基于CAE的零件结构设变对回弹影响的分析

基于CAE的零件结构设变对高强钢回弹影响的

分析

的零件结构设变对高强钢回弹影响的分析

吴雄伟

一汽海马汽车有限公司海口570216

【摘要】取某车型下边梁加强板作为研究对象，利用CATIA软件对下边梁加强板数模的侧壁倾角、加强筋、圆角半径，进行数模变更，得到新的数模。再通过AUTOFORM成型软件对这些数模采用高强钢DP590做全工序CAE分析，将结构变更前后零件的回弹量做对比。研究零件结构变化对高强钢成型后回弹量的影响，并为后续车型零件设计提供参考。

关键词：高强钢回弹CAE结构设变

1前言

为提高白车身的安全性能和减轻重量，DP高强钢已日渐增多的运用在汽车零部件生产上。然而，DP钢在卸载后，材料本能的应变回复导致DP钢产生较大的回弹[1]。回弹是高强钢板冲压成形中影响冲压件尺寸精度和形状精度的关键因素。[2]高强钢板不同于普通钢板的力学性能，给零件的制造及其精度的控制带来了困难。[3]

零件结构设计开发后，板件的回弹就靠模具开发商来完成控制。常见的回弹控制方法有三种：（1）通过工艺优化的手段，使板料发生充分的塑性变形来控制回弹。（2）通过对制造过程的控制来减小回弹（3）在特定的工艺条件下通过修正模具形状使回弹后的零件形状恰好符合设计要求。[4]这个过程无形中延长了模具和整车的开发周期。

本文通过改变R值、加强筋位置和侧壁倾角对产品结构进行局部变更，运用AUTOFORM 软件对变更前后的各数模采用高强钢板DP590为材料进行全工序仿真分析，将仿真后的回弹数值进行比较。预测零件结构设变对高强钢回弹的影响。为后续车型产品设计提供参考。

2零件局部结构变更及工艺性分析

某车型下边梁加强板为汽车零部件中典型的U形件，如下图，底面上侧为平整的法兰面，底面下侧中部有一深度为32.6mm的U形台阶（下图箭头标示位置），中间凸台平面左端有切角、翻边和小凸台。小凸台高度较低，起加强零件形面强度作用，不影响板件一次拉深成型。

本文主要对A侧面做局部变更，设计变更情况如下。

（1）R值大小变更

因为该零件原数模上、下R角为恒值，变更后的R

角也采用恒值，设变截面图如下：

图1增大下部角图2增大上部R角图1和图2红圈局部位置放大如图3、图4

所示：

图3下部R角由5mm设变成10mm图4上部R角由8mm设变成13mm

（2）加强筋位置变更

数模设计中的加强筋，通常在以下三个位置布置。

图5数模加强筋分布位置

（3）

侧壁角度变更

图6图7

图6中D截面线为原数模侧壁形状，C为数模变更后的侧壁截面线。变更后的侧壁倾角比原来增大5度，如图7所示。

考虑到变更后的数模结构在Z轴方向上，没有高度变化，也为了确保回弹结果比较时保持变量唯一的原则。变更前后的冲压工艺方案统一采用，拉深-切边-整形-冲孔斜冲孔的成型工艺。

图5中1处为交角加强筋，2

处为面加强筋，3处为面角加

强筋。其中3处为原数模加强

筋，1和2处为数模变更后的

加强筋位置。其中1处位置还

可以设计成图5双红线指示方

向。在此不重复考虑。

3有限元模型搭建、参数选择

3.1对象模型构建：

根据前面的工艺分析，用AUTOFORM 软件导入CATIA 软件中处理好的数模，进行模型的预处理。调整冲压方向，填充孔洞，光顺边界然后创建压料面压料面。

压料面是工艺补充的重要，对汽车覆盖件的拉深成形起着重要作用。由于水平压料面有利于调模时调整到最有利于所需要的最佳压料面阻力状态[5]，模型构建的时候，统一选用水平压料面。

创建完压料面后，生成工艺补充面。把凸凹模拔模角调整为15度，凹模圆角调整为10mm。至此，预处理模型构建完成。

3.2工具参数选定：

首先进行拉延形式选择，选单动拉延，料厚1.4mm。依次完成凸凹模，压边圈定义。默认各工具距离为500。之后进入进行坯料创建和材料选择。本文的所有例子板料宽度尺寸一致为1820×400，选择DP340-590材料为例完成全工序仿真分析。

