低压电器产品设计的工艺性考虑要点

低压电器产品的任何零件、部件乃至整个产品结构设计都是根据其用途和使用要求来设计的。但是，设计是否合理，除了设计计算正确外，很大程度上取决于结构设计是否满足工艺要求，否则生产过程中会造成生产率降低、生产成本提高。严重的使设计的零件无法制造，部件乃至整机无法装配。因此，低压电器设计工艺性问题在设计中是一个十分重要的问题，技术人员设计的图样必须经工艺人员会签才能投入试制加工。

1.设计工艺性概念

在满足产品使用要求的前提下，设计方案包括零件、部件图样投入制作过程便于实现并确保其经济性。所谓设计工艺性就是指设计的零件、部件结构和图样便于制造，能够采用最有效的工艺方法。换句话说，设计产品工艺性好，便于应用先进的、生产率高的工艺手段，使产品制造是最经济的。另外，产品设计工艺性也可认为零件、部件在加工或装配时的方便程度和经济性程度。所以，设计工艺性可以分为零件结构工艺性和装配工艺性。

产品设计工艺性与生产批量有关，满足单件、小批生产的设计肯定不适合大批量生产，反之亦然。随着设计技术的不断发展与进步以及制造技术、制造装备的不断进步，设计工艺性要求和具体内容也是不断变化的。目前，要定量来评估设计工艺性，通过一些技术经济指标的计算来进行判断，虽有可能，但是不完善。下面主要是定性说明设计工艺性的一些基本原则，也是工艺人员对设计工艺性进行分析的依据。

（1）材料耗量。制造整个产品所耗费的各种材料的数量，特别是贵重材料或稀有材料的数量是衡量设计工艺性的重要标志。它不仅影响产品价格，还可能造成体积与重量增大，给成套设备的设计带来困难。在当代低碳经济时代，耗材等同于耗能，它必定增加CO₂等的排放。另外，加工性能差的材料也应减少使用。

（2）产品零件总数及零件复杂程度。一般来说组成产品的零件总数越少，特别是不同名称、不同结构的零件数目越少，则设计工艺性越好。反之，在一定零件总数中可利用生产商已掌握的零件和部件数目越多，或是标准的、通用的零件数目越多，则设计工艺性越好（当然，从知识产权保护，防止别人仿冒角度也有不利一面）。另外，零件复杂程度、加工成本也是衡量设计工艺性的重要标志。当然，当零件复杂程度与产品小型化发生矛盾时，需要综合评价加以取舍。

（3）零件的平均精度。在满足产品性能、参数要求的前提下，所有零件加工尺寸平均精度越低，则设计工艺性越好。也可以将各种不同尺寸按精度等级要求分类，然后比较其工艺性。一般来说，产品小型化与精度要求存在矛盾。只要零件精度不带来制造上的困难并造成成本大幅度提升，产品小型化是设计中首要考虑的问题。

（4）全部零件采用不同制造方法的比例也是衡量设计工艺性的标志。应尽量采用无切削或少切削的加工工艺。如冲压、挤压、精密铸造等。它可以提高劳动生产率、降低成本并提高零件尺寸一致性。显然，采用上述工艺的零件比例越大，则设计工艺性越好。

（5）技术经济指标。设计产品制造耗费的劳动总量少，生产成本低，则设计工艺性好。金属材料或各种特种材料耗量少，则设计工艺性好。

当然，设计工艺性是一个相对的概念，是有条件的。因为，每一个新产品设计工艺性优劣，是对新产品几种方案设计进行比较或同类老产品结构设计进行比较的结果。同时，应注意到个别零件设计工艺性得到改善并不表明整个产品设计工艺好。同样零件加工工艺性好并不能认为设计工艺性好，还应考虑装配工艺性。

2.设计工艺性的几个主要指标

对产品设计工艺性进行准确定量评估是十分困难的，这种评估方法是建立在对产品整体技术经济分析的基础上，主要依据是加工量。这种方法主要应用于同类产品的比较，以确定其设计工艺性的好坏。

（1）各种不同作用的零件数量比较。按产品中零件作用不同分为：①基本件。实现电器基本功能的零件，其数量以n₁表示；②辅助件。起支撑和防护作用，其数量以n₂表示；③紧固件。连接零部件用的零件，其数量以n₃表示。由此引出零件结构系数。

一般来说，K_i越小，工艺性越好。

（2）零件重复性指标，可以用零件重复系数K_r来表示。

式中 n_a——产品中零件的总数；

n_c——产品中不同图样的零件数。

K_r越小，表明同类零件的数目越多，零件的重复性指标高，给生产和加工带来方便，减少制造成本。因此，K_r是衡量设计工艺性的指标之一。

（3）零件标准化程度指标，以标准化系数K_B来表示。

式中 n_b——产品中标准件数（含紧固件）；

n₄——产品中外购的标准件（不含紧固件）。

K_B的增大，意味产品标准件比增大，可以减少工艺装备的费用。这里应指出的是，如果K_B增大是因为大量采用紧固件，它并不表明设计工艺性好。因为零件、部件的连接除用紧固件外，还可采用卡入式、插入式或常用的焊接、铆接、冷挤压等多种连接方法。紧固件使用过多的产品，一般结构上是不先进的。目前，大部分企业在新产品鉴定文件标准化审查报告中往往以标准化系数来说明产品标准化程度是不全面的，从某种意义上讲是不正确的。

