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您看此文已用   ·  秒，轉(zhuǎn)發(fā)只需1秒呦~ 機械工程文萃-1-11月18日星期六 通常，可制造性設(shè)計 (DFM) 的最顯著優(yōu)勢來自于裝配設(shè)計 (DFA)，它簡化了產(chǎn)品，使其零件數(shù)量更少，并且裝配更加輕松快捷。原因是，最終組裝費用和間接費用加在一起構(gòu)成了產(chǎn)品制造中最大的單項成本，如果可以減少該項目，則效益是巨大的。然而，裝配設(shè)計的影響遠遠超出了裝配操作本身的成本。易于組裝的產(chǎn)品可以為整個公司帶來好處。產(chǎn)品簡化后，維修和回收就會變得更加容易；在工廠易于組裝的產(chǎn)品通常在維護、修理或拆卸回收時更容易拆卸。更簡單的組件通常可以更快地推向市場，因為需要設(shè)計、采購、檢查和庫存的零件更少，發(fā)生延遲的可能性也更小。零件較少的產(chǎn)品有機會獲得更好的質(zhì)量和可靠性。當零件數(shù)量減少時，額外的好處是更少的工程和生產(chǎn)控制文件、更低的庫存水平、減少對檢查和質(zhì)量控制文件的需求、更少的設(shè)置、更少的材料處理，并且可能還減少采購工作量。由此可見，對產(chǎn)品或組件進行分析的最有利的順序是首先分析整個產(chǎn)品的裝配過程。這不僅可以提供最大的收益，而且完成后，將知道哪些部分被保留以及它們的功能和總體配置是什么。然后可以簡化這些零件，但在分析 DFM/DFX 改進之前，我們需要知道保留哪些零件及其總體形狀。組裝過程 THE ASSEMBLY PROCESS組裝過程涉及將一個或多個零件放置并緊固到另一個零件中或另一個零件上。盡管越來越多地工廠采用自動組裝，特別是當產(chǎn)量很大時，但是在大多數(shù)情況下，組裝仍然是手動操作的居多。通常，夾具用于在操作過程中方便地固定一個或多個零件，或?qū)⒘慵舜司_地定位。大多數(shù)裝配工作是在單獨的工作臺上進行的，有時借助傳送帶將加工中的零件或組件從一個工作站移動到另一個工作站。在大規(guī)模生產(chǎn)行業(yè)中，通常采用傳送帶將組件在多個工作站間進行移動，然后在每個工作站上組裝某些零件。機械裝配涉及使用多種方式固定在一起的多個零件：緊固件，例如螺釘、鉚釘、螺栓、銷、鋼絲釘、彈簧夾以及具有將其他零件固定在一起的功能的其他零件。這些部件也可以通過配合的緊密度或通過組裝部件本身的互鎖而保持在一起。機械組件可能僅由兩個部件（例如廚房鹽罐）或數(shù)千個部件（例如汽車）組成。它們可以小到女士手表，大到寬體客機。它們的成分可以是金屬、木材、橡膠、紙張、塑料、陶瓷或這些材料的組合。幾乎所有家用和商用產(chǎn)品，包括電視、計算機等電子產(chǎn)品，在某種程度上都是機械組件。裝配操作的批量大小沒有經(jīng)濟限制。數(shù)量可以從一到數(shù)百萬不等。然而，數(shù)量越大，重復裝配操作越頻繁，產(chǎn)品設(shè)計師和制造工程師就越容易開發(fā)設(shè)計和方法更改，以簡化裝配操作，甚至通過一件式設(shè)計完全消除它們。（例如，衣架最初可能是由四件或五件木頭和電線組裝而成，現(xiàn)在通常由單根電線或塑料部件制成。）通常情況下，需要每年生產(chǎn)數(shù)百萬個產(chǎn)品，才有理由使用專用設(shè)備進行全自動裝配操作。最常見的例子是低成本雜貨店商品的包裝作業(yè)。這些工作幾乎無一例外都在某種程度上實現(xiàn)了自動化。不過，當數(shù)量少得多時，計算機控制的機器人設(shè)備也能自動組裝。