为了提高软件计算速度并且不影响仿真的准确度，采用一条变量等效拉延筋。[6-7]拉深

的压强设置为2MPa。采用标准形式进行网格划分，网格基本单元为壳单元。由于料较厚，故选择Middle/Top/Bottom 三层输出结果，保证了软件对板件缺陷模拟的准确性。

仿照拉延设置的步骤，对切边、整形翻边、冲孔工序进行相应的工具设置。在切边工序设置时，选择2D 切边更接近真实工况。最后添加回弹工序，为了保证回弹结果与实际更为接近，选择约束形式计算，在凸台面上凭经验选定三个夹持点，参考对象为Part。

至此有限元模型构建和参数选择完成，拉延和成形工具模型如下。

4仿真分析结果及回弹比较

4.1拉延仿真分析结果：

拉延结束后各零件的安全裕度和变形状态如下图9（a—f）

。

凹模整形刀凸模压边圈

翻边刀压料板

成形凸模拉延工具成形工具

(a)原设计数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD图中的分布

(b)上部R增大5mm后的数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD图中的分布

(c)下部R增大5mm后的数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD图中的分布

(d)原加强筋更改成面加强筋后的数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD图中的分布

(e)原加强筋更改成交角加强筋后的数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD图中的分布

(f)A 面侧壁增大5度后的数模拉延安全裕度分析及应变状态在FLD 图中的分布

图9（a—f）零件安全裕度分析及应变状态FLD 图

从图9（a—f）可以看出，各数模拉延没有破裂起皱现象现象，可以顺利成形。

因为分析时拉延没问题，翻边、整形零件成型变化不会太大，图9（a—f）的拉延安全裕度及变形状态看出，DP590板料全工序成形成零件状态后，最终零件会有局部变薄，没有开裂、起皱现像，不会影响后续回弹预测结果的精准性及有效性。

4.1回弹分析及比较：

本文主要研究结构变更的A 侧面丄方向结果，取值时只取丄向回弹值作比较。以原数模作为参考对象，其成型后在1-5处测量侧壁边缘的回弹（实际生产只考虑边缘回弹），如图11(a)所示，其余数模，成型后也在相应位置取回弹值。如图11(b-f)所示。

(a)

原设计数模回弹值

(b)上部R 增大5mm

后的数模回弹值

(c)下部R 增大5mm

后的数模回弹值

(d)

原加强筋变更成面加强筋后的数模回弹值

(e)原加强筋变更成圆角加强筋后的数模回弹值

1345

2

(f)A面侧壁增大5度后的数模回弹值

图11（a—f）

图11中各数模成型后1-5处回弹值整理如下表。

从(a)和(b)图值比较可以看出，加大上部圆角半径后，五点的回弹值都降低，降低最大的为1位置处，下降了3.05。但1-3处，侧面扭曲。整体效果不太理想。

从(a)和(c)图值比较可以看出，加大下部圆角半径后，五点的回弹值都降低，降低最大的为5位置处，下降了5.38。整体效果较好。

从(a)和(d)图比较可以看出，把其中一条加强筋设变成面加强筋后，五点的回弹值都降低，整个侧面的平整度较好。

从(a)和(e)比较可以看出原四条加强筋变更成四条圆角加强筋后，3、4、5位置处，最大回弹比不做数模变更的大，正个零件成扭曲状态，尺寸偏差较原数模大。

从(a)和(f)比较可以看出,侧壁增大5度后,回弹值较未改之前都降低，但1-3处侧面扭曲，尺寸整体效果不太理想。

5结论：

（1）增大零件侧壁下圆角能有效的降低零件的回弹值。上部圆角增大，存在面扭曲。

（2）在零件侧壁面和底面各创建一条加强筋比在底面创建两条加强筋更能有效的控制零件的回弹值。在侧壁面与上平面交界处，创建加强筋对回弹的控制效果

不理想，会导致侧壁的扭曲。

（3）增大零件侧壁倾角，各点回弹值有降低，但存在面扭曲，整体效果不理想。

参考文献：

[1] B.Chongthairungruang,V.Thaisangsuk,S.Suranuntchai,S.Jirathearanat.Springback prediction in sheet metal forming of high strength steels[J]Materials and Design,2013,(50),253-266 [2]刁可山,蒋浩民,曹猛,陈新平.基于CAE的DP600高强钢零件回弹特征分析及控制[J].锻压技术，2010,(5),47-51

[3]吴磊,李光耀,曹昭展.高强钢材料性能对汽车零件扭曲回弹的影响[J].塑性工程学报,2009,(3),13-17

[4]谢晖,潘志红,蒋浩民,徐伟力,吴磊.高强钢板冲压位移回弹补偿技术研究与应用.[J].塑性工程学报,2012,(5),72-77

[5]崔令江.汽车覆盖件冲压成形技术[M].北京-机械工业出版社.2003.6

[6]雷正保,付爱军,黄充,等.拉延筋模拟方法对覆盖件CAE结果影响的工业试验[J].汽车工程,2004,26(1):73-77.

