机械设计制造常用数据及标准规范实用手册第十编道

1、第十编机械制造和加工技术常用数据及标准标准第一章机械制造概论机械制造业是国民经济的根底产业。机械制造业生产的机械产品将成为国民经济各部门的机械装备。机械产品的生产通常围绕新产品开发、产品制造、产品销售和效劳三个阶段进行。新产品的开发主要在市场导向下，根据技术的开展和企业的资源，通过设计、试制、生产准备等活动，推出有市场前景的产品。它保证了企业的开展与未来。产品的制造主要是根据市场和订单所确定的批量，制造已开发的产品。产品的制造活动包括毛坯制造、切削加工、热处理、装配、检验及制造过程的组织与管理。制造活动可以在一个企业内进行，但更多的是通过社会化协作的方式进行。产品销售主要是把生产出的产品以一定

2、的渠道推向市场，提供应社会。同时使企业获取相应的利润。产品销售给用户企业后，为用户提供安装、调试、维修、使用指导、收集用户意见等售后效劳。良好的售后效劳是树立企业形象，争取顾客扩大市场的重要手段。第一节概述机械制造生产过程中，零件的加工是最根本的。按照由原材料或毛坯成为零件的过程中质量阴的变化，可以将制造工艺方法分为材料去除法质量减少，材料成形法质量不变和材料累积法质量增加三种类型。采用材料去除技术，如切削加工等，在加工过程中，通过一定的方式逐渐切除毛坯上的多余材料，获得具有一定形状、尺寸的零件，属于质量减少工艺。采用铸造、锻造、粉末冶金等材料成形法加工时，材料的形状、尺寸、性能发生变化，而其

3、质量未发生改变，属于质量不变工艺。材料累加法制造：也称快速成形：。这是在计算机控制下，材料逐渐累加成形，成形零件属于质量增加工艺。一、材料去除制造工艺材料去除制造工艺是按一定的方式从工件上切除多余的材料，得到所需形状、尺寸的零件。此类工艺要求工件外表有足够的多余材料。在材料的去除过程中，工件逐渐逼近理想零件的形状和尺寸。原材料或毛坯与零件的形状、尺寸相差越大，去除的材料就?第一章机械制造概论越多，材料损耗就越大，加工过程消耗的能源也越多。有时损耗的材料体积甚至超过零件自身的体积。虽然材料去除工艺的材料利用率低，但至今它依然是提高零件品质的主要手段，同时也具有很强的加工适应性，是机械制造中应用最

4、广泛的加工方式。材料去除法工艺与材料成形工艺相结合，可以大大降低原材料的消耗。随着少无切削加工技术精密铸造、精锻造等的开展，可以进一步提高材料的利用率。生产数量很少时，为了减少材料成形工艺投资，单纯采用材料去除工艺也是经济合理的。材料去除工艺有很多加工形式，包括传统的切削加工和特种加工。切削加工是用金属切削刀具在机床上切除工件毛坯上多余的金属，从而使工件的形状、尺寸和外表质量符合设计要求的工艺方法。切削过程中，刀具和工件安装在机床上，由机床带动实现一定规律的相对运动。在刀具与工件的相对运动过程中，多余的金属被切除，形成了工件的已加工外表。常见的金属切削加工方式有车削、铣削、刨削、拉削、磨削等。

5、金属切削过程中存在力、热、变形、振动、磨损等现象。对加工过程、加工质量都存在一定的影响。如何正确选择加工方法、加工机床、刀具、夹具和切削参数，改善加工质量，提高加工效益将是本书的重点讲述内容。特种加工是指利用电能、光能等对工件进行材料去除的加工方法。有电火花加工、电解加工、激光加工等。电火花加工是利用工具电极与工件电极之间产生的脉冲放电现象蚀除工件材料到达加工目的。加工时，工件电极与工具电极之间存在一定的放电间隙，而不直接接触，加工中没有力的作用，可以加工任何力学性能的导电材料。在工艺上其主要优点是可以对复杂形状的内轮廓外表进行加工，将其加工难度转化为外轮廓工具电极的加工，所以在模具制造中有特

