優(yōu)化零件設(shè)計(jì) 降低制造成本

□ 張 毅 □ 楊中凱 □ 馮宇佳 □ 王 松

航空工業(yè)新鄉(xiāng)航空工業(yè)集團(tuán) 河南新鄉(xiāng) 453000

1 研究背景

在日常設(shè)計(jì)工作中,對(duì)零件進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì),可以提高工藝性和經(jīng)濟(jì)性,對(duì)降低產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本能夠起到十分重要的作用。特別是在目前產(chǎn)品原材料成本和人力資源成本不斷上漲的情況下,優(yōu)化零件設(shè)計(jì)、降低制造成本顯得尤為重要。筆者對(duì)銷軸、軸套、端軸、管夾底板四種零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),提高零件的工藝性,降低生產(chǎn)制造成本,最終達(dá)到降本增效的目的。

銷軸、軸套、端軸、管夾底板是某產(chǎn)品上的四個(gè)自制零件,通過對(duì)零件進(jìn)行合理優(yōu)化,改進(jìn)制造工藝,使生產(chǎn)制造成本得到不同程度的降低,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

2 銷軸

銷軸原設(shè)計(jì)如圖1所示。

▲圖1 銷軸原設(shè)計(jì)

銷軸加工制造的難點(diǎn)是軸端潤(rùn)滑油孔的鉆削,屬于典型深孔鉆削加工,鉆削長(zhǎng)徑比達(dá)到48,并且只能從一端鉆削加工。在對(duì)軸端潤(rùn)滑油孔進(jìn)行加工時(shí),需要用到φ5加長(zhǎng)麻花鉆、φ9麻花鉆、M10×1細(xì)牙絲錐共三種刀具。筆者對(duì)銷軸進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì),如圖2所示。

▲圖2 優(yōu)化設(shè)計(jì)后銷軸

將原來的深盲孔優(yōu)化設(shè)計(jì)為通孔,右端的M12螺孔對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的銷軸不產(chǎn)生影響,由此將油孔的鉆削加工由只能從一端加工優(yōu)化為從兩端均可加工。同時(shí),油孔的直徑由原來的5 mm改為9 mm,優(yōu)化設(shè)計(jì)后鉆削長(zhǎng)徑比為16,僅僅為原鉆削長(zhǎng)徑比的1/3,在實(shí)際制造加工中工藝性和制造成本均有顯著降低。優(yōu)化設(shè)計(jì)后大大縮短了油孔的加工時(shí)間,提高了刀具的剛度,在很大程度上降低了因深孔鉆削時(shí)鉆頭折斷而產(chǎn)生報(bào)廢品的概率,同時(shí)降低了刀具的成本,在鉆削至一定深度后可直接用M10×1細(xì)牙絲錐攻螺紋。

3 軸套

軸套原設(shè)計(jì)如圖3所示。

▲圖3 軸套原設(shè)計(jì)

軸套的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是對(duì)孔內(nèi)三條潤(rùn)滑槽進(jìn)行優(yōu)化,以降低制造難度,增強(qiáng)潤(rùn)滑效果。原設(shè)計(jì)在直徑僅有60 mm、長(zhǎng)度達(dá)308 mm的軸套中加工均布三個(gè)半徑為1.5 mm的油槽,加工難度和成本均很大。因?yàn)樯婕暗饺龡l均布油槽的加工,不同于僅有一條油槽的加工,目前僅可采用小型插床進(jìn)行分度加工或采用線切割加工油槽。若利用線切割加工,不僅加工成本高,而且加工效果并不理想。因此,較為合適的方法還是采用小型插床來進(jìn)行分度插削加工,但因孔徑小、長(zhǎng)度大,不利于觀察和測(cè)量,成品率較低,制造成本偏高。

直線型油槽的設(shè)計(jì)在與銷軸實(shí)際配合中,使用效果并不理想,三條直線型油槽將潤(rùn)滑通路筆直割斷,存在先天性設(shè)計(jì)不合理,因此,更加有必要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)后軸套如圖4所示。

