機械設計制造常用數(shù)據(jù)及標準規(guī)范實用手冊第十編道

1、第十編機械制造和加工技術常用數(shù)據(jù)及標準標準第一章機械制造概論機械制造業(yè)是國民經濟的根底產業(yè)。機械制造業(yè)生產的機械產品將成為國民經濟各部門的機械裝備。機械產品的生產通常圍繞新產品開發(fā)、產品制造、產品銷售和效勞三個階段進行。新產品的開發(fā)主要在市場導向下，根據(jù)技術的開展和企業(yè)的資源，通過設計、試制、生產準備等活動，推出有市場前景的產品。它保證了企業(yè)的開展與未來。產品的制造主要是根據(jù)市場和訂單所確定的批量，制造已開發(fā)的產品。產品的制造活動包括毛坯制造、切削加工、熱處理、裝配、檢驗及制造過程的組織與管理。制造活動可以在一個企業(yè)內進行，但更多的是通過社會化協(xié)作的方式進行。產品銷售主要是把生產出的產品以一定

2、的渠道推向市場，提供應社會。同時使企業(yè)獲取相應的利潤。產品銷售給用戶企業(yè)后，為用戶提供安裝、調試、維修、使用指導、收集用戶意見等售后效勞。良好的售后效勞是樹立企業(yè)形象，爭取顧客擴大市場的重要手段。第一節(jié)概述機械制造生產過程中，零件的加工是最根本的。按照由原材料或毛坯成為零件的過程中質量陰的變化，可以將制造工藝方法分為材料去除法質量減少，材料成形法質量不變和材料累積法質量增加三種類型。采用材料去除技術，如切削加工等，在加工過程中，通過一定的方式逐漸切除毛坯上的多余材料，獲得具有一定形狀、尺寸的零件，屬于質量減少工藝。采用鑄造、鍛造、粉末冶金等材料成形法加工時，材料的形狀、尺寸、性能發(fā)生變化，而其

3、質量未發(fā)生改變，屬于質量不變工藝。材料累加法制造：也稱快速成形：。這是在計算機控制下，材料逐漸累加成形，成形零件屬于質量增加工藝。一、材料去除制造工藝材料去除制造工藝是按一定的方式從工件上切除多余的材料，得到所需形狀、尺寸的零件。此類工藝要求工件外表有足夠的多余材料。在材料的去除過程中，工件逐漸逼近理想零件的形狀和尺寸。原材料或毛坯與零件的形狀、尺寸相差越大，去除的材料就?第一章機械制造概論越多，材料損耗就越大，加工過程消耗的能源也越多。有時損耗的材料體積甚至超過零件自身的體積。雖然材料去除工藝的材料利用率低，但至今它依然是提高零件品質的主要手段，同時也具有很強的加工適應性，是機械制造中應用最

4、廣泛的加工方式。材料去除法工藝與材料成形工藝相結合，可以大大降低原材料的消耗。隨著少無切削加工技術精密鑄造、精鍛造等的開展，可以進一步提高材料的利用率。生產數(shù)量很少時，為了減少材料成形工藝投資，單純采用材料去除工藝也是經濟合理的。材料去除工藝有很多加工形式，包括傳統(tǒng)的切削加工和特種加工。切削加工是用金屬切削刀具在機床上切除工件毛坯上多余的金屬，從而使工件的形狀、尺寸和外表質量符合設計要求的工藝方法。切削過程中，刀具和工件安裝在機床上，由機床帶動實現(xiàn)一定規(guī)律的相對運動。在刀具與工件的相對運動過程中，多余的金屬被切除，形成了工件的已加工外表。常見的金屬切削加工方式有車削、銑削、刨削、拉削、磨削等。

