机械结构件工艺设计规范教学课件

机械结构件工艺设计规范机械结构件

工艺设计规范

目录

第一章标准件设计准则第二章薄板件设计准则第三章焊接件设计准则第四章塑胶件设计准则第五章铸件设计准则第六章便于切削设计准则第七章工装设计准则

第八章公差设计准则第九章可靠性设计准则第十章防腐蚀设计准则第十一章力学原理设计准则第十二章热应力设计准则第十三章轴支撑设计准则第十四章便于装配设计准则第一章标准件设计准则

1.1标准化的重要性1.2选用标准件的意义1.3标准件的分类1.4优选器件准则1.5标准件种类最少准则1.6非标件慎用准则1.7相同装配相同标准件准则1.8腐蚀环境材料同质准则1.9外部螺钉特征一致准则1.10明显差异或完全相同准则1.1标准化的重要性

1标准化是现代化大生产的必要条件现代化大生产是以技术和生产高度社会化为特征的，分工越来越细，企业间的联系与协作协调越来越广泛和密切。标准化是企业间联系与协作协调的工具与手段。

1）它能使企业建立最佳秩序，提供共同语言；

2）它能让各企业看到共同的目标与利益；

3）它能对各企业有无偏见的、规范的、权威的约束；

4）它能给各企业带来成功，也能给社会带来巨大效益。2标准化是实行科学管理和现代化管理的基础科学管理的创始人泰勒说过：引进科学管理必将结出丰硕之果。使所有的工具和工作条件实现标准化和完美化。

1）.标准化为企业管理提供目标和依据；

2）.标准化使企业内各单位的技术标准和管理标准实现统一，充分发挥企业管理系统的管理功能；

3）.标准化有利于企业和企业之间的协作、约束与协调3标准化有利于先进的生产组织和制造技术的推广应用

1）.生产专业化是先进的组织形式，具有很突出的优越性，标准化对专业化生产起到了促进，推动巩固作用。专业化生产需要批量，标准化的形式是通用化系列化组合化模块化，有利于缩减类型品种，增加批量。

2）.市场多样化和个性化的需求使定制生产成为主流，使企业面临开发新品的速度和多品种生产的压力，标准化（如模块化）是解决这一难题的最好办法。4开展标准化有利于提高产品质量和发展产品品种消费者希望物美价廉、样式新颖、品种繁多、信息透明可比，标准化能解决这一问题：

1.质量标准能揭示质量差距促进质量进步和新品开发；

2.标准化有利于提高企业的综合素质和质量保证能力；

3.标准化设计思想的贯彻使企业（简化能消除低功能产品，系列化能以最佳的品种发展变形产品，组合化和模块化能以最少要素最快速度组合出更多新产品）能快速反应市场需求，取得竞争优势。5标准化是消除浪费节约活劳动和物化劳动的有效手段减少重复劳动。（发展国际贸易、保护消费者利益、保障安全、技术进步等）标准化的作用就像有些专家说的：如果就市场竞争而论，标准化的作用简单地说，就是能够“赢得市场竞争”。当然并不是企业一开展标准化就能赢得市场竞争。但是，企业没有搞好标准化，就无法赢得市场竞争。由于国家大力推行国家标注和标准化体系使得我国的企业都是执行国家标准的企业，也产生了无数专业化的生产标准件的厂家。标准件一般是指螺钉螺帽、垫圈、弹簧、轴承等等，从广义来说电机、减速机、电器机柜、电脑、自行车、摩托车等也是标准件产品。标准化的作用正是通过标准件和标准化体系实现的。1.2选用标准件的意义

1.选用标准件可以节省大量设计时间；2.选用标准件可以节省大量原材料；3.选用标准件可以节省大量生产工时；4.选用标准件方便装配和出厂维修；5.专业化厂家大批量生产的标准件质量更胜一筹。总之，选用的标准件比例越多节约的资金越多，企业可以把更多的精力用在产品的功能和品质上。1.3标准件的分类1.从标准件使用材料分：

a.黑金属------碳钢合金钢不锈钢

b.有色金属---铜合金铝合金鎂合金钛合金

c.非金属-----塑料尼龙橡胶岩棉陶瓷2.从标准件使用功能分：

a.各种螺钉、螺帽、垫圈、销钉、铆钉、键

b.各种弹簧及弹性元件

c.各种密封圈及密封元件

d.各种轴承、丝杠丝母、直线导轨、五金件

e.各种操作件、润滑件

f.各种型材、法兰、管接头

g.各种电机、减速机、减速器

h.各种刀量卡模具及各种工艺装备1.4优选器件准则建立《优选器件清单》；制定清单中增加物料的控制流程；通过流程控制物料种类和规格。1.5标准件种类最少准则

标准件种类不超过___种单一种类中规格不超过___种1.6非标件慎用准则自行设计和非标螺钉慎用；若不可避免，考虑系列产品公用的设计1.7相同装配相同标准件准则相同装配要求用相同的标准件。1.8腐蚀环境材料同质准则

在腐蚀性环境下工作的设备，标准件材料与构件材质须相同，如不同，标准件加套管等隔离防护措施，避免腐蚀。1.9外部螺钉特征一致准则

外部螺钉型号、颜色一致1.10明显差异或完全相同准则

用到的标准件，要么有明显差异，要么完全相同，有明显差异是为了防止装错，完全相同是为了维修过程的互换性。检查：维修过程重装时，应没有螺钉装错依然能够装上的情况，并分析螺钉装错不会造成事故。第二章：薄板件设计准则2.1薄板件冲裁足够强度准则

2.2薄板翻边增强准则

2.3薄板零件禁攻丝准则

2.4薄板件判定标准

2.5形状简单准则

2.6节省材料准则

2.7避免粘刀准则

2.8弯曲棱边垂直切割面准则

2.9平缓弯曲准则

2.10避免小圆形卷边准则

2.11槽孔边不弯曲准则2.12复杂结构组合制造准则2.13避免直线贯通准则2.14压槽连通排列准则2.15空间压槽准则2.16局部松弛准则2.17拉深件的设计准则2.18板材的轧制纤维方向2.19材料选择2.20钣金件端面粗糙度和毛刺2.1薄板件冲裁足够强度准则在冲裁模和压力机作用下使板料分离的工艺方法。如冲孔、落料、切断、切口、割切等。这些都要考虑冲压件和冲切模的强度问题。1.）优先选圆孔模具制造容易，圆冲头有标准件，孔径D一般是冲压件壁厚1.5倍最小可冲孔的尺寸（板厚倍数）板厚≤4mm孔壁厚垂直，板厚＞4～5mm孔壁6°～10°斜度2.）冲裁件要内外圆角内外尖角都应是圆弧连接3.）避免过长悬臂和窄槽