由圖4可以看出,優(yōu)化設(shè)計(jì)后的軸套相比原軸套,最大不同之處是將φ60孔內(nèi)的三條均布直線型油槽改為兩條相隔180°、沿整個(gè)軸套長(zhǎng)度方向的連續(xù)螺旋型油槽。螺旋型油槽如圖5所示。

油槽的加工制造可以在普通車床上進(jìn)行,采用車削雙頭大螺距內(nèi)螺紋的方法便可以非常方便地進(jìn)行加工,僅需將加工刀具的刀頭由車削內(nèi)螺紋的尖刀改為半徑為1.5 mm的外圓弧刀頭即可,加工質(zhì)量和精度均能得到有效保證。同時(shí),油槽對(duì)相配合的銷軸的潤(rùn)滑效果更好,內(nèi)部的油路連續(xù)、均勻地在整個(gè)圓周不同方位實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。

▲圖4 優(yōu)化設(shè)計(jì)后軸套

▲圖5 螺旋型油槽

4 端軸

端軸原設(shè)計(jì)如圖6所示。

▲圖6 端軸原設(shè)計(jì)

端軸原設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu),采用直徑為130 mm的圓鋼下料,進(jìn)行車削加工。因?yàn)榇蟛糠旨庸ち考杏讦?0軸段車削加工,所以材料的利用率很低。同時(shí)整個(gè)零件的加工余量和加工時(shí)間很大部分都用于φ40軸段的車削加工,工藝經(jīng)濟(jì)性差,加工制造成本高。優(yōu)化設(shè)計(jì)后端軸如圖7所示。

▲圖7 優(yōu)化設(shè)計(jì)后端軸

優(yōu)化設(shè)計(jì)后端軸分為上下兩部分,使用φ25H7/p6過盈配合進(jìn)行裝配,成為整體結(jié)構(gòu)。優(yōu)化設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)相比,在材料利用率和加工時(shí)間上都得到了很大改善。上下兩部分加工工序中,只增加了φ25H7基準(zhǔn)孔鉸削和φ25p6外圓軸段磨削。綜合考慮整個(gè)端軸的制造成本,相比原采用φ130圓鋼整體加工,加工制造成本有很大程度的降低。

5 管夾底板

管夾底板原設(shè)計(jì)如圖8所示。

▲圖8 管夾底板原設(shè)計(jì)

管夾底板原設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu),采用厚度為40 mm的板料下料。毛坯在車床上采用四爪單動(dòng)卡盤裝夾,車削出上部φ42圓柱凸臺(tái)。大部分加工集中于φ42外圓軸段車削加工成形,材料的利用率低。同時(shí)整個(gè)零件的加工余量和加工時(shí)間很大部分都用于φ42外圓軸段車削成形,工藝經(jīng)濟(jì)性差,加工制造成本高。優(yōu)化設(shè)計(jì)后管夾底板如圖9所示。

▲圖9 優(yōu)化設(shè)計(jì)后管夾底板

優(yōu)化設(shè)計(jì)后管夾底板使用組合式結(jié)構(gòu),分為上下兩部分,采用M42×2細(xì)牙螺紋連接成為一個(gè)整體。與原設(shè)計(jì)相比,優(yōu)化設(shè)計(jì)在材料利用率和加工時(shí)間上都得到了很大改善。加工工序中只是在螺母上端增加了38 mm扳手面銑削工序,以便于螺紋連接時(shí)的擰緊。優(yōu)化設(shè)計(jì)后細(xì)牙螺紋保證了良好的螺紋自鎖效果,不易產(chǎn)生螺紋連接松動(dòng)的情況。

6 結(jié)束語

筆者對(duì)銷軸、軸套、端軸、管夾底板四種零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),使生產(chǎn)制造成本不同程度降低,對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益、降本增效起到積極作用,有助于工程技術(shù)人員在日常設(shè)計(jì)工作中提高工藝經(jīng)濟(jì)性和成本意識(shí)。