产品结构设计全册配套最完整精品课件1PPT资料.pptx

1、,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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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