從產(chǎn)品設(shè)計的角度來看，如果設(shè)計者假定是自動裝配，那么實際上是自動裝配還是手動裝配并沒有多大區(qū)別。如果在設(shè)計時考慮到自動裝配，產(chǎn)品設(shè)計師就會提供更適合手動方法的裝配。最好的裝配通常是零件最少、成本最低的緊固類型（當然要符合產(chǎn)品的功能要求）。從長遠來看，成本最低的裝配方式是將零件、裝配人工、精加工、工具攤銷、產(chǎn)品服務(wù)和保修的總成本降到最低的裝配方式。減少零件數(shù)量是改進裝配的主要方法，其影響遠遠超過任何其他旨在提高可制造性和進一步實現(xiàn)其他重要設(shè)計目標的設(shè)計變化。有多種設(shè)計方法可以減少裝配中的零部件數(shù)量。重要原則如下：1. 組合零件。將多個部分的功能集成為一個
例如：a.合并鉸鏈。如果塑料材料是柔性的并且壁部分很薄，則鉸鏈可以合并到許多塑料部件中。這樣就不需要由兩部分或三部分組成的鉸鏈以及將其連接到其他兩個部分所需的緊固件。許多消費品存儲容器均采用整體鉸鏈制成。注塑成型和熱成型都允許這種設(shè)計方法。圖 1 展示了一個典型的例子，一個備用鑰匙的容器，其蓋子由與容器和蓋子材料相同的“活動鉸鏈”固定。
圖 1 一個整體 '活 '鉸鏈的例子。這個備用汽車點火鑰匙容器的盒子、蓋子和插銷都是一個注塑成型的塑料部件。聚乙烯的柔韌性為連接盒子和蓋子的薄壁部分提供了足夠的鉸鏈作用彈簧可以結(jié)合在金屬和塑料零件中，有時也可以結(jié)合在由纖維等其他材料制成的零件中。結(jié)果是組裝更簡單、更快。從處理的角度來看，單獨的彈簧通常很麻煩，因為它們很容易纏結(jié)，而且它們的靈活性使它們難以處理和插入組件中。因此，一體式彈簧提供了非常顯著的組裝優(yōu)勢。圖2說明了其原理。圖2 將彈簧功能集成到杠桿中，就不再需要單獨的螺旋彈簧用一體式卡扣元件、凸片或卡扣取代螺釘型和其他單獨的緊固件。一個例子如圖7.1.3所示。它說明了一種元件，當將其合并到塑料或金屬板部件中時，該元件卡入配合部件的底切中以將兩者固定在一起。圖3說明了金屬部件的多個卡扣配合組件。圖3 該產(chǎn)品展示了連接蓋子的卡扣原理，無需螺絲緊固件通過一些制造工藝，這些元件可以結(jié)合到基本零件中，從而大大減少組件數(shù)量。許多塑料材料具有天然潤滑性，這使得它們非常適合涉及軸承表面的應(yīng)用，特別是在速度和壓力較低的情況下。公眾號《機械工程文萃》，工程師的加油站！對于需要軸承、滑塊、曲柄等要求更高的應(yīng)用，粉末金屬零件可以制造出足夠精度的零件來滿足這些功能。它們還可以制成具有孔隙度，以便潤滑油保留在零件本身中。e.將電氣和電子元件放在一處，并盡可能地合并元件。例如，一個組合印刷電路板優(yōu)于多個位于不同位置的組合印刷電路板；將燈開關(guān)和通風開關(guān)安裝在同一安裝板上比將它們分開放置更好，每個開關(guān)都有自己的安裝硬件。有些工藝可以將獨立的零件組合成非常復雜的零件。例如注塑、壓鑄和熔模鑄造。在這些工藝中，由幾個較簡單零件組合而成的復雜零件主要只需要一個較復雜的模具。額外的復雜性只會稍微增加模具制造零件的成本。1.使用彎片或壓接代替緊固件將幾個部件固定在一起。(圖 4）。圖4 與單獨的緊固件相比，彎曲片、鉚釘狀延伸件和壓接鈑金件的成本通常較低。3.使用自攻螺釘，而不是使用螺母或在配合件上開螺紋孔。這樣就省去了為提供帶有內(nèi)螺紋的精密孔所需的昂貴加工工序。4.使用鑄模或模壓標識，而不是附加標簽。這種標識更可靠，因為它更持久。它完全省去了購買、儲存和粘貼單獨標簽的費用。5. 使用整體定位器、鉤子或唇緣來替換將一個部件固定到另一部件的一些緊固件。