细长槽易产生裂纹，尽量避免企业规定案例2.2薄板翻边增强准则

薄板（≤0.8mm）的零件，安装螺钉过孔位应有折边。大的薄板件四周都有弯边、翻边、折边、压边及流线型，如汽车覆盖件。还有一些薄板件有凹槽和凸筋，目的是增加强度。容器口部边缘翻边如不锈钢盆、铝盆、搪瓷盆的翻边K-翻边时材料变薄系数，白铁皮-0.7，黄铜-0.68，酸洗钢-0.72，软铝-0.762.3薄板零件禁攻丝准则薄板（≤0.8mm）的零件禁止翻边攻丝2.4薄板件判定标准确认是否有薄板件，判定标准：板厚和其长度相比小得多的钢板，特点是横向抗弯能力差包括三个加工工艺：1下料包括剪切和冲裁；2成形包括弯曲、折叠、卷边和深拉；3连接包括焊接和粘接。2.5形状简单准则

用直线、圆形等简单形状，便于加工2.6节省材料准则明确了解所选用材料的原材料形状形状设计考虑加工时的自拼接，减少下脚料，尤其是批量大时，解决方法：1下料排列方法优化；2下脚料再利用2.7避免粘刀准则

需要冲裁切割部分作如下处理：1留有一定坡度；2切割面连通。2.8弯曲棱边垂直切割面准则切割后的薄板如果需要进行弯曲，弯曲棱需垂直于切割面；不能保证时，应在切割面和弯曲棱边交汇处设计一个r>2倍板厚的圆角。否则会有裂纹的危险。加防裂槽2.9平缓弯曲准则

对板材进行弯折时，弯曲半径不宜太小，外侧会出现裂纹，内侧会出现褶皱。材料弯曲时，其圆角区上，外层受到拉伸，内层则受到压缩。当材料厚度一定时，内r越小，材料的拉伸和压缩就越严重；当外层圆角的拉伸应力超过材料的极限强度时，就会产生裂缝和折断，因此，弯曲零件的结构设计，应避免过小的弯曲圆角半径。打死边的死边长度与材料的厚度有关。如下图所示，一般死边最小长度L≥3.5t+R。弯曲件的回弹，设计时采取一定的措施进行规避。从设计上改进某些结构促使回弹减少。在弯曲区压制加强筋，不仅可以提高工件的刚度，也有利于抑制回弹。如果设计需要弯曲件的直边高度h≤2t,，则首先要加大弯边高度，弯好后再加工到需要尺寸；或者在弯曲变形区内加工浅槽后，再折弯。2.10避免小圆形卷边准则r>1.5倍的板厚；不要完全的卷圆形。加强刚度，避免棱边划伤。2.11槽孔边不弯曲准则弯曲棱边与槽孔的棱边的距离大于弯曲半径+2倍壁厚的距离；或者让槽孔横跨整个弯曲棱边。2.12复杂结构组合制造准则

将超过二（三）道工序的结构件的结构进行分解，分解成只由圆形、直线等组成的简单结构，然后焊接在一起。2.13避免直线贯通准则1.薄板横向弯曲刚度较差，用加压槽的设计避免。2.并且无压槽区域禁止直线贯通，贯通的低刚度无压槽窄带区域易成为板面弯曲失稳的惯性轴。3.不规则排列是消除直线贯通的较好方法2.14压槽连通排列准则压槽终点是薄弱点，通过连通消除终点为佳2.15空间压槽准则非单一平面的薄板结构，棱边附近是失稳的薄弱环节，设计压槽不能只在一个平面上设计，需要设计成空间的。折弯处添加三角加强筋2.16局部松弛准则薄板局部变形受阻碍时，会出现皱折，在皱折附近设几个小的压槽，减少变形阻碍。2.17拉深件的设计准则1.有凸缘的设计2.无凸缘的设计2.18板材的轧制纤维方向板材是有轧制纤维方向的，折弯的楞线应与板材的纤维方向垂直，强度最好；如四面都折弯则采用45度2.19材料选择及热处理一.冲压件的选材原则1.根据产品的功能要求选材黑金属板材，有色金属板材，非金属板材2.根据零件的形状和加工工艺要求选材适合裁剪，折弯，冲压的材料；能淬火，适合焊接3.根据成本和性价比选材二.冲压件的选材

A.黑色金属

1.冲压件对材料强度的要求

冲压件

折弯件

拉深件

深拉深件2.冲压材料和方法B.有色金属材料1.各种橡胶板2.各种塑料板3.其它非金属材料：如纸和纸板，云母片…C.非金属材料1.铜2.铝3.鎂、铅、锌等三.有精度要求的折弯件，拉深件应有去内应力热处理（失效处理）1.人工时效和自然时效；2.去除零件内应力，减少零件变形；3.能提高零件的强度。2.20冲切件的断面粗糙度与毛刺

第三章：焊接件设计准则3.1几何连续性原则3.2避免焊缝重叠3.3焊缝根部优先受压3.4避免铆接式结构3.5避免尖角3.6便于焊接前后的处理操作和检测准则3.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则3.8焊接区柔性准则

3.9减少机加工量的准则3.10减少结构变形的准则3.11不要简单模仿铸件准则3.12冲压件代替机加件的准则3.13箱形截面连接处设在中性轴的准则3.14最少的焊接3.15材料的可焊性3.16前处理、后处理工艺3.17焊缝受载形式利于焊接工艺准则3.18电弧焊接头静强度计算3.1几何连续性原则