[7]黄桂美，詹艳然等效拉延筋及其在板料成形数值模拟中的应用[J].现代制造工程，2005，(10):57-58.

装配结构工艺性分析

一、分析研究产品的零件图样和装配图样 在编制零件机械加工工艺规程前，首先应研究零件的工作图样和产品装配图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各 项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。 工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 如图3-8 所示的汽车钢板弹簧吊耳，使用时，钢板弹簧与吊耳两侧面是不接触的，所以吊耳内侧的粗糙度可由原来的设计要求R a3.2 μm 建议改为R a12.5 μ m. 。这样在铣削时可只用粗铣不用精铣，减少

铣削时间。 再如图3-9 所示的方头销，其头部要求淬火硬度55~60HRC ，所选用的材料为T 8A ，该零件上有一孔φ2H7 要求在装配时配作。由于零件长度只有15mm ，方头部长度仅有4mm ，如用T 8A 材料局部淬火，势必全长均被淬硬，配作时，φ 2H7 孔无法加工。若建议材料改用20Cr 进行渗碳淬火，便能解决问题。 二、结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。下面将从零件的机械加工和装配两个方面，对零件的结构工艺性进行分析。 （一）机械加工对零件结构的要求 1 ．便于装夹零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。图3 -10a 所示零件，拟用顶尖和鸡心夹头装夹，但该结构不便于装夹。若改为图b 结构，则可以方便地装置夹头。 2 ．便于加工零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。表3-8b 所示为便于加工的零件结构示例。

分析零件图——零件图的审查

分析零件图——零件图的审查 在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析，以及对产品零件图提出修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。 首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。 (1) 检查零件图的完整性和正确性 在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。 (2) 零件的技术要求分析 零件的技术要求包括下列几个方面：加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求(如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等)。 要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。特别要分析主要表面的技术要求，因为主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。 (3) 零件的材料分析 即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。所选的零件材料应经济合理，切削性能好，满足使用性能的要求。 (4) 合理的标注尺寸 ①零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。如图4-1中活塞环槽的尺寸为重要尺寸，其宽度应直接注出。

②零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准标注尺寸。如图4-2中轮毂键槽的深度，只有尺寸c的标注才便于用卡尺或样板测量。 ③零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。如图4-3所示，已标注了孔距尺寸a±δ和角度α±δα，则则x、y轴的坐标尺寸就不能随便标注。有时为了方便加工，可按尺寸链计算出来，并标注在圆括号内，作为加工时的参考尺寸。 ④零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。如图4-4的齿轮轴，图(a)的表示方法大部分尺寸要经换算，且不能直接测量。而图(b) 图4-1 直接标注重要尺寸图4-2 键槽深度的标注图4-3 孔中心距的标注 （a） （b）

机械零件结构工艺性分析与工艺路线的拟定

目录 一、零件结构工艺性分析2 1. 零件的技术要求2 2.确定堵头结合件的生产类型3 二、毛坯的选择4 1．选择毛坯4 2．确定毛坯的尺寸公差4 三、定位基准的选择6 1．精基准的选择6 2．粗基准的选择6 四、工艺路线的拟定7 1．各表面加工方法的选择7 2．加工阶段的划分8 3．加工顺序的安排8 4．具体技术方案的确定9 五、工序内容的拟定10 1.工序的尺寸和公差的确定10 2.机床、刀具、夹具及量具的选择12 3.切削用量的选择及工序时间计算12 六、设计心得35 七、参考文献36

一、零件结构工艺性分析 1.零件的技术要求 1.堵头结合件由喂入辊轴和堵头焊接在一起。其中喂入辊 轴：材料为45钢。堵头：材料为Q235-A。且焊缝不得有夹渣、气孔及裂纹等缺陷。 2.零件的技术要求表：