6、殊的作用。由于电火花加工的金属去除率低，一般不用于产品的形状加工。激光加工、离子束加工多用于细微加工。随着科学技术的进步，在航天、计算机领域，有些加工精度和外表粗糙度要求特别高的零件，需要进行精密加工及超精加工。精密、超精密加工到达的尺寸精度可以达亚微米乃至纳米级。这些加工方法有超精密车削、超精密研磨等。二、材料成形制造工艺材料成形制造工艺多利用模型使原材料形成零件或毛坯。材料成形加工过程中，原材料的形状、尺寸、组织状态，甚至结合状态都会改变。由于成形精度一般不高，材料成形制造工艺常用来制造毛坯。也可以用来制造形状复杂但精度要求不太高的零件。材料成形工艺的生产效率较高。常用的成形工艺有铸造、锻

7、压、粉末冶金等。一铸造铸造是将液态金属浇注到与零件的形状尺寸相适应的铸型型腔中去，冷却凝固后获得毛坯或零件的工艺方法。根本工艺过程为造型、熔炼、浇注、清理等。由于合金铸造时的充型能力、收缩及其它因素影响，铸件可能会存在组织不均匀、缩孔、热应力、变形等缺陷，使铸件的精度、外表质量、力学性能不高。尽管如此，由于适应性强，生产?第十编机械制造和加工技术常用数据及标准标准本钱低，铸造加工依然得到十分广泛的应用。形状复杂，尤其有复杂内腔零件的毛坯常采用铸造。目前生产中常用的铸造方法有普通砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造等。其中，普通砂型铸造应用最广。二锻压锻造与板料冲压统称为

8、锻压。锻造是利用锻造设备对加热后的金属施加外力进行塑性变形，形成具有一定形状、尺寸和组织性能的零件毛坯。经过锻造的毛坯其内部组织致密均匀。金属流线分布合理，提高了零件强度。因此，锻造常用于制造综合力学性能要求高的零件的毛坯。锻造可分为自由锻造、模型锻造和胎模锻造。自由锻造是将金属置于上下抵铁之间进行金属塑性变形，利用自由流动的规律成形。成形效率低，精度低。一般用于生产批量较小，形状简单的锻件。模型锻造是将金属置于锻模的模膛中变形，金属的塑性流动受到模膛的限制，成形效率高，精度高，金属流线分布更加合理。但由于模具制造费用很高，通常用于大批量生产。与自由锻造相比，模型锻造时需要的锻造力大，不能用于

9、大型锻件的锻造。胎模锻造是在自由锻造的设备上利用胎模对金属进行锻造。胎模制造简单，本钱低，成形方便，但成形精度不高，常用来生产精度要求不高的小锻件。板料冲压是在压力机上利用冲模将板料冲压成各种形状和尺寸的制件。冲压加工具有极高的生产率和较高的加工精度，其加工形式有冲裁、弯曲、拉深、成形等。冲裁是将板料冲压成各种平面制件。弯曲、拉深等成形工序将板料冲压成各种立体制件。板料冲压在电气产品、轻工产品、汽车制造中有着十分广泛的应用。三粉末冶金粉末冶金是以金属粉末或金属与非金属粉末的混合物作为原料，经模具压制、烧结等工序，制造某些金属制品或金属材料的工艺方法。它既可以生产特种金属材料，又可以生产少无切削

10、加工的金属零件。粉末冶金制品的材料利用率能到达，可大量减少切削加工的投入，降低生产本钱，因此在机械制造中获得日益广泛的应用。由于粉末冶金所用蹬粉末原料价格高，成形时粉末的流动性差，零件形状的和大小受到一定的限制。粉末冶金制件内部存在一定量的微小孔隙，其强度比铸件或锻件约低，且塑性、韧性也较差。粉末冶金生产的工艺流程包括粉末制备、混配料、压制成形、烧结、整形等。其中粉末的制备与混配料工序通常由提供粉末的厂商完成。三、材料累积制造工艺材料累积制造工艺是将零件以微元叠加方式逐渐累积生长出来的。在制造过程中，将零件三维实体模型数据经计算机处理，控制材料的累积过程，形成所要的零件。此类?第一章机械制造概