（4）结构的继承性。所谓结构继承性就是已生产过的类似产品中零件利用程度，它可以用继承系数K_z表示。

式中 n_z——从正在生产的产品中借用的零件数。

提高K_z说明产品结构继承性好，提高了零件的通用程度。但是切忌为提高K_z而增加其他零件的复杂程度，甚至新产品的复杂程度，那是得不偿失的。

（5）零件制造工艺复杂程度。判断零件制造工艺复杂程度时，不能仅从零件外形来看。应当根据其加工条件和特点来考虑。为了判别零件工艺的复杂程度，可以把产品中零件按工艺特点分为5组，把各组零件的数目统计出来，作为衡量工艺复杂程度依据的指标。若以N₁表示简单零件数，这类零件基本上不进行切削加工，如冷冲压等；N₂表示圆形零件数，可以在车床上加工；N₃表示平面零件数，主要在铣床、锯床、平面磨床、插床上加工；N₄表示特殊零件数，要求在专用加工设备上加工；N₅表示复杂零件数，但可以利用模具压制或压力铸造加工。

现在以第四组N₄零件作为基数，其他零件与其比较得出各个系数来衡量工艺复杂程度。

系数K₁大，说明容易加工的零件多、工艺性好。系数K₂的增加，说明零件可以在自动机床上加工，节约工时。系数K₃增加说明工艺性下降。系数K₅增大，说明可以采用无切削生产效率高的工艺，其结构工艺性反而好。

（6）材料利用率。加工余量小可以节约原材料，提高材料利用率，也可节省工时，降低成本。材料利用率是衡量设计工艺性的一项重要指标，用K_m来表示。

式中 q_i——零件净重；

q_m——零件毛重。(www.xing528.com)

（7）装配单元（部件）占零件数比重，用部件系数K_p表示

式中 n_p——产品部件总数；

n_a——产品零件总数。

产品部件数越多，装配过程越快。因为部件可以分别独立同时进行装配，这样可以缩短装配周期。

（8）产品装配的繁杂程度，它表示装配工作量大小和装配成本的高低。通常将部件分类进行比较。若以n_h表示可以直接进行装配的零件数和外购件数，在装配过程中不需要进行任何附加的加工和调整；n_n表示在装配过程中只需调整的零件和外购部件数，它们不需要附加任何加工；n_i表示在装配过程中需要简单加工如钻孔、打铆钉的零件数；n_R表示在装配过程中需要简单加工，但需要拆散清洗的零件数；n_E表示在装配中需要研配的零件数。

以n_E为系数分析装配复杂程度系数。

上述系数越大越好，如K_h＞K_n＞K_i＞K_R更理想，说明容易装配的零件多。

（9）零件加工精度。通常用平均精度这一概念，它将产品零件按其精度等级分组。求出每组零件数，然后求出平均精度等级系数K_p。

式中 n_i=n＜5+n₅+n₆+n_7-8+n₉+n₁₀+n₁₁+n₁₂+n₁₃+n＞13

n_i——某一精度等级零件数，n＜5为精度高于T5级的零件数；n＞13为精度低于T14的零件数；

i——相应某一组的精度等级，当n＜5时，i取0.5，当n＞13时，i取14。

一般情况下，K_p值越高，则设计工艺性好，表示零件容易加工，但必须是在保证产品装配质量的前提下。

3.提高设计工艺性应采取的措施

上述所列的9项指标是分析比较方法之一，还有许多设计工艺性没有包含在内，所以只能提供参考，具体应用时可做必要的补充与修改。

为了提高设计工艺性，传统的经验一般从以下几个方面采取措施。

（1）采用标准化、规格化和通用化的零件、部件。

（2）合理选用精度等级和表面质量。

（3）应尽可能地利用好同类产品结构继承性。

（4）合理选择原材料和毛胚。

（5）保证零件加工方便和容易装配。

（6）工艺过程典型化。

最近10多年来，低压电器产品结构和制造工艺水平发生了很大变化。因此，产品设计工艺性的含义相应也发生了很大变化。除了上述设计工艺性一般要求外，对新一代低压电器产品设计工艺性提出了以下要求。

（1）零件和部件的结构、形状、尺寸精度能适应自动装配的需要。产品整机结构适应自动检测线操作的需要。

（2）产品功能部件采用模块化结构，主要部件也尽可能地采用模块化结构。功能部件采用模块化结构，使产品多功能组合十分方便。主要部件模块化可大大提高产品装配效率。同时，给产品维护带来方便。低压电器产品模块化水平一定程度上反映了企业低压电器设计与制造水平。

（3）零件、部件装配尽可能采用结构性连接，使产品小型化。

（4）导电部件采用型材，可缩小产品体积，使产品小型化。

（5）注塑零件和压塑零件的结构、形状、尺寸等应满足塑料成形工艺的需要，确保注塑零件的一次合格率。

（6）触头与其连接的导电件形状、尺寸应适应触头自动焊机生产工艺。

（7）内、外部附件应尽可能考虑系列通用性，以减少研发投入和制造成本。

（8）电子线路板元件的选用与线路设计应适用自动贴片焊接工艺。