2. 确定堵头结合件的生产类型 根据设计题目年产量为10万件，因此该左堵头结合件的生产类型为大批量生产。

二、毛坯的选择 1．选择毛坯 由于该堵头结合件在工作过程中要承受冲击载荷，为增强其的强度和冲击韧度，堵头选用锻件，材料为Q235-A，因其为大批大量生产，故采用模锻。喂入辊轴由于尺寸落差不大选用棒料，材料为45钢。 2．确定毛坯的尺寸公差 喂入辊轴： 根据轴类零件采用精轧圆棒料时毛坯直径选择可通过零件的长度和最大半径之比查的毛坯直径 206 L8.24 == R25 查表得毛坯直径为：φ55 根据其长度和直径查得端面加工余量为2。故其长度为206+2+2=210mm

堵头: 1．公差等级： 由于堵头结合件用一般模锻工艺能够达到技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2．重量： 锻件重量的估算按下列程序进行: 零件图基本尺寸-估计机械加工余量-绘制锻件图-估算锻件重量。并按此重量查表确定公差和机械加工余量 据粗略估计锻件质量： 11.6f Kg M = 3．形状复杂系数： 锻件外廓包容体重量按公式：2N d h 4 M π ρ= g g 计算 293 186.5101104 7.851021.65Kg N M π -= ?????= 形状复杂系数： f 11.6 0.5421.6M S M N === 故形状复杂系数为S2（一般）级。 4．锻件材质系数： 由于该堵头材料为Q235-A 所含碳元素的质量分数分别为C=0.14%—0.22%,小于0.65% 所含合金元素的质量分数分别为Si 0.3%≤、S 0.05%≤、P 0.045%≤故合金元素总的质量分数为0.3%0.05%0.045%0.395%3%++≤<%。故该锻件的材质系数为M1级。 5．锻件尺寸公差 根据锻件材质系数和形状复杂系数查得锻件尺寸公差为 （ 2.41.2+-） 。 6．锻件分模线形状： 根据该堵头的形装特点，选择零件轴向方向的对称平面为分模面，属于平直分模线。

零件的工艺性分析

零件的工艺性分析 一、分析研究产品的零件图样和装配图样在编制零件机械加工工艺规程前，首先应研究零件的工作图样和产品装配图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 如图3-8 所示的汽车钢板弹簧吊耳，使用时，钢板弹簧与吊耳两侧面是不接触的，所以吊耳内侧的粗糙度可由原来的设计要求R a3.2 μ m 建议改为R a12.5 μ m. 。这样在铣削时可只用粗铣不用精铣，减少铣削时间。 再如图3-9 所示的方头销，其头部要求淬火硬度55~60HRC ，所选用的材料为T 8A ，该零件上有一孔φ 2H7 要求在装配时配作。由于零件长度只有15mm ，方头部长度仅有4mm ，如用T 8A 材料局部淬火，势必全长均被淬硬，配作时，φ 2H7 孔无法加工。若建议材料改用20Cr

进行渗碳淬火，便能解决问题。 二、结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设 计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。下面将从零件的机械加工和装配两个方面，对零件的结构工艺性进行分析。（一）机械加工对零件结构的要求 1 ．便于装夹零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装 夹次数要少。图3 -10a 所示零件，拟用顶尖和鸡心夹头装夹，但该结构不便于装夹。若改为图b 结构，则可以方便 地装置夹头。 2 ．便于加工零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。表3-8b 所示为便于加工的零件结构示例。 3 ．便于数控机床加工被加工零件的数控工艺性 问题涉及面很广，下面结合编程的可能性与方便性来作工艺性分析。 编程方便与否常常是衡量数控工艺性好坏的一个 指标。例如图3-11 所示某零件经过抽象的尺寸标注方法，若用APT 语言编写该零件的源程序，要用几何定义语句描

零件结构的工艺性

零件结构的工艺性 一、零件结构工艺性概念 机械加工零件的结构工艺性 由于一般情况下切削加工的劳动耗费最多.因而零件结构的切削加工工艺性更为重要。下面将就单件小批生产中对它考虑的一般原则及实例进行简要分析。 ①尽量减少不必要的加工面积 减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。图 2(b)中的轴承座减少了底面的加工面积，降低了修配的工作量，保证配合面的接触。图3(b)中减少了精加工的面积，又避免了深孔加工。 (a) (b) 图2 减少轴承座底面加工面积 设计零件 设计结构 选择材料 确定尺寸 使用性能：能用、好用、耐用 工艺要求：好做、好装、好修