（見圖 5）圖 5 加入唇緣或其他掛鉤元件，最大限度地減少緊固件的數(shù)量6.壓配合、整體凸臺或鉚釘有時可用于替代螺紋或其他可能更為復雜的緊固件。帶有柔性或凹槽部件的壓配合通常成本較低，與精密加工部件一樣有效。1. 在使用產(chǎn)品時，零件是否會相對于配套零件移動？3.如果將零件組合在一起，是否會增加裝配其他零件或現(xiàn)場服務(wù)的難度或不可行？如果前面任何一個問題的答案都是 '是'，那么取消該部件可能是不可行的，但如果所有問題的答案都是 '否'，那么該部件是與其他部件合并的理想候選部件。圖1 到 圖4 說明了如何將兩個或多個部件組合成一個的一些簡單示例。圖 6 說明了在常見的日常產(chǎn)品（指甲刀）中，大量功能被整合為幾個部分。圖 6指甲刀的兩種設(shè)計（上）單一功能元件 （下）功能共享元素有時，設(shè)計者沒有考慮到產(chǎn)品的可制造性，會加入比產(chǎn)品實際需要更多的緊固件或其他元件。(在對現(xiàn)有產(chǎn)品進行價值分析時，事后發(fā)現(xiàn)緊固件或其他元件的數(shù)量超過了滿足所有可靠性和其他性能目標所需的數(shù)量，這一點有時就很明顯）。有時，可以通過增加剩余元素的大小來減少元素的數(shù)量；例如，用少量較重的螺釘替換一系列小型機器螺釘。在其他情況下，可以通過升級主要組件的性能來消除計劃的或現(xiàn)有的冗余。公眾號《機械工程文萃》，工程師的加油站！3.對產(chǎn)品進行重大或全面重新設(shè)計。這是指對組件進行重新設(shè)計，以便通過另一種方法實現(xiàn)由單獨組件提供的功能。例如，用螺紋管道系統(tǒng)取代法蘭和螺栓管道系統(tǒng)。4.使用不同的技術(shù)。有時，如果設(shè)計上的重大改變能以完全不同的方式實現(xiàn)產(chǎn)品功能，就能帶來巨大的效益。例如，當機械裝置被電子微電路取代時，就會出現(xiàn)這種情況。使用盡可能少的尺寸和樣式。減少總數(shù)。創(chuàng)建首選零件清單，盡量減少清單上的品種數(shù)量。可用于多種產(chǎn)品的組件也應(yīng)盡可能標準化。2.使用子組件，特別是模塊化子組件，尤其是當子組件工藝不同于最終組裝工藝時（如機電產(chǎn)品中的 PC 板）。模塊化裝配具有質(zhì)量和可靠性優(yōu)勢（當模塊以前使用過并經(jīng)過預(yù)檢時）以及可維護性優(yōu)勢。如果只涉及主要模塊的放置和連接，最終組裝也會大大簡化。采用這種方法，產(chǎn)品服務(wù)通常也更簡單。在許多情況下，一個特定的模塊可以適用于多個不同的最終裝配，從而獲得規(guī)模經(jīng)濟生產(chǎn)的好處。因為額外的子裝配會以制造規(guī)格、占地面積和庫存的形式增加開銷，并且往往會增加制造生產(chǎn)時間。這有助于提高可制造性，但出于質(zhì)量原因尤其重要。圖 7 提供了一個示例。圖 7 設(shè)計零件，確保它們不會被錯誤組裝。下板有一個凸起部分，如果轉(zhuǎn)動不正確，可以防止其牢固地固定在底座上。5.盡可能避免使用柔性部件，因為處理和放置這些部件比較費時。這些部件還容易纏結(jié)。一個常見的例子是，將電子電路板的連接電纜更換為從電路板到另一個元件的插拔式連接設(shè)計。6.在設(shè)計允許且零件可以容納的情況下，開端槽比孔或封閉槽更可取，因為它們允許從頂部（或側(cè)面）而不是端部裝配軸或其他配合零件。(圖 8）圖 8 左側(cè)是不良的側(cè)面組裝，右側(cè)是理想的自上而下的裝配和軸的卡扣配合換句話說，在設(shè)計產(chǎn)品時，每個連續(xù)的部件都可以從上面而不是側(cè)面或底部添加到裝配中。