第一章绪论 、基本概念 设计 《现代汉语词典》的定义:在正式做某项工作之前,根据一定的目的和要求,预先 制定方法、图样等。 语言、文字及图形被认为是表达人类思维的三个重要的手段 图样是以图形为核心,按一定的规律与符号、代号及文字进行有机组合以表达对象的整 体要求的总称,是一种工具、一种手段,是对象功能要求的具体反映和表现,是生产过 程中各工序之间联系的纽带、交流的工具,因此,可以说图样就是信息的结晶 工业设计 国际工业设计协会联合会在1980年举行的第十一次年会上,公布的定义为:“就批 量生产的产品而言,凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、构造 形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和资格,这叫做工业设计 工业设计已成为以现代工业化生产为基础的新兴实用学科 产品设计 由于工业设计在各个国家发展经历有别,工业设计所覆盖的区域在各个国家也有所 不同,较为通用的工业设计的主要领域,是我们在定义中所表述的,专注于批量生产的 产品之美与有用性的设计,即所谓的产品设计( product design,这是工业设计的核心内 产品结构设计 产品结构设计是产品设计的重要环节 课程设置的目的 1、工业设计定义对工业设计师的要求 工业设计的定义对工业设计师的工作内容有很明确的定义一—“材料、结构、构造、 形态、色彩、表面加工以及装饰” PT演示—典型产品的结构设计 奥兰克斯0jex手动榨汁机 为确保成功,设计组对高容量的铸件过程作了深入的了解,这对于最终的设计方案 有不可忽视的参考作用。在磨砂工序中,不允许有细小的颗粒和锋利的边缘出现,必须 处理好上一个翻砂工序过程中无法回避的结果。由于榨汁机的部件必须经受住砂模脱离 时的下坠力,铸件就要做得比较大,它的边缘也应为圆形,这样才有利于喷漆。铸铁份 量重就意味着装配成本高,因此减轻产品重量就成为另一个设计目标 0X0易握型瓶塞式开瓶器 Ekco固定型衣夹 Apple ipod nano‖l
第一章 绪论 一、 基本概念 设计 《现代汉语词典》的定义：在正式做某项工作之前，根据一定的目的和要求，预先 制定方法、图样等。 语言、文字及图形被认为是表达人类思维的三个重要的手段。 图样是以图形为核心，按一定的规律与符号、代号及文字进行有机组合以表达对象的整 体要求的总称，是一种工具、一种手段，是对象功能要求的具体反映和表现，是生产过 程中各工序之间联系的纽带、交流的工具，因此，可以说图样就是信息的结晶。 工业设计 国际工业设计协会联合会在 1980 年举行的第十一次年会上，公布的定义为：“就批 量生产的产品而言，凭借训练、技术知识、经验及视觉感受而赋予材料、结构、构造、 形态、色彩、表面加工以及装饰以新的品质和资格，这叫做工业设计。 工业设计已成为以现代工业化生产为基础的新兴实用学科。 产品设计 由于工业设计在各个国家发展经历有别，工业设计所覆盖的区域在各个国家也有所 不同，较为通用的工业设计的主要领域，是我们在定义中所表述的，专注于批量生产的 产品之美与有用性的设计，即所谓的产品设计(product design)，这是工业设计的核心内 容。产品结构设计 产品结构设计是产品设计的重要环节。 二、 课程设置的目的 1、工业设计定义对工业设计师的要求 工业设计的定义对工业设计师的工作内容有很明确的定义——“材料、结构、构造、 形态、色彩、表面加工以及装饰” (PPT 演示——典型产品的结构设计) 奥兰克斯 Ojex 手动榨汁机 为确保成功，设计组对高容量的铸件过程作了深入的了解，这对于最终的设计方案 有不可忽视的参考作用。在磨砂工序中，不允许有细小的颗粒和锋利的边缘出现，必须 处理好上一个翻砂工序过程中无法回避的结果。由于榨汁机的部件必须经受住砂模脱离 时的下坠力，铸件就要做得比较大，它的边缘也应为圆形，这样才有利于喷漆。铸铁份 量重就意味着装配成本高，因此减轻产品重量就成为另一个设计目标。 OXO 易握型瓶塞式开瓶器 Ekco 固定型衣夹 Apple ipod nanoⅡ
Apple power Mac G6 2、社会发展对工业设计师的要求 传统的“靠效果图打天下”的工作方式早已不能满足时代发展对工业设计师的要求。 现今,讲求团队合作的产品开发模式赋予工业设计师更多的责任,工业设计师除了要做 好本领域的工作外,在整个开发流程中的全局把握、协调、沟通的作用日益突出。 如果工业设计师完全不懂结构,其设计方案的可行性将大打折扣,同时就无法与后 续设计环节的结构工程师进行沟通,从而影响整个产品开发进程。 (PPT演示—产品开发与设计流程) 世界级大型企业产品设计流程 国内顶尖设计公司的设计流程 、材料、工艺与产品结构设计的关系 1、材料 材料即原料,是产品设计的物质载体 2、工艺 设计必须经过加工制造才能成为一个好的实用性产品,选用不同的材料就需要采用 不同的加工方法:同时,产品的生产过程绝不能随心所欲,必须要按照一定的规范标准 来实施,这一规范标准就称之为工艺 好的工艺能够充分的保证产品的质量,提高效率。 第二章第二章 Pro engineer软件介绍 、CAD技术的发展历史 在CAD软件发展初期,CAD的含义仅仅是图板的替代品,即 Computer Aided Drawing ( or Drafting),而非现在我们经常讨论的CAD( Computer Aided Design) 第一次CAD技术革命——贵族化的曲面造型系统 60年代出现的三维CAD系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只 能表达基本的几何信息,不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息, CAM及CAE均无法实现 进入70年代,正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期,在飞机及汽车制造中遇到了大量 的自由曲面问题,当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。 由于三视图方法表达的不完整性,经常发生设计完成后,制作出来的样品与设计者所想象的 有很大差异甚至完全不同的情况。设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求也无法保证, 所以还经常按比例制作油泥模型,作为设计评审或方案比较的依据。既慢且繁的制作过程大 大拖延产了产品的研发时间,要求更新设计手段的呼声越来越高 此时法国人提出了贝赛尔算法,使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操 作,同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们,能在二维绘图系统CAD的基础上, 开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法,推出了三维曲面造型系统CATA。它的出 现,标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来,首次实现以