(a) 错误(b) 正确 (a) (b) 图3 避免深孔加工的方法 (a) 错误 (b) 正确 ②尽量避免或简化内表面的加工 因为外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图4所示，将图(a)中件2上的内沟槽a加工，改成图(b)中件1的外沟槽加工，这样加工与测量就都很方便。 3、有利于提高劳动生产率 (a) (b) 图5 退刀槽尺寸一致 (a) 错误(b) 正确 ①零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如图5(b)中改为退刀槽尺寸一致，则减少了刀具的种类，节省了换刀时间。如图6(b)采用凸台高度等高，则减少了加工过程中刀具的调整。如图7(b)

的结构，能采用标准钻头钻孔，从而方便了加工。 (a) (b) 图6 凸台高度相等 (a) 错误(b) 正确 (a) (b) 图7 便于采用标准钻头 (a) 错误(b) 正确 ②减少零件的安装次数：零件的加工表面应尽量分布在同一方向，或互相平行或互相垂直的表面上；次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面时，同时将次要表面也加工出来；孔端的加工表面应为圆形凸台或沉孔，以便在加工孔时同时将凸台或沉孔全锪出来。如：图8(b)中的钻孔方向应一致；图9(b)中键槽的方位应一致。

零件的结构工艺性分析

零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。主要考虑如下几方面。 (1) 有利于达到所要求的加工质量 ①合理确定零件的加工精度与表面质量 加工精度若定得过高会增加工序，增加制造成本，过低会影响机器的使用性能，故必须根据零件在整个机器中的作用和工作条件合理地确定，尽可能使零件加工方 便制造成本低。 ②保证位置精度的可能性 为保证零件的位置精度，最好使零件能在一次安装中加工 出所有相关表面，这样就能依靠机床本身的精度来达到所要求 的位置精度。如图4-6(a)所示的结构，不能保证φ80㎜与内孔φ 60㎜的同轴度。如改成图(b)所示的结构，就能在一次安装中加 工出外圆与内孔，保证二者的同轴度。 (2) 有利于减少加工劳动量 ①尽量减少不必要的加工面积(a) (b) 减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，图4-6 有利于保证位置精度的工艺结构 而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。图(a) 错误(b) 正确 4-7(b)中的轴承座减少了底面的加工面积，降低了修配的工作量，保证配合面的接触。图4-8(b)中减少了精加工的面积，又避免了深孔加工。 (a) (b) (a) (b) 图4-7 减少轴承座底面加工面积图4-8 避免深孔加工的方法 (a) 错误(b) 正确(a) 错误(b) 正确 ②尽量避免或简化内表面的加工 因为外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图4-9所示箱体，将图(a)的结构改成图(b)所示的结构，这样不仅加工方便而且还有利于装配。再如图4-10所示，将图(a)中件2上的内沟槽a加工，改成图(b)中件1的外沟槽加工，这样加工与测量就都很方便。 (3) 有利于提高劳动生产率 ①零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如图4-11(b)中改为退刀槽尺寸一致，则减少了刀具的种类，节省了换刀时间。如图4-12(b)采用凸台高度等高，则减少了加工过程中刀具的调整。如图4-13(b)的结构，能采用标准钻头钻孔，从而方便了加工。 ②减少零件的安装次数零件的加工表面应尽量分布在同一方向，或互相平行或互相垂直的表面上；次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面时，

零件的结构工艺性分析(格式)

毕业设计(论文) 零件的结构工艺性分析 学 院 工业制造与管理学院 年 级 专 业 学 号 2 学生姓名 指导老师 刘俊蓉 2013 年 3 月

毕业论文(设计)诚信承诺书

四川科技职业学院毕业设计（论文）评审表（指导教师用）

说明：在“A、B、C、D、E”对应的栏目下划“√”四川科技职业学院毕业设计(论文)任务书

摘要 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，它是继传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、网络通讯技术和光电技术一体的现代制造业的基础技术，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化和智能化起着举足轻重的作用。数控装备则是以数控技术为代表的新技术对传统制造业和新兴制造业的渗透而形成的机电一体化的产品。数控技术制造自动化的基础，是现在制造装备的灵魂核心，是国家工业和国防工业现代化的重要手段，关系到国家的战略地位，体现国家的综合水平，其水平高低和数控装备的多少是衡量一个国家工业现代化的标志。 零件的结构工艺性是指在满足使用性能的前提下，是否能以较高的生产率和最低的成本方便地加工出来的特性。为了多快好省地把所设计的零件加工出来，就必须对零件的结构工艺性进行详细的分析。机械零部件的工艺性不足是现代工业生产中提高效益、确保产品质量的关键。零部件的结构应满足在制造、维修全过程中符合科学性、可行性和经济性的要求。工艺性具有整体性、相对性和灵活性的特点。本论文就数控加工对典型的轴类零件进行的零件结构工艺性分析，主要是对零件图的分析、毛胚的选择、零件的热处理、工艺路线的制定、数控加工工艺文件的填写、数控加工过程的编写。设计合理的加工工艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点，以及对零件的加工工艺进行分析。 关键词：零件；结构；工艺性；数控加工

