铸件结构设计的要求
缩孔、变形、裂纹、气孔和浇不足等铸件缺陷的产生,有时是由于铸件结构设计不够合理,未能充分考虑合金铸造性能的要求所致。
合金铸造性能与铸件结构之间的关系见表1-3。
表1-3合金铸造性能与铸件结构之间的关系
对铸件结构的要求
不好的铸件结构
较好的铸件结构
铸件的壁厚应尽可能均匀,否则易在厚壁处产生缩孔、缩松、内应力和裂纹
铸件内表面及外表面转角的连接处应为圆角,以免产生裂纹、缩孔、粘砂和掉砂缺陷。
铸件内圆角半径R的尺寸见表1-4
铸件上部大的水平面(按浇注位置)最好设计成倾斜面,以免产生气孔、夹砂和积聚非金属夹杂物
为了防止裂纹,应尽可能采用能够自由收缩或减缓收缩受阻的结构,如轮辐设计成弯曲形状
在铸件的连接或转弯处,应尽量避免金属的积聚和内应力的产生,厚壁与薄壁相连接要逐步过渡,并不能采用锐角连接,以防止出现缩孔、缩松和裂纹。
几种壁厚的过渡形式及尺寸见表1-5
对细长件或大而薄的平板件,为防止弯曲变形,应采用对称或加筋的结构。
灰铸铁件壁及筋厚参考值见表1-6
表1-4铸件的内圆角半径R值(mm)
(a+b)/2
<8
8~12
12~16
16~20
20~27
27~35
35~45
45~60
R值
铸铁
4
6
6
8
10
12
16
20
铸钢
6
6
8
10
12
16
20
25
表1-5几种壁厚的过渡形式及尺寸
图例
尺寸
b≤2a
铸铁
R≥(1/6~1/3)(a+b)/2
铸钢
R≈(a+b)/4
b>2a
铸铁
L>4(b-a)
铸钢
L>5(b-a)
b>2a
R≥(1/6~1/3)(a+b)/2;R1≥R+(a+b)/2
C≈3(b-a)1/2,h≥(4~5)C
表1-6灰铸铁件壁及筋厚参考值
铸件质量
㎏
铸件最大尺寸
㎜
外壁厚度
㎜
内壁厚度
㎜
筋的厚度
㎜
零件举例
5
6~10
11~60
61~100
101~500
501~800
801~1200
300
500
750
1250
1700
2500
3000
7
8
10
12
14
16
18
6
7
8
10
12
14
16
5
5
6
8
8
10
12
盖、拨叉、轴套、端盖
挡板、支架、箱体、闷盖
箱体、电动机支架、溜板箱、托架
箱体、液压缸体、溜板箱
油盘、带轮、镗模架
箱体、床身、盖、滑座
小立柱、床身、箱体、油盘
(三)砂型铸造铸件最小壁厚的设计
最小壁厚:
每种铸造合金都有其适宜的壁厚,不同铸造合金所能浇注出铸件的“最小壁厚”也不相同,主要取决于合金的种类和铸件的大小,见表1-7。
表1-7砂型铸造铸件最小壁厚的设计mm
铸件尺寸
铸钢
灰铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
铝合金
铜合金
<200×200
200×200~500×500
>500×500
5~8
10~12
15~20
3~5
4~10
10~15
4~6
8~12
12~20
3~5
6~8
—
3~3.5
4~6
—
3~5
6~8
—
以上介绍的只是砂型铸造铸件结构设计的特点,在特种铸造方法中,应根据每种不同的铸造方法及其特点进行相应的铸件结构设计。
二、熔摸铸造铸件的结构工艺性
熔摸铸造铸件的结构,除应满足一般铸造工艺的要求外,还具有其特殊性:
1.铸孔不能太小和太深:
否则涂料和砂粒很难进入腊模的空洞内,只有采用陶瓷芯或石英玻璃管芯,工艺复杂,清理困难。
