产品结构设计全册配套最完整精品课件1PPT资料.pptx

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,定位零部件：

以图1-2为例，固定的零部件与运动的零部件在结构上有所不同。

便于拆、装：

以图1-3、4为例，考虑产品的组装、拆卸和维修、维护，箱体多设计成分体结构，各部分通过螺丝、锁扣等进行组合连接。

考虑拆卸的设计：

以图1-5为例，不考虑拆卸的设计。

考虑材料及加工、生产方式：

产品功能和使用目的决定外壳材料，生产成本和批量决定加工、生产方式，进而决定壳体、箱体的结构设计。

考虑装饰与造型装饰与造型的设计应结合产品的功能、构件的材料及加工、生产方式进行。

三、壳体、箱体的设计准则与程序,保证刚度、强度、稳定性及加工性的设计准则刚度：

对于承受较大载荷及作为支撑和其他零部件定位的壳体和箱体，刚度是主要设计准则。

强度：

强度时考虑壳体、箱体的防护和保护性能进行设计的基本准则，分静态和动态两方面考虑。

稳定性：

受压及受压弯结构都存在失稳问题，特别是薄壁腹部还存在局部失稳问题，必须校核。

加工性：

铸造、注塑构件应考虑液体的流动性、填充线和脱模，冲压件应考虑材料延展性和拉伸能力，并做相应的计算。

壳体、箱体的通常设计步骤与程序初步确定形状、主要结构和尺寸。

常规计算。

静动态分析、模型或实物试验及优化设计。

制造工艺性和经济性分析。

详细结构设计,1.2、铸造壳体、箱体,一、铸造壳体、箱体的特点有较高的刚度、强度：

铸造构件一般壁厚较大，适合对刚度强度要求较高的产品外壳；

也可以在铸件上制作部分其他结构部件。

造型适应性强：

可制作比较复杂和变化不规则外形，以图1-6、7、8为例。

表明粗糙，尺寸精度低。

封闭性好：

以图1-9为例。

工艺灵活性打、成本低。

铸铁材料具有减震、抗震性能和耐磨、润滑性能。

造型适应性强：

可制作比较复杂和变化不规则外形,造型适应性强：

可制作比较复杂和变化不规则外形,封闭性好,铸造成型的主要缺点：

铸造组织的晶粒比较粗大，且内部常有缩孔、缩松、气孔、砂眼等缺陷，力学性能一般不然锻件。

铸造生产工序繁多，工艺过程较难控制，废品率较高。

工作条件较差，劳动强度比较大。

二、铸造壳体、箱体常用材料铸铁：

铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件，在铸造时加入少量合金元素可提高耐磨性能。

铸铁分类：

灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。

铸造碳钢：

铸钢熔点高、流动性差、收缩率大，吸震性低于铸铁，弹性规模较大。

铝合金：

纯铝强度低、硬度小，因此，制造产品壳体常采用铝合金材料。

常用铝合金有：

铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金、铝锌合金。

三、铸造工艺流程砂型铸造：

砂型铸造时应用最广泛的铸造方法，其生产过程如图1-10所示。

砂型的结构组成如图1-11所示。

砂型铸造有适应性强、生产简单等优点，但砂型铸造生产的铸件尺寸精度较低、表面粗糙、内在质量较差，且生产过程较复杂。

与砂型铸造比较，有以下几个特点：

铸件精度及表面质量高。

能够铸造各种合金铸件。

生产批量不受限制。

熔模铸件的形状可以比较复杂。

熔模铸件的重量不宜太大。

熔模铸造：

熔模铸造的工艺流程如图1-12所示。

与砂型铸造比较，金属铸造有以下的特点：

实现了“一型多铸”。

铸件的力学性能提高。

精度及表面质量高。

金属型的制造成本高、周期长；

铸型透气性差、无退让性，易产生冷隔、浇不足、裂纹等铸造缺陷。

金属型铸造：

用金属制成的铸造型腔，进行浇注获得铸件的铸造方法，如图1-13所示。

与砂型铸造比较，有如下优点：

铸件尺寸精度、表面质量高。

铸件的强度和表面硬度高。

可铸造形状复杂的薄壁铸件。

生产效率高。

压力铸造的缺点：

设备投资大，压型成本高。

压铸高熔点合金时，压型的寿命低。

压力铸造：

如图1-14所示，在高压下，使液态或半液态金属以较高的速度填充铸型的型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。