零件结构的工艺性说课讲解

零件结构的工艺性

零件结构的工艺性 一、零件结构工艺性概念 机械加工零件的结构工艺性 由于一般情况下切削加工的劳动耗费最多.因而零件结构的切削加工工艺性更为重要。下面将就单件小批生产中对它考虑的一般原则及实例进行简要分析。 ①尽量减少不必要的加工面积 减少加工面积不仅可减少机械加工的劳动量，而且还可以减少刀具的损耗，提高装配质量。图 2(b)中的轴承座减少了底面的加工面积，降低了修配的工作量，保证配合面的接触。图3(b)中减少了精加工的面积，又避免了深孔加工。 (a) (b) 图2 减少轴承座底面加工面积 设计零件 设计结构 选择材料 确定尺寸 使用性能：能用、好用、耐用 工艺要求：好做、好装、好修

(a) 错误 (b) 正确 (a) (b) 图3 避免深孔加工的方法 (a) 错误 (b) 正确 ②尽量避免或简化内表面的加工 因为外表面的加工要比内表面加工方便经济，又便于测量。因此，在零件设计时应力求避免在零件内腔进行加工。如图4所示，将图(a)中件2上的内沟槽a加工，改成图(b)中件1的外沟槽加工，这样加工与测量就都很方便。 3、有利于提高劳动生产率 (a) (b) 图5 退刀槽尺寸一致 (a) 错误 (b) 正确 ①零件的有关尺寸应力求一致，并能用标准刀具加工。如图5(b)中改为退刀槽尺寸一致，则减少了刀具的种类，节省了换刀时间。如

图6(b)采用凸台高度等高，则减少了加工过程中刀具的调整。如图7(b)的结构，能采用标准钻头钻孔，从而方便了加工。 (a) (b) 图6 凸台高度相等 (a) 错误 (b) 正确 (a) (b) 图7 便于采用标准钻头 (a) 错误 (b) 正确 ②减少零件的安装次数：零件的加工表面应尽量分布在同一方向，或互相平行或互相垂直的表面上；次要表面应尽可能与主要表面分布在同一方向上，以便在加工主要表面时，同时将次要表面也加工出来；孔端的加工表面应为圆形凸台或沉孔，以便在加工孔时同时将凸台或沉孔全锪出来。如：图8(b)中的钻孔方向应一致；图9(b)中键槽的方位应一致。

结构工艺性的概念

结构工艺性概念 任何零件、部件或整个产品的结构设计都是根据其用途和使用要求来设计的，但是结构方面是否完善合理，很大程度上还是看这种结构能否满足工艺方面的要求。如果所设计的产品结构没有考虑到工艺方面的要求，就会在生产过程中降低生产率、延长生产周期、提高产品成本，使产品在市场上失去竞争能力。因此，产品的结构工艺性的问题在结构设计中是一个十分重要的问题。 结构工艺性的意义：在满足产品使用要求的前提下，所拟定的结构以及所规定的技术要求必须能适应现代制造工艺水平，使生产过程便于实现并能保证其经济性。 所谓产品结构工艺性就是指设计的产品结构在具体生产条件下便于制造，能够采用最有效的工艺方法。也就是说，如果所设计产品结构的工艺性好，则便于应用先进的、生产率高的工艺过程和工艺方法，使产品的制造也是最经济的。此外，产品结构工艺性也可以认为零件（或部件）在加工或装配时的方便程度和经济程度。因此，结构工艺性可分为零件结构的工艺性和装配的工艺性。 产品的结构工艺性与生产批量有关，满足大量生产的结构工艺性，不一定能满足单件和小批量生产。另外，随着科学技术的发展和制造工艺的不断进步，结构工艺性的具体内容也是不断变化的。因此，企图定量地来评定结构工艺性，通过一些技术经济指标的计算来进行判断，虽然可能（比如：使用计算机），但还不是完善的。下面主要是定性地说明评定结构工艺性的一些基本原则，也是工艺人员对结构工艺性进行分析的依据。 对整个来说，结构工艺性需从以下几方面来考虑： 1）零件总数，虽然零件的复杂程度可能差别很大，但一般来说，组成产品的零件总数愈少，特别是不同名称的零件数目愈少则结构的工艺性愈好。另外，在一定零件总数中利用生产上已经掌握的零件和组合件的数目愈多（即设计的产品结构具有继承性），或是标准的、

