零件工艺结构优化方法

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：下面分别介绍零件上常见的铸造工艺结构和机械加工工艺结构的特点。图8-4起模斜度与铸造圆角由于铸造圆角的影响，铸件表面的截交线、相贯线变得不明显。读者应深入车间，仔细观察零件加工的过程，这对掌握零件的工艺结构的设计是非常有益的。零件上常见的机械加工工艺结构如下。由此可见，真实零件是在组合体的基础上，根据零件的作用、考虑其加工工艺性而设计出来的。

绝大部分机械零件，都需要经过铸造、锻造、机械加工等过程才能制造出来，因此设计零件时，不仅要考虑它在机器或部件中的作用，而且还要根据现有的生产水平，考虑铸造、锻造和机械加工的一些特点，使所绘制的零件符合铸造、锻造和机械加工的要求，以保证制造出的零件质量好、产量高、成本低。下面分别介绍零件上常见的铸造工艺结构和机械加工工艺结构的特点。

1.铸造工艺结构

1）最小壁厚

为了防止金属熔液在充满砂型之前就已凝固，铸件的壁厚不应小于表8-1所列数值。

表8-1　铸件的最小壁厚　单位：mm

2）壁厚均匀

铸件的壁厚不均匀时，各部分的冷却速度不一致，薄的实体部分冷却快，先凝固，厚的实体部分冷却慢，收缩时没有足够的金属熔液来补充，容易形成缩孔或产生裂纹，所以设计铸件时，应使铸件的壁厚尽量均匀或逐渐变化，如图8-2所示。

为了保证铸件局部结构的强度，不能单纯增加壁厚，而应在相应部位增加肋板来保证强度要求，从而使壁厚均匀，以及使整个铸件的冷却速度一致。内、外壁厚与肋板的厚度设计原则通常是：内部壁厚应稍小于外部壁厚，肋板的厚度为壁厚的0.7～0.9倍。图8-3中尺寸a＞b＞c。

图8-2　壁厚与缺陷

图8-3　内、外壁与肋的厚度

3）起模斜度

铸造时为了能使木模顺利地从砂型中取出，木模沿起模方向一般有一定的斜度，称为起模斜度。因此，铸造零件非加工的内外表面都保留有起模斜度。起模斜度通常取1∶10～1∶20，斜度比较小，有时在零件图中可不画起模斜度（见图8-4（a）），但是要在技术要求中用文字说明。如果在一个视图中画了起模斜度，那么，其他视图只按小端画出，如图8-4（b）所示。

4）铸造圆角

为了防止起模时尖锐处砂型脱落和浇铸时金属熔液冲坏砂型，以及尖锐处应力集中，避免产生裂纹、夹砂、缩孔等缺陷，铸造时砂型在转弯处做成圆角（见图8-4（a）），称为铸造圆角。因此，铸造零件的非加工表面留有铸造圆角。同一铸件上的铸造圆角半径大致相等时，不必一一注出，可统一在技术要求中用文字注明，例如“未注铸造圆角尺寸为R3～5”。

图8-4　起模斜度与铸造圆角

由于铸造圆角的影响，铸件表面的截交线、相贯线变得不明显。为了看图时能明确相邻两形体的分界面，画零件图时，仍按理论相交的部位画出其截交线或相贯线的投影，此时将截交线或相贯线称为过渡线。即过渡线只画到理论位置，不与图中的粗实线圆角相交，且用细实线表示。

如图8-5所示，两曲面立体相贯时，过渡线与圆角不能接触。

图8-5　过渡线（一）

如图8-6所示，两曲面立体轮廓线相切时，过渡线在切点附近应该断开。

图8-6　过渡线（二）

如图8-7所示，平面立体与平面立体、平面立体与曲面立体相交时，过渡线在转角处应断开，并加画过渡圆弧，其弯曲方向与铸造圆角的方向一致。

如图8-8所示，当三个形体两两之间的三条过渡线汇集于一点时，过渡线在该点附近应当都断开。

图8-9所示为连杆类零件上常见的肋与圆柱面相交或相切时过渡线的画法，由图中可以看出，过渡线的形状取决于肋的断面形状及肋与圆柱的组合形式。

图8-7　过渡线（三）

图8-8　过渡线（四）

图8-9　连杆类零件的过渡线

在设计铸造零件时，除了考虑上述工艺结构外，还应避免在起模方向上出现内凹结构（见图8-10），避免在铸件内壁上设置加工面（见图8-11）。

图8-10　起模方向避免内凹结构

图8-11　避免在铸件内壁上设置加工面

2.机械加工工艺结构

图8-12和图8-13所示为常见的零件机械加工工艺。读者应深入车间，仔细观察零件加工的过程，这对掌握零件的工艺结构的设计是非常有益的。零件上常见的机械加工工艺结构如下。

图8-12　车、镗、刨、钻加工

图8-13　车、铣加工

1）倒角和倒圆

一般零件经切削加工后会形成毛刺、锐边，为了避免毛刺、锐边伤人和划伤其他零件表面，以及便于装配，常在轴端或孔口加工倒角或倒圆，如图8-14所示。倒角和倒圆的尺寸应查阅有关标准。

2）工艺孔或工艺槽

在加工螺纹、阶梯轴、阶梯孔或不通孔等结构时，为了方便刀具进入或退出，应预先车出退刀槽（见图8-15（a））；在磨削时，为了使砂轮能够磨到根部或磨削端部，常在待加工面的末端预先加工出砂轮越程槽（见图8-15（b））；在钻大孔时，往往先钻一个小孔即工艺孔（见图8-15（c）），再扩孔（见图8-15（d））。

图8-14　倒角和倒圆

注：n为倒角宽度。

图8-15　工艺孔或工艺槽

3）钻孔结构

因钻头是头部呈倒锥状、锥角约为120°的细杆件，用钻头钻孔时，要求钻头的轴线尽量垂直于被钻孔的端面，还要尽可能避免钻头单边受力，以免钻头折断，并保证钻孔的准确性。因此，在倾斜表面上钻孔时，宜增设凸台或凹槽，如图8-16所示。

图8-16　钻孔结构

4）凸台和凹坑

零件上与其他零件接触的表面，一般都要经过机械加工。为了减少加工面积，保证接触良好，常常在铸件上设计出凸台、凹坑。图8-17所示为毛坯上预制出的安装螺栓或螺母接触面的凹坑、凸台和凹槽；图8-18所示为零件底板常采用的凹槽形式，也可以减少加工面。有的轴孔设计成阶梯状，如图8-19所示。

图8-17　凹坑、凸台和凹槽

图8-18　零件底板常用结构

图8-19　阶梯状轴孔

图8-20　滚花