第六章结构工艺产品金海艺术设计32课件

第六章结构•工艺•产品金海艺术设计学院重点概念结构设计钣金注塑脱模斜度加强筋结构设计概述结构设计的含义结构设计是产品设计中技术设计阶段的一个重要环节，它是指在总体设计的基础上，根据选定的原理方案，针对产品的内部结构和机械部分的设计，确定满足功能要求的零部件材料、热处理方式、零部件结构尺寸等。各种科学的最新成果和先进的技术系统要构成具有实用价值的实用产品，就必需有机械系统与外壳结构、安装结构系统的支持。典型产品机械系统与机构种类1.通过各种动力、传动机构及其相互组合，构成机器设备中的特定机械与机构的功能系统，以实现运动、能量和信息的传递、转换、控制、显示和记录，以及完成机器设备功能所要求的各种动作。2.通过机座、机壳等各种基体零部件和紧固件的组合，设备中机构的机架和支承系统，以实现设备、仪器各种元器件的刚性或弹性联接、固定和调整，保证各元器件获得所要求的、确定的和稳定的相对位置。典型产品机械系统与机构种类SONY摄像机典型产品机械系统与机构种类SONY摄像机典型产品机械系统与机构种类传动结构系统典型产品机械系统与机构种类支架结构系统产品结构设计的内容功能设计——满足并在技术上具体实现产品的主要功能要求。质量设计——兼顾其他要求和限制，提高产品的质量和性能价格比。这已成为现代工程设计的特征。优化设计和创新设计——用结构设计变元等创新设计方法系统地构造尽可能大的结构方案解空间，并用创造性设计思维方法和其他科学方法进行优选和创新。CAD技术的应用——计算机辅助设计技术应用于产品结构设计的计算、制图，以及制备技术文件等工作，并为设计师提供丰富的设计信息，提高设计师的空间思维能力和创新能力。产品结构设计的内容北斗军用对讲机设计产品结构设计的内容北斗军用对讲机设计产品结构设计的内容北斗军用对讲机设计产品结构设计的内容榨油机设计产品结构设计的内容榨油机设计结构设计的特点产品结构的组成零件