這種方法對于機器人裝配幾乎是必不可少的，而且對人工裝配也非常有益。除了機器人動作標準化的好處外，重力輔助裝配也有好處。如果無法從上到下組裝零件，則應(yīng)努力確保在零件插入過程中可以使用簡單的直線運動。必須通過“蜿蜒”圍繞其他零件插入的零件使得組裝操作成本更高。零件的設(shè)計還應(yīng)該使每個零件都充當后續(xù)零件的巢穴。避免需要重新定位組裝零件或某些子組件才能添加附加零件的設(shè)計。8. 避免需要同時添加多個零件的設(shè)計，這些零件在添加到主組件時必須保持對齊，特別是在空間有限的情況下。圖 9 將零件設(shè)計為自對準，如右側(cè)的裝配所示10.盡量避免調(diào)整。
方法之一是當部件之間的自然配合不精確，需要調(diào)整位置時，使用彈性部件來填補空隙。如果零件尺寸控制得足夠好，依靠零件的表面對表面定位來確定裝配尺寸比在裝配過程中進行調(diào)整更好。應(yīng)盡可能使用零件上的凸片、凸肩、凹槽或其他定位點。但是，如果對成品裝配尺寸精度的要求高于零件所能提供的精度，則最好通過夾具來控制裝配尺寸。11. 在不增加制造工序的情況下，盡可能使用漏斗狀的孔和槽開口，因為這樣可以簡化配合零件的插入。同樣，如果可能，在不增加工序的情況下，在要插入其他零件的零件上加一個錐形或彈頭。(見圖1）。12.使用適合料斗、條狀或其他自動送料方法的緊固件，尤其是在裝配數(shù)量較大的情況下。這樣既可減少操作人力，又能更好地確保正確放置。這可能需要在非常小或非常不規(guī)則的部件上增加抓握元件或凸起。對于自動送料的部件，可能需要將其固定在送料帶上。公眾號《機械工程文萃》，工程師的加油站！14.當配合部件上有用于軸、緊固件等的通孔時，應(yīng)在其中一個部件上使用槽或過大的孔，以允許可能的錯位。(見圖2）圖2 使用長圓形或超大型緊固件孔，可減少兩個零件緊固在一起時的精確對齊要求。這樣可以降低配合部件的公差要求，簡化裝配。15. 盡可能避免需要手動將零件固定到位直到插入其他零件的裝配設(shè)計，因為這種情況存在一定的質(zhì)量問題風險以及額外的裝配時間和成本。16.在符合產(chǎn)品功能的情況下，配合部件之間應(yīng)盡可能松配合，除非緊配合的目的是將部件固定在一起。17.保持內(nèi)部機構(gòu)的可觸及性，或使用允許在所有其他組裝和調(diào)整操作完成后安裝外殼蓋的設(shè)計。18.如果無法使用卡入式緊固件，則使用推入式緊固件代替螺紋緊固件，以減少裝配時間。(見圖 3）圖3 通常可以使用推入式緊固件來加快裝配速度。如果采用整體式螺柱，則可進一步降低成本。19.在設(shè)計小零件時，應(yīng)盡可能多地從兩端插入，并盡量減少角度取向。(見圖4）。
圖4 設(shè)計零件，使其可以盡可能多的方式插入。減少所需的軸向和端對端車削量。20.考慮使用塑料成型或鋅壓鑄來固定金屬零件。(見圖5）。圖5 注入鋅或鉛提供了將部件永久緊固在一起的方法。需要組合外殼模具固定夾具。21.檢查左右手部件和組件是否可以完全相同，從而避免額外的部件設(shè)計和單獨的庫存等（見圖 6）。圖 6 盡量將右側(cè)和左側(cè)的特征結(jié)合起來，以減少不同部分的數(shù)量。 22.盡可能避免使用在組裝前可能會纏結(jié)在一起的部件。這意味著應(yīng)避免鉤狀突起，表面應(yīng)光滑，并應(yīng)避免開孔和開槽。(見圖 7）。23.從制造成本的角度來看，使用較少的大型緊固件通常比使用較多的小型緊固件要好。24.如果可能，應(yīng)避免使用在搬運過程中可能損壞或纏繞的松散和柔性部件的組件。當此類組件不可避免時，應(yīng)提供固定裝置以方便組裝，并使用固定板以方便搬運。