Apple PowerMac G6 2、社会发展对工业设计师的要求 传统的“靠效果图打天下”的工作方式早已不能满足时代发展对工业设计师的要求。 现今，讲求团队合作的产品开发模式赋予工业设计师更多的责任，工业设计师除了要做 好本领域的工作外，在整个开发流程中的全局把握、协调、沟通的作用日益突出。 如果工业设计师完全不懂结构，其设计方案的可行性将大打折扣，同时就无法与后 续设计环节的结构工程师进行沟通，从而影响整个产品开发进程。 （PPT 演示——产品开发与设计流程） 世界级大型企业产品设计流程 国内顶尖设计公司的设计流程 三、 材料、工艺与产品结构设计的关系 1、材料 材料即原料，是产品设计的物质载体。 2、工艺 设计必须经过加工制造才能成为一个好的实用性产品，选用不同的材料就需要采用 不同的加工方法；同时，产品的生产过程绝不能随心所欲，必须要按照一定的规范标准 来实施，这一规范标准就称之为工艺。 好的工艺能够充分的保证产品的质量，提高效率。 第二章 第二章 Pro ENGINEER 软件介绍 一、CAD 技术的发展历史 在 CAD 软件发展初期，CAD 的含义仅仅是图板的替代品，即 Computer Aided Drawing （or Drafting），而非现在我们经常讨论的 CAD（Computer Aided Design）。 1. 第一次 CAD 技术革命──贵族化的曲面造型系统 60 年代出现的三维 CAD 系统只是极为简单的线框式系统。这种初期的线框造型系统只 能表达基本的几何信息，不能有效表达几何数据间的拓扑关系。由于缺乏形体的表面信息， CAM 及 CAE 均无法实现。 进入 70 年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期，在飞机及汽车制造中遇到了大量 的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。 由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的 有很大差异甚至完全不同的情况。设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求也无法保证， 所以还经常按比例制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据。既慢且繁的制作过程大 大拖延产了产品的研发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高。 此时法国人提出了贝赛尔算法，使得人们在用计算机处理曲线及曲面问题时变得可以操 作，同时也使得法国的达索飞机制造公司的开发者们，能在二维绘图系统 CAD 的基础上， 开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统 CATIA。它的出 现，标志着计算机辅助设计技术从单纯模仿工程图纸的三视图模式中解放出来，首次实现以
计算机完整描述产品零件的主要信息,同时也使得CAM技术的开发有了现实的基础。曲面 造型系统 CATIA为人类带来了第一次CAD技术革命,改变了以往只能借助油泥模型来近 似准确表达曲面的落后的工作方式 此时的CAD技术价格极其昂贵,曾几何时,在国内租用一套CATA的年租金即需15~ 20万美元,而且软件商品化程度低,开发者本身就是CAD大用户,彼此之间技术保密。只 有少数几家受到国家财政支持的军火商,在70年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂 商发展CAD技术。例如 CADAM由美国洛克希德公司支持 CALMA由美国通用电气(GE)公司开发 CV由美国波音( Boeing)公司支持 I-DEAS由美国国家航空及宇航局(NASA)支持 UG由美国麦道(MD公司开发 CATIA由法国达索公司开发 这时的CAD技术主要应用在军用工业。但受此项技术的吸引,一些民用主干工业,如 汽车业的巨人也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务,如 大众汽车公司SURF 福特汽车公司PDGS 雷诺汽车公司 EUCLID CAD技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益,汽车工业开始大量采用CAD技 术。80年代初,几乎全世界所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的CATA,其结 果是 CATIA跃居制造业CAD软件榜首,并且保持了许多年。 2.第二次CAD技术革命——生不逢时的实体造型技术 有了表面模型,CAM的问题可以基本解决,但由于表面模型技术只能表达形体的表面 信息,难以准确表达零件的其它特性,如质量、重心、惯性矩等,对CAE十分不利,最大 的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于 CADICAE一体化技术发展的探索,SDRC公 司于1979年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE软件 I- DEASon由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性,在理论上有助于统一CAD、CAE、 CAM的模型表达,给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来CAD技术的发展方向,可 以说,实体造型技术的普及应用标志CAD发展史上的第二次技术革命。 但是实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望,也带来了数据计算量的极度 膨胀。在当时的硬件条件下,实体造型的计算及显示速度很慢,在实际应用中做设计显得比 较勉强。实体造型技术也就此没能迅速在整个行业全面推广开,推动了此次技术革命的 SDRC公司与幸运之神擦肩而过,失去了一次大飞跃的机会 在这段矛盾碰撞、技术起伏跌宕时期,CⅤ公司最先在曲面算法上取得突破,计算速度 提高较大。由于CV提出了集成各种软件,为企业提供全方位解决方案的思路,一跃成为 CAD领域的领导者,市场份额上升到第1位,兼并了 CALMA公司,实力迅速膨胀 3.第三次CAD技术革命——一鸣惊人的参数化技术 正当CV公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普及之时,CAD技术的研究又有了 重大进展。如果说在此之前的造型技术都属于无约束自由造型的话,进入80年代中期,CV 公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法 参数化实体造型方法,它主要的特点是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设 计修改