几何连续性原则，避免在几何突变处设置焊缝，这里应力集中，如果不能避免，则设定过渡结构焊缝连接的两侧，板厚不一致，不能保证几何形状的连续性，则设定过渡结构转折处应力大，焊缝远离3.2避免焊缝重叠避免焊缝重叠，多条焊缝交汇处刚性大，结构翘曲严重会加大焊缝内应力；结构多次过热，材料性能下降，应避免措施有三个：加辅助结构；切除部分；焊缝错开3.3焊缝根部优先受压焊缝根部优先受压，焊缝根部有裂纹，易产生缺口作用

承受拉载荷能力<承受压载荷能力3.4避免铆接式结构

铆接式结构通常用衬板搭接形式，焊缝多，费材料，造价高，且导致力流转折，提高了焊缝处的应力水平3.5避免尖角

避免尖角，焊接处尖角定位困难，且尖角热容体太小，尖角易被熔化3.6便于焊接前后的处理操作和检测准则

结构的设计便于焊接前、后的处理、焊接的操作和检测。1、足够大的操作空间；2、焊接时易于定位，易于操作，电极不会和周围的板粘结；3、焊接后便于检查；3.7对接焊缝强度大及动载荷设计准则

对接焊缝强度较大，尤其动载荷时优先采用3.8焊接区柔性准则

焊接时的热变形在冷却后不能完全消除，产生残余变形，引起热应力。解决措施：热处理工艺降低热应力；降低焊接区周围的刚性，从根本上减少内应力的产生。减少内应力3.9减少机加工量的准则内孔不加工避开加工面3.10减少结构变形的准则3.11不要简单模仿铸件准则不好好3.12冲压件代替机加件的准则3.13箱形截面连接处设在中性轴的准则3.14最少的焊接

最好的焊接是最少的焊接，减少焊缝的数量，减少焊缝的长度。焊接的强度总会低于母材焊接过程的热应力总会对材料特性有影响。3.15材料的可焊性

一.碳钢碳钢中的碳含量<0.25%,用国际焊接协会推荐的碳当量公式（上式）当合金量达到下式所示数量时则用下面的碳当量公式

经验：1）CE＜0.4%好焊，2）CE=0.4%～0.6%一般，3）CE＞0.6%难焊

二.有色金属3.16前处理、后处理工艺

焊前处理：1.坡口加工处理

2.去锈蚀打磨处理

3.焊前预热处理焊后处理：

1.清渣处理

2.保温处理

3.退火处理3.17焊缝受载形式利于焊接工艺准则焊缝受载形式利于焊接工艺的进行3.18电弧焊接头静强度计算

对接焊缝拉压应力

角焊缝切应力

金属结构焊缝的许用应力（GB/T3811-1983）第四章：塑胶件设计准则4.11避免尖锐棱角准则4.12铸塑构件避免局部材料堆积4.13避免局部表面倒塌准则4.14避免公差精度准则4.15非各向同性准则4.16粘合面剪切力原则4.17螺栓带衬板准则4.19最小壁厚准则4.20出模斜度的设计准则4.1形状结构简单准则4.2塑胶件等壁厚准则4.3强度刚度的设计准则4.4塑胶件的连接方式4.5金属嵌件的塑件设计4.6加强筋的设计准则4.7零件配合无变形过应力准则4.8避免翘曲准则4.9细长筋受拉准则4.10避免内切准则4.1形状结构简单准则

塑胶件形状结构复杂，模具制造困难，注射成型困难，成本高。1.形状简单好2.形状对称好3.不带内外抽芯好4.2塑胶件等壁厚准则

壁厚不相等和内外尖角是造成塑件变形、强度降低的重要因素，应避免。一.等壁厚设计方法案例1.2.不好好3.4.二.避免尖角三.内外尖角对应力的影响4.3强度刚度的设计准则

塑料件的强度远低于金属件，一方面可以选高强度的塑料和塑料增强，另一方面通过合理的结构设计提高塑胶件强度，如下面图示

1.通过增加加强筋提高塑胶件强度2.加强筋方向注意载荷方向

A.单一方向力

B.多方向力3.多个筋比单个筋过厚或过高好4.通过改变零件截面形状提高强度5.增加侧壁提高强度6.合理安排浇口位置4.4塑胶件的连接方式

塑胶件的连接方式有卡扣、机械紧固、焊接一.卡扣优点：简化结构、减少零件数、方便装配、降低成本。缺点：有间隙，无预紧力。（有预紧力易蠕变失效）下面是几种类型二.机械紧固连接1.螺栓连接2.自攻螺钉连接三.超声波焊接1.导熔线设计2.焊接面设计4.5金属嵌件的塑件设计4.6扣位设计准则

1.卡扣方式2.卡扣的设计尺寸4.7加强筋的设计准则4.8零件配合无变形过应力准则与其他零件配合无有变形；与其他零件配合是否松或者紧4.9避免翘曲准则一般是不均匀冷却引起。原因：材料分布不均匀；散热边界条件不均匀；结构不对称。措施：在不可避免不均匀情况出现时，两不同壁厚间设置缓慢过渡段；大平板结构均匀，散热不均匀，外快内慢；带拐角构件内外散热不均匀4.10细长筋受拉准则塑料件优先受拉（塑料的弹性模量低，细长结构易出现失稳问题）和铸件优先受压准则相反（铸件内部缺陷的裂纹是主要破坏原因）细长筋拉应力4.11避免内切准则有内切的结构无法直接脱模，模具复杂，容易产生废品。4.12避免尖锐棱角准则两个交界面处会产生棱角，几何形状不连续，有严重的应力集中，容易损坏，尤其是有交变应力作用时，可用倒角和平滑结构过渡段代替。棱角不可避免时，减少棱角附近的刚度来减少应力集中4.13铸塑构件避免局部材料堆积1.构件壁厚不同，冷却速率不同，易变形、空洞、冷却时间长、费材料。这个特性同铸件，尤其是两个厚度不同的界面接缝处。2.对既需要刚度、强度，又要避免局部材料堆积的地方用加强筋的设计方法4.14避免局部表面倒塌准则冷却不均匀或塑料熔液入模不到位导致，冷却不均匀原因为局部材料堆积或壁厚过大。塑料平板设加强筋，平板上筋的对面一侧容易倒塌；大壁厚容易产生空洞；螺栓处构件受力变形，可加壁厚或缩短螺栓4.15避免公差精度准则塑料构件弹性模量小，公差精度低于金属构件很多，所以须避免大尺寸小公差的设计。措施：将配合面尺寸缩小；同一公差要求部分放入同一半的模具中；利用塑料易变形的特点，低公差结构设计满足高配合精度要求。4.16非各向同性准则塑料与金属不同，纤维方向和受力方向一致，纤维方向和浇铸的流动方向一致。4.17粘合面剪切力原则