零件的工艺性分析培训资料

零件的工艺性分析

零件的工艺性分析 一、分析研究产品的零件图样和装配图样在编制零件机械加工工艺规程前，首先应研究零件的工作图样和产品装配图样，熟悉该产品的用途、性能及工作条件，明确该零件在产品中的位置和作用；了解并研究各项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和技术关键，以便在拟订工艺规程时采用适当的措施加以保证。工艺分析的目的，一是审查零件的结构形状及尺寸精度、相互位置精度、表面粗糙度、材料及热处理等的技术要求是否合理，是否便于加工和装配；二是通过工艺分析，对零件的工艺要求有进一步的了解，以便制订出合理的工艺规程。 如图 3-8 所示的汽车钢板弹簧吊耳，使用时，钢板弹簧与吊耳两侧面是不接触的，所以吊耳内侧的粗糙度可由原来的设计要求R a3.2 μ m 建议改为R a12.5 μ m. 。这样在铣削时可只用粗铣不用精铣，减少铣削时间。 再如图 3-9 所示的方头销，其头部要求淬火硬度 55~60HRC ，所选用的材料为 T 8A ，该零件上有一孔φ 2H7 要求在装配时配作。由于零件长度只有 15mm ，方头部长度仅有 4mm ，如用 T 8A 材料局部淬火，势必全长均

被淬硬，配作时，φ 2H7 孔无法加工。若建议材料改用 20Cr 进行渗碳淬火，便能解决问题。 二、结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。下面将从零件的机械加工和装配两个方面，对零件的结构工艺性进行分析。（一）机械加工对零件结构的要求 1 ．便于装夹零件的结构应便于加工时的定位和夹紧，装夹次数要少。图 3 -10a 所示零件，拟用顶尖和鸡心夹头装夹，但该结构不便于装夹。若改为图 b 结构，则可以方便地装置夹头。 2 ．便于加工零件的结构应尽量采用标准化数值，以便使用标准化刀具和量具。同时还注意退刀和进刀，易于保证加工精度要求，减少加工面积及难加工表面等。表 3-8b 所示为便于加工的零件结构示例。 3 ．便于数控机床加工被加工零件的数控工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性与方便性来作工艺性分析。 编程方便与否常常是衡量数控工艺性好坏的一个指标。例如图 3-11 所示某零件经过抽象的尺寸标注方法，若

零件的工艺性分析

零件的工艺性分析 如图所示为接触环零件图，材料为08钢，厚度1mm,大批量生产。制定工件冲压工艺规程，设计其模具，编制零件的加工工艺规程。 1.1冲压件的工艺性分析 1.1.1结构与尺寸 1、由该冲压零件图可知，该零件结构简单、规则，而且尺寸较小，使得排样时废料较少。 2、冲压件的内、外的转角无太尖锐的尖角，部分区域以圆弧过渡，减少了冲压时某些尖角出出现崩刃和过快磨损现象。 3、对于08钢材料，其悬臂宽度b=1.5mm ，厚度t=1mm ，应满足b ≥1.5t ，当板料t>1mm 时按1mm 考虑，经计算悬臂宽度满足条件；臂长l 为：3.25和1.3均小于5倍臂宽；凹槽宽度1.65>1.5t ，最小孔径d 为1.85>0.9t ，均满足要求。 结合以上分析，该冲压件的结构与尺寸均适宜于冲压加工。 1.1.2 精度 冲压件的经济精度一般不高于IT11，查表可知，该零件的基本尺寸公差除9.4接近于IT11级外，其余尺寸均低于IT12级，也没有其他特殊的要求。分析可知可知，利用普通冲裁方式可以达到零件图样要求。 1.1.3材料 根据本次设计课题材料要求为08钢，根据附表可得金属材料的力学性能：软态，带料，抗剪强度 b=255MPa ，伸长率占10=38%，分析可知，此材料具有较高的弹性和良好的塑性，其冲裁加工性能较好，适合冲裁加工。 1.1.4批量 课题要求该零件需大批量生产，综上分析可知，该零件在冲压加工下操作简便， 而且劳动强度低，生产效率高，成本较低，适合冲裁加工。 0 6.5+0.1-0