又称元件，是组成产品的最基本成分，是一种不采用装配工序而制成的成品。如螺钉、弹簧、轴等。部件又称器件，是生产过程中由加工好的两个或两个以上的零件，按装配图要求装配而成的一个单元。如滚动轴承、减振器等。组件又称整件，由若干零件和部件，装配成的一种具有完整机构和结构，能实施独立功能，能执行一定任务的装置，从而将比铰复杂产品的装配分成若干高级阶段，如减速器、录像机机芯、磁带机芯等。整机是由若干组件、部件和零件按总装配图要求，装配成的完整的仪器设备产品。。产品结构的组成汽车轮胎－部件产品结构的组成汽车变速箱－组件结构设计的特点实践性特点实践性是结构设计创新的源泉与归宿。有问题要解决，人们才会千方百计地想办法，以满足自己解决问题的需要，从而获得一个满意的设计结果。反过来，通过实践获得实践经验又帮助设计师优化他们的设计。长期以来，机械结构设计依靠的就是机械设计师的实践经验。结构设计实践性特点保证销钉容易拆装结构设计实践性特点节省材料结构设计实践性特点整体锻造上铸钢、下锻造结构设计实践性特点手转陀螺3D打印拆件结构设计实践性特点手转陀螺3D打印拆件结构设计的特点细节性特点结构设计是一种细节性设计。与原理方案设计相比，结构设计是通过许多细节设计来兼顾产品的各种要求，细节的总和就是质量，现代技术产品的竞争焦点不是其工作原理，而是产品的技术指标。细节不是无关大局的小节。结构细节决定了产品质量的高低，结构上的细节缺陷可能导致整个零件难以甚至无法制造和实现其功能。结构设计细节性特点减少零件加工面积结构设计细节性特点避免较大应力结构结构设计细节性特点减少圆弧加工结构设计细节性特点螺纹孔结构改进结构设计的特点多样性特点通过改变零件结构本身的形态、形状、位置、数目、尺寸，零件的材料，零件间的连接方式、运动方式等，可以得到许多不同的机械结构方案。满足同样功能的结构的多样性，得到一个尽可能大的结构设计方案解空间，是进行结构创新设计过程中的一个不可缺少的环节，同时也是进行结构创新设计和优化设计的重要前提。结构设计多样性特点滚动导轨的结构形式矩形滚动导轨三角形滚动导轨十字交叉滚动导轨结构设计多样性特点指甲剪的结构形式结构设计的特点创造性特点结构创新设计就是要构造出大量可供优选的可能性方法，即构造出大的优化求解空间，为优化设计提供依据，这是结构设计中最具创造性的地方。在对过去的经验和知识的分解和综合基础之上，充分发挥设计师的创造性能力，将会设计出性能更完善的产品。结构设计创新性特点不断创新的冰箱门把手结构设计创新性特点不断创新的冰箱门把手结构设计的要求和市场有关的要求市场是最高要求，是结构设计、产品开发的最终归宿。结构设计者首先要弄清楚所设计的产品是为什么样特定的市场准备的，工业化国家和发展中国家，个人消费和集团消费所要求的重点是不同的。技术现状、竞争对手状况和市场需求是市场要求的重点。和市场有关的要求B超－不同批量的造型结构和市场有关的要求商用与家用吸尘器和市场有关的要求农用与都市摩托车和环境有关的要求这一要求有两方面其一是产品对环境的影响；其二是环境对产品的干扰。产品在生产、使用和报废的全过程应对环境(人、动物、植物、空气、水、大地）不产生物质排放等。产品遭受的干扰包括物理、化学或生物式的。物理式的干扰有空气潮湿、灰尘、赃物结垢、光、冷、热、静电聚集和重力变化等。化学式的干扰有腐蚀和氧化等。和环境有关的要求产品环保生命周期图例和环境有关的要求硅胶水瓶和环境有关的要求纸袋衣架和环境有关的要求竹制西餐具和环境有关的要求插座安全设计和环境有关的要求户外垃圾桶和社会有关的要求产品是为满足人类社会的需求而开发生产的，因此它不能和社会的要求相违背。这些要求通常以规范、标准、规定、法律、专利等形式加以确定。产品设计一定要注意这些方面的要求和限制。和社会有关的要求被刀片结构专利打败的美的豆浆机和社会有关的要求和生产有关的要求产品要开发、加工、储藏、运输和销售，这一系列过程中的很多要求必须在设计过程中考虑到。这些要求统称为生产要求，可分为下列几个方面：开发要求、加工要求、装配要求、检测要求、储存和运输要求、使用要求、保养要求、修理要求、回收要求、报废要求。和生产有关的要求台湾企业的产品全生命周期概念和生产有关的要求优秀产品设计典范——潘顿椅和生产有关的要求模块化设计——积木插座和生产有关的要求模块化设计——自行车结构和故障有关的要求在结构设计阶段，应采用适当的防范措施，避免一些消极因素的产生，至少尽量避免这些消极因素的影响。消极因素包括摩擦、磨损、内应力、材料疲劳、老化、腐蚀、发热和热膨胀、蠕变、自振和共振、自重等。这里的关键是在结构设计阶段要能准确认识到可能发生的故障及其原因，因此，了解该产品的使用经验和工作环境条件非常有益。和生产有关的要求车门按键与洗衣机按键和生产有关的要求皮沙发与不锈钢椅常见产品结构设计常见产品结构设计工业设计专业涉及的的结构设计内容，主要是产品的外部壳体结构设计。目前壳体材料主要是金属板材通过钣金冲压工艺成型和塑料通过注塑工艺成型。

金属板料冲压成型工艺（钣金工艺）板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。冲压通常在室温下进行，故又称冷冲压。冲压件的表面质量好，尺寸精度高，冲压可使零件获得合理的截面结构，同时，冷变形可使零件产生加工硬化，因此，冲压件的强度较高。冷冲压可生产形状复杂的零件或产品，操作简单，便于机械化、自动化生产，生产率高，成本低。板料冲压所用原材料必须具有足够的塑性，常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铜合金、铝合金等。冲压加工的应用范围十分广泛，在电子工业，冲压件（包括钣金件）的数量约占零件总数的85%以上。此外，冲压加工在汽车、摩托车、电器、电机、仪器仪表等机械工业和国防工业以及日常生活用品的生产方面，也占据着十分重要的地位。钣金工艺冲压配件钣金工艺车身成型冲压加工基本工序冲压加工方法可以分为分离工序和成形工序两大类。分离工序是将冲压件或毛料沿一定轮廓相互分离，其特点是板料在冲压力作用下使板料发生剪切而分离。成形工序是在不破坏的条件下使板料产生塑性变形，形成所需形状及尺寸的零件，其特点是板料在冲压力作用下，板料只发生塑性变形而不破裂。分离工艺分离工艺是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺。如切断、落料、冲孔和修整等。

冲裁

冲裁是利用冲裁模使板料产生分离的冲压工艺。落料时，冲下的部分为成品，余下的部分为废料；冲孔则相反，冲下部分为废料，余下的部分为成品。

切断是用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。

修整

修整是利用修整模沿冲裁件边缘或内孔去除一薄层金属，以消除冲裁件断面上的毛刺和斜度，使之成为光洁平整的切面。分离工艺～弯曲工艺是使坯料的一部分相对于另一部分弯成一定角度的弯曲工艺。可利用相应的模具把金属板料弯成各种所需的形状。