计算机完整描述产品零件的主要信息，同时也使得 CAM 技术的开发有了现实的基础。曲面 造型系统 CATIA 为人类带来了第一次 CAD 技术革命，改变了以往只能借助油泥模型来近 似准确表达曲面的落后的工作方式。 此时的 CAD 技术价格极其昂贵，曾几何时，在国内租用一套 CATIA 的年租金即需 15～ 20 万美元，而且软件商品化程度低，开发者本身就是 CAD 大用户，彼此之间技术保密。只 有少数几家受到国家财政支持的军火商，在 70 年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂 商发展 CAD 技术。例如： CADAM 由美国洛克希德公司支持 CALMA 由美国通用电气(GE)公司开发 CV 由美国波音(Boeing)公司支持 I-DEAS 由美国国家航空及宇航局(NASA)支持 UG 由美国麦道(MD)公司开发 CATIA 由法国达索公司开发 这时的 CAD 技术主要应用在军用工业。但受此项技术的吸引，一些民用主干工业，如 汽车业的巨人也开始摸索开发一些曲面系统为自己服务，如： 大众汽车公司 SURF 福特汽车公司 PDGS 雷诺汽车公司 EUCLID CAD 技术给使用者带来了巨大的好处及颇丰的收益，汽车工业开始大量采用 CAD 技 术。80 年代初，几乎全世界所有的汽车工业和航空工业都购买过相当数量的 CATIA，其结 果是 CATIA 跃居制造业 CAD 软件榜首，并且保持了许多年。 2. 第二次 CAD 技术革命──生不逢时的实体造型技术 有了表面模型，CAM 的问题可以基本解决，但由于表面模型技术只能表达形体的表面 信息，难以准确表达零件的其它特性，如质量、重心、惯性矩等，对 CAE 十分不利，最大 的问题在于分析的前处理特别困难。基于对于 CAD/CAE 一体化技术发展的探索，SDRC 公 司于 1979 年发布了世界上第一个完全基于实体造型技术的大型 CAD/CAE 软件── I-DEAS。由于实体造型技术能够精确表达零件的全部属性，在理论上有助于统一 CAD、CAE、 CAM 的模型表达，给设计带来了惊人的方便性。它代表着未来 CAD 技术的发展方向，可 以说，实体造型技术的普及应用标志 CAD 发展史上的第二次技术革命。 但是实体造型技术既带来了算法的改进和未来发展的希望，也带来了数据计算量的极度 膨胀。在当时的硬件条件下，实体造型的计算及显示速度很慢，在实际应用中做设计显得比 较勉强。实体造型技术也就此没能迅速在整个行业全面推广开，推动了此次技术革命的 SDRC 公司与幸运之神擦肩而过，失去了一次大飞跃的机会。 在这段矛盾碰撞、技术起伏跌宕时期，CV 公司最先在曲面算法上取得突破，计算速度 提高较大。由于 CV 提出了集成各种软件，为企业提供全方位解决方案的思路，一跃成为 CAD 领域的领导者，市场份额上升到第 1 位，兼并了 CALMA 公司，实力迅速膨胀。 3. 第三次 CAD 技术革命—— 一鸣惊人的参数化技术 正当 CV 公司业绩蒸蒸日上以及实体造型技术逐渐普及之时，CAD 技术的研究又有了 重大进展。如果说在此之前的造型技术都属于无约束自由造型的话，进入 80 年代中期，CV 公司内部以高级副总裁为首的一批人提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法── 参数化实体造型方法，它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设 计修改
当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级阶段,很多技术难点有待于攻克。是否马 上投资发展这项技术呢?CV内部展开了激烈的争论。由于参数化技术核心算法与以往的系 统有本质差别,若采用参数化技术,必须将全部软件重新改写,投资及开发工作量必然很大 当时CAD技术主要应用在航空和汽车工业,这些工业中自由曲面的需求量非常大,参数化 技术还不能提供解决自由曲面的有效工具(如实体曲面问题等),更何况当时CV的软件在市 场上几乎呈供不应求之势,于是,CV公司内部否决了参数化技术方案 策划参数化技术的这些人在新思想无法实现时,集体离开了CV公司,另成立了一个参数 技术公司( Parametric Technology Corp.),开始研制命名为Pro/E的参数化软件。进入90年 代,参数化技术变得比较成熟起来,充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便 易行的优势,PTC在CAD市场份额排名上已名列前茅。可以认为,参数化技术的应用主导 了CAD发展史上的第三次技术革命。 4.第四次CAD技术革命一更上层楼的变量化技术 SDRC积数年对参数化技术的研究经验以及对工程设计过程的深刻理解,其开发人员发 现了参数化技术尚有许多不足之处。全尺寸约束这一硬性规定就干扰和制约着设计者创造力 及想象力的发挥。SDRC的开发人员以参数化技术为蓝本,提出了一种比参数化技术更为先 进的实体造型技术—变量化技术。于是,SDRC从1990至1993年,历经3年时间,投资 亿多美元,将软件全部重新改写,于1993年推出全新体系结构的 I-DEAS Master Series 软件,SDRC终于要飞黄腾达了。I- DEAS Master Series发布时,SDRC市场排名仅位居第9 而在此以后,SDRC每年的排位都要超越一、两位同行,已上升至第一梯队的行列。无疑, 变量化技术成就了SDRC,也驱动了CAD发展的第四次技术革命。 二、CAD技术的发展趋势 1993年,福特汽车公司制定了面向21世纪的“福特2000年”长远发展规划,决定彻 底改造自己的计算机应用状况。福特的目标是:一个新车型的开发周期从目前的36个月缩 短到18个月乃至12个月:新车开发的后期设计修改减少50%;原型车制造和测试成本减 少50%:投资收益提高30%。 福特希望用一个产品数据管理系统(PDM)把计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工 程分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)集成起来,融会到一个遍布全球的公用数据系统 之中,即C3P( CAD/CAM/CAE/PDM)。这是C3P概念在整个业界第一次正式提出。 福特决定依托一种商用CAD系统,然后将PDGS的功能向它移植。整个选型过程持续 了两年时间,几乎世界上所有的大型CAD软件供应商都加入了竞争的行列。 首先是UG、然后是CV、继而是CATA被从竞争的行列中排除出去。