汽车制造工艺学第7章汽车产品设计的工艺性

第七章汽车产品设计的工艺性1第一节概述在汽车产品设计时，除了应满足产品的使用性能要求，还应满足制造工艺要求，即所设计的整车或零部件应具有良好的工艺性。所谓产品设计的工艺性，就是所设计的产品或零部件，在一定的生产条件和保证使用性能的前提下，能以高生产率、最少的劳动量及材料消耗、最低的生产成本制造出来。第一节概述产品设计的工艺性是一个广义的概念，它不仅包括结构工艺性，还与原材料及毛坯的选择、制造方法、质量和技术要求、标准化、生产类型等诸多方面有关。产品设计的工艺性在某种意义上还有相对性，它随着生产类型和生产条件的不同，以及科学技术水平的发展而变化。2第一节概述3随着新工艺、新技术、新材料的不断涌现，工艺性的观念也要随之更新。第二节零件的机械加工工艺性4零件的机械加工工艺性主要从两个方面进行分析：一是分析零件的材料及结构的工艺性，二是分析零件尺寸及公差标注的工艺性。本节仅分析零件材料及结构的机械加工工艺性。评价零件结构的工艺性，可以从以下几方面入手：一、零件结构要素的标准化零件结构要素标准化包括：螺纹、花键、齿轮、中心孔、各种空刀槽等结构的形状及尺寸，都应该符合国家标准和行业标准的规定。标准化的零件结构要素可用通用机床及工装进行加工，周期短，成本低。第二节零件的机械加工工艺性5二、尽量采用标准件和通用件所谓标准件是指按照国家标准、行业标准或企业标准制造的零件。所谓通用件是指在同一类型不同规格的或者不同类型的产品中，部分零件相同，它们彼此可以交换通用的零件。采用标准件或通用件可以减少自制零件数。三、提高产品的继承性提高产品的继承性能够充分利用原有产品中合理的结构和先进、成熟的技术，也可以充分利用原有的制造工艺、工艺装备和生产设备。第二节零件的机械加工工艺性6四、采用切削加工性好的材料材料的切削加工性是指在一定的条件下，材料切削加工的难易程度和经济性。对材料的切削加工性要求是：粗加工时能获得较高的生产率；精加工时能获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。五、具有可靠定位用的定位基准和夹紧表面产品设计者在设计零件时，必须认真考虑零件在机械加工时可能采用的定位和夹紧方案，应该尽可能使定位基准与装配基准重合。为保证零件的加工要求，对定位基准规定出合理的尺寸和位置公差要求等。第二节零件的机械加工工艺性7如果零件结构上没有合适的装配基准可作为定位基准（或基面），应该考虑在零件上的适当位置处设置一个定位基准（或基面）——辅助基准；或在零件上的适当位置处增加一个结构表面加工出定位基准（或表面）——附加基准。综上所述可知，作为汽车产品设计者，只有熟悉零件制造工艺，才能正确地设置定位基准（或基面），并合理地规定定位基准的尺寸和位置公差等。第二节零件的机械加工工艺性8六、易于保证零件的加工精度保证汽车零件的加工要求，不仅仅是制造工艺人员的责任，也是产品设计人员的任务。在很多情况下，由于产品设计者所设计的汽车零件没有充分考虑到零件制造中可能出现的问题，不能可靠的保证零件的加工要求。第二节零件的机械加工工艺性9七、保证能以高生产率加工汽车零件结构设计时，应该保证零件能以高效率生产加工。（1）零件加工的表面应尽量简单尽量采用平面、外圆柱表面和内圆柱孔表面，保证能以高生产效率进行加工。图示。（2）尽量减少表面的加工面积图示（3）减少零件的安装次数零件在一道工序中需加工多个表面，应该尽量分布在同一方向上。图示第二节零件的机械加工工艺性10（4）减少加工时的工作行程次数有的零件的多个表面，虽然在同一个方向上，但由于结构的限制，不能在一次工作行程中加工出来，影响生产效率。（5）将复杂的零件分解成若干个简单零件有些汽车零件较为复杂，加工时定位和加工较为困难；有的零件由于结构受限，使其加工的生产率较低。下图所示零件整体加工锻造和机械加工的工艺性均较差。一般可将零件分解然后分别加工后组装在一起，这样可以简单生产节省材料还可以提高生产效率。11第二节零件的机械加工工艺性12八、保证刀具能正常工作和改善刀具工作条件（1）零件结构应该保证刀具正常工作在汽车零件结构设计时，设计人员应考虑某表面采取何种加工方法，使用何种刀具进行加工，在结构上应该给予何种条件方能保证刀具正常工作。第二节零件的机械加工工艺性13（2）尽量避免箱壳体内壁平面的加工由于刀具不便进入或接近箱体内壁平面，应尽可能避免内壁平面加工。