产品结构工艺规范.docx

1、产品结构工艺规范产品结构工艺规范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

2、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

3、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

4、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

5、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1-22.铸件的内腔必须力求简单、尽量

6、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()使用范围151130h25铸钢和铸铁件110530h25500铸钢和铸铁件1203h25500铸钢和铸铁件1501h500铸钢和铸铁件110030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

7、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

8、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）/288 12121616202027273535454560R值铸铁 466810121620铸钢 6681012162025表1-5 几种壁厚的过渡形式及尺寸图 例 尺 寸 b2a铸铁R(1/61/3)(a+b)/2 铸钢R(a+b)/4 b2a铸铁L4(b-a) 铸钢L5(b-a) b2aR(1/61/3)(a+b)/2；R1R+(a+b)/2 C3(b-a)1/2，h（45）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 561011606

9、11001015005018008011200300500750125017002500300078101214161867810121416556881012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20020020020050

10、05005005005810121520354101015468121220356833.5463568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28mm。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

11、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24mm，Al-Mg合金为35mm）。（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14mm，铝合金为1.55mm，铜合金为25mm。4对于复杂而无法取芯的铸件或局部有特殊性能（如耐磨

12、、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。、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2.54mm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

13、厚处的面积ab(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 0.51.50.82.00.82.00.81.525100 1.01.81.22.51.22.51.52.0100500 1.52.21.83.01.83.02.02.5500 2.02.52.54.02.54.02.53.0、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

14、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=Khrmax=KhR=r+h不等壁厚r(h+h1)/3R= r+(hh1)/2说明：、对锌合金铸件，K=1/4；对铝、镁、合金铸件， K=1/2。 、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，必须与铸件的脱模方向一致。推荐的脱模斜度见表1-

15、11。表1-11 脱模斜度合金配合面的最小脱模斜度非配合面的最小脱模斜度外表面内表面外表面内表面锌合金010 015 015 045铝、镁合金0150300301铜合金0300451130说明：、由此斜度而引起的铸件尺寸偏差，不计入尺寸公差值内。 、表中数值仅适用型腔深度或型芯高度50mm，表面粗糙度在Ra0.1，大端与小端尺寸的单面差的最小值为0.03mm。当深度或高度50mm，或表面粗糙 度超过Ra0.1时，则脱模斜度可适当增加。、加强筋加强筋的设置可以增加零件的强度和刚性，同时改善了压铸的工艺性。但须注意： 分布要均匀对称； 与铸件连接的根部要有圆角； 避免多筋交叉； 筋宽不应超过其相连

16、的壁的厚度。当壁厚小于 1.5mm时，不宜采用加强筋； 加强筋的脱模斜度应大于铸件内腔所允许的铸造斜度。一般采用的加强筋的尺寸按图1选取：t1=2t/3t；t2=3t/4t；Rt/2t；h5t；r0.5mm（t压铸件壁厚，最大不超过68mm）。、铸孔和孔到边缘的最小距离1）铸孔压铸件的孔径和孔深，对要求不高的孔可以直接压出，按表1-12。 表1-12 最小孔径和最大孔深孔径合金类别最小孔径 d（mm） 最大孔深（mm）孔的最小斜度一般的 技术上可能的盲孔 通孔d5 d5 d5 d5锌合金 1.50.86d4d12d8d00.3%铝合金 2.52.04d3d8d6d0.5 % 1%镁合金 2.0

17、1.55d4d10d8d00.3%铜合金 4.02.53d2d5d3d2 % 4%说明：、表内深度系指固定型芯而言，对于活动的单个型芯其深度还可以适当增加。 、对于较大的孔径，精度要求不高时，孔的深度亦可超出上述范围。对于压铸件自攻螺钉用的底孔，推荐采用的底孔直径见表1-13。表1-13 自攻螺钉用底孔直径（mm）螺纹规格dM2.5M3M3.5M4M5M6M8d22.30 2.402.75 2.853.18 3.303.63 3.754.70 4.855.58 5.707.45 7.60d32.20 2.302.60 2.703.08 3.203.48 3.604.38 4.505.38 5.