塑料件经常粘接，粘接处受剪切力，避免撕扯力4.18螺栓带衬板准则塑料件的螺栓连接一定要带衬板，塑料承受力有限易变形4.19最小壁厚准则1.壁厚尽可能小

2.大的实体结构尽量用空腔结构代换，省材料，壁厚处易积累气泡导致构件质量缺陷，

3.大平面构件需要加强刚度可采取加筋、设凹槽、平面设计成拱形等途径，而不是加大壁厚热固塑件壁厚：1～6mm，玻纤增强酚醛0.8mm

热塑塑件壁厚：2～4mm,尼龙，聚乙0.2～0.4mm;

聚碳1mm1.流动性好：聚乙，尼龙2.流动性中：有机玻璃，聚甲醛3.流动性差：聚碳，聚砜4.20出模斜度的设计准则为脱模顺利,塑料件内外均需要出模斜度第五章：铸件设计准则5.1最小壁厚准则5.2筋长方向柔性准则5.3避免局部材料堆积准则5.4良好的受力状态准则5.5便利模具制作准则5.6脱模方便准则5.7流动畅通准则5.8便于排气准则5.9清除表皮方便准则5.10便于切削加工准则5.1最小壁厚准则1.壁厚尽可能小

2.大的实体结构尽量用空腔结构代换，省材料，壁厚处易积累气泡导致构件质量缺陷，

3.大平面构件需要加强刚度可采取加筋、设凹槽、平面设计成拱形等途径，而不是加大壁厚

4.铸件壁厚不能小于其极小值，参见“流动畅通法则”铸件最小壁厚1.一般铸造条件：HT100,HT150δ=4～6mm;HT200δ=6～8mm;HT250δ=8～15mm;HT300；HT350δ=15mm（δ表示壁厚）2.特殊铸造条件：灰铸铁可δ＝3mm；可锻铸铁可δ＜3mm3.高锰钢δ=20;最厚可δ＜125。5.2筋长方向柔性准则为避免冷却过程中因收缩不一致产生内应力和裂纹，宜提高筋在其长度方向的柔性;避免直长筋，直长筋在长度方向刚度大，不利于自由变形，易引起内应力和变形具体措施：蜂窝状加强筋；斜弯加强筋；加强筋错位；加强筋切断。5.3避免局部材料堆积准则铸件忌材料堆积，尤其是厚度不同界面接缝处。构件壁厚不同，冷却速率不同，易产生铸造应力、变形、空洞和裂纹。5.4良好的受力状态准则减低应力和变形量，力流路径最短，铸件优先受压避免拉应力；局部加强5.5便利模具制作准则结构形状简单化，优先圆形、圆柱形、锥形，柱面比平面好加工；避免隐蔽；圆角尺寸统一，优先采取对称形状；少用模芯；分解复合结构。5.6脱模方便准则措施：预留拔模斜度；分界面位于最大膨胀表面；避免内切结构。5.7流动畅通准则铸件液体原料流通不畅会产生空穴。解决措施：足够大的流道横截面，流道横截面不得小于其最小值，最小壁厚的确定取决于构件的公称尺寸和材料，依据相关标准；流道逐渐变小，避免上游横截面小于下游横截面；流道留坡度，借助重力作用，加强流动动力。5.8便于排气准则气泡导致废品和特性下降，水平流道容易气泡残留；封闭空腔须留排气孔5.9清除表皮方便准则1.表皮清除是费时工序，尽量不留通孔；

2.对不能避免的地方，留足够大的孔。5.10便于切削加工准则减少切削加工量；留足够的加工余量；钻孔面水平；留有凸台；便于夹紧后切削第六章：方便切削加工的设计准则6.1.选材料适合切削加工的准则6.2.尺寸标注方便加工的工艺准则6.3.零件形状适合安装定位准则6.4.减少安装和走刀次数的准则6.5.减少加工面积的准则6.6.避免内表面加工的准则6.7.保证零件机加工刚性的准则6.8.零件结构适合刀具运行的准则6.9.轴类零件使用中心孔的准则6.10.机加件方便进刀退刀的准则6.11.各种机床的加工精度范围6.12.机加件精度区域与成本关系6.13.最小加工量准则6.14.一次夹紧成型准则6.15.便利切削准则6.16.减少缺口效应准则6.17.避免斜面开孔准则6.18.贯通孔优先准则6.19.孔周边条件相近准则

6.1.选材料适合切削加工的准则１.刀具耐用度——以刀具耐用度为60min的切削速度ν６０来表示。

(45#钢σ=600Mpa的v６０）☆材料硬度：170～230HBS最好加工，＞300HBS明显不好加工

☆材料含C量：＜0.3％冷轧比热轧好加工，0.3％～0.4％冷轧热轧一样，＞0.4％热轧比冷轧好加工２.相对加工性——Ｋ＝Ｖ６０／（Ｖ６０）

6.2.尺寸标注方便加工的工艺准则1.右图方便看图2.右图方便加工3.右图方便加工6.3.零件形状适合安装定位准则

6.4.减少安装和走刀次数的准则

大件不加工侧面1,2两面一样高斜面变成直面6.5.减少加工面积的准则1.配合面变成窄环面2.大底平面变成两个小平面3.大平面变成窄边4.一体大凸台成热压组件5.一体凸台变镶套6.精铸替精加工6.6.避免内表面加工的准则