11、论工艺方法的优点是无需刀具、夹具等生产准备活动，就可以成形任意复杂形状的零件。制造出采的原型可供设计评估、投标或样件展示。因此，这一工艺又称为快速成形技术。快速成形技术用于产品样件的制造、模具制造和少量零件的制造，成为加速新产品开发及实现并行工程的有效技术，使企业的产品能快速响应市场，提高企业的竞争能力。图光固化法原理扫描镜激光束光敏树脂零件原型树脂槽托盘快速成形技术的开展十分迅速，现在有几种方法已经进入应用阶段，主要有光固化法：、层叠制造法：、激光选区烧结法：、熔化堆积造型法：，其中光固化法是最早投入商业应用的快速成形技术图。如图所示，光固化法以光敏树脂为原料，将计算机控制的紫外激光按预定零

12、件分层截面对液态树脂逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反响，从而形成零件一个薄层截面。当一层固化完毕后，托盘下降一个薄层高度。在原先固化好的树脂外表再敷上一层新的液态树脂以便下一次扫描固化。新固化的一层牢固地与前一层粘合，如此重复，直到整个零件原型制造完毕。第二节机械产品的开发一、产品开发的意义机械装备是社会生活的重要物质根底。人类消费水平的提高，科学研究的开展，国民经济生产部门的技术革新与改良，国防的现代化都在要求开发功能全、高质量的机械装备。机械装备自身也是商品。在市场经济的竞争环境中，利润较高的适销产品，势必吸引众多企业参加市场、争夺市场。机械制造企业为了赢得竞争，也必须不断地推

13、出新的产品。工业兴旺的国家都比拟注重机械产品的开发。美国的汽车企业将销售收入的投入到汽车产品的研究开发中。随着社会需求的增加和科学技术的开展，许多先进技术被应用到机械产品中，机械装备的综合性能不断提高，同时也获得更多的利润。很长一段时间以来，我国放松了对机械产品的开发与升级换代，致使我国的机械工业出现全面下滑的局面，失去了大量市场，机械行业的利润十分微薄。由于生产技术装备落后，也引起相关行业的产品失去市场竞争力。?第十编机械制造和加工技术常用数据及标准标准任何产品都有一定的寿命周期。由于机械装备的投资一般较大，机械产品的寿命周期相对较长，但科学技术的开展和消费个性化的趋势，对技术装备要求不断提

14、高，使机械产品的市场寿命也在缩短。与其它产品一样，机械产品的市场寿命周期一般分为介绍期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。介绍期是为产品做市场宣传、改良产品以及为批量生产作准备的阶段，这时期的制造本钱高，销售量有限，价格也比拟高，销售产品还不能为企业带来利润。进入成长期，产品迅速占领市场，销售额扩大。由于进入批量生产，本钱降低，利润迅速增加。当市场接近饱和时，产品进入成熟期，此阶段销售量大，但增幅趋缓，企业利润丰厚。当市场饱和，剧烈的市场竞争使产品的原有价格压到极低水平，销售额持续下降，企业无法获得利润，或市场出现升级换代的新产品，原有产品便进入衰退期。企业经营的目的首先是经济效益。要使一个企业

15、长期取得良好的经济效益就应该经营好处于成长期和成熟期的产品，并不断完善功能，提高质量，延长其市场寿命。同时要做到未雨绸缪，加强新产品的开发，尤其是创新产品的开发，及早抢占市场的制高点。企业只有不断开发经营好有新的市场生命力的产品，才能使企业自身在剧烈的市场竞争中不断获得新的生命力。我国一些经营业绩好的大型企业如春兰集团、上海群众集团等在经营好现有产品的同时，都十分重视新产品的开发。二、新产品开发的决策新产品按创新的改良程度可分为：全新产品、换代产品、改良产品、仿制产品四类。全新产品指应用新原理、新结构、新技术和新材料制造的前所未有的产品。往往成为科技史上的重大突破。如最初的蒸汽机、飞机等等。全