第二节零件的机械加工工艺性14（3）零件结构应该使刀具具有良好的工作条件在汽车零件结构中，例如汽缸体、曲轴、部分连杆、传动轴总成的十字轴等零件上都有润滑油深孔，这些深孔加工比较困难，因此在零件结构设计上，应该尽量改善深孔结构或是用其他结构代替深孔。第二节零件的机械加工工艺性15九、零件加工时应该具有足够的刚性零件结构具有足够的刚性不仅是产品零件结构设计的要求，也是零件制造过程中的要求。零件切削加工时，由于受到切削力和加紧力的作用，可能会产生较大的变形，对加工质量和生产率都会有影响。第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注零件设计尺寸及其极限偏差的标注，是产品设计的重要工作内容之一，对保证产品的使用性能和零件机械加工的难易程度都有很大影响。因此，它是一项复杂而细致的工作，产品设计人员要合理地标注零件设计尺寸及其偏差。设计尺寸的标注，应该既能满足结构设计要求，又能满足工艺要求，不能人为地提高公差等级。标注的设计尺寸是否合理，反应了产品设计人员工艺水平的高低。16第三节零件设计尺寸及其极限偏差和表面粗糙度的合理标注一、对设计尺寸标注的要求对零件图样上设计尺寸及其极限偏差的标注，应满足以下要求：（1）符合相关国家标准（2）满足结构设计要求零件设计尺寸及其极限偏差的标注应满足功能要求和装配精度要求。（3）满足工艺要求零件设计尺寸及其极限偏差的标注，应使零件机械加工时便于装夹，调整和测量等。17第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注二、零件设计尺寸的分类根据对装配精度的影响，设计尺寸可分为两类：（1）主要尺寸它们是决定零件装配位置的尺寸，是参与某一装配尺寸链的组成环和影响装配精度的尺寸，因此，他们都要标注尺寸极限偏差。（2）自由尺寸它们是不参与任何装配尺寸链和零件尺寸链的尺寸，这类尺寸除有特殊要求（如表面作为定位基准）外，不需要标注尺寸极限偏差。18第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注三、主要尺寸标注的方法合理标注设计尺寸，首先要选择尺寸标注的基准即设计基准。设计尺寸的标注方法主要有两种：（1）根据设计要求标注设计尺寸主要尺寸从该零件的装配基准标注，即这些设计尺寸是以装配精度为封闭环，按尺寸链最短原则形成的装配尺寸链的组成环。这种设计尺寸的标注方法没有考虑到工艺上的要求。19第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注三、主要尺寸标注的方法从装配基准标注设计尺寸的特点是：1）由于设计尺寸是按尺寸链最短原则标注的，设计尺寸的公差较大。2）便于对零件尺寸和装配精度进行计算或校核。3）由于没有考虑到制造工艺要求，有些尺寸可能不便于调整刀具或测量等。20第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注三、主要尺寸标注的方法（2）根据设计和工艺要求标注设计尺寸按设计要求标注的尺寸，不可能全部满足工艺要求。对其中不满足工艺要求的尺寸，应按工艺要求进行改注。这里需指出，设计人员在标注零件的主要尺寸时，满足设计要求是主要的。按工艺要求换算的尺寸，其公差要求比按设计要求直接标注的尺寸要严格，增加了加工难度。因此，不能只考虑工艺要求。零件图样上的自由尺寸一般应按制造工艺要求标注。21第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注四、尺寸标注的一般方法和步骤具体方法步骤如下：1.零件主要尺寸的标注（1）根据尺寸链最短原则建立装配尺寸链（2）确定装配方法并解算尺寸链（3)根据制造工艺，修改和最后确定主要尺寸以及极限偏差。图示。2.零件自由尺寸的标注自由尺寸都是按照制造工艺要求标注的，即从定位基准或测量基准标注。22第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注五、尺寸标注时应考虑的一些工艺问题1.尺寸的标准化及尺寸的统一零件图样上标注的设计尺寸数值，尤其是安装尺寸、连接尺寸、配合尺寸和产品名义尺寸，都应尽量符合国家标准“标准尺寸”中的规定，这样的尺寸便于使用标准刀具制造和标准量规测量。