避免箱体内端面加工精加工孔做成通孔外表面加工代替内表面加工

改进前改进后6.7.保证零件机加工刚性的准则增加加强筋加支承工艺台形状适合加工改进前改进后6.8.零件结构适合刀具运行准则

麽削空刀

刨插

空刀槽螺纹

空刀

相同直径

不同配合的退刀槽6.9.轴类零件使用中心孔的准则1）60°中心孔（＜200公斤）2）75°中心孔（＞200公斤～80000）3）90°中心孔

（＞5000公斤～150000）6.10.机加件方便进刀退刀的准则

改进前改进后a.改后一次加工多个b.改后简化加工C.改后加退刀槽d.加退刀槽孔

改进前改进后开让刀孔加大钻孔空间铸出半圆槽方便进刀退刀6.11.各种机床的加工精度范围

6.12.机加件精度区域与成本关系6.13最小加工量准则1.选择合适毛坯，使毛坯接近构件形状；2.分解构件，使单一复杂构件拆成多个标准毛坯形状简单构件；3.平缓过渡；4.减小行程6.14一次夹紧成形准则一次夹紧就可以加工到位；中间更换夹持部位，加工配合精度难以保证切削件尺寸单向变化6.15便利切削准则形状简单，比如圆柱体较容易加工；内外有别，避免结构内部加工键槽和高精度配合，对内孔和外壁的倒角、棱等采取不一样的设计要求，因为加工难度不一样。6.16减少缺口效应准则1.不同截面间平缓过渡；2.减低缺口周围刚度；3.避免尖锐棱边。6.17避免斜面开孔准则斜面上弧面上钻孔，钻头不好定位6.18贯通孔优先准则贯通孔使刀臂两端平衡成为可能，盲孔只能是悬臂支撑，刀具易发生变形，产生加工误差。6.19孔周边条件相近准则孔周边的约束条件要求基本相同。约束条件包括材料的弹性、构件的形状和支撑情况，差别大了，钻头将退让到加工抗力小的一侧，产生加工误差。钻眼睛孔时，已钻出的孔须填入相同的材料，再钻孔结构设计优选举例万向节原理切削

焊接

薄板铸造（注塑）第七章：工装设计准则7.1工装的分类7.2专用刀具7.3专用量具7.4专用夹具7.5各种模具7.6各种专用小工具7.7生产流水线7.1工装的分类一工艺装备的简称叫工装。它是企业除标准机床以外所有设备的总称0.R热加工用工装：铸造、热压力加工、热处理、焊接、粉末冶金、非金属热加工用工装1.C冷压加工用工装：板料冲压、冷镦、冷挤、拉丝加工用工装2.D切削加工刀具：机床用切削加工刀具3.F辅具：用于联接机床与刀具的各种工具4.J夹具：机床上用于安装定位夹紧被加工件的工具5.L计量器具：加工和装配中测量尺寸、形状和位置的量具、检验、夹具和各种测量装置6.G其他工装：工位器具、起重运输装置、表面处理、制造弹簧用工装、电加工用工装、钳工用和装配用工具、装配流水线二.工装的编号（JB/T9164-1998）1.企业的自制工装应有独立的编号2.工装编号可采用数字编号，也可采用数字和字母混合编号

A数字编号由工装的类，组，分组，设计顺序号

×××—×210—×（外圆车刀编号）设计顺序号设计顺序号分组代号分组：切刀组代号组：外圆车刀类代号类：刀具

B数字和字母混合编号由工装的类，组，分组，设计顺序号组成

×××—×D10—

×

（外圆车刀编号）设计顺序号设计顺序号分组代号分组：切刀组代号组：外圆车刀类代号类：刀具C.必要时可在工装编号中加入下列内容1）对每个分组再分型，型号自定。2）在工装编号的首部加入产品代号和其它代号。□—□—××××—×其他代号设计顺序号产品代号型代号分组代号组代号类代号D.如企业自制工装少，可以只划分类，组，不再划分分组。

JI×

设计顺序号组：车床夹具类：夹具E.自制通用工装可在类代号前加字母TF.工装大修时可在设计顺序号后加字母A，B，C等，以示区别。三.车间工艺员编写〈专用工艺装备设计任务书〉的依据

1）工艺方案；

2）工艺装备设计选择规则（JB/T9167.2)3）工艺规程

4）

产品图样；

5）工厂设备手册；

6）生产技术条件；

7）有关技术资料和标准；四.工装设计程序（标准模版上绘制工作图样）。

1.工装设计依据

1）工装设计任务书；

2）工艺规程；

3）产品图样和技术条件；

4）有关国家标准，行业标准和企业标准；

5）国内外典型工装图样和有关资料；

6）工厂设备手册；

7）生产技术条件；2.工装设计原则1）.工装设计满足工艺要求，结构可靠安全方便，有利于实现优质高产低耗改善劳动条件，提高工装标准化通用化系列化2）.工装设计要深入现场，联系实际，重大关键工装确定方案时，要广泛征求意见，批准后方可设计3）.工装设计要保证图样清晰完整正确统一4）对精密重大特殊的工装要附有说明书和计算书。3.工装设计程序1）.接受工装设计任务后，应对其进行分析研究并提出修改意见；2）.熟悉被加工件图样：在产品中的作用，结构特点，精度材料外形尺寸；3）.熟悉被加工件的工艺方案，工艺规程；4）.核对工装任务书；5）.收集企业内外有关资料，进行必要的工艺实验，征求意见，组织调研6）.确定设计方案：（1）提出借用工装的建议和下场工装的利用；（2）绘制方案结构图，确定几何尺寸，计算刚度、强度、夹紧力；（3）选定位元件，夹紧元件或机构，定位基准与设计基准测量基准统一；（4）对工装尺寸、总重、承载能力及设备规格进行校核；（5）对方案研究讨论会审确定。

7）.绘制装配图（1）绘图符合国家标准；（2）绘出被加工件外形轮廓，夹紧部位，定位，加工部位和余量；（3）装配图上应注明定位面，加紧面，主要件的装配尺寸（配合代号）；（4）注明被加工件与工装相关尺寸；（5）必要时绘出装件，夹紧，拆件的活动轨迹；（6）总装检验尺寸和验证要求。

8）.绘制零件图

9）.审核

10）.标准化审查

11）.批准7.2专用刀具一刀具的基本构成刀具的结构由刀头和基体（刀柄）两部分组成，刀柄－定位部分，一般用正火的45#钢制作;刀头－工作部分,碳素工具钢板T10A，T12A（低碳钢，有色金属，铸铁）高速钢(合金钢)W18Cr4V（低碳钢，有色金属，铸铁）