25.卡環(huán)通常為固定零件提供了一種廉價的方法，尤其是在需要自由移動的情況下，如旋轉(zhuǎn)軸。單獨的卡環(huán)通常比使用帶頭銷更為經(jīng)濟，因為可以省去大量的機械加工。(見圖 8）。圖 8 卡環(huán)可用作銷和軸以及緊固件的軸肩或軸頭。26.有時，如果在組件中增加零件可以使零件的公差更寬松，那么增加零件也是有好處的。圖 9 顯示了一個帶有惰輪的齒輪系，惰輪的位置是可調(diào)的，因此不需要對齒輪軸孔的位置要求極高的公差。公眾號《機械工程文萃》，工程師的加油站！
圖9 有時在組件中增加部件（如可調(diào)惰輪支架）可以降低加工精度，從而降低成本。鉚釘 鉚釘?shù)闹饕獌?yōu)點是其連接強度高且持久。然而，當鉚釘自動送入料斗并自動夾緊時，鉚釘也是一種低成本的零件緊固手段。以下設(shè)計規(guī)則有助于經(jīng)濟地使用鉚釘：1.在鉚釘位置周圍留出足夠的間隙，以便放置標準鉚槍，并避免損壞工件（見圖1）有時，在鉚釘位置上開一個檢修孔，就可以將鉚釘放置在無法鉚接的位置上。2.只要孔眼和管狀鉚釘能提供足夠的夾緊力，就可以使用。管狀鉚釘和半管狀鉚釘以及孔眼所需的夾緊力要小得多，而且可以用料斗送入、插入，并在價格低廉的設(shè)備上自動設(shè)置。(見圖 2）。3.鉚接兩個工件時，孔徑必須正確才能達到最佳效果。建議的直徑間隙為 5%至 7%。如果鉚釘孔過大，鉚釘可能會在鉚接過程中發(fā)生彎曲，從而導致鉚接處松動、不牢固。4.當無法進入鉚接組件的背面時，抽芯鉚釘很有價值，但這種鉚釘比傳統(tǒng)鉚釘昂貴，除非無法夾緊，否則不能用抽芯鉚釘代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉚釘。5.鉚接厚材料時，可通過鉚釘孔的反鉆孔來避免鉚釘彎曲。(見圖 3）。鉚孔必須足夠?qū)挘员沣T接工具進入。圖 3 在鉚接較厚的部件時，應(yīng)使用較寬的沉孔，以避免鉚釘彎曲。6.鉚釘孔不應(yīng)離被接合零件的邊緣太近或太遠。鉚釘孔應(yīng)距離邊緣 3 ? 2 至 8 個板厚的距離。這樣可為鉚接工具提供良好的支撐，并確保邊緣能固定在一起。(見圖 4）7.鉚釘長度應(yīng)適當，以避免不正確的鉚接(見圖5）根據(jù)經(jīng)驗，鉚釘?shù)拈L度余量 C 如下：實心鉚釘，鉚釘柄直徑的 200%；半管狀鉚釘，鉚釘柄直徑的 50%至 70%；全管狀或雙管狀鉚釘，鉚釘柄直徑的 100%。8.在連接不同厚度的工件時，最好將鉚釘頂在較厚、較結(jié)實的材料上。(見圖 6）。圖 6 鉚釘與更厚、更結(jié)實的材料相碰撞。9.用鉚釘連接軟質(zhì)或易碎材料時，最好使用金屬墊圈來分散鐓粗力，防止損壞薄弱部分。(見圖 7）。10.用抽芯鉚釘將較弱的材料（如皮革、塑料或木材）與較強的材料（如鋼板或鋁板）連接起來時，最好使用大鉚釘頭，使其與較弱的材料相抵，并與較強的材料相卡。11.抽芯鉚釘還要求在放置鉚釘?shù)囊粋?cè)為夾緊工具留出足夠的工具間隙。如果空間有限，最好從另一側(cè)進行鉚接。12.抽芯鉚釘雖然不像傳統(tǒng)鉚釘那樣有很強的軸向力，但仍不應(yīng)安裝在支撐力不足的表面上。(見圖 8）。圖 8 安裝抽芯鉚釘?shù)谋砻姹仨氂辛己玫闹?/span>13.有時，通過在一個裝配部件上安裝整體式凸耳來實現(xiàn)鉚釘式緊固是可行的。這樣就不需要單獨使用鉚釘。如圖9的說明。圖9 與單獨的緊固件相比，彎曲片、鉚釘狀延伸件和壓接鈑金件的成本通常較低。
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