离心铸造：

如图1-15所示，将液态合金浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下填充铸型并凝固成型。

与砂型铸造比较，有如下特点：

工艺过程简单，节约金属和其他原材料。

铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。

铸造合金的种类不受限制。

铸件的内表面质量差，孔的尺寸不易控制。

四、铸造壳体、箱体结构设计,在设计铸造壳体、箱体结构时，除考虑壳体设计的总体要求与准则，还应重点结合铸造生产的工艺特点，考虑相关的工艺性。

在此，结合一些典型设计实例进行有关讨论。

铸造时处于水平位置，易造成气孔和夹渣，如图1-16所示。

尽量减少凹凸部分，简化制造工艺，如图1-17所示。

考虑出模工艺，应在结构上设计拔模斜度，包括内腔结构，如图1-18所示。

对于砂型铸造，尽量减少活块部分，简化制造工艺，如图1-19所示。

凸台距离分型面较近时，为避免使用活块，可将凸台延长至分型面或取消凸台，如图1-20所示。

如图1-21所示，修改一些局部结构，保证砂型牢固。

如图1-22图1-24所示，修改不合理凸台，达到保护砂型进而保证铸件质量的目的.,如图1-25、图1-26所示，修改结构避免使用型心或减少型心数量。

铸造零件一般存在一定内应力，经过一段时间，内应力消除，零件会产生一定变形，影响几何精度与使用性能，尺寸越大的铸件，影响越大。

一般铸件在机加工前，要经过一定处理。

铸铁铸件消除内应力的方法：

时效处理，热处理，机械振动法。

铸钢件一般都需要热处理。

壳体、箱体铸件的关键部位一般需要精加工。

主要部位包括：

壳体、箱体分离部分之间的连接部位。

壳体、箱体与内部零部件的定位与连接部位。

壳体、箱体与外部其他零部件的连接部位及地脚部位。

五、铸造零件的处理与加工,1.3、焊接壳体、箱体,一、焊接壳体、箱体的特点焊接壳体、箱体有以下特点：

适用范围广。

使用灵活。

生产周期短。

强度高。

焊接的主要缺点是：

造型能力较差。

加工精度较低。

焊接部位表面质量较差。

焊接产生一定的内应力，造成成品变形。

电弧焊：

利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。

手工电弧焊：

设备简单，使用灵活、方便、通用，但对操作人员的技能要求较高。

不适宜焊接活泼金属及难熔合低熔点金属。

埋弧自动焊：

利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动进行焊接的方法，如图1-27、1-28所示。

埋弧自动焊的主要特点：

生产效率高，焊缝质量好，焊接规范自动控制。

适用于大批量生产，可焊接中、厚钢板（660mm）。

气体保护焊：

用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。

保护气体主要有两种：

惰性气体（氩气和氮气）和活性气体（二氧化碳），其中氩弧焊，应用比较广泛。

二、焊接的方法与适用场合,埋弧自动焊,埋弧自动焊,电阻焊:

利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。

有点焊、缝焊、相对焊三种形式。

点焊：

其基本结构如图1-29所示，适用于焊接4mm以下薄板广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品生产。

