產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則與技巧

1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則與技巧產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最終目的是最低制造成本。本文介紹了工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中應(yīng)遵循的原則以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)技巧,為工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)出色、合理的產(chǎn)品,提供了可參考的手段和方法。1、產(chǎn)品設(shè)計(jì)原則合理的設(shè)計(jì)應(yīng)該在保證產(chǎn)品必備功能的前提下,使制造成本最低,這也正是本文所要探索的課題。(1必須滿足客戶對(duì)產(chǎn)品功能和服務(wù)的要求。工程機(jī)械提供給客戶的不僅是產(chǎn)品的功能,還包括支持這些功能的售后服務(wù)。因此設(shè)計(jì)過程中既要針對(duì)產(chǎn)品的不同功能特點(diǎn),又要使產(chǎn)品具有良好的維修方便性。(2符合國家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和有關(guān)的法令、法規(guī)。(3堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的“三化”原則。(4符合社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求。(5符合技術(shù)創(chuàng)新的

2、規(guī)律,重視對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)。(6從企業(yè)的實(shí)際工藝水平和生產(chǎn)能力出發(fā),強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)與工藝、生產(chǎn)相結(jié)合。產(chǎn)品設(shè)計(jì)不單單是圖樣設(shè)計(jì),還包括工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)。生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究:簡化零件的功能或形狀;最大限度地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化;盡可能使設(shè)計(jì)圖紙中所規(guī)定的材料牌號(hào)、品種、規(guī)格與現(xiàn)有材料的使用情況一致;將毛坯工藝與加工工藝更有效地結(jié)合起來考慮;根據(jù)企業(yè)當(dāng)前正常生產(chǎn)所采用的加工工藝、操作規(guī)則及相關(guān)信息來判斷工藝設(shè)計(jì)的合理性;選擇成熟加工工藝能保障的尺寸公差和表面粗糙度;綜合分析與生產(chǎn)過程相關(guān)的信息,對(duì)主要零部件進(jìn)行必要的價(jià)值工程分析。2、產(chǎn)品設(shè)計(jì)技巧2.1采用“三化”原則(l

3、零件盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件或用標(biāo)準(zhǔn)件改制或外購件。(2設(shè)計(jì)花鍵、螺紋時(shí),應(yīng)使之便于采用標(biāo)準(zhǔn)刀具、量具進(jìn)行加工和檢測,特別應(yīng)優(yōu)先考慮企業(yè)現(xiàn)有的刀具、量具。(3大型結(jié)構(gòu)件、鑄鋼件的設(shè)計(jì),盡量采用不必攻絲的緊固件,如用焊接螺母板代替螺孔。設(shè)計(jì)大型工件時(shí),應(yīng)考慮利用已鎮(zhèn)成的孔作為基準(zhǔn)來焊接螺母板。(4盡量選用現(xiàn)有的成熟的零部件,或成熟的結(jié)構(gòu)和工藝方法,使產(chǎn)品系列化、通用化。用這種“搭積木”的方法,可以加快設(shè)計(jì)速度、縮短新產(chǎn)品樣機(jī)試制周期,盡早占領(lǐng)市場。(5建立企業(yè)自己的“標(biāo)準(zhǔn)件庫”,加快設(shè)計(jì)試制進(jìn)度。筆者所在的企業(yè)現(xiàn)已建立并逐步完善了“廠標(biāo)準(zhǔn)件”制度和“廠標(biāo)準(zhǔn)件庫”,將凡是在三個(gè)以上主要產(chǎn)品中使用的相同或相似

4、的零件選定為廠標(biāo)準(zhǔn)件。(6盡可能選擇統(tǒng)一的錐度、一致的板厚尺寸和牌號(hào)統(tǒng)一的鑄鋼件材料。2.2從形狀和結(jié)構(gòu)上改進(jìn)設(shè)計(jì)(1盡量減少零件。把幾個(gè)零件合并成一個(gè)零件,例如把焊接件改為沖壓件,以此減少零件的數(shù)里。(2將零件設(shè)計(jì)成對(duì)稱的結(jié)構(gòu)形式。(3把幾個(gè)產(chǎn)品申使用的形狀相似的零部件,設(shè)計(jì)成能夠通用的零部件。(4簡化每個(gè)零件的形狀,改進(jìn)零件外形,減少彎曲的形狀,有時(shí)還可以把壓形時(shí)難以保證尺寸精度的零件改為焊接件。2.3改進(jìn)工藝方案(1避免沒有必要的切削加工,特別是沒必要的裝夾基準(zhǔn)面的切削加工。焊接件準(zhǔn)備用自動(dòng)化程度較高的焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接時(shí),應(yīng)考慮組成零件的焊前加工,保證焊接件各組成零件之間的相互位置尺寸

