刘鹏
北京中丽制机工程技术有限公司 北京 101111
摘要：本文主要对设计定版后针对单一零件在不改变尺寸要素和保证使用性能的前提下，以提高生产效率、降低制造成本为目的而进行设计结构二次优化的探讨。
关键词：结构、优化、效率、成本
1.前言
很多设备零件设计中，因为特定结构要求，一些本来功能比较简单的零件设计完后因其结构比较特殊，存在加工工时长，加工成本过高的问题。本文以化纤机械某部件中电机安装座为例，分析能否在原设计已经定版且经过实际加工验证无误的情况下，以减少加工时间、降低加工成本为目的，进行设计结构二次优化的可行性。
2.电机安装座设计特点及工艺
电机安装座（图1-1）是连接电机与机架部件中升降气缸的一个中间件，只在生头时有升降动作，长时间处于静止状态。
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图1-1 电机安装座三维图 图1-2 电机安装座装配示意图
2.1根据原设计中电机安装座装配示意图（图1-2）中总结零件基本设计需求：
2.1.1需要能一定的负载要求，具备相应的强度。
2.1.2电机安装座中部要便于其他零部件的安装，且不对其他相关零部件的动作产生干涉。
2.2原零件工艺分析
零件原材料是一块40mm厚的45号钢加工而成，其工艺路线为：
下料→调质→铣六面→加工中心（加工台阶、铣两处半圆缺口、铣两个斜面）→钳→煮黑。
其中加工中心这道工序由于需要把工件加工成类似“工”字型及铣两个斜面，导致其加工时间长，从而使加工费用过高。
3.电机安装座改进思路
前面提到电机安装座（图1-1）长时间处于静止状态。因此本文主要探讨其静止状态下的结构优化。因为是在已定版的部件基础上进行优化，电机安装座上、下相连接及与之配套的零件结构尺寸都是固定的。那么此次优化需要在不改变该零件尺寸要素为前提下进行。
前文已经分析了原结构设计需求及工艺特点，造成加工成本过高的主要环节是加工中心这道工序造成的。本次改进以降低加工成本为导向进行。在满足零件精度前提下尽量普通机床能满足，而不使用加工中心等高端设备，减少加工工时降低制造成本。改进后如图2-1
3.1 改进后结构特点
改进后是把电机安装座拆分成由两个零件加四个螺栓组成的结合件（图2-1），材料为45号钢。
图2-1 结合件图 图2-2 零件一 图2-3 零件二
3.1.1零件一（图2-2）：小面和中间连接部门加工成凸字形
3.1.2零件二（图2-3）：大面为一块平板
因改进后的结合件整体尺寸要素与原设计一致，可以满足前面分析的基本设计需求。
3.2新结构加工工艺为：
3.2.1零件一：下料→调质→铣（四边及凸台）
3.2.2零件二：下料→调质→铣（铣一个大面）
3.3结合件工艺：
焊接（零件一与零件二按图纸尺寸焊接）→钳（在原图纸孔基础上增加4-φ10沉孔φ15深11和4-M10底孔）→钳（按图攻丝后，再拧入4个M10X20的高强螺栓加弹簧垫和紧固胶）→铣（铣上、下两个大面到图纸要求）→煮黑
3.4改进分析
3.4.1结构方面：虽把原一个零件拆分成两个零件，但结合后相关尺寸要素并未发生变化。所以结构方面没有问题。
3.4.2工艺方面：45号钢属于中碳钢，焊接性能较差，容易焊后出现裂纹，且焊接易产生变形。
3.5修改后工艺
根据改进分析结果再次优化设计后，电机安装座拆分成由两个零件加五个螺栓组成的结合件。在上一个工艺基础上取消焊接，为保证连接强度，在原有基础上增加一个螺栓。
图2-4 修改后零件一 图2-5 修改后零件二 图2-6修改后结合件
3.5.1零件一（图2-4）：下料→调质→铣（四边及凸台）→钳（加工5-φ10沉孔φ15深11）
3.5.2零件二（图2-5）：下料→调质→铣（铣一个大面）→钳（加工5-M10底孔）
3.5.3结合件（图2-6）工艺：
钳（拧入5个M10X20的高强螺栓加弹簧垫和螺丝胶）→铣（铣上、下两个大面到图纸尺寸要求）→钳（按图纸上各孔位置，钻孔攻丝）→煮黑
3.6载荷分析
零件未做结构优化前与其它相关零件装配时用4个M8的螺栓连接，经实际验证可以很好满足使用要求。优化结构后，结合件中两个零件通过5个M10螺栓连接，通过实际使用验证，同样能够很好满足使用要求。
4.结论
电机安装座优化结构后，满足了使用要求。在不改变该零件装配尺寸为前提下，原材料重量下降36%，加工费用降低60%，加工效率提高40%，整体制造费用降低50%。通过对现有产品的结构优化，可以为企业大幅降低成本，提升产品的市场竞争力。