因为这些软件的 体系结构都已老化、久未更新;软件技术已经落后:学习、应用和实施起来比较困难。而且, 他们不能提供适合福特要求的企业级PDM产品。所以他们都相继被淘汰。最后的竞争主要 集中在PTC和SDRC的软件产品上。 在激烈的竞争过程中,PIC考虑到由于从未在大型汽车企业中获得主流软件的地位 对今后发展不利,故投入了巨大的精力来争夺这一项目。为增强竞争实力,PTC兼并了三 家主要的汽车工业造型软件( Alias Warfront、CDRS、 ICEM Surf)之一的CDRS:同时为了 增强CAE方面的功能,又购买了 RASNA公司,将它的分析软件集成到Po/E当中 但是经过反复比较充分论证,福特汽车公司最终选择了SDRC,相对于参数化技术, SDRC的变量化技术给设计者提供了更大的方便性和创造空间,其技术的发展更具潜力 SDRC作为长期战略合作伙伴,双方签订了高达21亿美元的合同,成为世界CAD发展史 上迄今为止最大的一次采购合同。这次选型是一次颇具代表性的CAD选型,对业界产生了
当时的参数化技术方案还处于一种发展的初级阶段，很多技术难点有待于攻克。是否马 上投资发展这项技术呢？CV 内部展开了激烈的争论。由于参数化技术核心算法与以往的系 统有本质差别，若采用参数化技术，必须将全部软件重新改写，投资及开发工作量必然很大。 当时 CAD 技术主要应用在航空和汽车工业，这些工业中自由曲面的需求量非常大，参数化 技术还不能提供解决自由曲面的有效工具(如实体曲面问题等)，更何况当时 CV 的软件在市 场上几乎呈供不应求之势，于是，CV 公司内部否决了参数化技术方案。 策划参数化技术的这些人在新思想无法实现时，集体离开了 CV 公司，另成立了一个参数 技术公司（Parametric Technology Corp.），开始研制命名为 Pro/E 的参数化软件。进入 90 年 代，参数化技术变得比较成熟起来，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便 易行的优势，PTC 在 CAD 市场份额排名上已名列前茅。可以认为，参数化技术的应用主导 了 CAD 发展史上的第三次技术革命。 4. 第四次 CAD 技术革命─更上层楼的变量化技术 SDRC 积数年对参数化技术的研究经验以及对工程设计过程的深刻理解，其开发人员发 现了参数化技术尚有许多不足之处。全尺寸约束这一硬性规定就干扰和制约着设计者创造力 及想象力的发挥。SDRC 的开发人员以参数化技术为蓝本，提出了一种比参数化技术更为先 进的实体造型技术──变量化技术。于是，SDRC 从 1990 至 1993 年，历经 3 年时间，投资 一亿多美元，将软件全部重新改写，于 1993 年推出全新体系结构的 I-DEAS Master Series 软件，SDRC 终于要飞黄腾达了。I-DEAS Master Series 发布时，SDRC 市场排名仅位居第 9， 而在此以后，SDRC 每年的排位都要超越一、两位同行，已上升至第一梯队的行列。无疑， 变量化技术成就了 SDRC，也驱动了 CAD 发展的第四次技术革命。 二、CAD 技术的发展趋势 1993 年，福特汽车公司制定了面向 21 世纪的“福特 2000 年”长远发展规划，决定彻 底改造自己的计算机应用状况。福特的目标是：一个新车型的开发周期从目前的 36 个月缩 短到 18 个月乃至 12 个月；新车开发的后期设计修改减少 50%；原型车制造和测试成本减 少 50%；投资收益提高 30%。 福特希望用一个产品数据管理系统（PDM）把计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工 程分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）集成起来，融会到一个遍布全球的公用数据系统 之中，即 C3P（CAD/CAM/CAE/PDM）。这是 C3P 概念在整个业界第一次正式提出。 福特决定依托一种商用 CAD 系统，然后将 PDGS 的功能向它移植。整个选型过程持续 了两年时间，几乎世界上所有的大型 CAD 软件供应商都加入了竞争的行列。 首先是 UG、然后是 CV、继而是 CATIA 被从竞争的行列中排除出去。因为这些软件的 体系结构都已老化、久未更新；软件技术已经落后；学习、应用和实施起来比较困难。而且， 他们不能提供适合福特要求的企业级 PDM 产品。所以他们都相继被淘汰。最后的竞争主要 集中在 PTC 和 SDRC 的软件产品上。 在激烈的竞争过程中，PTC 考虑到由于从未在大型汽车企业中获得主流软件的地位， 对今后发展不利，故投入了巨大的精力来争夺这一项目。为增强竞争实力，PTC 兼并了三 家主要的汽车工业造型软件（Alias Waefront、CDRS、ICEM Surf）之一的 CDRS；同时为了 增强 CAE 方面的功能，又购买了 RASNA 公司，将它的分析软件集成到 Pro/E 当中。 但是经过反复比较充分论证，福特汽车公司最终选择了 SDRC，相对于参数化技术， SDRC 的变量化技术给设计者提供了更大的方便性和创造空间，其技术的发展更具潜力。 SDRC 作为长期战略合作伙伴，双方签订了高达 2.1 亿美元的合同，成为世界 CAD 发展史 上迄今为止最大的一次采购合同。这次选型是一次颇具代表性的 CAD 选型，对业界产生了
深远的影响。 伴随着大型汽车制造厂商开始选择主流软件的浪潮,很多汽车企业开始启动了自己的选 型计划。在近三年这些新的大型选型过程中,SDRC公司赢得了约80%的合同,这种现象被 业界评论家称之为"福特效应"。 高质量、低成本、更快的产品上市时间和更新的产品式样是企业注定要追求的共同目标 通过福特的选型案例我们至少看到了以下四个方面的计算机应用未来发展趋势: 改进企业过程—一有效地利用企业资源,步入全球性大协作 核心式工程工具—一实现电子(或数字)样机需要核心式的主模型技术 数据管理及控制—一用PDM系统构建企业信息框架,实现企业级信息共享; 集成的供应链——制造厂商与零配件供应商的日趋紧密的信息共享形成集成的供应链。 以上发展趋势值得其它制造业用户参考 30多年的CAD技术发展给了我们这样一点启示:决定软件先进性及生命力的主要因素 是软件基础技术,而并非特定的应用技术。众多CAD厂商的成败无一不与其技术发展密切 相关,CAD技术基础理论的每次重大进展,无一不带动了 CADICAM/CAE整体技术的提高 以及制造手段的更新。没有一种技术是常青树,CAD技术一直处于不断的发展与探索之中 正是这种此消彼长的互动与交替,造就了今天CAD技术的兴旺与繁荣,促进了工业的高速 发展。 三、 Pro ENGINEER软件介绍 (结合上机演示 第三章常用材料及加工工艺 、材料与工艺 3、材料 材料即原料,是产品设计的物质载体 4、工艺 设计必须经过加工制造才能成为一个好的实用性产品,选用不同的材料就需要采用 不同的加工方法;同时,产品的生产过程绝不能随心所欲,必须要按照一定的规范标准 来实施,这一规范标准就称之为工艺 好的工艺能够充分的保证产品的质量,提高效率 二、选用材料的基本原则 1、适用性原则 要满足产品功能、性能的要求 2、工艺性原则 选用不同的材料就需要采用不同的加工方法,在产品设计阶段就应该预先考虑其加工技 术问题 3、性价比原则 以尽可能低的成本实现产品设计