一般铸孔应大于2mm.。
2.铸件壁厚不可太薄:
一般为2~8mm。
3.铸件的壁厚应尽量均匀:
熔摸铸造工艺一般不用冷铁,少用冒口,多用直浇口直接补缩,故不能有分散的热节。
三、金属型铸件的结构工艺性
(1)铸件结构一定要保证能顺利出型,铸件结构斜度应较砂型铸件为大。
(2)铸件壁厚要均匀,壁厚不能过薄(Al-Si合金2~4mm,Al-Mg合金为3~5mm)。
(3)铸孔的孔径不能过小、过深,以便于金属型芯的按放和抽出。
四、压铸件的结构工艺性
1.压铸件上应消除内侧凹,以保证压铸件从压型中顺利取出。
2.压力铸造可铸出细小的螺纹、孔、齿和文字等,但有一定的限制。
3.应尽可能采用薄壁并保证壁厚均匀。
由于压铸工艺的特点,金属浇注和冷却速度都很快,厚壁处不易得到补缩而形成缩孔、缩松。
压铸件适宜的壁厚:
锌合金为1~4mm,铝合金为1.5~5mm,铜合金为2~5mm。
4.对于复杂而无法取芯的铸件或局部有特殊性能(如耐磨、导电、导磁和绝缘等)要求的铸件,可采用嵌铸法,把镶嵌件先放在压型内,然后和压铸件铸合在一起。
㈠、壁厚
压铸件的壁厚对铸件质量有很大的影响。
以铝合金为例,薄壁比厚壁具有更高的强度和良好的致密性。
因此,在保证铸件有足够的强度和刚性的条件下,应尽可能减少其壁厚,并保持壁厚均匀一致。
铸件壁太薄时,使金属熔接不好,影响铸件的强度,同时给成型带来困难;壁厚过大或严重不均匀则易产生缩瘪及裂纹。
随着壁厚的增加,铸件内部气孔、缩松等缺陷也随之增多,同样降低铸件的强度。
压铸件的壁厚一般以2.5~4mm为宜,壁厚超过6mm的零件不宜采用压铸。
推荐采用的最小壁厚和正常壁厚见表1-8。
表1-8压铸件的最小壁厚和正常壁厚
壁厚处的面积a×b(cm2)
锌合金
铝合金
镁合金
铜合金
壁厚h(mm)
最小
正常
最小
正常
最小
正常
最小
正常
≤25
0.5
1.5
0.8
2.0
0.8
2.0
0.8
1.5
>25~100
1.0
1.8
1.2
2.5
1.2
2.5
1.5
2.0
>100~500
1.5
2.2
1.8
3.0
1.8
3.0
2.0
2.5
>500
2.0
2.5
2.5
4.0
2.5
4.0
2.5
3.0
㈡、铸造圆角和脱模斜度
1)铸造圆角
压铸件各部分相交应有圆角(分型面处除外),使金属填充时流动平稳,气体容易排出,并可避免因锐角而产生裂纹。
对于需要进行电镀和涂饰的压铸件,圆角可以均匀镀层,防止尖角处涂料堆积。
压铸件的圆角半径R一般不宜小于1mm,最小圆角半径为0.5mm,见表1-9。
铸造圆角半径的计算见表1-10。
表1-9压铸件的最小圆角半径(mm)
压铸合金
圆角半径R
压铸合金
圆角半径R
锌合金
0.5
铝、镁合金
1.0
铝锡合金
0.5
铜合金
1.5
表1-10铸造圆角半径的计算(mm)
相连接两壁的厚度
图例
圆角半径
相等壁厚
rmin=Kh
rmax=Kh
R=r+h
不等壁厚
r≥(h+h1)/3
R=r+(h+h1)/2
说明:
①、对锌合金铸件,K=1/4;对铝、镁、合金铸件,K=1/2。
②、计算后的最小圆角应符合表2的要求。
2)脱模斜度
设计压铸件时,就应在结构上留有结构斜度,无结构斜度时,在需要之处,必须有脱模的工艺斜度。
斜度的方向,必须
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