W9Cr4V2(同上，中速，红硬性比上高）硬质合金钢YG3(钨钴类,合金钢，淬火钢，有色，）

YT5(钨钴钛类,合金钢，淬火钢，有色,耐冲击）陶瓷CBN立方碳化硼（淬硬材料和耐热）金钢石PCD聚晶金钢石（有色金属的高效切削）刀头与刀柄为一体的：如高速钢刀条（自磨）刀头与刀柄组合的：如焊接的（自磨），机械固定的，组合刀具（不磨）二刀具的种类

1.按机床种类：车刀，铣刀，刨刀，镗刀，插刀，拉刀，钻头，冲头，齿形刀激光刀，水刀，刮刀，锉刀等

2.按刀具功能：切刀，端面刀，外圆刀，镗孔刀，槽铣刀,成型刀具。三.专用刀具设计

1尽量选用一般刀具和标准刀具

2用一般刀具和标准刀具改制成专用刀具

3.如需重新设计要参照标准刀具，主要是设计刀头的几个角度，如图示。被切削材料1Cr18Ni9Ti(YG8)有火钢（YT30）黄铜（YG6）合金铝（高速钢）前角γ

15°～30°

5°～10°-3°～10°5°～10°后角α

8°～10°5°～10°5°～10°8°～12°楔角β

67°～50°80°～70°88°～70°77°～68°切削角δ

75°～60°85°～80°93°～80°85°～80°主偏角Φ

·90°～75°90°～75°90°～45°60°～90°副前角γ

副后角α副楔角β副偏角φ7.3专用量具一各种量具1.光滑极限量规：长度，高度，深度的量规，孔用塞规，轴用卡规，槽用量规2.螺纹量规：.螺纹塞规、.螺纹环规、校对量规；3.位置，成型量规：槽、键位置量规，花键量规，圆锥量规，角度量规；4.样板样件：对刀样板，对刀装置度，螺纹样板，齿形样板，角度样板5.

其它：V形铁，平尺，方箱，平板二设计专用量具

首先选用标准量具，目的是方便加工和测量，提高产品质量和工作效率。量规由过端和止端构成，过端和止端包含的公差带一定包含在产品的公差带范围之内，量规的材料用合金工具钢。7.4专用夹具

夹具是能够使工件按技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备。它能扩大机床的使用范围一夹具的种类：

1.机床夹具：车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、磨床夹具；

2.检验夹具：检查夹具、测量装置、量仪辅件；

3.装配夹具：轴承的装拆夹具，铆接工具，压合工具；

4.其它夹具：V形铁方箱，量仪附件支架、夹紧装置、定位装置；按使用特点有通用、专用、可调、组合等夹具

按夹紧动力源有手动、气动、液动、电动等夹具二夹具设计

1.夹具的结构：夹具由夹紧结构、定位结构和夹具体三部分组成。如图示

2.定位结构（1）明确被加工件设计基准和夹具的使用条件，使夹具的设计基准与其重合，方便夹具在设备上定位找正；（2）定位基准选择的原则：a.选工件的最大基准面做定位基准；b定位基准与工序基准尽量重合；c选最长的表面做限制转动自由度的定位基准；d选精度高的已加工面做定位基准；e同一工件的各工序中选同一定位基准

3.夹紧结构设计1）设计夹紧装置的基本要求（1）夹紧力不破坏工件在夹具中正确位置，工件不变形不损伤；（2）夹紧迅速，操作方便省力，使用安全；（3）结构简单，制造容易，体积小，强度够；（4）有足够的夹紧行程和装卸工件的空间；（5）夹紧力的方向垂直于定位支承面，尽量和切削力、重力方向一致保夹紧准确可靠（6）夹紧力的作用点落在定位支承面上，选在工件刚度好的部位，靠近被加工的表面，夹紧力（夹紧力矩）大于切削力（切削力矩）

2）典型夹紧机构

（1）斜楔夹紧机构（2）螺旋夹紧机构（3）偏心夹紧机构（4）杠杆，铰链夹紧机构（5）联动夹紧机构（6）定心夹紧机构（7）弹簧力夹紧机构7.5各种模具

模具是机械制造业之母，模具的设计和制造水平是衡量一个国家工业化水平的重要标志模具的最大作用是提高产品质量，极大的降低生产成本。模具的设计和制造已经发展为一个庞大的重要行业一模具的分类：1.铸造模，金属模，压力铸造模2.塑料模3.冲切模4.橡胶模5.粉末冶金模6.陶瓷模二模具的设计和制造模具的设计和制造必须找专业厂家去做，我们的工作是设计出符合模具特点和成型要求的产品图三模具及模具件的检验7.6各种专用小工具

非标小工具，非标扳手，钻具，各工序中用的小韧具，如注塑工去毛刺用的小刀具7.7生产流水线

生产流水线—它是企业大批量生产的产物，是各种工艺装备的集合，是企业技术能力和经济实力的象征。如：美国通用公司的汽车装配线，海尔冰箱装配线。1.部件生产线---如汽车底盘的焊接生产线；2.部件装配线---如发电机装配线；3.总装生产线---如墙壁开关总装生产线，服装生产线，彩电总装生产线，美国波音公司客机总装生产线；4.对一般企业的产品设计和工艺设计，在产品的开发时就要考虑产品的标准化，通用化，统一化，系列化，组合化，模块化，模具化，产品需要大批量生产时就能很快上生产线。第八章：公差设计准则

8.1关键配合尺寸的加工要求明确准则8.2同一道工序准则8.3减少刚体转动位移准则8.4避免双重配合准则8.5最小公称尺寸准则8.6避免累积误差准则8.7形状简单准则8.8最小尺寸数量准则8.9采用弹性元件准则8.10采用调节元件准则8.1关键配合尺寸的加工要求明确准则1.要明确国家的公差配合标准2.关键配合尺寸要标注全面3.装配精度尺寸有关的粗糙度或形位公差也要标注合理8.2同一道工序准则对有平行、同轴、对中等要求的加工面，设计上尽量使这些有位置精度要求的元素在同一道工序中加工平行、同轴、对中等要求的加工面，只用一道工序解决8.3减少刚体转动位移准则消除刚体位移；2.减小配合面到传动中心的距离；有转动倾向的配合、减小配合面到转动点的距离8.4避免双重配合准则禁止两个或更多个配合面8.5最小公称尺寸准则1.同样加工精度，构件公称尺寸越小，越容易加工；即构件尺寸越小，加工精度越容易提高；2.使较高配合精度要求的工作面的面积和配合距离尽可能小8.6避免累积误差准则