深远的影响。 伴随着大型汽车制造厂商开始选择主流软件的浪潮，很多汽车企业开始启动了自己的选 型计划。在近三年这些新的大型选型过程中，SDRC 公司赢得了约 80%的合同，这种现象被 业界评论家称之为"福特效应"。 高质量、低成本、更快的产品上市时间和更新的产品式样是企业注定要追求的共同目标。 通过福特的选型案例我们至少看到了以下四个方面的计算机应用未来发展趋势： 改进企业过程──有效地利用企业资源，步入全球性大协作； 核心式工程工具──实现电子（或数字）样机需要核心式的主模型技术； 数据管理及控制──用 PDM 系统构建企业信息框架，实现企业级信息共享； 集成的供应链──制造厂商与零配件供应商的日趋紧密的信息共享形成集成的供应链。 以上发展趋势值得其它制造业用户参考。 30 多年的 CAD 技术发展给了我们这样一点启示：决定软件先进性及生命力的主要因素 是软件基础技术，而并非特定的应用技术。众多 CAD 厂商的成败无一不与其技术发展密切 相关，CAD 技术基础理论的每次重大进展，无一不带动了 CAD/CAM/CAE 整体技术的提高 以及制造手段的更新。没有一种技术是常青树，CAD 技术一直处于不断的发展与探索之中。 正是这种此消彼长的互动与交替，造就了今天 CAD 技术的兴旺与繁荣，促进了工业的高速 发展。 三、Pro ENGINEER 软件介绍 （结合上机演示） 第三章 常用材料及加工工艺 一、 材料与工艺 3、材料 材料即原料，是产品设计的物质载体。 4、工艺 设计必须经过加工制造才能成为一个好的实用性产品，选用不同的材料就需要采用 不同的加工方法；同时，产品的生产过程绝不能随心所欲，必须要按照一定的规范标准 来实施，这一规范标准就称之为工艺。 好的工艺能够充分的保证产品的质量，提高效率。 二、 选用材料的基本原则 1、适用性原则 要满足产品功能、性能的要求 2、工艺性原则 选用不同的材料就需要采用不同的加工方法，在产品设计阶段就应该预先考虑其加工技 术问题。 3、性价比原则 以尽可能低的成本实现产品设计
三、材料的分类 四、常用加工工艺介绍 (1)铸造 属于铸造的制造方法有砂型、金属型、离心铸造及熔模铸造(失蜡铸造)等造型方法。 般先铸造出毛坯然后进行机械加工,也可以直接铸造出零件。铸铁容易切削加工,铸造性 能好,有较好的耐磨性和阻尼吸收震动的性能,经济性好,与其他方法比较,铸铁比较容易 获得形状复杂的大尺寸零件,常用于铸造大型零件,如机座、箱体、支架、内燃机汽缸、机 床导轨等。但是铸造零件抗拉强度较低,不耐冲击,铸造零件容易产生缺陷,如缩孔、疏松 等。结构设计时,应注意正确设计铸造零件的结构、形状和尺寸,发挥铸造零件的优点,避 免它的缺点。此外,按工作要求和实际条件选择适当的铸造方法也很重要。 以应用最广泛的砂型铸造的铸铁零件为例,其生产过程一般有:制造木模、造型、浇铸、 冷却、清沙、机械加工等步骤。此外,还应考虑在使用时发挥其优点,克服其缺点(如避免 受拉力)。设计者应按生产过程和使用条件进行分析,考虑每一步骤,以保证铸造零件的顺 利生产和使用。 1、分型面力求简单 铸件外形应使分型方便,如三通管各管口最好在一个平面上,弯曲的分型面难于保证尺 寸准确 2、防止合型偏差对外观造成不利影响 铸型时可能因合型不正而产生凸台与轴孔的偏心,不但影响美观,也产生对中误差。将 凸台改为鱼眼坑(沉孔),则合型偏移不会影响外观 3、分型面要尽量少 铸件应尽量减少分型面,以便于保证尺寸的准确性。如图原设计应采用三箱造型,改进 后可采用两箱造型 4、铸件表面避免内凹 有内凹的表面在造型时取模困难,考虑起模要求将内凹处结构予以改变,则对铸造合理 5、表面凸台尽量集中 为便于铸件上孔的加工,铸件表面上常要铸出一些凸台,当凸台的中心距较小时,建议 将位置相近的凸台连成一片,以便于造型。 6、改进妨碍起模的结构 铸件侧壁上工艺凸台、凸缘、肋条等有碍起模,增加造型和造芯的工作量,应尽量避免 7、铸件内腔不得过深 不用型芯而造出的内腔不可太深 8、采用易于脱芯的结构 图示零件如用整体铸造则铸件型芯要用金属骨架加强,但由于铸件口很小,清除型芯及 芯骨很困难,如采用图示焊接结构,先铸出主要部分,再焊上一块钢板,则容易加工。但应 注意焊接结构不宜用铸铁,应采用铸钢。 9、铸件结构应有利于清除芯砂 铸件的孔太小或内腔中有内凹等复杂结构,则不利于清除芯砂,有时甚至无法清除,图 中的结构即为不好的结构,若改为图中虚线所示结构则较合理 10、型芯设计应有助于提高铸件的质量 图A的结构不好,要用两个型芯,不仅工艺复杂而且要用型芯撑支持。改用图B的结 构后,可以不用型芯撑,有利于提高铸件质量。若使用要求中间不得打通,可在铸件两侧设
三、 材料的分类 四、 常用加工工艺介绍 （1）铸造 属于铸造的制造方法有砂型、金属型、离心铸造及熔模铸造（失蜡铸造）等造型方法。 一般先铸造出毛坯然后进行机械加工，也可以直接铸造出零件。铸铁容易切削加工，铸造性 能好，有较好的耐磨性和阻尼吸收震动的性能，经济性好，与其他方法比较，铸铁比较容易 获得形状复杂的大尺寸零件，常用于铸造大型零件，如机座、箱体、支架、内燃机汽缸、机 床导轨等。但是铸造零件抗拉强度较低，不耐冲击，铸造零件容易产生缺陷，如缩孔、疏松 等。结构设计时，应注意正确设计铸造零件的结构、形状和尺寸，发挥铸造零件的优点，避 免它的缺点。此外，按工作要求和实际条件选择适当的铸造方法也很重要。 以应用最广泛的砂型铸造的铸铁零件为例，其生产过程一般有：制造木模、造型、浇铸、 冷却、清沙、机械加工等步骤。此外，还应考虑在使用时发挥其优点，克服其缺点（如避免 受拉力）。设计者应按生产过程和使用条件进行分析，考虑每一步骤，以保证铸造零件的顺 利生产和使用。 1、分型面力求简单 铸件外形应使分型方便，如三通管各管口最好在一个平面上，弯曲的分型面难于保证尺 寸准确。 2、防止合型偏差对外观造成不利影响 铸型时可能因合型不正而产生凸台与轴孔的偏心，不但影响美观，也产生对中误差。将 凸台改为鱼眼坑（沉孔），则合型偏移不会影响外观。 3、分型面要尽量少 铸件应尽量减少分型面，以便于保证尺寸的准确性。如图原设计应采用三箱造型，改进 后可采用两箱造型。 4、铸件表面避免内凹 有内凹的表面在造型时取模困难，考虑起模要求将内凹处结构予以改变，则对铸造合理。 5、表面凸台尽量集中 为便于铸件上孔的加工，铸件表面上常要铸出一些凸台，当凸台的中心距较小时，建议 将位置相近的凸台连成一片，以便于造型。 6、改进妨碍起模的结构 铸件侧壁上工艺凸台、凸缘、肋条等有碍起模，增加造型和造芯的工作量，应尽量避免。 7、铸件内腔不得过深 不用型芯而造出的内腔不可太深 8、采用易于脱芯的结构 图示零件如用整体铸造则铸件型芯要用金属骨架加强，但由于铸件口很小，清除型芯及 芯骨很困难，如采用图示焊接结构，先铸出主要部分，再焊上一块钢板，则容易加工。但应 注意焊接结构不宜用铸铁，应采用铸钢。 9、铸件结构应有利于清除芯砂 铸件的孔太小或内腔中有内凹等复杂结构，则不利于清除芯砂，有时甚至无法清除，图 中的结构即为不好的结构，若改为图中虚线所示结构则较合理。 10、型芯设计应有助于提高铸件的质量 图 A 的结构不好，要用两个型芯，不仅工艺复杂而且要用型芯撑支持。改用图 B 的结 构后，可以不用型芯撑，有利于提高铸件质量。若使用要求中间不得打通，可在铸件两侧设