16、新产品具有明显的技术经济优势，但其研制通常需要理论科学与应用技术的配合，需要企业、科研机构、高等院校的良好协作，开发周期较长。换代产品一般指产品的根本原理不变，局部采用新技术、新结构或新材料使产品的使用性能，经济指标显著改变，如家用洗衣机，从单、双缸向套缸的演变，从半自动向全自动的演变。改良产品是在对老产品进行各种技术改良后制造的、性能有一定提高的产品。如车床就是在原车床的根底上改良后制造的。通过对老产品改造而开发出新产品应该是企业开展新产品的经常性工作。仿制产品是模仿市场上其它企业产品而生产的。仿制产品节省了产品开发的大量资金、人力和时间，开发风险小、收效快。但承受着生产成熟厂家的竞争压力，

17、并且容易造成知识产权纠纷。企业应该开发什么样的产品，必须来源于系统全面的市场调查，认真的评价分析和科学的决策。通常，如果说产品开发的决策、技术开发、中试、生产上市几个阶段的资金投入比例是，那么它们对该产品开发是否成功，即市场前景和企业效益的影响度那么为。正确的决策是至关重要的，盲目的决策往往导致产品开发的失败。?第一章机械制造概论一开发调研新产品开发决策的依据是开发调研。开发调研可从以下几个方面进行，即科技调研、市场调研、竞争环境调研、企业内部调研。科技调研主要是调查科技新动态，形成产品的技术源，如其技术的先进性、成熟度、技术可行性等。科技调研对企业新产品开发的走势有重要影响。如我国某企业年初

18、引进日本录像机单元生产线，没有注意到与国内录像机产品的技术配套，生产线建成后没有订货，面临破产窘境。在注重技术先进性的同时，对技术的成熟度和可行性也必须认真对待。考虑企业自身的技术开发实力，可投入的资金和承当风险的能力，往往选择“适用技术、“渐近改良可能是更稳妥的途径。全新产品的开发可能给企业带来高的效益，但成功率不高，企业要承当较大的风险。市场调研主要是调查市场需求。通过细分市场的调查，分析产品可能到达的市场目标、市场可能接受的产品功能及价格。了解不同的用户对产品的功能、档次、价格的需求。市场调研使产品的开发具有一定的针对性。消费市场可按地域、人口、消费心理、消费行为等进行细分。生产资料一般

19、按国民经济的生产部门、地域、资源状况进行划分。例如，我国南方农村长期以来需要外形尺寸较小的联合收割机以适应小块田地的作业。我国的农机管理部门、研究院所、生产企业没有注意这一市场需求，直到日本产品进入我国市场后才意识到。竞争环境调研一方面要研究了解国家的法律、法规、行业政策导向，如环境保护条例、国家在某些行业或产业的减免税政策等。另一方面也要调查研究国内外竞争对手的情况，如竞争对手的产品功能、质量、价格、经营状况、产品开发趋势等，做到知己知彼，百战不殆。企业内部调研主要是研究企业的资源。根据企业自身的设备、资金、人力、技术、管理等方面的情况来考虑在拟工程的长处和缺乏，确立企业的中长远目标和短期目

20、标以及企业的经营策略等。企业为了节约开发费用和生产组织费用，往往在相近的产品中进行开发，但有时企业为了在市场剧烈变化的环境中立于不败之地，采取多种经营战略，专门选择领域差异较大的产品进行开发生产，以提高其抗风险能力。开发调研可采用信息归纳、调查表调查、实地考察、专家论证等方法，被调查对象应该来自多个方面，这样可以从各个角度来考察、衡量所要开发的工程。二立项决策表表示了对一个新产品开发调查的结果，表中的每一项都是利用某一方法调研得到的数据，每项统计出平均值。总体抽调结果可以根据各项结果加权平均。每一要素的权值可根据企业经营战略思想来定。如果企业开发产品着眼于长远利益及高技术形象，技术评估诸项可取

