優化零件設計 降低制造成本

□ 張 毅 □ 楊中凱 □ 馮宇佳 □ 王 松

航空工業新鄉航空工業集團 河南新鄉 453000

1 研究背景

在日常設計工作中,對零件進行合理的優化設計,可以提高工藝性和經濟性,對降低產品的生產制造成本能夠起到十分重要的作用。特別是在目前產品原材料成本和人力資源成本不斷上漲的情況下,優化零件設計、降低制造成本顯得尤為重要。筆者對銷軸、軸套、端軸、管夾底板四種零件進行優化設計,提高零件的工藝性,降低生產制造成本,最終達到降本增效的目的。

銷軸、軸套、端軸、管夾底板是某產品上的四個自制零件,通過對零件進行合理優化,改進制造工藝,使生產制造成本得到不同程度的降低,經濟效益明顯。

2 銷軸

銷軸原設計如圖1所示。

▲圖1 銷軸原設計

銷軸加工制造的難點是軸端潤滑油孔的鉆削,屬于典型深孔鉆削加工,鉆削長徑比達到48,并且只能從一端鉆削加工。在對軸端潤滑油孔進行加工時,需要用到φ5加長麻花鉆、φ9麻花鉆、M10×1細牙絲錐共三種刀具。筆者對銷軸進行合理的優化設計,如圖2所示。

▲圖2 優化設計后銷軸

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

3 軸套

軸套原設計如圖3所示。

▲圖3 軸套原設計

軸套的優化設計主要是對孔內三條潤滑槽進行優化,以降低制造難度,增強潤滑效果。原設計在直徑僅有60 mm、長度達308 mm的軸套中加工均布三個半徑為1.5 mm的油槽,加工難度和成本均很大。因為涉及到三條均布油槽的加工,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行分度插削加工,但因孔徑小、長度大,不利于觀察和測量,成品率較低,制造成本偏高。

直線型油槽的設計在與銷軸實際配合中,使用效果并不理想,三條直線型油槽將潤滑通路筆直割斷,存在先天性設計不合理,因此,更加有必要進行優化設計。優化設計后軸套如圖4所示。

由圖4可以看出,優化設計后的軸套相比原軸套,最大不同之處是將φ60孔內的三條均布直線型油槽改為兩條相隔180°、沿整個軸套長度方向的連續螺旋型油槽。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行,采用車削雙頭大螺距內螺紋的方法便可以非常方便地進行加工,僅需將加工刀具的刀頭由車削內螺紋的尖刀改為半徑為1.5 mm的外圓弧刀頭即可,加工質量和精度均能得到有效保證。同時,油槽對相配合的銷軸的潤滑效果更好,內部的油路連續、均勻地在整個圓周不同方位實現有效潤滑。

▲圖4 優化設計后軸套

▲圖5 螺旋型油槽

4 端軸

端軸原設計如圖6所示。

▲圖6 端軸原設計

端軸原設計為一體式結構,采用直徑為130 mm的圓鋼下料,進行車削加工。因為大部分加工量集中于φ40軸段車削加工,所以材料的利用率很低。同時整個零件的加工余量和加工時間很大部分都用于φ40軸段的車削加工,工藝經濟性差,加工制造成本高。優化設計后端軸如圖7所示。

▲圖7 優化設計后端軸

優化設計后端軸分為上下兩部分,使用φ25H7/p6過盈配合進行裝配,成為整體結構。優化設計與原設計相比,在材料利用率和加工時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基準孔鉸削和φ25p6外圓軸段磨削。綜合考慮整個端軸的制造成本,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

管夾底板原設計如圖8所示。

▲圖8 管夾底板原設計

管夾底板原設計為一體式結構,采用厚度為40 mm的板料下料。毛坯在車床上采用四爪單動卡盤裝夾,車削出上部φ42圓柱凸臺。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。同時整個零件的加工余量和加工時間很大部分都用于φ42外圓軸段車削成形,工藝經濟性差,加工制造成本高。優化設計后管夾底板如圖9所示。

▲圖9 優化設計后管夾底板

優化設計后管夾底板使用組合式結構,分為上下兩部分,采用M42×2細牙螺紋連接成為一個整體。與原設計相比,優化設計在材料利用率和加工時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,以便于螺紋連接時的擰緊。優化設計后細牙螺紋保證了良好的螺紋自鎖效果,不易產生螺紋連接松動的情況。

6 結束語

筆者對銷軸、軸套、端軸、管夾底板四種零件進行優化設計,使生產制造成本不同程度降低,對提高經濟效益、降本增效起到積極作用,有助于工程技術人員在日常設計工作中提高工藝經濟性和成本意識。