此外，对零件结构上的一些结构要素，如空刀槽、螺纹、键槽等，如果它们的尺寸相差不大，都应尽可能取统一数值。2324第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注2.考虑加工尺寸顺序标注尺寸零件图上的设计尺寸，一般都是通过机械加工保证的。当这些设计尺寸能顺序地作为工序尺寸时，这些尺寸就能直接获得，也很容易保证其精度。25第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注3.由定位基准或调整基准标注尺寸标注零件时，应该使加工误差尽可能小。为此，尺寸标注的设计基准应该与定位基准重合，还应使刀具调整方便26第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注4.从实际存在的和易测量的表面标注尺寸零件设计基准与定位基准、测量基准应尽量重合，因此零件设计基准应尽量是实际存在的几何要素，即设计尺寸应尽量从实际存在的几何要素标注，这样可简化工艺装备并且容易保证加工精度。2728第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注5.箱体及壳体类零件尺寸的标注变速器（箱）壳体、后桥壳体、离合器壳体一类的箱体及壳体类零件，由于结构较为复杂，往往在某一方向上难以找到一个满足工艺要求的实际存在的表面作为尺寸标注基准。对于如水泵壳体、差速器壳体和减速器壳体一类的回转型壳体零件，在这种情况下，一般采用加工精度要求较高的主要孔中心线作为尺寸标注基准。2930第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注对于变速器壳体、汽缸体一类的箱体零件，由于在外形表面上没有合适的定位基准，一般采用辅助基准——工艺孔或工艺凸台作为尺寸标注基准。31第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注6.对称表面尺寸的标注汽车零件中，有不少表面相对基准中心平面（或中心线轴线）是对称分布的，其对称尺寸的不同标注方法将影响制造工艺和对称度误差。32第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注7.组合刀具同时加工多表面的尺寸在汽车制造中，广泛使用组合刀具同时加工多个表面，如使用复合钻头或复合扩孔加工阶梯孔，多刀车削阶梯轴端面和镗阶梯孔等。这些表面的形状和尺寸都是由刀具直接保证的。这样零件有关表面间的尺寸标注应与刀具的相应尺寸相同，并且用零件上的一个加工表面与其定位基准或调整（工序）基准建立联系，以便调整刀具加工终止位置。3334第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注8.非加工表面与加工表面之间的尺寸标注汽车零件中，一般都有多个加工表面和非加工表面，它们之间应该建立合理的尺寸关系。要想合理的标注加工表面和非加工表面的尺寸，必须熟悉零件的制造工艺过程。3536第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注六、表面粗糙度的合理选择零件表面粗糙度对零件使用性能影响很大，必须合理选择。表面粗糙度一般可根据表面使用功能和工作的条件确定，同时还应该考虑表面加工的经济性。因为表面粗糙度值越小，其表面加工工艺越复杂，成本越高。一般可按如下原则选择表面粗糙度：1）对于有相对运动的摩擦表面，运动速度高，单位面积压力大，应该选择较小的表面粗糙度值。2）对于承受循环交变载荷及容易引起应力集中的表面，应该选择较小的表面粗糙度值。37第三节零件设计尺寸、极限偏差和表面粗糙度的合理标注3）对有配合要求的表面，间隙配合中间隙值较小的，过盈配合中要求可靠性及承受重载的，应该选择较小的表面粗糙度值。在相同条件下，小尺寸比大尺寸，外表面比内表面的表面粗糙度值小。4）在满足表面使用功能要求的前提下，应该尽量选择较大的表面粗糙度值。3839404142434445第四节产品结构的装配工艺性一、产品能分解成若干个独立装配的装配单元从装配工艺学的角度来分析，汽车产品是由若干装配单元组成的，一个产品的装配单元可划分为五级，即零件、合件、组件、部件和