21、较高的权值；如果企业着眼于经济效益，竞争能力的诸项权值可高一些。表中总的得分应在。之间，总的得分越高，产品越值得开发，假设有几项产品可供选择开发，那么更容易说明问题。经过调研分析，如果对某一产品的开发有了初步认定，就可对产品的市场、功能设?第十编机械制造和加工技术常用数据及标准标准计、价格进行定位，然后进行产品概念设计，确定产品的各项指标，优化产品方案，并进行立项评估。表新产品评估等级表要素类要素等级权值得分技术评估先进新颖性成熟度技术独占度质量指标适用性评估与原有技术兼容性现有设备可用性现有人才可用性现有销售渠道可用性竞争能力评估市场宽度可达市场占有率与开展政策关系环境保护总计立项评估的内容

22、主要是经济分析和风险分析。经济分析经济分析的方法有多种，有盈亏平衡销售量法、投资回收期法、资金利润率法、利润贴现率法等。这里简介盈亏平衡销售法和利润贴现率法。盈亏平衡销售量法：这是计算到达投入、产出平衡的最少销售量。式中盈亏平衡的销售量；年平均固定本钱；单位产品售价；单位产品变动本钱。如果市场预测销售量超过，该产品就有盈利。利润贴现率法：主要反映资金的时间价值。式中产品所需要的最初投资；第；年的税后收入；第；年的产品总本钱。由公式计算利润贴现率时，可以先设一个初值进行迭代运算。的值越大越好，至少大于企业现有的平均利润率。两种分析方法比拟，盈亏平衡销售量法简单，但其固定本钱、销售价格及变动本钱是

23、?第一章机械制造概论不变的，与真实情况有出入。而利润贴现率既反映了资金的投入效益，又反映了资金的时间价值，分析效果更好。风险分析新产品的开发是有风险的。往往技术含量越高的产品的投入越大，但成功率却越低。有关研究说明，高技术产品的成功率只有。由于高技术产品的高回报率，一旦产品开发成功，会给企业带来十分丰厚的效益。对产品开发的风险评估包含在资金投入效益中，可采用新产品系数法。计算方法如下：式中新产品系数；技术成功率；商业成功率；预期年销售量；产品定价；变动本钱；产品寿命周期；产品的固定本钱总值。较大的方案为较佳方案。等于表示最低水平，即勉强收回投资。产品方案通过立项评估后，就可以方案并实施新产品开

24、发了。机械产品的设计周期长，加工本钱高，开发投资大，尤其是技术集成度高的高精度产品，投资风险很高。正因如此，国外的机械制造商在我国市场上获取了巨大的利润。三、新产品开发的方式新产品的开发，可以采用以下一些方式：独立研制依靠本企业自身力量独立进行新产品开发，技术经济实力雄厚的企业往往采用这种方式。一般的企业开发不太复杂的产品或开发仿制、改良产品也比拟适于这种方式。合作开发由企业和高校或科研机构合作进行技术开发。由于新产品开发可能涉及到较广泛的学科领域，需要各种检测设备、实验设备，需要各类人材进行创新工作，而高校和科研机构在这些方面有较强的优势。技术引进通过购置专利，引进国外先进技术等方式，使企业

25、的产品迅速赶上先进水平，进入国际市场。但对工程的引进应充分掌握国内外技术开展的状况，进行充分的市场分析，以减少风险和防止损失。我国连年出现的彩电价格大战的一个重要原因就是没有认真分析市场容量，盲目重复引进生产线所造成的。?第十编机械制造和加工技术常用数据及标准标准四、新产品开发的步骤新产品开发的顺序为概念设计、方案设计、详细设计、样机试制，与评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、生产准备、批量生产。产品概念设计产品概念设计一般包括产品根本特征、技术原理、主要结构形式、主要功能、市场定位、技术规格、主要参数、目标本钱及与国内外类似产品的比拟等。在立项决策时概念设计就根本形成了。产品的概念有狭义概念和广义概念。狭义概念是指具体产品；广义概念又称整体产品概念，如图所示，它由核心局部