产品设计制造必不可少的环节——尺寸链计算与公差分析

  • 日期:09-30
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随着时代的发展和技术的进步,客户对产品性能的要求越来越高,对外观的要求也越来越高,这也给制造商带来了更高的挑战。尺寸链计算和公差分析是连接产品设计和生产加工的桥梁和链接。合理的公差设计对于确保产品性能,外观质量和装配便利性至关重要。

机械设计包括三个主要部分:结构设计,参数设计和尺寸链计算(公差设计)。统计数据显示,虽然产品设计和开发仅占总产品成本的5%,但总产品成本的70%是在设计和开发阶段确定的,超过65%的成本是由容差决定的。产品质量差,性价比低,交货期长,创新能力弱是导致中国机械产品在市场竞争中丧失的主要因素。机械产品质量差,直接反映在产品制造精度或匹配精度的低精度上。同时,产品设计的质量也直接影响产品的性价比。中国制造企业目前的产品精度状况可以说是“高不高,低不低”,一直是影响产品市场竞争力的薄弱环节。为了提高产品的准确性,许多公司承担了巨大的投资风险,引进了高资金的高精度设备。结果是利用率不高,成本增加,甚至拖欠巨额债务。与先进的国有企业相比,设备不一定比我们先进,但生产的产品通常比我们的产品更准确,质量更好。

因此,低投入和高效率的解决方案是中国优先发展和促进的明智之举。仔细分析中国机械产品精密的根源“技术不如人”,不难看出,除了落后的加工技术和设备,精密设计和控制技术也是一个重要原因。精度设计和控制技术归根结底,采用尺寸链计算原理,合理,经济,高效地分配各部件的制造和装配公差,真正实现产品的高质量,低成本和大批量生产。目前,一些公司有一个错误的观点:“精度要求不高”,零部件的公差可以通过经验和设备直接组装,以确保产品装配,而无需进行尺寸链计算。事实上,产品装配中的干扰,性能,成本,质量和其他问题的解决方案与尺寸链计算是分不开的。应该说,离开尺寸链计算的机械产品设计不是真正的产品设计,至少是不完整的产品设计。

图1显示了两个不同公司的模型。从图片上看,我们可以直观地看到左侧模型之间的差距,表面差异大而且不均匀,而且产品质量完全不同(价格也大不相同)。其原因在于左侧模型的公差设计和控制严重不足,缺乏对尺寸链的必要计算和分析。

图1

图2是大型发动机的局部装配图。由于发动机尺寸相对较大,每个部件的公差相对较大。通过结构分析,产品可以顺利组装。在实际的生产装配过程中,很难发现进气管和增压器是通过连接管安装的(需要锤打才能成功组装)。通过对尺寸链的计算和分析,结构发现X,Y和Z三个方向的误差值远超过连接管的允许变形量。通过调整相关部件的公差,该结构实现了平滑的装配。

图2

在美国,尺寸链计算(公差设计,分析)已经上升到国家水平,1999年《2010年及其后的美国国防制造工业》报告中明确指出:“许多防御系统需要复杂的公差,例如采用模块化设计的系统(For现代喷气发动机,潜艇,船舶,航空电子设备,飞机,枪支和地面车辆,模块化开发需要严格的协调和公差控制,而非模块化开发,制造必须明确,准确地定义。过程能力和装配顺序,以确定累积与模块化开发相关的尺寸公差。通过预测变化的详细设计,必须在设计阶段的早期评估模块或装配部件之间的累积公差。“它还明确包括国防制造需求中的”尺寸链计算“行业能力是未来制造业发展的核心内容。

近年来,国内尺寸链计算和公差分析逐渐受到重视。无论是在产品设计,制造,性能和质量参数分析中,尺寸链计算和公差分析都被广泛使用,特别是在汽车和军事工业中。这些大型企业已经将尺寸链计算和公差分析作为其产品设计和制造的重要环节之一。他们的成功也归功于这些重要环节的努力。我们认为未来的国家肯定会加强公差设计,因为通过尺寸链计算,相关的结构和尺寸问题可以在设计阶段暴露出来,从而可以提前解决许多问题。

企业可能经常遇到以下困惑:

1.设计的产品不能加工和加工;

2,产品的生产和加工,不能满足客户或设计要求;

3.产品成本很长很长时间;

4.产品设计周期经常被推迟;

..