18、507.15 7.30d44.25.05.86.78.31013.3旋入深度tt1.5d2) 铸孔到边缘的最小距离为了保证铸件有良好的成型条件,铸孔到铸件边缘应保持一定的壁厚，见图2。b(1/41/3)t当t4.5时，b1.5mm、压铸件上的长方形孔和槽压铸件上的长方形孔和槽的设计推荐按表1-14采用。表1-14 长方形孔和槽（mm）合金类别铅锡合金锌合金铝合金镁合金铜合金最小宽度b0.80.81.21.01.5最大深度H1012101210厚度h101210128说明：宽度b在具有铸造斜度时，表内值为小端部位值。、压铸件内的嵌件压铸件内采用嵌件的目的： 改善和提高铸件上局部的工艺性能，如强度

19、、硬度、耐磨性等； 铸件的某些部分过于复杂，如孔深、内侧凹等无法脱出型芯而采用嵌件； 可以将几个部件铸成一体。设计带嵌件的压铸件的注意事项：嵌件与压铸件的连接必须牢固，要求在嵌件上开槽、凸起、滚花等；嵌件必须避免有尖角，以利安放并防止铸件应力集中；必须考虑嵌件在模具上定位的稳固性，满足模具内配合要求；外包嵌件的金属层不应小于1.52mm；铸件上的嵌件数量不宜太多；铸件和嵌件之间如有严重的电化腐蚀作用，则嵌件表面需要镀层保护；有嵌件的铸件应避免热处理，以免因两种金属的相变而引起体积变化，使嵌件松动。、压铸件的加工余量 压铸件由于尺寸精度或形位公差达不到产品图纸要求时，应首先考虑采用精整加工方法，

20、如校正、拉光、挤压、整形等。必须采用机加工时应考虑选用较小的加工余量，并尽量以不受分型面及活动成型影响的表面为毛坯基准面。推荐采用的机加工余量及其偏差值见表1-15。铰孔余量见表1-16。表1-15 推荐机加工余量及其偏差（mm）基本尺寸100100250 250 400 400 630 630 1000每面余量0.5+0.4-0.10.75+0.5-0.21.0+0.5-0.31.5+0.6-0.42.0+1-0.4表1-16 推荐铰孔加工余量（mm）公称孔径D6610 10 1818 3030 5050 60铰孔余量0.050.10.150.20.250.3五、自由锻件的结构工艺性自由锻件

21、的设计原则是：在满足使用性能的前提下，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。1尽量避免锥体或斜面结构锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免，如图2-1所示。a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构图2-1 轴类锻件结构2避免几何体的交接处形成空间曲线如图2-2a所示的圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。改成如图2-2b所示的平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易。a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构图2-2 杆类锻件结构3避免加强筋、凸台，工字形、椭圆形或其它非规则截面及外形如图2-3a所示的锻件结构，难以用

22、自由锻方法获得，若采用特殊工具或特殊工艺来生产，会降低生产率，增加产品成本。改进后的结构如图2-3b所示。a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构图2-3 盘类锻件结构4合理采用组合结构锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，可设计成由数个简单件构成的组合体，如图2-4所示。每个简单件锻造成形后，再用焊接或机械联接方式构成整体零件。a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构图2-4 复杂件结构六、锤上模锻件的结构工艺性 设计模锻零件时，应根据模锻特点和工艺要求，使其结构符合下列原则：1模锻零件应具有合理的分模面，以使金属易于充满模膛，模锻件易于从锻模中取出，且敷料最少，锻模容易制造。2模锻零件上，除

23、与其它零件配合的表面外，均应设计为非加工表面。模锻件的非加工表面之间形成的角应设计模锻圆角，与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度。3零件的外形应力求简单、平直、对称，避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、等不良结构。一般说来，零件的最小截面与最大截面之比不要小于0.5，零件的凸缘太薄、太高，中间下凹太深，金属不易充型。零件过于扁薄，薄壁部分金属模锻时容易冷却，不易锻出，对保护设备和锻模也不利。零件有一个高而薄的凸缘，使锻模的制造和锻件的取出都很困难。4在零件结构允许的条件下，应尽量避免有深孔或多孔结构。孔径小于30mm或孔深大于直径两倍时，锻造困难。5对复杂锻件，为减少敷料，简化模锻