工艺孔,使型芯稳定以保证铸件质量,如图C。此外,铸件的型芯要简单且便于固定 11、封腔的铸件要注意气体的排除 大型铸件的一些中空部分的砂芯可不取出,封在铸件内,称为封腔,避免了取出砂芯的 麻烦,而且可增加铸件的抗振和阻尼性能,但应注意浇铸时砂芯内气体排出问题。因此可以 取出砂芯后填充石墨、水泥等。 12、尽量不用型芯 不影响强度和刚度的条件下,改变铸件结构,免去型芯,则该铸件的工艺性得到改善。 如图中的零件原设计有矩形空腔,必须用型芯,改为工字型剖面结构,可省去型芯 13、铸件内腔应使造芯方便 铸件的内腔形状应尽量简单,以简化或减少芯盒。 14、不用或少用型芯撑 靠型芯撑支持的型芯,在摆放型芯和浇铸时,容易错位或移动,而且比较费时间。因此 应尽量避免,如图示,在箱壁上增加一些型芯支撑孔即可少用或不用型芯撑 15、铸件壁厚力求均匀 均匀的壁厚可以提高铸件的质量,减小铸件中断面厚度大的部分,避免金属聚集以致产 生缩孔或缩松 16、用加强肋使壁厚均匀 用肋板代替厚壁,可以保证壁原来的刚度,又使壁厚均匀,结构合理,减轻质量。 17、大型铸件外表面不应有小的凸出部分 大型铸件外表面上不应有薄壁边槽,此部位冷却快,容易造成内应力,而且在清理时容 易损伤 18、考虑凝固顺序设计铸件壁厚 按结构要求,有的铸件不能保持壁厚均匀,这时可将铸件设计成自下而上逐渐增厚或上 厚下薄的结构,使铸件下面先凝固上面后凝固。可以在凝固时自下而上逐层补缩,使铸件有 较高的质量 19、内壁厚应小于外壁厚 形状较复杂或尺寸较大的铸件,内部壁厚应小于外壁厚。因为壁散热条件较差,所以冷 却速度比外壁慢,且当外壁冷却后,内壁不能自由收缩,容易产生内应力或裂纹 20、铸件壁厚应该逐渐过渡 铸件两相邻部位壁厚应是平稳而圆滑的过渡,要使壁厚的截面逐渐过渡到薄壁的截面, 不应有壁厚突变或尖角等 21、注意肋的受力 铸铁件的加强肋应承受压力,因为铸铁的抗压强度比抗拉强度高的多。如果肋板承受拉 力,则其结构不合理,应改变结构使铸铁肋板受压力。 22、肋的设置要考虑结构稳定性 铸件内部肋的安置应考虑几何原理。图中所示加强肋如按矩形分布,对铸件强度和刚度 只有较小的影响,因矩形是不稳定的形状。若按三角形安置,形状稳定,造型较好,结构比 较合理。 23、去掉不必要的圆角 有些圆角对铸件质量影响不大,但增加造型的困难,为此应将圆角取消 24、铸件的孔边应有凸台 铸件的孔周围应该有凸台(尤其是当壁较薄时),以免铸孔边缘产生裂纹,可以在壁的 面或两面设置凸台。 25、合理布置加强肋
工艺孔，使型芯稳定以保证铸件质量，如图 C。此外，铸件的型芯要简单且便于固定。 11、封腔的铸件要注意气体的排除 大型铸件的一些中空部分的砂芯可不取出，封在铸件内，称为封腔，避免了取出砂芯的 麻烦，而且可增加铸件的抗振和阻尼性能，但应注意浇铸时砂芯内气体排出问题。因此可以 取出砂芯后填充石墨、水泥等。 12、尽量不用型芯 不影响强度和刚度的条件下，改变铸件结构，免去型芯，则该铸件的工艺性得到改善。 如图中的零件原设计有矩形空腔，必须用型芯，改为工字型剖面结构，可省去型芯。 13、铸件内腔应使造芯方便 铸件的内腔形状应尽量简单，以简化或减少芯盒。 14、不用或少用型芯撑 靠型芯撑支持的型芯，在摆放型芯和浇铸时，容易错位或移动，而且比较费时间。因此， 应尽量避免，如图示，在箱壁上增加一些型芯支撑孔即可少用或不用型芯撑。 15、铸件壁厚力求均匀 均匀的壁厚可以提高铸件的质量，减小铸件中断面厚度大的部分，避免金属聚集以致产 生缩孔或缩松。 16、用加强肋使壁厚均匀 用肋板代替厚壁，可以保证壁原来的刚度，又使壁厚均匀，结构合理，减轻质量。 17、大型铸件外表面不应有小的凸出部分 大型铸件外表面上不应有薄壁边槽，此部位冷却快，容易造成内应力，而且在清理时容 易损伤。 18、考虑凝固顺序设计铸件壁厚 按结构要求，有的铸件不能保持壁厚均匀，这时可将铸件设计成自下而上逐渐增厚或上 厚下薄的结构，使铸件下面先凝固上面后凝固。可以在凝固时自下而上逐层补缩，使铸件有 较高的质量。 19、内壁厚应小于外壁厚 形状较复杂或尺寸较大的铸件，内部壁厚应小于外壁厚。因为壁散热条件较差，所以冷 却速度比外壁慢，且当外壁冷却后，内壁不能自由收缩，容易产生内应力或裂纹。 20、铸件壁厚应该逐渐过渡 铸件两相邻部位壁厚应是平稳而圆滑的过渡，要使壁厚的截面逐渐过渡到薄壁的截面， 不应有壁厚突变或尖角等。 21、注意肋的受力 铸铁件的加强肋应承受压力，因为铸铁的抗压强度比抗拉强度高的多。如果肋板承受拉 力，则其结构不合理，应改变结构使铸铁肋板受压力。 22、肋的设置要考虑结构稳定性 铸件内部肋的安置应考虑几何原理。图中所示加强肋如按矩形分布，对铸件强度和刚度 只有较小的影响，因矩形是不稳定的形状。若按三角形安置，形状稳定，造型较好，结构比 较合理。 23、去掉不必要的圆角 有些圆角对铸件质量影响不大，但增加造型的困难，为此应将圆角取消。 24、铸件的孔边应有凸台 铸件的孔周围应该有凸台（尤其是当壁较薄时），以免铸孔边缘产生裂纹，可以在壁的 一面或两面设置凸台。 25、合理布置加强肋
加强肋可以増强铸件强度和刚度,减轻零件质量,改善结构和节约金属,并能防止铸件 的变形和减小收缩等。加强肋的结构设计应合理,否则,不但不能加强铸件,反而会使铸件 产生收缩、缩松、内应力或裂纹,有时还会使造型困难。图中所示加强肋应位于造型面上, 有利于出模 26、保证铸件自由收缩,避免产生缺陷 为避免铸件冷却时阻碍金属收缩,产生内应力而导致轮辐产生裂纹。将直辐条改成弧形, 冷却时辐条能够自由收缩,结构较合理,但木模制造工作量较大 27、两壁相交时夹角不宜太小。 铸件的相邻两壁相交时,特别是小于75度的斜向连接,单纯以圆角作为过渡不能满足 工艺要求,应有一过渡部分 28、避免采用产生较大内应力的形状。 两截面交接处有直角形转弯,产生较大的应力集中。改为斜面和圆弧过渡时,可以减少 应力集中,防止热裂,结构较合理。 注意铸件合理传力和支持 铸件的箱壁应可靠地支持在地面上,以保持它的强度和刚度 、化大为小,化繁为简 对大型铸件,在不影响强度和刚度情况下,可以分成几块铸造、加工,再装配起来,以 便铸造、加工和运输。如16cm立式车床的工作台就是分成两半制造的 31、避免较大又较薄的水平面。 薄壁零件,尤其是面积较大的薄壁,不应设计成水平的平面结构。