5、金屬切削過程中存在力、熱、變形、振動、磨損等現(xiàn)象。對加工過程、加工質量都存在一定的影響。如何正確選擇加工方法、加工機床、刀具、夾具和切削參數(shù)，改善加工質量，提高加工效益將是本書的重點講述內容。特種加工是指利用電能、光能等對工件進行材料去除的加工方法。有電火花加工、電解加工、激光加工等。電火花加工是利用工具電極與工件電極之間產生的脈沖放電現(xiàn)象蝕除工件材料到達加工目的。加工時，工件電極與工具電極之間存在一定的放電間隙，而不直接接觸，加工中沒有力的作用，可以加工任何力學性能的導電材料。在工藝上其主要優(yōu)點是可以對復雜形狀的內輪廓外表進行加工，將其加工難度轉化為外輪廓工具電極的加工，所以在模具制造中有特

6、殊的作用。由于電火花加工的金屬去除率低，一般不用于產品的形狀加工。激光加工、離子束加工多用于細微加工。隨著科學技術的進步，在航天、計算機領域，有些加工精度和外表粗糙度要求特別高的零件，需要進行精密加工及超精加工。精密、超精密加工到達的尺寸精度可以達亞微米乃至納米級。這些加工方法有超精密車削、超精密研磨等。二、材料成形制造工藝材料成形制造工藝多利用模型使原材料形成零件或毛坯。材料成形加工過程中，原材料的形狀、尺寸、組織狀態(tài)，甚至結合狀態(tài)都會改變。由于成形精度一般不高，材料成形制造工藝常用來制造毛坯。也可以用來制造形狀復雜但精度要求不太高的零件。材料成形工藝的生產效率較高。常用的成形工藝有鑄造、鍛

7、壓、粉末冶金等。一鑄造鑄造是將液態(tài)金屬澆注到與零件的形狀尺寸相適應的鑄型型腔中去，冷卻凝固后獲得毛坯或零件的工藝方法。根本工藝過程為造型、熔煉、澆注、清理等。由于合金鑄造時的充型能力、收縮及其它因素影響，鑄件可能會存在組織不均勻、縮孔、熱應力、變形等缺陷，使鑄件的精度、外表質量、力學性能不高。盡管如此，由于適應性強，生產?第十編機械制造和加工技術常用數(shù)據(jù)及標準標準本錢低，鑄造加工依然得到十分廣泛的應用。形狀復雜，尤其有復雜內腔零件的毛坯常采用鑄造。目前生產中常用的鑄造方法有普通砂型鑄造、熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等。其中，普通砂型鑄造應用最廣。二鍛壓鍛造與板料沖壓統(tǒng)稱為

8、鍛壓。鍛造是利用鍛造設備對加熱后的金屬施加外力進行塑性變形，形成具有一定形狀、尺寸和組織性能的零件毛坯。經過鍛造的毛坯其內部組織致密均勻。金屬流線分布合理，提高了零件強度。因此，鍛造常用于制造綜合力學性能要求高的零件的毛坯。鍛造可分為自由鍛造、模型鍛造和胎模鍛造。自由鍛造是將金屬置于上下抵鐵之間進行金屬塑性變形，利用自由流動的規(guī)律成形。成形效率低，精度低。一般用于生產批量較小，形狀簡單的鍛件。模型鍛造是將金屬置于鍛模的模膛中變形，金屬的塑性流動受到模膛的限制，成形效率高，精度高，金屬流線分布更加合理。但由于模具制造費用很高，通常用于大批量生產。與自由鍛造相比，模型鍛造時需要的鍛造力大，不能用于

9、大型鍛件的鍛造。胎模鍛造是在自由鍛造的設備上利用胎模對金屬進行鍛造。胎模制造簡單，本錢低，成形方便，但成形精度不高，常用來生產精度要求不高的小鍛件。板料沖壓是在壓力機上利用沖模將板料沖壓成各種形狀和尺寸的制件。沖壓加工具有極高的生產率和較高的加工精度，其加工形式有沖裁、彎曲、拉深、成形等。沖裁是將板料沖壓成各種平面制件。彎曲、拉深等成形工序將板料沖壓成各種立體制件。板料沖壓在電氣產品、輕工產品、汽車制造中有著十分廣泛的應用。三粉末冶金粉末冶金是以金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物作為原料，經模具壓制、燒結等工序，制造某些金屬制品或金屬材料的工藝方法。它既可以生產特種金屬材料，又可以生產少無切削