要尽量避免串联尺寸链上的标注方法。下图标法不存在积累误差。8.7形状简单准则1.配合面的几何形状应尽量简单，2.圆柱面代替圆锥面，3.平行、垂直面代替倾斜面8.8最小尺寸数量准则配合性能和多个尺寸相关时，误差累积会致配合精度难提高，应尽量使配合面和较少的尺寸相关8.9采用弹性元件准则

导轨、螺纹、绞联、插接有间隙会降低配合精度，过盈摩擦力太大会咬死，这种配合状态用选择公差的方法难实现，用柔度大的弹性体消除间隙8.10采用调节元件准则

对即不能有间隙，也不能过盈，配合难以实现时，可用调节元件。调整元件结构用弹簧或弹性体消除配合间隙，降低加工难度第九章：可靠性设计准则9.1冗余法则9.2零流准则9.3可靠的工作原理准则9.4裕度准则9.5安全阀准则9.6简单准则9.1冗余法则重复设置多个功能相同元件，分功能冗余和原理冗余；功能冗余：原理相同、功能相同的备份；功能冗余针对元件本身而非外界环境因素的失效；原理冗余：相同功能，不同原理的元件互为备份。原理冗余采取不同的原理器件，比如对锅炉安全阀的监测，可以用电、光、热敏等不同原理的传感器，可避免在某一失效因素下，两个器件不会同时失效。9.2零流准则在需要外部构件执行某项功能时，让它不依赖或尽量少依赖外部条件，从而减少可能阻碍其执行功能的外在因素。电磁车刹右图通电磁力使车刹强迫分离

左图断电弹簧力使车刹抱紧

按零流原理设计的阀门9.3可靠的工作原理准则机械优于电气、电磁、液压系统，工作性能较可靠；形状联结方式比力联接方式可靠，外界因素难改变机械构件的几何形状，但容易改变其受力状态。可靠的工作原理准则

9.4裕度准则安全系数方法，通常加大构件尺寸，工程上很多因素自身并无一个绝对的数值，而是一个分布范围，裕度设计是解决问题的根本。断裂破坏、热应力破坏等因材料特性引起的问题，在构件尺寸上加强裕度设计无效9.5安全阀准则有意安置一个薄弱点，丢卒保帅安全阀、保险丝9.6简单准则最少数量、最简形状、最少工艺步骤、最简加工装配工艺、最普通材料、最简工具、最简拆卸步骤…结合零部件特点，设定量化评估指标第十章：防腐蚀设计准则10.1避免大面积叠焊准则10.2避免间隙腐蚀准则10.3避免局部微观腐蚀环境准则10.4防止流体通道淤积原则10.5避免大温度和浓度梯度差准则10.6防止高速流体准则10.7腐蚀裕度准则10.8最小比表面积准则10.9便利后继措施准则10.10良好力学状态准则10.1避免大面积叠焊准则是否存在大面积的叠焊、缝隙中的残留物可能导致零件生锈确认腐蚀环境条件：两个不同电化学位势的电极分别是什么？两个电极通过何方式实现电接触？浸泡两电极的电解质是什么？如何形成的？确定是面腐蚀还是点腐蚀如果是面腐蚀，选择增加板的厚度，按照预期设计寿命留出板厚余量。选择其中一种防护层工艺方法：电镀、喷涂、浸渍上漆、渗透、滚压、化学转换等10.2避免间隙腐蚀准则

金属浓度不同，间隙内腐蚀产物经水解化作用酸化，氧气扩散困难，发生间隙腐蚀的可能性大得多，例如支承结构、钢架结构中的铆接和栓接、点焊、单侧焊、容器衬板结构中。避免间隙结构出现；将间隙密封，使腐蚀性物质无法进入；将狭窄空间设计成较大空间，不停的对流使电解质平衡。10.3避免局部微观腐蚀环境准则不同金属是否有电接触？通过加绝缘措施使不同金属没有电接触；有电接触的不同金属，哪是贱金属，哪是贵金属？如有螺栓、螺钉连接的结构确定贱金属是不是要保护的防腐蚀部件（贱金属充当阳极被腐蚀），如果是则采取系列措施，如果不是，则贵金属是被保护部件，牺牲贱金属（阳极）被腐蚀，保护贵金属（阴极），则不必作技术处理5.金属是否被电解质包围；10.4防止流体通道淤积原则结构上保证停车期间，管道中的介质能空干，否则温度下降，残留介质在器壁上浓缩结壳，再启动后壁受热，粘结在器壁上的结壳成为应力裂纹腐蚀源10.5避免大温度和浓度梯度差准则

防止大的温度和浓度梯度，否则会引起沉淀物、冷凝物、局部势差；高温度、高浓度也会加速腐蚀过程；局部高温引起结壳，结壳反过来加剧局部过热；4.局部低温会导致冷凝10.6防止高速流体准则常出现在高湍流区；确认结构系统里是否存在高湍流区？1、结构改进，增大弯管弯曲半径；2、过滤和离心分离流体，消除固体粒子和气泡；3、阴极保护或加防腐剂；4、在危险壁面电镀或加涂层；5、选择具有坚硬保护层不易腐蚀的材料。10.7腐蚀裕度准则