水平平面浇铸时容易 造成冷隔或形成气孔、渣眼或夹砂,改为有斜坡的平面,有利于排除液态金属中的杂质和由 于铁液漫流造成的冷隔等缺陷 铸件的孔尽可能穿通 为了使成型方便或容易安放型心撑,铸件的孔最好作成穿通的结构 33、铸件的复杂曲线形状和尺寸必须明确。 铸件的优点之一是可以按照设计者的要求制造出形状美观的外形。但它的外形尺寸必须 明确标注,以便于制造模型,不可随手绘制。如左图为减速箱的吊耳的形状和尺寸标注。 (2)、冲压 冲压件加工方法是利用冲压模具安装在冲压机床上,加工薄板材料而得到各种所需的形 状。冲压件重量轻,外型适用性较好,生产效率高,但模具成本高适用于大量生产。冲压件 的形状应作专门的设计以保证它有足够的强度和刚度。冲压件的结构工艺性主要由冲压条件 和工艺决定 1、冲压件的外形应尽可能对称。 冲压件结构直接关系到质量和成本。为便于冲压,工件外形应对称,轮廓要平滑,孔应 是圆的或方的,避免采用窄而长的细孔及单独伸出的细长结构等。满足这些最基本的要求, 有利于保证零件的加工质量及模具制造质量。 2、零件的局部宽度不宜太窄。 冲压件的每个局部的宽度都不应太小。冲压件中尺寸过窄的部分不仅凹模难于制造,冲 出的工件也难于保证质量 3、凸台和孔的深度和形状应有一定要求。 当冲压板厚t>4mm时,冲孔直径在板厚方向应允许有一定斜度,在板料上要求冲出凸
加强肋可以增强铸件强度和刚度，减轻零件质量，改善结构和节约金属，并能防止铸件 的变形和减小收缩等。加强肋的结构设计应合理，否则，不但不能加强铸件，反而会使铸件 产生收缩、缩松、内应力或裂纹，有时还会使造型困难。图中所示加强肋应位于造型面上， 有利于出模。 26 、保证铸件自由收缩，避免产生缺陷。 为避免铸件冷却时阻碍金属收缩，产生内应力而导致轮辐产生裂纹。将直辐条改成弧形， 冷却时辐条能够自由收缩，结构较合理，但木模制造工作量较大。 27、两壁相交时夹角不宜太小。 铸件的相邻两壁相交时，特别是小于 75 度的斜向连接，单纯以圆角作为过渡不能满足 工艺要求，应有一过渡部分。 28、避免采用产生较大内应力的形状。 两截面交接处有直角形转弯，产生较大的应力集中。改为斜面和圆弧过渡时，可以减少 应力集中，防止热裂，结构较合理。 29、注意铸件合理传力和支持。 铸件的箱壁应可靠地支持在地面上，以保持它的强度和刚度。 30、化大为小，化繁为简。 对大型铸件，在不影响强度和刚度情况下，可以分成几块铸造、加工，再装配起来，以 便铸造、加工和运输。如 16cm 立式车床的工作台就是分成两半制造的。 31、避免较大又较薄的水平面。 薄壁零件，尤其是面积较大的薄壁，不应设计成水平的平面结构。水平平面浇铸时容易 造成冷隔或形成气孔、渣眼或夹砂，改为有斜坡的平面，有利于排除液态金属中的杂质和由 于铁液漫流造成的冷隔等缺陷。 32、铸件的孔尽可能穿通。 为了使成型方便或容易安放型心撑，铸件的孔最好作成穿通的结构。 33、铸件的复杂曲线形状和尺寸必须明确。 铸件的优点之一是可以按照设计者的要求制造出形状美观的外形。但它的外形尺寸必须 明确标注，以便于制造模型，不可随手绘制。如左图为减速箱的吊耳的形状和尺寸标注。 （2）、冲压 冲压件加工方法是利用冲压模具安装在冲压机床上，加工薄板材料而得到各种所需的形 状。冲压件重量轻，外型适用性较好，生产效率高，但模具成本高适用于大量生产。冲压件 的形状应作专门的设计以保证它有足够的强度和刚度。冲压件的结构工艺性主要由冲压条件 和工艺决定。 1、冲压件的外形应尽可能对称。 冲压件结构直接关系到质量和成本。为便于冲压，工件外形应对称，轮廓要平滑，孔应 是圆的或方的，避免采用窄而长的细孔及单独伸出的细长结构等。满足这些最基本的要求， 有利于保证零件的加工质量及模具制造质量。 2、零件的局部宽度不宜太窄。 冲压件的每个局部的宽度都不应太小。冲压件中尺寸过窄的部分不仅凹模难于制造，冲 出的工件也难于保证质量。 3、凸台和孔的深度和形状应有一定要求。 当冲压板厚 t>4mm 时，冲孔直径在板厚方向应允许有一定斜度，在板料上要求冲出凸
台时,凸台高度不应大于0.35t,否则凸台容易冲脱。 4、冲压件设计应考虑节料。 冲压件用板材冲压而成,有些零件形状不能互相嵌入来安排下料,可以在设计中作一些 小的修改,不降低零件性能,而节省很多材料。 5、冲压件外形应避免大的平面 冲压件外形有大的平面时,制模较难,零件刚度较差。设计成拱形结构会使单位面积压 强减小,提高零件的强度和刚度,可减薄壁厚,拱形形状向内或向外拱均可 6、弯曲件在弯曲处要避免起皱。 带竖边的弯曲件为避免弯曲处起皱,可以切去弯角处的部分竖边,以避免弯曲处起皱变 宽 7、注意设计斜度。 局部切口带压弯的零件,舌部应设计斜度,以免舌部与模具之间磨擦 防止孔变形。 弯曲带孔的零件时,为避免弯曲时产生孔变形,可在零件的弯折圆角部分的曲线上冲出 工艺孔或月牙槽,这样在折弯处就不会影响孔的变形。 9、薄板弯曲件在弯曲处要有切口。 用薄板作小半径弯时,若对宽度准确性有要求时,应在弯曲处切口,以免弯曲处变宽 10、拉延件的凸边应均匀。 拉延件周围凸边的大小尺寸和形状要合适,边宽最好相等以利于拉延时夹紧 、利用切口工艺可以简化结构。 在薄板制造的零件表面,有时要用螺栓或焊接把一些凸块、角形铁等固定上去,改用切 口以后将板弯曲,可以达到同样效果,而结构简化。 12、冲压件标注尺寸应考虑冲模磨损 以零件的一边为基准标注尺寸,当冲模磨损后,两个尺寸的误差都会影响孔间距。如直 接注明孔间距要求则能较好地保证两孔之间的距离。 13、标注冲压件尺寸要考虑冲压过程 前两种尺寸标注方法不合理,必须将主体冲制弯曲成型后才能冲孔,加工困难。改进后 可以在板料冲裁时一并冲出,节省工序,提高效率 14、简化展开图。 弯曲件外形应尽量有利于简化板料展开图的形状,以便于下料。 15、注意支撑不宜太薄 对于管道等零件,用薄板冲压件支持时,为保持装配的同心度等,不应直接用薄的壁边 支撑,支架应翻出一些窄边 16、压肋能提高刚度但有方向性 压制的凸(凹)肋可能在一定方向提高刚度,另一方向则不能,如较差的图中,其结构 只能提高对Y轴的弯曲刚度。压肋的形状应尽量与零件外形相近或对称 17、拉延件外形力求简单。 拉延件的成型过程应尽量减少拉延次数,在满足使用性能的前提下,尽量使结构简单, 如图,改变结构后,减少了加工工序,节约了金属材料。 (3)、锻造 机器中的重要零件常采用锻造毛坯,锻造时金属产生塑性变形改善了金属的结构,使它