10、加工的金屬零件。粉末冶金制品的材料利用率能到達，可大量減少切削加工的投入，降低生產本錢，因此在機械制造中獲得日益廣泛的應用。由于粉末冶金所用蹬粉末原料價格高，成形時粉末的流動性差，零件形狀的和大小受到一定的限制。粉末冶金制件內部存在一定量的微小孔隙，其強度比鑄件或鍛件約低，且塑性、韌性也較差。粉末冶金生產的工藝流程包括粉末制備、混配料、壓制成形、燒結、整形等。其中粉末的制備與混配料工序通常由提供粉末的廠商完成。三、材料累積制造工藝材料累積制造工藝是將零件以微元疊加方式逐漸累積生長出來的。在制造過程中，將零件三維實體模型數(shù)據(jù)經計算機處理，控制材料的累積過程，形成所要的零件。此類?第一章機械制造概

11、論工藝方法的優(yōu)點是無需刀具、夾具等生產準備活動，就可以成形任意復雜形狀的零件。制造出采的原型可供設計評估、投標或樣件展示。因此，這一工藝又稱為快速成形技術?？焖俪尚渭夹g用于產品樣件的制造、模具制造和少量零件的制造，成為加速新產品開發(fā)及實現(xiàn)并行工程的有效技術，使企業(yè)的產品能快速響應市場，提高企業(yè)的競爭能力。圖光固化法原理掃描鏡激光束光敏樹脂零件原型樹脂槽托盤快速成形技術的開展十分迅速，現(xiàn)在有幾種方法已經進入應用階段，主要有光固化法：、層疊制造法：、激光選區(qū)燒結法：、熔化堆積造型法：，其中光固化法是最早投入商業(yè)應用的快速成形技術圖。如圖所示，光固化法以光敏樹脂為原料，將計算機控制的紫外激光按預定零

12、件分層截面對液態(tài)樹脂逐點掃描，使被掃描區(qū)域的樹脂薄層產生光聚合反響，從而形成零件一個薄層截面。當一層固化完畢后，托盤下降一個薄層高度。在原先固化好的樹脂外表再敷上一層新的液態(tài)樹脂以便下一次掃描固化。新固化的一層牢固地與前一層粘合，如此重復，直到整個零件原型制造完畢。第二節(jié)機械產品的開發(fā)一、產品開發(fā)的意義機械裝備是社會生活的重要物質根底。人類消費水平的提高，科學研究的開展，國民經濟生產部門的技術革新與改良，國防的現(xiàn)代化都在要求開發(fā)功能全、高質量的機械裝備。機械裝備自身也是商品。在市場經濟的競爭環(huán)境中，利潤較高的適銷產品，勢必吸引眾多企業(yè)參加市場、爭奪市場。機械制造企業(yè)為了贏得競爭，也必須不斷地推

13、出新的產品。工業(yè)興旺的國家都比擬注重機械產品的開發(fā)。美國的汽車企業(yè)將銷售收入的投入到汽車產品的研究開發(fā)中。隨著社會需求的增加和科學技術的開展，許多先進技術被應用到機械產品中，機械裝備的綜合性能不斷提高，同時也獲得更多的利潤。很長一段時間以來，我國放松了對機械產品的開發(fā)與升級換代，致使我國的機械工業(yè)出現(xiàn)全面下滑的局面，失去了大量市場，機械行業(yè)的利潤十分微薄。由于生產技術裝備落后，也引起相關行業(yè)的產品失去市場競爭力。?第十編機械制造和加工技術常用數(shù)據(jù)及標準標準任何產品都有一定的壽命周期。由于機械裝備的投資一般較大，機械產品的壽命周期相對較長，但科學技術的開展和消費個性化的趨勢，對技術裝備要求不斷提