对腐蚀速率较慢、均匀的面腐蚀适用；腐蚀速率和设备的设计寿命确定壁厚10.8最小比表面积准则

在容积相等的前提下，使受腐蚀的表面最小，比表面积=表面积/体积六面体>正方体>圆柱体>椭圆体>球体某储液罐，10立方米容积，是用一个大罐还是用十个小罐减少腐蚀更好一点？10.9便利后继措施准则不能通过结构措施消除的腐蚀损坏，可设计上为后续更换腐蚀部件或加防护措施提供便利1、易于观察腐蚀损坏；2、易于更换腐蚀严重的构件；3、易于上涂层，易于电镀10.10良好力学状态准则1.类似于焊接件里的强度要求设计规范，让焊缝处于较好的受力状态；2.拉应力会加剧腐蚀；3.裂纹应力同时存在时，可能产生应力裂纹腐蚀第十一章：力学原理设计准则11.1强度计算和试验准则11.2均匀受载准则11.3力流路径最短准则11.4减低缺口效应准则11.5变形协调准则11.6等强度准则11.7附加力自平衡准则11.8空心截面准则11.9受扭截面凸形封闭准则11.10最佳着力点准则11.11受冲击载荷结构柔性准则11.12避免长压杆失稳准则11.13热变形自由准则11.1强度计算和试验准则对承受较大负载或扭矩的重要位置，强度刚度须经过计算，并安全合格；必要时须有试验报告和数据。11.2均匀受载准则通过构件设计，使受力载荷分布均匀，载荷不集中可以保证同等条件下，承受的应力成倍增加。连续性和载荷均匀分布的设计可以实现。11.3力流路径最短准则力流优先走较短路径，刚度最大的路径；力线连续。为提高构建刚度，尽量使力流路径最短，越短则受力区域越小，累积变形就越小，刚度就提高。尽量保证力流线路的直线状态，这时力流路径最短11.4减低缺口效应准则缺口效应的原因是力流在截面突变处，被迫急剧改变原有路径，因而力流抢近道引起近道局部力线拥挤，应力急剧集中上升。解决措施：避免截面突变的设计，尤其是避免力流截面急剧变小；降低缺口附近的材料钢度；加预压力应力；避免力流突然转弯孔、槽、螺纹、台肩等缺口处易发生；判定标准是界面尺寸变化的急剧程度；11.5变形协调准则在力的传递中，构件会发生变形，变形不对称、接触面变形不匹配等都会引起走偏、应力集中等问题；解决措施：在接触面处，降低构件在力流方向上的刚度，以便减少对另一构件变形的阻碍，使变形同步；如：轴承的轴固定架、天车的导轨11.6等强度准则构件局部的应力和该处的材料许用值相等。省材料降能耗。注意次要载荷的影响11.7附加力自平衡准则力传递中，出现的无用力或力矩，白白增加损耗，通过让附加力自行平衡或抵消的方法解决。解决措施：平衡件；对称安置11.8空心截面准则弯曲和扭转应力在横截面越远离中心越大，横截面中心很小，同等材料截面积情况下，空心的结构有更好的强度和刚度。空心也可以通过其他形式实现，不一定就得是圆管形；空心结构的壁厚不能太薄，否则发生局部皱折而丧失承载能力11.9受扭截面凸形封闭准则受扭转作用的薄壁构件的截面避免开口形状，抵抗剪切变形的能力低，扭转刚度就低。11.10最佳着力点准则力矢量经过横截面扭转中心，不会产生附加扭矩；多个力的作用节点尽量使力矢量交汇于一处，避免附加弯矩，降低应力水平。11.11受冲击载荷结构柔性准则在有冲击载荷的情况下，加大其柔性，避免冲击，但快速响应特性会下降。柔性准则的措施：增加等截面杆的长度；避免截面突变；安装缓冲器；选用弹性模量小的材料。11.12避免长压杆失稳准则对金属构件，压应力是拉应力的多倍，但压力状态下，失稳会破坏强度，设计上应避免。注意检查是否有细长杆受压结构。改进措施有：加大截面惯性矩；减小压杆长度；加强支撑约束性；截面形状与约束方式的最优组合；合理选材处于弹塑阶段的中小柔度杆，用高强度钢；对大柔度杆，高强度钢不能提高其稳定性，须用普通钢。11.13热变形自由准则使结构因为受热的变形自由。具体措施：留有热变形的间隔加膨胀节或将管道做成弯的。第十二章：热应力设计准则12.1问题点明确准则12.2知识点明确准则12.3减法结构准则12.4加法结构准则12.5方向调节原则12.6消除温度差准则12.7自由膨胀准则12.8柔性准则12.1问题点明确准则找出热胀冷缩导致功能误差的设计点；温度变化大条件下，材料发生功能变化的设计点；同一机构不同部件间，温度不同致热变形不同步的设计点；举例：测高温的仪表的表针；直管道连接温差较大，骤冷骤热导致的膨胀收缩；12.2知识点明确准则材料热胀冷缩导致的功能性障碍；各材料的热膨胀系数不同导致的配合问题和功能障碍；热变形受到阻碍时构件内部产生的热应力；累积变形量和构件的尺寸成正比12.3减法结构准则单一构件的热膨胀必然存在，通过组合构件，让各构件的热膨胀互相抵消。12.4加法结构准则对相对热变形不同导致的结构配合问题，通过增加中间过渡结构，将其中一个构建分解为两个不同膨胀系数材料的构件，使组合膨胀效果与另一配合构件的膨胀效果一致。12.5方向调节原则通过结构设计，将膨胀方向转移到非配合面上去如轴承的固定-松弛装配方法12.6消除温度差准则相同材料的两构件，因为温度不同，导致膨胀程度不一样，出现热变形。解决措施：使有关构件的热传递边界条件尽量相近或相同12.7自由膨胀准则12.8柔性准则两构件热变形不能消除时，加大构件的柔性减少热应力。比如用软管、橡胶材料、将热应力的直线方向转变成曲线方向等。第十三章：轴支撑设计准则13.1轴向静定准则13.2固定轴承轴向能双向受力准则13.3固定轴承四面定位准则13.4松弛轴承至少一圈定位准则13.5受变载轴承圈固定准则13.6可分离轴承的配合固定准则13.7可分离轴承的调隙准则13.8便利安装拆装准则13.9滚动轴承滑动轴承不混用准则13.10保障轴向定位可靠准则13.11过渡配合准则13.12避免双重配合准则13.1轴向静定准则轴在轴向上不能有刚性位移（静不定），也不能有阻碍自由伸缩的多余约束（超静定）。三种方案：固定松弛支撑方式；单侧止推支撑方式；单侧止推——游动支撑方式固定松弛支撑方式单侧止推支撑方式单侧止推——游动支撑方式

13.2固定轴承轴向能双向受力准则确认是否属于固定松弛支撑结构？如果是，固定的轴承必须轴向双向固定并能受力，即使无轴向载荷也如此。轴承安装会有误差，导致产生轴向力。a组单个轴承不能做固定轴承

b组可以做固定轴承