24、工艺，在可能条件下，应采用锻造焊接或锻造机械联接组合工艺。七、冲压件结构工艺性冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能，而且也应具有良好的工艺性能，以减少材料的消耗、延长模具寿命、提高生产率、降低成本及保证冲压件质量等。影响冲压件工艺性的主要因素有：冲压件的形状、尺寸、精度及材料等。冲裁件结构工艺性指冲裁件结构、形状、尺寸对冲裁工艺的适应性。主要包括以下几方面：（1）冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样时合理利用材料，尽可能提高材料的利用率。（2）冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。一般在转角处应有半径R0.25t（t为板厚）的圆角，以减小角部模具的磨损。（3）冲裁件应避免长槽和细长悬

25、臂结构，对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离等，也都有一定限制。对冲裁件的有关尺寸要求如图2-5所示。图2-5 冲裁件的有关尺寸（4）冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺相适应，其合理经济精度为IT9IT12，较高精度冲裁件可达到IT8IT10。采用整修或精密冲裁等工艺，可使冲裁件精度达到IT6IT7，但成本也相应提高。弯曲件的结构工艺性（1）弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径，如果弯曲半径r小于rmin时，可采用减薄弯曲区厚度的方法，以加大rmin/t，；但弯曲半径不应、也不宜过大,否则会造成回弹量过大,使弯曲件精度不易保证。 （2）弯曲件应尽量对称，以防止在弯曲时发生工件偏移。直边过短不易弯曲成

26、形，应使弯曲件的直边高H2t；弯曲已冲孔的工件时，孔的位置应在变形区以外，孔与弯曲变形区的距离L(12)t。 （3）应尽可能沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，为避免角部畸变，应先冲工艺孔或切槽。 图2-6 弯曲件结构工艺性拉深件的结构工艺性拉深件的有关尺寸要求如图2-7所示，设计时主要考虑以下几个方面：图2-7 拉深件的尺寸要求（1）拉深件的形状应力求简单、对称。拉深件的形状有回转体形、非回转体对称形和非对称空间形三类。其中以回转体形，尤其是直径不变的杯形件最易拉深，模具制造也方便。（2）尽量避免直径小而深度大，否则不仅需要多副模具进行多次拉深，而且容易出现废品。（3）拉深件的底部与侧壁，凸缘与

27、侧壁应有足够的圆角，一般应满足Rrd，rd2t，R（24）t，方形件r3t。拉深件底部或凸缘上的孔边到側壁的距离，应满足Brd+0.5t或BR+0.5t（t为板厚）。另外，带凸缘拉深件的凸缘尺寸要合理，不宜过大或过小，否则会造成拉深困难或导致压边圈失去作用。（4）不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要求。拉深件直径方向的经济精度一般为IT9IT10，经整形后精度可达到IT6IT7，拉深件的表面质量一般不超过原材料的表面质量。此外，变形工序还有翻边、胀形、缩口等，如图2-8所示。这些工序是通过局部变形来实现工件成形的。翻边：将工件上的孔或边缘翻出竖立或有一定角度的直边。胀形：利用模具使空心件或管状件由内向外扩张的成形方法。缩口：利用模具使空心件或管状件的口部直径缩小的局部成形工艺。a）翻边 b）胀形 c）缩口图2-8 其它成形工序八、冷挤压工艺设计、冷挤件的形状应尽量有利于金属变形均匀，在挤出方向上流速一致。 1. 对称性冷挤压件的形状最好是轴对称旋转体，其次是对称的非旋转体，如方形、矩形、正多边形, 齿形等。冷挤压件为非对称形时，模具受侧向力，易损坏。 2. 断面积差