14、高，使機械產品的市場壽命也在縮短。與其它產品一樣，機械產品的市場壽命周期一般分為介紹期、成長期、成熟期和衰退期四個階段。介紹期是為產品做市場宣傳、改良產品以及為批量生產作準備的階段，這時期的制造本錢高，銷售量有限，價格也比擬高，銷售產品還不能為企業(yè)帶來利潤。進入成長期，產品迅速占領市場，銷售額擴大。由于進入批量生產，本錢降低，利潤迅速增加。當市場接近飽和時，產品進入成熟期，此階段銷售量大，但增幅趨緩，企業(yè)利潤豐厚。當市場飽和，劇烈的市場競爭使產品的原有價格壓到極低水平，銷售額持續(xù)下降，企業(yè)無法獲得利潤，或市場出現(xiàn)升級換代的新產品，原有產品便進入衰退期。企業(yè)經營的目的首先是經濟效益。要使一個企業(yè)

15、長期取得良好的經濟效益就應該經營好處于成長期和成熟期的產品，并不斷完善功能，提高質量，延長其市場壽命。同時要做到未雨綢繆，加強新產品的開發(fā)，尤其是創(chuàng)新產品的開發(fā)，及早搶占市場的制高點。企業(yè)只有不斷開發(fā)經營好有新的市場生命力的產品，才能使企業(yè)自身在劇烈的市場競爭中不斷獲得新的生命力。我國一些經營業(yè)績好的大型企業(yè)如春蘭集團、上海群眾集團等在經營好現(xiàn)有產品的同時，都十分重視新產品的開發(fā)。二、新產品開發(fā)的決策新產品按創(chuàng)新的改良程度可分為：全新產品、換代產品、改良產品、仿制產品四類。全新產品指應用新原理、新結構、新技術和新材料制造的前所未有的產品。往往成為科技史上的重大突破。如最初的蒸汽機、飛機等等。全

16、新產品具有明顯的技術經濟優(yōu)勢，但其研制通常需要理論科學與應用技術的配合，需要企業(yè)、科研機構、高等院校的良好協(xié)作，開發(fā)周期較長。換代產品一般指產品的根本原理不變，局部采用新技術、新結構或新材料使產品的使用性能，經濟指標顯著改變，如家用洗衣機，從單、雙缸向套缸的演變，從半自動向全自動的演變。改良產品是在對老產品進行各種技術改良后制造的、性能有一定提高的產品。如車床就是在原車床的根底上改良后制造的。通過對老產品改造而開發(fā)出新產品應該是企業(yè)開展新產品的經常性工作。仿制產品是模仿市場上其它企業(yè)產品而生產的。仿制產品節(jié)省了產品開發(fā)的大量資金、人力和時間，開發(fā)風險小、收效快。但承受著生產成熟廠家的競爭壓力，

17、并且容易造成知識產權糾紛。企業(yè)應該開發(fā)什么樣的產品，必須來源于系統(tǒng)全面的市場調查，認真的評價分析和科學的決策。通常，如果說產品開發(fā)的決策、技術開發(fā)、中試、生產上市幾個階段的資金投入比例是，那么它們對該產品開發(fā)是否成功，即市場前景和企業(yè)效益的影響度那么為。正確的決策是至關重要的，盲目的決策往往導致產品開發(fā)的失敗。?第一章機械制造概論一開發(fā)調研新產品開發(fā)決策的依據(jù)是開發(fā)調研。開發(fā)調研可從以下幾個方面進行，即科技調研、市場調研、競爭環(huán)境調研、企業(yè)內部調研?？萍颊{研主要是調查科技新動態(tài)，形成產品的技術源，如其技術的先進性、成熟度、技術可行性等。科技調研對企業(yè)新產品開發(fā)的走勢有重要影響。如我國某企業(yè)年初