台时，凸台高度不应大于 0.35t，否则凸台容易冲脱。 4、冲压件设计应考虑节料。 冲压件用板材冲压而成，有些零件形状不能互相嵌入来安排下料，可以在设计中作一些 小的修改，不降低零件性能，而节省很多材料。 5、冲压件外形应避免大的平面。 冲压件外形有大的平面时，制模较难，零件刚度较差。设计成拱形结构会使单位面积压 强减小，提高零件的强度和刚度，可减薄壁厚，拱形形状向内或向外拱均可。 6、弯曲件在弯曲处要避免起皱。 带竖边的弯曲件为避免弯曲处起皱，可以切去弯角处的部分竖边，以避免弯曲处起皱变 宽。 7、注意设计斜度。 局部切口带压弯的零件，舌部应设计斜度，以免舌部与模具之间磨擦。 8、防止孔变形。 弯曲带孔的零件时，为避免弯曲时产生孔变形，可在零件的弯折圆角部分的曲线上冲出 工艺孔或月牙槽，这样在折弯处就不会影响孔的变形。 9、薄板弯曲件在弯曲处要有切口。 用薄板作小半径弯时，若对宽度准确性有要求时，应在弯曲处切口，以免弯曲处变宽。 10、拉延件的凸边应均匀。 拉延件周围凸边的大小尺寸和形状要合适，边宽最好相等以利于拉延时夹紧。 11、利用切口工艺可以简化结构。 在薄板制造的零件表面，有时要用螺栓或焊接把一些凸块、角形铁等固定上去，改用切 口以后将板弯曲，可以达到同样效果，而结构简化。 12、冲压件标注尺寸应考虑冲模磨损。 以零件的一边为基准标注尺寸，当冲模磨损后，两个尺寸的误差都会影响孔间距。如直 接注明孔间距要求则能较好地保证两孔之间的距离。 13、标注冲压件尺寸要考虑冲压过程。 前两种尺寸标注方法不合理，必须将主体冲制弯曲成型后才能冲孔，加工困难。改进后 可以在板料冲裁时一并冲出，节省工序，提高效率。 14、简化展开图。 弯曲件外形应尽量有利于简化板料展开图的形状，以便于下料。 15、注意支撑不宜太薄。 对于管道等零件，用薄板冲压件支持时，为保持装配的同心度等，不应直接用薄的壁边 支撑，支架应翻出一些窄边。 16、压肋能提高刚度但有方向性。 压制的凸（凹）肋可能在一定方向提高刚度，另一方向则不能，如较差的图中，其结构 只能提高对 Y 轴的弯曲刚度。压肋的形状应尽量与零件外形相近或对称。 17、拉延件外形力求简单。 拉延件的成型过程应尽量减少拉延次数，在满足使用性能的前提下，尽量使结构简单。 如图，改变结构后，减少了加工工序，节约了金属材料。 （3）、锻造 机器中的重要零件常采用锻造毛坯，锻造时金属产生塑性变形改善了金属的结构，使它
的性能有较大的改善,使金属获得较好的晶粒结构,可以消除内部较小的裂纹及气孔等缺陷 从而改善了金属的力学性能,强度高,而且承受冲击载荷的能力好。 锻造有自由锻和模锻等锻造方法,自由锻只使用简单的锻造工具,通用性较大,应用广 泛。模锻的精度较高,加工裕量较小,适用于中小型零件的制造。但是锻模的成本较高,适 用于具有一定批量的产品和零件。 设计师应该按照所选择的锻造方法设计锻件的结构 1、自由锻零件应避免锥形和楔形。 自由锻适用于锻造外形简单的零件。自由锻制造的毛坯,大部或全部表面均经过切削加 工才能达到要求。所以,生产效率低,消耗金属较多,劳动强度大,适用于多品种小批量生 产。自由锻不易锻出锥形和楔形,设计时应尽量采用平直结构 2、相贯形体力求简化。 自由锻无法锻出几何形体(圆柱、立方体等)表面相贯的复杂形状。如图所示的圆柱体 与平板连接的形状比较复杂,采用自由锻制造困难 3、避免用肋板。 自由锻件不应该有加强肋,工字形截面等复杂形状。 4、自由锻件不应该设计复杂的凸台。 自由锻件很难锻出复杂凸台,应予以简化,采用鱼眼坑代替凸台 5、自由锻造的叉形零件内部不应有凸台。 自由锻件内部凸台无法锻出,应采用简化的结构 6、模锻件形状应尽量简单 模锻件形状应尽可能设计成平直或对称结构,最大与最小尺寸之比不应大于2。对于回 转体锻件,为直观方便,其直径之比不应比106差得更多。 7、模锻件的分模面尺寸应当是零件的最大尺寸,且分模面应为平面 模锻可以获得较复杂的外形,毛坯上有相当一部分表面不需要切削加工。与自由锻相比, 模锻的尺寸较精确,表面光洁,节约金属耳生产率较高。设计模锻件时,应使零件结构与模 锻工艺相适应,分模面应为零件最大尺寸而且是平面。 8、模锻件形状应对称。 对称形状的零件便于分模,应将模锻件尽量设计成对称的外形。 9、模锻件应有适当的圆角半径。 模锻件的圆角半径通常应当设计得大一些,既可改善锻造工艺性,又可减少应力集中。 、模锻件应适于脱模 模锻件形状应便于脱模,内外表面都应有足够的拔模斜度,孔不宜太深,分模面应尽量 安排在中间 11、尽量直接模锻成形 把零件形状设计成可以在模锻后直接使用,不需要或只需要少量的机械加工,不但可以 提高制造的效率而且会提高质量。 12、复杂结构设计成可以分为几部分锻造。 对比较复杂的零件,合理地分为几个部分,锻造后用焊接连接,便于加工。 (ppt演示——材料与加工工艺) (ppt演示——典型产品的结构设计 (ppt演示——铸造件的结构设计) (ppt演示——冲压件的结构设计) (ppt演示——锻造件的结构设计)
的性能有较大的改善，使金属获得较好的晶粒结构，可以消除内部较小的裂纹及气孔等缺陷， 从而改善了金属的力学性能，强度高，而且承受冲击载荷的能力好。 锻造有自由锻和模锻等锻造方法，自由锻只使用简单的锻造工具，通用性较大，应用广 泛。模锻的精度较高，加工裕量较小，适用于中小型零件的制造。但是锻模的成本较高，适 用于具有一定批量的产品和零件。 设计师应该按照所选择的锻造方法设计锻件的结构。 1、自由锻零件应避免锥形和楔形。 自由锻适用于锻造外形简单的零件。自由锻制造的毛坯，大部或全部表面均经过切削加 工才能达到要求。所以，生产效率低，消耗金属较多，劳动强度大，适用于多品种小批量生 产。自由锻不易锻出锥形和楔形，设计时应尽量采用平直结构。 2、相贯形体力求简化。 自由锻无法锻出几何形体（圆柱、立方体等）表面相贯的复杂形状。如图所示的圆柱体 与平板连接的形状比较复杂，采用自由锻制造困难。 3、避免用肋板。 自由锻件不应该有加强肋，工字形截面等复杂形状。 4、自由锻件不应该设计复杂的凸台。 自由锻件很难锻出复杂凸台，应予以简化，采用鱼眼坑代替凸台。 5、自由锻造的叉形零件内部不应有凸台。 自由锻件内部凸台无法锻出，应采用简化的结构。 6、模锻件形状应尽量简单 模锻件形状应尽可能设计成平直或对称结构，最大与最小尺寸之比不应大于 2。对于回 转体锻件，为直观方便，其直径之比不应比 1:0.6 差得更多。 7、模锻件的分模面尺寸应当是零件的最大尺寸，且分模面应为平面。 模锻可以获得较复杂的外形，毛坯上有相当一部分表面不需要切削加工。与自由锻相比， 模锻的尺寸较精确，表面光洁，节约金属耳生产率较高。设计模锻件时，应使零件结构与模 锻工艺相适应，分模面应为零件最大尺寸而且是平面。 8、模锻件形状应对称。 对称形状的零件便于分模，应将模锻件尽量设计成对称的外形。 9、模锻件应有适当的圆角半径。 模锻件的圆角半径通常应当设计得大一些，既可改善锻造工艺性，又可减少应力集中。 10、模锻件应适于脱模。 模锻件形状应便于脱模，内外表面都应有足够的拔模斜度，孔不宜太深，分模面应尽量 安排在中间。 11、尽量直接模锻成形。 把零件形状设计成可以在模锻后直接使用，不需要或只需要少量的机械加工，不但可以 提高制造的效率而且会提高质量。 12、复杂结构设计成可以分为几部分锻造。 对比较复杂的零件，合理地分为几个部分，锻造后用焊接连接，便于加工。 （ppt 演示——材料与加工工艺） （ppt 演示——典型产品的结构设计） （ppt 演示——铸造件的结构设计） （ppt 演示——冲压件的结构设计） （ppt 演示——锻造件的结构设计）