上述混淆的一个重要原因是产品设计者和生产加工者之间在部件的精度要求上存在矛盾。一方面,为了满足客户或质量要求,在设计过程中需要提高零件的精度;为了减少零件的加工,必须降低零件在生产和加工过程中的精度。

尺寸链计算和公差分析是企业解决产品性能和质量问题,降低生产成本的有力工具。通过对产品进行尺寸链计算和公差分析,可以设计合理的产品尺寸和公差,以帮助公司实现以下目标:

1.合理设定零件的公差,降低零件的制造成本。

2.确定零件的可组装性,并确定零件是否在装配过程中发生干涉。

3.确定组装后产品的关键尺寸是否符合外观,质量和功能要求。

4.模拟开发阶段的生产率,对产品进行风险评估和预防。

5.对于产品的批量生产和组装,解决产品互换性问题。

6.优化产品设计,这是公差分析的一个非常重要的目标。当通过公差分析发现产品设计不符合要求时,通常有两种方法来解决问题。一种是通过精确的零件公差来满足要求,但这会增加零件的制造成本;另一种是优化产品设计(例如,增加装配定位特性)以满足产品设计要求,这是最好的方法。这也是公差分析的意义。

7.公差分析除产品设计外,还可在产品装配完成后使用。当产品的装配尺寸不符合要求时,可以使用公差分析来分析制造和装配过程中的问题并找出问题的根本原因。

8.设计阶段的尺寸公差分析可以从根本上解决开发和设计过程中的尺寸问题,优化零件和模具的公差分布,协调相关部门和供应商系统地研究产品的尺寸质量。管理,优化和改进,及时整改设计和工艺,提高单件或组件的尺寸质量,减少生产线调试阶段的元件公差容差时间,减少后期被动设计变更,减少成本,并加快产品上市。速度。

随着生活质量的提高,人们对手机,电脑,空调,汽车等各种产品的质量要求越来越高,因此高质量的要求也带来了更激烈的产品竞争。

以下是“DCC尺寸链计算和公差分析”软件的两个应用示例:

一,DCC在新能源充电设备中的应用

充电桩是具有人机交互的AC/DC输出电气设备。它分为直流快速充电和交流慢速充电。充电桩通过充电枪和车辆充电器接口为汽车提供动力。充电枪是一个非常重要的部分。它是连接充电桩和车载充电器的桥梁。如果公差设计不合理,将导致安装或准确性的困难,并将影响汽车充电。以下是充电枪的关键尺寸链检查案例:

充电枪结构图和问题

尺寸链图

结论

(1)采用DCC软件进行尺寸链计算,得到A0的大小:极值法的计算结果为:3.4,概率法的计算结果为:3.5±0.12。

(2)通过软件仿真分析功能分析,发现现有公差能够满足产品质量性能要求,产品合格率为99.12%,偏差较小,公差较小,可忽略不计。

建议:通过仿真分析,如果要提高合格率,可以根据软件的建议自动修改公差提示。 (将A1的容差提高)

二,DCC在手机上的应用

手机分析需要

弯曲屏幕手机的屏幕用密封胶粘接在外壳上,但是有胶缝不均匀的现象,影响了手机的外观。

导致胶接不均匀的因素有:筛尺寸误差,壳体尺寸误差,装配误差包括偏移误差和倾斜(旋转)误差,以及橡胶层厚度误差(装配时,装配压力与厚度有关)粘合剂层,力越大,粘合剂层的厚度越薄,组装屏幕上的不均匀力和胶水量的差异将导致分配层的厚度误差不同,并且数量上的差异也不同在后续的计算中忽略了胶水。通过计算端部间隙误差,侧隙误差和圆角处的间隙误差,可以充分反映屏幕与外壳之间的间隙。

以下是计算边间隙误差的分析过程:

结构如下:

其中:B1是屏幕长度,B4是屏幕间隙表面

粘接表面厚度。

A2是壳体的宽度,A4是壳体的间隙表面的厚度与粘接表面的厚度。

D1和D2是两侧密封剂的厚度(取决于组装时的压力,组件压力的相关参数也可用于实际计算中的等效计算)。

α是屏幕与壳体的倾斜角度。

M2是屏幕和壳体沿侧面的装配定位误差。

绘制尺寸链图和计算结果

优化结果

从计算可知,需要优化垂直方向上的间隙P1。如果P1控制在0.07±0.07,模拟产品的产率为99.9%,垂直方向上的密封剂厚度应改为0.07±0.02。

良好的公差分析软件可以大大提高设计阶段的工作效率,解决传统方法难以解决的问题。 “DCC尺寸链计算和公差分析软件”是通过经验和实验手段进行人工计算方式的革命性变革。它对于提高产品质量,降低产品成本,缩短开发周期和解决工业问题是不可或缺的。比较的优势。