5、,否則誤差太大,機(jī)器人將無法自動(dòng)跟蹤焊接。(2在保證零部件可靠、合理使用的前提下,降低尺寸公差、表面粗糙度、形位公差等加工精度等級(jí)要求。(3減少零件的彎曲形狀和復(fù)雜程度,降低廢品率和生產(chǎn)制造成本。(4型鋼在進(jìn)行長度下料時(shí),盡量把火焰切割改為型鋼剪切下料;一般板料的火焰切割改為用剪板機(jī)剪切下料;長方形條狀工件從四邊剪切改為用條鋼,僅僅是長度上的剪切下料。2.4采用節(jié)省資源、減少污染的工藝技術(shù)(1鑄鋼件改為焊接件。鑄造行業(yè)很難徹底地解決環(huán)境污染問題,并且容易產(chǎn)生鑄造缺陷,而采用焊接技術(shù)和焊接件就可以比較容易地解決這些問題。(2在保證零件強(qiáng)度,優(yōu)化板厚尺寸的前提下,盡量減輕零件重量。結(jié)構(gòu)焊接件的設(shè)計(jì)

6、,一定要使筋板受力,避免焊縫受力。在結(jié)構(gòu)焊接件的構(gòu)成中使用厚板往往并不是強(qiáng)度的需要,而是剛度的需要,即焊接時(shí)厚板的變形小,或焊接件承載時(shí)變形小。一些單獨(dú)的厚板往往是可以用薄一些的板加上適當(dāng)?shù)慕畎鍋泶?這樣不僅減輕了總重,承載能力也會(huì)增加。(3選擇合理的焊縫長度和焊角大小等參數(shù)。有相當(dāng)一部分設(shè)計(jì)人員常常將“強(qiáng)度焊縫”與“聯(lián)接焊縫”相互混淆,設(shè)計(jì)時(shí)往往出現(xiàn)要求焊接件中的焊縫一律焊透、焊角越大越好的傾向。其實(shí)選擇焊透還是不必焊透,是設(shè)計(jì)人員應(yīng)慎重考慮決定的。應(yīng)仔細(xì)研究焊接件的受力狀態(tài),再?zèng)Q定所要采用的焊角尺寸和焊縫長度。能用斷續(xù)焊縫的決不要求在全長方向上滿焊,這樣一則可以節(jié)省焊接加工成本,二則也可

7、減少焊接變形;能用角焊縫的,盡量不在零件上開坡口后再焊接,以減少一道開坡口的工序。(4采用少切削或無切削加工的工藝方法,以提高工件強(qiáng)度,降低制造成本。對(duì)于齒輪加工,汽車行業(yè)中早已大量采用整體滾鍛、精鍛成齒的方法來減少甚至取消齒形的加工量。工程機(jī)械的驅(qū)動(dòng)橋差速器齒輪現(xiàn)也已開始采用精鍛齒輪。精鍛使得金屬纖維沿齒形成形方向包絡(luò),不象一般齒輪切削齒形時(shí)把金屬纖維切斷,精鍛齒輪大大提高了齒輪的承載強(qiáng)度,減少了切削量,甚至可以不必再進(jìn)行齒形加工,降低了制造成本。(5盡可能用焊接件代替一些自由鍛的鍛件。(6統(tǒng)一零件的熱處理技術(shù)要求和工藝規(guī)范,以便可以在同一爐中對(duì)不同零件同時(shí)進(jìn)行熱處理,提高電爐利用率;節(jié)約電

8、力消耗。(7充分利用鍛件余熱,在鍛后繼續(xù)加熱,直接進(jìn)行鍛后正火等熱處理。(8根據(jù)零件的具體情況,制定合理的熱處理技術(shù)要求。中碳鋼或合金中碳鋼零件采用調(diào)質(zhì)處理,可有效提高和充分發(fā)揮材料的機(jī)械強(qiáng)度等性能。但是對(duì)于軸徑比較粗大的軸類零件,調(diào)質(zhì)時(shí)淬火的有效層只有幾毫米,經(jīng)調(diào)質(zhì)、機(jī)械加工后所剩無幾,而心部狀態(tài)實(shí)際上并沒有得到很好的改善。所以根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn),70以上的實(shí)心軸類零件,可以考慮采用正火十機(jī)械加工或正火十淬火十磨削外圓的工藝流程。因?yàn)檩S類零件往往采用高頻或中頻淬火,加熱只發(fā)生在外圓表層,心部織實(shí)際不可能被淬透。若用鹽浴爐加熱,心部可以被加熱,但材料的淬透性有限,調(diào)質(zhì)時(shí)的淬火實(shí)際在心部還是淬不透的。而正火可以有效改善零件的整體組織狀態(tài),細(xì)化