缝焊：

焊接厚度3mm以下的薄板搭接，主要应用于生产密封容器和管道等，如图1-30所示。

三、焊接壳体、箱体的设计,焊接结构材料的选择：

选用焊接性好的材料来制造焊接结构壳体、箱体。

含碳量低的碳钢和合金钢具有良好的焊接性。

焊接方法的选择：

根据材料的焊接性、工件厚度、生产率要求、各种焊接方法的适用范围和设备条件等综合考虑。

焊接接头工艺设计：

手工电弧焊接头基本形式有四种，如图1-31所示。

除搭接接头外，其余接头在焊件较厚时需开坡口。

坡口的基本形式如图1-32所示。

焊缝布置应遵循以下原则：

便于施焊：

焊缝设置必须具有足够的操作空间以满足焊接工艺需要。

如图1-33、1-34所示。

有利于减少焊接应力与变形：

尽量选用尺寸规格较大的板材、型材。

避开最大应力区和应力集中部位。

避开或远离机械加工面。

便于施焊,1.4、冲压壳体,一、冲压壳体的特点板料冲压制造产品壳体具有下列特点：

生产率高、操作简单。

产品质量好。

材料利用率高。

造型能力强适用广泛。

主要缺点：

集中在模具方面。

冲模设计、制造复杂，成本高，且一件一模，局部更改，也要更换模具。

小批量生产成本较高，图1-35的模型就是例子。

二、冲压工艺与模具,冲压设备主要有剪床和冲床两大类。

常用小型冲床的结构如图1-36所示。

冲压基本工序如图1-37所示。

冲压模具按冲床的每一次冲程所完成工序的多少划分为简单冲模、连续冲模及复合冲模。

简单冲模在冲床的一次冲程内只能完成一道工序。

如图1-38所示，简单冲模的结构简单，成本低，生产率低，主要用于简单冲裁件的生产。

连续冲模在冲床的一次冲程中，在模具的不同位置上可以同时完成两道以上的工序，如图1-39所示。

连续冲模生产率高，易于实现自动化，但结构复杂、成本高，适于大批量生产精度要求不高的中、小型零件。

复合冲模在冲床的一次冲程内，在模具的同一位置上可以同时完成两道以上的工序，如图1-40所示。

复合冲模生产效率高，零件加工精度高，但模具制造负责，成本高，适用于大批量生产。

在设计冲压壳体结构时，须综合考虑产品结构需要、零件结构强度、材料特性与成型能力、冲压模具复杂性及冲压工艺等因素。

如图1-41、1-42所示。

冲压壳体设计，往往易关注结构造型和功能，而忽视生产加工工艺，使得模具结构复杂、生产成本加大，特别是对于结构上需要弯曲和拉伸成型部分。

三、冲压零件的设计,板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形；

外层金属受切向拉应力，产生伸长变形。

当拉应力超过材料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。

坯料厚度越大、弯曲半径越小，材料所受的内应力就越大，越容易弯裂，所以必须控制弯曲半径，通常取为板厚的0.25-1倍以上，材料塑性好时取下限。

弯曲时尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直，如图1-43所示。

设计弯曲件时应加强变形部位的刚性，如图1-44所示。

在设计拉伸壳体时，应注意拉伸变形的影响，如图1-45所示。

1.5、注塑壳体、箱体,一、注塑壳体、箱体的特点注塑壳体、箱体有以下特点，如图1-46为例。

生产周期短，生产效率高，易于实现大批量、自动化生产。

可使用材料丰富，适应性强。

产品质量较高，一致性好、互换性强，成本低。

几何造型能力强，可生产现状、结构复杂的产品。

功能性与装饰性结合好。

明显的缺点：

注塑模具成本较高，不适于单件、小批量生产。

强度、表面硬度较低，扛冲击、磨损性能差，局部细小结构在维修过程易损坏。

材料存在老化问题，耐久性差。

二、注塑工艺与模具,典型注塑工艺过程如图1-47所示。

注塑模具在结构组成上是比较复杂的，按功能、作用分以下几个部分：

成型部分：

模具的核心部分，由可分合的两部分组成，类似于凸模和凹模。

浇注系统排溢、引起系统冷却系统脱模机构模架,三、注塑壳体、箱体设计,注塑壳体、箱体的结构设计应综合考虑产