弯曲所用的材料有板料、棒料、管材和型材。弯曲工作可利用模具在冲床上进行，也可在专用设备上进行。如弯板机、弯管机、滚弯机、拉弯机等。

弯曲工艺弯曲工艺弯曲工艺与冲击模弯曲工艺弯管弯曲工艺钣金分块拉深工艺拉深也称拉延，它是利用模具使平面毛料变成开口的空心零件的冲压工艺方法。

拉深模的主要零件有凸模、凹模和压边圈。在凸模的作用下，原始毛料，在凹模端面和压边圈之间的缝隙中变形，并被拉进凸模与凹模之间的间隙里形成空心零件。

用拉深工艺可以制成筒形、阶梯形、锥形、球形、方盒形和其它不规则形状的薄壁零件，

拉深工艺～拉深示意图缩口工艺

斜口直口圆口胀形工艺~翻边工艺翻边工艺局部成型工艺冲压工艺过程在利用板料制造各种零件时，各种工序的选择、工序顺序的安排以及各工序应用次数的确定，都以产品或零件的形状和尺寸，每道工序中材料所允许的变形程度为依据。

冲压工艺过程冲模分类简单冲模连续冲模连续冲模连续冲模钣金结构设计钣金的概念钣金是针对金属薄板（通常在6mm以下）一种综合冷加工工艺，包括剪、冲/切/复合、折、焊接、铆接、拼接、成型（如汽车车身）等。其显著的特征就是同一零件厚度一致。

钣金结构设计的要求弯曲件的结构设计具有良好工艺性的弯曲件，能简化弯曲的工艺过程和提高弯曲件的精度。钣金结构的设计弯曲件的结构设计形状对称、半径一致直边高度适中钣金结构的设计弯曲件的结构设计钣金结构的设计弯曲件的结构设计钣金结构设计的要求冲裁件的结构设计冲裁件的结构设计是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。良好的冲裁结构设计应保证材料利用率高、工序数目少、模具结构简单且寿命高、产品质量稳定等。一般情况下，对冲裁件结构影响最大的是精度要求和几何形状及尺寸。钣金结构的设计冲裁件的结构设计形状简单、圆角过渡、大小适中、间距与边距适中（具体数值见书）钣金结构设计的要求拉伸件的结构设计钣金结构的设计拉伸件的结构设计形状简单对称、尽量采用旋转体、凸缘与外轮廓相仿、圆角半径合适、底部冲孔合适钣金结构的设计折弯与冲裁结构设计钣金结构的设计~拉深设计塑料加工成型工艺塑料的加工成型工艺塑料的加工成型是目前应用极为广泛的加工工艺，现代工业产品，大部分是塑料外壳。本节主要介绍注塑成型和吹塑成型。

塑料的成分复杂。塑料的主要原料为树脂，基本上可分为粉状、颗粒状和溶液三类。在塑料加工成型前，还需要在树脂里加人各种助剂和填料。为了便树脂和各种助剂、填料均匀混合形成均匀的复合物，通常要通过混合、捏合或塑炼过程。塑件成型的主要方法塑件的成型方法很多，主要有注射、压缩、挤出、压注和吹塑等。压缩成型

压缩成型就是借助加热和加压，使直接放入型腔内的塑料熔融，固化成型。它主要用于热固性塑料。但目前也有较多的热塑性塑件用压缩法成型。

挤出成型

挤出成型的方法是：将软化或塑化后的塑料，在螺杆或柱塞的加压作用下，使熔融塑料通过成型机头后逐渐冷却硬化成型。它主要用于成型热塑性塑料产品，通常是制造连续型材的塑料产品，如塑料管。挤出成型压注成型

压注成型就是通过柱塞，使加料腔内受热塑化熔融的热固性塑料，经浇注系统压入被加热的闭合型腔并固化成型。它主要用于热固性塑料产品。注塑成型注塑成型也称注射成型或注射模塑。其过程是加温塑化，然后向模具型腔注射并定型，待冷却固化后开模取出塑料制成品。这种加工工艺适合于全部热塑性塑料和部分热固性塑料。注塑成型大量用于各种工业品和民用日用品的生产。注塑成型的设备是注塑机。其原理是将加热后熔融的液态塑料，从模口加压注入模具的型腔中，凝固冷却而成型。注塑成型注塑成型注塑机注塑成型立式注塑机注塑成型注塑机螺杆注射模具基本结构注射模的基本结构是由注射机的形式和塑料产品复杂程度等因素决定的。注射模分为动模和定模两大部分。动模和定模闭合构成型腔和浇注系统等，开模后动模与定模分开而取出塑件。注射模成型零部件成型零部件是指模具型腔的零部件，它包括型芯、凹模等。