18、引進日本錄像機單元生產線，沒有注意到與國內錄像機產品的技術配套，生產線建成后沒有訂貨，面臨破產窘境。在注重技術先進性的同時，對技術的成熟度和可行性也必須認真對待?？紤]企業(yè)自身的技術開發(fā)實力，可投入的資金和承當風險的能力，往往選擇“適用技術、“漸近改良可能是更穩(wěn)妥的途徑。全新產品的開發(fā)可能給企業(yè)帶來高的效益，但成功率不高，企業(yè)要承當較大的風險。市場調研主要是調查市場需求。通過細分市場的調查，分析產品可能到達的市場目標、市場可能接受的產品功能及價格。了解不同的用戶對產品的功能、檔次、價格的需求。市場調研使產品的開發(fā)具有一定的針對性。消費市場可按地域、人口、消費心理、消費行為等進行細分。生產資料一般

19、按國民經濟的生產部門、地域、資源狀況進行劃分。例如，我國南方農村長期以來需要外形尺寸較小的聯(lián)合收割機以適應小塊田地的作業(yè)。我國的農機管理部門、研究院所、生產企業(yè)沒有注意這一市場需求，直到日本產品進入我國市場后才意識到。競爭環(huán)境調研一方面要研究了解國家的法律、法規(guī)、行業(yè)政策導向，如環(huán)境保護條例、國家在某些行業(yè)或產業(yè)的減免稅政策等。另一方面也要調查研究國內外競爭對手的情況，如競爭對手的產品功能、質量、價格、經營狀況、產品開發(fā)趨勢等，做到知己知彼，百戰(zhàn)不殆。企業(yè)內部調研主要是研究企業(yè)的資源。根據(jù)企業(yè)自身的設備、資金、人力、技術、管理等方面的情況來考慮在擬工程的長處和缺乏，確立企業(yè)的中長遠目標和短期目

20、標以及企業(yè)的經營策略等。企業(yè)為了節(jié)約開發(fā)費用和生產組織費用，往往在相近的產品中進行開發(fā)，但有時企業(yè)為了在市場劇烈變化的環(huán)境中立于不敗之地，采取多種經營戰(zhàn)略，專門選擇領域差異較大的產品進行開發(fā)生產，以提高其抗風險能力。開發(fā)調研可采用信息歸納、調查表調查、實地考察、專家論證等方法，被調查對象應該來自多個方面，這樣可以從各個角度來考察、衡量所要開發(fā)的工程。二立項決策表表示了對一個新產品開發(fā)調查的結果，表中的每一項都是利用某一方法調研得到的數(shù)據(jù)，每項統(tǒng)計出平均值?？傮w抽調結果可以根據(jù)各項結果加權平均。每一要素的權值可根據(jù)企業(yè)經營戰(zhàn)略思想來定。如果企業(yè)開發(fā)產品著眼于長遠利益及高技術形象，技術評估諸項可取

21、較高的權值；如果企業(yè)著眼于經濟效益，競爭能力的諸項權值可高一些。表中總的得分應在。之間，總的得分越高，產品越值得開發(fā)，假設有幾項產品可供選擇開發(fā)，那么更容易說明問題。經過調研分析，如果對某一產品的開發(fā)有了初步認定，就可對產品的市場、功能設?第十編機械制造和加工技術常用數(shù)據(jù)及標準標準計、價格進行定位，然后進行產品概念設計，確定產品的各項指標，優(yōu)化產品方案，并進行立項評估。表新產品評估等級表要素類要素等級權值得分技術評估先進新穎性成熟度技術獨占度質量指標適用性評估與原有技術兼容性現(xiàn)有設備可用性現(xiàn)有人才可用性現(xiàn)有銷售渠道可用性競爭能力評估市場寬度可達市場占有率與開展政策關系環(huán)境保護總計立項評估的內容

