0.4 机械零件的结构工艺性

设计机械零件时，不仅应使其满足使用要求，即具备所要求的工作能力，同时还应当满足生产要求，使所设计的零件具有良好的结构工艺性。

所谓机械零件的结构工艺性是指零件的结构在满足使用要求的前提下，能用生产率高、劳动量小、材料消耗少和成本低的方法制造出来。凡符合上述要求的零件结构被认为具有良好的工艺性。

机械制造包括毛坯生产、切削加工和装配等生产过程。设计时，必须使零件的结构在各个生产过程中都具有良好的工艺性。对工艺性的要求如下。

① 合理选择毛坯零件，毛坯可直接利用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等方法获得。毛坯的选择与生产的批量、生产的技术条件以及材料的性能等有关。

② 结构简单合理。机械零件的结构形状，最好采用最简单的表面，即平面、柱面及其组合面，尽量减少加工面数和加工面积。

③ 合理确定制造精度及表面粗糙度。零件的加工费用随精度的提高而增加。尤其是对于精度较高的情况下，更为显著。因此，在设计零件时不要一味地追求高精度，要从需要、生产条件和降低制造成本出发，合理地选择零件的精度及相应的表面粗糙度。

下面列举一些常见的工艺结构，供设计时参考。

1.铸造零件的工艺结构

（1）拔模斜度

用铸造的方法制造零件毛坯时，为了便于在砂型中取出模样，一般沿模样拔模方向作成约1:20的斜度，称为拔模斜度，也称起模斜度。因此，铸件上要有相应的拔模斜度，这种斜度在图上可以不予标注，也不一定画出，如图0-29所示；必要时，可以在技术要求中用文字说明。

（2）铸造圆角

当零件的毛坯为铸件时，因铸造工艺的要求，铸件各表面相交的转角处都应做成圆角，见图0-30。铸造圆角可防止铸件浇铸时转角处的落砂现象及避免金属冷却时产生缩孔和裂纹。铸造圆角的大小一般取R=3～5 mm，可在技术要求中统一注明。

（3）铸件厚度

当铸件的壁厚不均匀一致时，铸件在浇铸后，因各处金属冷却速度不同，将产生裂纹和缩孔现象。因此，铸件的壁厚应尽量均匀；当必须采用不同壁厚连接时，应采用逐渐过渡的方式，见图0-31。

2.零件上的机械加工结构

（1）倒角和倒圆

为了去除零件的毛刺、锐边和便于装配，在轴和孔的端部，一般加工成倒角；为了避免应力集中产生裂痕，在轴肩处往往加工成过渡形式，称为倒圆，见图0-32。

（2）退刀槽和砂轮越程槽

在零件切削加工时，为了便于退出刀具及保证装配时相关零件的接触面靠紧，在被加工表面台阶处应预先加工出退刀槽或砂轮越程槽，见图0-33。

（3）钻孔结构

用钻头钻出的盲孔，在底部有一个120°的锥角，钻孔深度指的是圆柱部分的深度，不包括锥坑。在阶梯形钻孔的过渡处，也存在锥角120°圆台，其画法及尺寸注法见图0-34。用钻头钻孔时，要求钻头轴线尽量垂直于被钻孔的端面，以保证钻孔准确和避免钻头折断。

（4）凸台和凹坑

零件上与其他零件的接触面，一般都要加工。为了减少加工面积，并保证零件表面之间有良好的接触，常常在铸件上设计出凸台、凹坑或凹槽的结构，见图0-35。

3.便于装拆和维修

设计机械零件的结构时，还应注意便于装拆和维修。如布置螺栓、螺钉和确定被联接件的结构尺寸时，要留出装入螺纹连接件和扳手操作的空间。图0-36（a）所示零件，因侧壁内凹处高度不够，无法装入螺钉，应改成图0-36（b）的结构。图0-37（a）所示的零件，因螺钉中心过于接近侧壁和底壁，无法操作扳手，应改成图0-37（b）的结构。

对于具有配合要求的零件，应避免同时存在两组以上的表面接合。图0-38（a）所示的结构是轴向同时有两组表面接合，图0-38（c）所示是径向同时有两组表面接合。对于这样的结构，应分别改成图0-38（b）和图0-38（d）所示的结构。

对于容易磨损的零件，应便于维修。如图0-39所示齿轮，其孔与轴之间有相对转动，若采用图0-39（a）所示的整体式结构，则孔磨损后需要更换整个齿轮；若改用图0-39（b）所示的镶有铜套的组合结构，则不仅工作时可减小摩擦磨损，而且在孔磨损后仅需更换铜套。

4.机械零件的“三化”

标准化、系列化、通用化简称为机械产品的“三化”。“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。

标准化就是对产品（特别是零部件）的尺寸、结构要素、材料性能、检验方法、设计方法和制图要求等方面的技术指标制定出各种大家共同遵守的标准。实行标准化，能以最先进的技术在专门化工厂中对应用面极广、数量巨大的已标准化的零件（称为标准件）进行大量的、集中的制造，以提高质量、降低成本。采用标准结构和标准件，可以简化设计工作，缩短设计周期，提高设计质量。此外，实行标准化还统一了材料和零件的性能指标，使其能够进行比较，并提高了零件性能的可靠性。

现已发布的与机械零部件设计有关的标准，从使用范围上来讲，分为国家标准（GB）、行业标准（如机械行业标准JB）和企业标准三个等级。国家标准分为强制性国家标准，代号为GB××××（标准序号）—××××（批准年代）；以及推荐性国家标准，代号为GB/T××××—××××。强制性国家标准只占整个国家标准中的极少数，但必须严格遵照执行，否则就是违法。推荐性国家标准占到整个国家标准中的绝大多效，如无特殊理由和需要，也应当遵守这些标准，以期获得良好的效果。目前，我国的某些标准正在迅速向国际标准化组织（ISO）的标准靠拢。

有的零件使用范围广泛，工作条件多种多样，对标准件的材料、尺寸、结构等方面都会有不同的要求。为了解决这一问题，常将一种产品的主要参数系列化，称为产品系列化。例如，齿轮的模数有规定的系列，同一型号、同一内径的滚动轴承可以有不同的宽度和直径系列。

通用化是指在不同类型产品或不同规格产品中采用具有相同结构尺寸的零、部件。在生产过程中可减少新零、部件的加工，简化生产管理过程，缩短生产周期。

贯彻“三化”的好处主要是：

① 由专业化工厂大量生产标准件，能保证质量、降低成本、提高生产率；

② 选用标准件可以简化设计工作，缩短产品的生产周期；

③ 选用参数标准化的零件，在制造中可以减少刀具和量具的规格数量，降低加工成本；

④ 提高了互换性，便于机器的安装和维修，缩短了检修期；

⑤ 便于国家的宏观管理与调控以及内、外贸易；

⑥ 便于评价产品质量，解决经济纠纷等。