（Ａ）分型面

分型面就是动、定模或瓣合模的接触面，模具分开后由此可取出塑件和浇注系统凝固料。

（Ｂ）凹模结构形成零件外表面（Ｃ）型芯结构型芯是用来成型塑件内表面的零件。单分型面开模侧向分型模具的抽芯机构当塑料产品的侧面有孔或凹槽时，必须采用侧型芯，这种侧型芯应制成活动件，在塑件脱模前抽出侧型芯。设计塑料产品应尽量避免侧面有孔或凹槽，少用抽芯机构。脱模机构、推出装置塑件必须从模具型腔脱出，脱出塑件的机构称为脱模机构。基本脱模方法为推杆脱模法。一般是推杆的端面与塑件接触，称为面接触推杆。脱模机构、推出装置塑料壳-V3冷却和加热装置、排气系统～

为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具内设有冷却或加热装置。

模具冷却方法：是在型腔周围或型芯内设冷却介质通道，使冷却介质在通道及管路中循环，调节模具所需的温度。模具可以用水、压缩空气和冷冻水冷却，最常用的是水。为了在注射过程中将型腔内的空气排出，在分型面处应开设排气槽。吹塑成型

吹塑成型主要有两类：薄膜吹塑和中空容器吹塑。适用于聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PU)等塑料。

中空容器的吹塑成型通常有挤出吹塑和注射吹塑两种。实际使用中以挤出吹塑为多，且两者原理基本相同。目前，各种化妆品容器，存装水、各种液体和油脂的容器等制品大最采用吹塑成型工艺制造。吹塑成型吹塑成型工作原理吹塑成型吹塑成型塑料产品的结构设计塑料产品结构塑料产品结构的几何形状包括：形状、壁厚、加强筋、支承面、脱模斜度、圆角、孔、标志与花纹等。塑料产品的结构设计塑料产品的形状塑料产品应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔，这样可避免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构和使分型面上留下飞边。塑料产品的结构设计塑料产品的形状避免侧抽芯塑料产品的结构设计塑料产品的形状提高强度和刚度塑料产品的结构设计塑料产品的形状提高强度和刚度塑料产品的结构设计塑料产品的形状带“帽檐”的的塑料杯和塑料盆塑料产品的结构设计塑料产品的形状带“帽檐”的的塑料杯和塑料盆塑料产品的结构设计塑料产品的壁厚料产品的外壳壁厚取决于塑料件的使用条件，即强度刚度、结构、电性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求。但壁厚的大小对塑料成型影响很大，所以合理地选择塑料件壁厚是很重要的。（具体参见书P61）塑料产品的结构设计塑料产品的壁厚手机壳与接线盒的厚度差异塑料产品的结构设计塑料产品的壁厚塑料产品的结构设计塑料产品的脱模斜度

脱模斜度又称拔模斜度、出模斜度。塑料成型后塑料产品紧紧抱住模具型芯或型腔中凸出部位，给取出产品带来困难。为便于从模具内取出产品或从产品内抽出型芯，设计塑料产品结构时，必须考虑足够的脱模斜度。（具体参见书P62）塑料产品的结构设计塑料产品的脱模斜度塑料产品的结构设计塑料产品的脱模斜度家用垃圾桶与水杯塑料产品的结构设计塑料产品的加强筋

加强筋的作用不仅可以提高塑料产品的强度和刚度，减少扭歪现象，而且可以使塑料成型时容易充满型腔。（具体参见书P62）塑料产品的结构设计塑料产品的加强筋塑料箱侧面与底面加强筋塑料产品的结构设计塑料产品的加强筋塑料产品的结构设计塑料产品的加强筋避免收缩不均塑料产品的结构设计塑料产品的加强筋低于支撑面塑料产品的结构设计塑料产品的底部支撑面

塑料产品的底部支承面选用整平面结构是不适宜的，因为要使整平面达到绝对平直是十分困难的，所以采用凸台结构效果较好。（具体参见书P63）塑料产品的结构设计塑料产品的底部支撑面塑料产品的结构设计塑料产品的支撑面笔记本电脑底壳触脚塑料产品的结构设计塑料产品的孔

塑料产品上的孔有通孔、盲孔和复杂形状的孔。孔的位置应尽可能设置在最不易削弱塑料产品强度的地方，在相邻孔之间以及孔到边缘之间，均应留出适当的距离，且尽可能使壁厚大一些，以保证有足够的强度。塑料产品的结构设计塑料产品的孔塑料产品的结构设计塑料产品的孔塑料壳上的孔塑料产品的结构设计塑料产品的圆角

在塑料产品的拐角处设置圆角，可增加产品的机械强度，改善成型时材料的流动性，也