22、主要是經濟分析和風險分析。經濟分析經濟分析的方法有多種，有盈虧平衡銷售量法、投資回收期法、資金利潤率法、利潤貼現(xiàn)率法等。這里簡介盈虧平衡銷售法和利潤貼現(xiàn)率法。盈虧平衡銷售量法：這是計算到達投入、產出平衡的最少銷售量。式中盈虧平衡的銷售量；年平均固定本錢；單位產品售價；單位產品變動本錢。如果市場預測銷售量超過，該產品就有盈利。利潤貼現(xiàn)率法：主要反映資金的時間價值。式中產品所需要的最初投資；第；年的稅后收入；第；年的產品總本錢。由公式計算利潤貼現(xiàn)率時，可以先設一個初值進行迭代運算。的值越大越好，至少大于企業(yè)現(xiàn)有的平均利潤率。兩種分析方法比擬，盈虧平衡銷售量法簡單，但其固定本錢、銷售價格及變動本錢是

23、?第一章機械制造概論不變的，與真實情況有出入。而利潤貼現(xiàn)率既反映了資金的投入效益，又反映了資金的時間價值，分析效果更好。風險分析新產品的開發(fā)是有風險的。往往技術含量越高的產品的投入越大，但成功率卻越低。有關研究說明，高技術產品的成功率只有。由于高技術產品的高回報率，一旦產品開發(fā)成功，會給企業(yè)帶來十分豐厚的效益。對產品開發(fā)的風險評估包含在資金投入效益中，可采用新產品系數(shù)法。計算方法如下：式中新產品系數(shù)；技術成功率；商業(yè)成功率；預期年銷售量；產品定價；變動本錢；產品壽命周期；產品的固定本錢總值。較大的方案為較佳方案。等于表示最低水平，即勉強收回投資。產品方案通過立項評估后，就可以方案并實施新產品開

24、發(fā)了。機械產品的設計周期長，加工本錢高，開發(fā)投資大，尤其是技術集成度高的高精度產品，投資風險很高。正因如此，國外的機械制造商在我國市場上獲取了巨大的利潤。三、新產品開發(fā)的方式新產品的開發(fā)，可以采用以下一些方式：獨立研制依靠本企業(yè)自身力量獨立進行新產品開發(fā)，技術經濟實力雄厚的企業(yè)往往采用這種方式。一般的企業(yè)開發(fā)不太復雜的產品或開發(fā)仿制、改良產品也比擬適于這種方式。合作開發(fā)由企業(yè)和高?；蚩蒲袡C構合作進行技術開發(fā)。由于新產品開發(fā)可能涉及到較廣泛的學科領域，需要各種檢測設備、實驗設備，需要各類人材進行創(chuàng)新工作，而高校和科研機構在這些方面有較強的優(yōu)勢。技術引進通過購置專利，引進國外先進技術等方式，使企業(yè)

25、的產品迅速趕上先進水平，進入國際市場。但對工程的引進應充分掌握國內外技術開展的狀況，進行充分的市場分析，以減少風險和防止損失。我國連年出現(xiàn)的彩電價格大戰(zhàn)的一個重要原因就是沒有認真分析市場容量，盲目重復引進生產線所造成的。?第十編機械制造和加工技術常用數(shù)據(jù)及標準標準四、新產品開發(fā)的步驟新產品開發(fā)的順序為概念設計、方案設計、詳細設計、樣機試制，與評審、工藝設計、新產品鑒定、試銷、生產準備、批量生產。產品概念設計產品概念設計一般包括產品根本特征、技術原理、主要結構形式、主要功能、市場定位、技術規(guī)格、主要參數(shù)、目標本錢及與國內外類似產品的比擬等。在立項決策時概念設計就根本形成了。產品的概念有狹義概念和廣義概念。狹義概念是指具體產品；廣義概念又稱整體產品概念，如圖所示，它由核心局部