结论：该零件的工艺性较好，可以冲裁加工。 1.2冲裁工艺方案的确定 1.2.1工艺方案分析与选择 根据冲压零件图，分析其形状特点，确定该零件加工包括落料，冲孔两个基本工序，分析可知由以下3种工艺方案选择： （1）先落料，再冲孔。采用单工序模生产。 （2）落料—冲孔复合冲压，采用复合模生产。 （3）冲孔—落料连续冲压，采用连续模（级进模）生产。 结合单工序模、复合模以及级进模的优缺点比较可知： 方案（1）制造时上午周期短，成本也较低，但需要两道工序，导致生产效率低，且零件平面度差。难以满足零件大批量生产的需要。 方案（2）生产效稍低，因零件的孔边距太小，导致模具强度不能保证，操作较为困难，且不能保证安全性。 方案（3）生产效率高，操作方便，安全性好，通过设计合理的模具结构和排样方案可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题。 综合以上分析，并参考相关资料，可知该零件采用级进冲裁方案较好。 1.3模具确定 1.3.1模具类型 根据冲压零件的冲裁方案以及设计要求，模具应采用硬质合金模。 1.3.2操作与定位方式 虽然该冲压零件的生产批量较大，但如果能够合理安排生产送料方式，将能够能够在达到批量要求的同时，降低模具成本，因此采用手工送料方式。同时考虑零件尺寸较小，材料厚度较薄，采用导料板导向、侧刃定距的定位方式。为减少料头和料尾的材料消耗和提高定距的可靠性，采用双侧刃前后对角布置。 1.3.3卸料与出件方式 考虑零件厚度较薄，采用弹性卸料方式。为了便于操作、提高生产率，冲裁件和废料采用由凸模直接从凹模洞口退下的下出件方式。即倒装式模。1.3.4模架类型及精度 由于零件厚度薄，冲裁间隙很小，又是级进模，因此采用导向平稳的对角导柱模架。考虑零件精度要求不是很高，但冲裁间隙较小，因此采用I级模架精度。

壳体零件的工艺性分析

1、壳体零件的工艺性分析 1.1壳体零件图 图1-1 壳体零件图 此零件的材料为铸钢，外轮廓尺寸为182.5x207.5x165mm。 1.2生产条件及技术要求 1.3零件的工艺性分析 铸件的生产，不仅需要采用合理的、先进的铸造工艺和设备，而且还要求零件的设计结构适合铸造生产的要求。 铸造工艺设计的意义在于： （1）有利于采用先进的工艺获得高质量、低成本的铸件； （2）根据工艺进行工序检查，产生铸造缺陷时便于寻找原因、采取纠正措施； （3）根据工艺设计进行技术准备，如准备砂箱、芯骨、必要的工艺装备和工具，有利于保证正常的生产秩序，方便生产计划调度； （4）可以不断的积累和总结经验，提高铸造生产技术水平。

1.3.1、铸件质量对零件结构的要求 （1）铸件的最小壁厚 为了避免铸件的浇不到和冷隔等缺陷应使铸件的设计壁厚不小于最小壁厚。对于砂型铸造铸钢件的最小壁厚可参考表1-1。 表1-1 砂型铸造铸件最小壁厚（单位：mm） 铸钢种类 当铸件最大轮廓尺寸为下列值时 <200 200-400 400-800 800-1250 1250-2000 碳钢8 9 11 14 16-18 低合金结构钢8-9 9-10 12 16 20 高锰钢8-9 10 12 16 20 不锈钢8-10 10-12 12-16 16-20 20-25 灰铸铁3-4 4-5 5-6 6-8 10-12 根据此零件图的形状及特点,此零件图的最小壁厚6mm,满足上表的要求。 1.3.2 铸造工艺对零件结构的要求 （1）简化或减少分型面的铸件结构 （2）减少砂芯数量的铸件结构 （3）方便起模的铸件结构 （4）有利于砂芯的固定和排气的铸件结构 此铸件的分型面的选择、砂芯数量及结构、起模方式等，如铸造工艺图所示2、工艺方案的确定 2.1铸造方法的确定 铸造是指熔炼金属，制造铸型并将熔融的金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能金属零件毛坯的成型方法。 铸造方法算然很多，但习惯上一般把铸造分为砂型铸造和特种铸造两大类。