产品设计的原则和技巧（二）

HEATS

　　2.3改进工艺方案

! G, O$ G" w, H# Q9 e B) _

　　(1)避免没有必要的切削加工，特别是没必要的装夹基准面的切削加工。

6 [& C- u% j: V: w- B; A

　　焊接件准备用自动化程度较高的焊接机器人进行焊接时，应考虑组成零件的焊前加工，保证焊接件各组成零件之间的相互位置尺寸，否则误差太大，机器人将无法自动跟踪焊接。

　　(2)在保证零部件可靠、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级要求。

9 K% t$ p& ^* \# @" I% K% p 1 }- ]0 P/ m3 D. w3 Y+ S. i. V$ K

　　(3)减少零件的弯曲形状和复杂程度，降低废品率和生产制造成本。

　　(4)型钢在进行长度下料时，尽量把火焰切割改为型钢剪切下料；一般板料的火焰切割改为用剪板机剪切下料；长方形条状工件从四边剪切改为用条钢，仅仅是长度上的剪切下料。

　　2.4采用节省资源、减少污染的工艺技术

s* S7 B. A |2 ~& Q# I; Y+ e' p5 j) B , j: n [4 h! e4 m

　　(1)铸钢件改为焊接件。

" b2 l% v; w& g+ W( r" R/ n. n* R

　　铸造行业很难彻底地解决环境污染问题，并且容易产生铸造缺陷，而采用焊接技术和焊接件就可以比较容易地解决这些问题。

; y2 C2 }$ T \" c4 }, o

　　(2)在保证零件强度，优化板厚尺寸的前提下，尽量减轻零件重量。结构焊接件的设计，一定要使筋板受力，避免焊缝受力。在结构焊接件的构成中使用厚板往往并不是强度的需要，而是刚度的需要，即焊接时厚板的变形小，或焊接件承载时变形小。一些单独的厚板往往是可以用薄一些的板加上适当的筋板来代替，这样不仅减轻了总重，承载能力也会增加。

　　(3)选择合理的焊缝长度和焊角大小等参数。有相当一部分设计人员常常将“强度焊缝”与“联接焊缝”相互混淆，设计时往往出现要求焊接件中的焊缝一律焊透、焊角越大越好的倾向。其实选择焊透还是不必焊透，是设计人员应慎重考虑决定的。应仔细研究焊接件的受力状态，再决定所要采用的焊角尺寸和焊缝长度。能用断续焊缝的决不要求在全长方向上满焊，这样一则可以节省焊接加工成本，二则也可减少焊接变形；能用角焊缝的，尽量不在零件上开坡口后再焊接，以减少一道开坡口的工序。

# f9 h2 ]2 T! q* H. I

　　(4)采用少切削或无切削加工的工艺方法，以提高工件强度，降低制造成本。对于齿轮加工，汽车行业中早已大量采用整体滚锻、精锻成齿的方法来减少甚至取消齿形的加工量。工程机械的驱动桥差速器齿轮现也已开始采用精锻齿轮。精锻使得金属纤维沿齿形成形方向包络，不象一般齿轮切削齿形时把金属纤维切断，精锻齿轮大大提高了齿轮的承载强度，减少了切削量，甚至可以不必再进行齿形加工，降低了制造成本。

% e' y* [% {/ f ' j6 @2 e8 V/ d0 l6 d( i, {

　　(5)尽可能用焊接件代替一些自由锻的锻件。

5 R1 e$ Y/ k7 D" u! l# C

　　(6)统一零件的热处理技术要求和工艺规范，以便可以在同一炉中对不同零件同时进行热处理，提高电炉利用率；节约电力消耗。

. `/ W8 R: [' X2 [2 L

　　(7)充分利用锻件余热，在锻后继续加热，直接进行锻后正火等热处理。

3 S( `# p" E! e+ j4 } a3 B, ^" W ; u) g0 L" i: S* V

　　(8)根据零件的具体情况，制定合理的热处理技术要求。

: P7 w8 {8 y; v( B

　　中碳钢或合金中碳钢零件采用调质处理，可有效提高和充分发挥材料的机械强度等性能。但是对于轴径比较粗大的轴类零件，调质时淬火的有效层只有几毫米，经调质、机械加工后所剩无几，而心部状态实际上并没有得到很好的改善。所以根据笔者的经验，φ70以上的实心轴类零件，可以考虑采用正火十机械加工或正火十淬火十磨削外圆的工艺流程。因为轴类零件往往采用高频或中频淬火，加热只发生在外圆表层，心部织实际不可能被淬透。若用盐浴炉加热，心部可以被加热，但材料的淬透性有限，调质时的淬火实际在心部还是淬不透的。而正火可以有效改善零件的整体组织状态，细化心部金相组织，这对有些零件来说已经足够了。

4 n5 z! ~" e; D7 J

　　(9)液压系统设计时，应充分考虑机器的整体布局，液压油箱的容积以足够用为原则，使液压油用量为最少；管路走向简单紧凑，长度尽可能最短。同理，在设计电器系统和制动管路系统时，都应使电缆或制动管路走向合理，长度为最短。

" [5 Y# ]' O9 l ! T; j5 `( P% Y; ]$ R6 J

　　3结论

　　产品设计是个综合信息处理的复杂过程，它最终的结果是把线条、符号、数字绘制成合理的设计图样，设计人员应从以下几个方面综合考虑；

% E& C* {8 a/ T6 R$ A G3 R

　　(1)简化每个零件的形状，使机器结构简单；

, X- e5 ]& L2 z" m

　　(2)合并零件的功能，减少零件的种类或数量；

( }% Y& V& y _( g

　　(3)应用新结构、新工艺、新材料、新原理来简化产品结构，提高产品的可靠性；

/ E+ O, Q: N7 A6 n

　　(4)分解部件，研究其装配、组装的最简单的结构；

　　(5)对相似零件进行分组；

4 s8 k1 M9 R r ' P. y* F9 D& X8 L Z' o; \5 g9 Z

　　(6)对相似产品按标准数序列进行产品系列化分析；

1 d. O6 B) {, |. B# s! {5 n+ g |* L # p* p% d5 ~/ Z) J* `

　　(7)实现产品零件的通用化和标准化。

: s6 C/ c. l$ h/ P

　　产品设计人员提高设计质量的关键在于自觉、主动地学习与生产加工过程和加工工艺方面有关的知识，熟练掌握设计技巧。

! p$ `$ V( A& ~7 ?