机械工艺夹具毕业设计85自来水管阀阀体的零件的机械加工工艺规程及67道工序的夹具设计Word格式文档下载.docx
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1.对夹具体的要求………………………………………15
2.结构工艺性、排屑以及在机床上安装的稳定可靠性………15
七、夹具设计………………………………………………16
1.确定设计方案………………………………………16
2.计算夹紧力………………………………………17
3.定位精度的分析…………………………………17
参考文献………………………………………………19
中英文翻译………………………………………20
摘要:
夹具是机械制造工厂里使用的一种工艺装备,分为机床夹具、焊接夹具、装配夹具及检验夹具。
对工件进行机械加工时,一些精度要求主要是通过夹具来保证的。
管阀主要用于需要保持全开全关的场合。
用来控制运输油品、蒸汽、水等的流量。
管阀主要是由阀体、阀盖、阀杆、支架、手轮等组成。
本文主要是介绍关于阀体设计的过程,阀体工艺规程的编制,以及阀体在加工过程中,工序夹具的设计。
关键字:
管阀阀体夹具精度
Theabstract:
Jigisonekindofcraftequipmentwhichinthemachinemanufacturefactoryuses,dividesintotheenginebedjig,theweldingfixture,thesectionalfixtureandtheexaminationjig.Whentoworkpiecemachine,someprecisionrequestsmainlyisguaranteedthroughthejig.Thegatevalvemainlyusesintoneedtomaintainallopenstheentirepassthesituation.Usesfortocontrolthetransportationoilquality,thesteam,thewaterandsoonthecurrentcapacity.Thegatevalvemainlyisbythevalvebody,thevalvecover,thevalvelever,thesupport,thehandwheelandsooniscomposed.Thisarticlemainlyistheintroductiontheprocesswhichdesignsaboutthevalvebody,thevalvebodytechnologicalprocessestablishment,aswellasvalvebodyinprocessingprocess,workingprocedurejigdesign。
Essentialcharacter:
gatevalvevalvecausesjigprecision
一、用途和主要性能参数
1.用途
楔式管阀适用于工作温度t≤425℃,介质为水、蒸气、油品等的管路上,作为控制介质流动的起闭器。
3.主要性能规范
压力等级Class
单位
介质
600Lb
Mpa
Lbf/in2
水
强度试验
15.3
2225
密封试验
11.2
1630
上密封试验
低压密封试验
0.6
80
空气
2.1、工作原理和结构说明
1.本阀门主要由阀体、阀盖、闸板、阀座及阀杆等零件组成。
2.本阀门依靠手轮带动阀杆螺母,使阀杆升降而带动闸板垂直于介质流动方向的直线位移,达到开启和关闭的目的。
二、阀体零件的分析
1、阀体的作用
阀体是管阀的一个主要零件。
闸阀主要是由阀体、阀盖、闸板、阀座及阀杆等零件组成。
阀体其相当于简单的三通结构,主要是由左右俩法兰,中间的法兰来通水、油、蒸气等,而流量的大小则是由闸板、阀杆等的控制调整。
而阀体的中法兰面上的8-¢25mm孔即为螺栓联接孔,主要是实现与阀盖的正确联接。
2、零件的工艺性分析
由零件图得知,其材料为WCB,是美国材料标准。
特用于阀门,其含碳量在0.3以下。
具有较强的强度、耐磨性、耐热性,使用于承受较大应力、要求耐磨的零件。
该零件主要加工面为¢195法兰的端面、左右法兰总长250±
1.9、法兰的凸台、止口水线等,以及8-¢25的螺栓孔的加工。
端面12.5的粗糙度要求以及中心145距离的要求都是要3道工序的夹具所保证,左右法兰的圆度、同轴度,以及5°
角倾斜要求则是由4道工序夹具所保证的。
8-¢25的螺栓孔的尺寸精度,以及每个孔之间的偏角,影响阀盖与阀体联接时的正确定位,从而影响整个闸阀的气密性。
由参考文献中有关面和孔的经济精度及机床达到的位置精度可知,上述技术要求是可以达到的,零件的结构工艺性也是可行的。
三、确定毛坯、画毛坯图
根据零件材料确定毛坯为铸件。
根据工厂实际要求,其生产类型为大批生产。
毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
参考文献[1]表2.2-5成批和大量生产的铸件机械加工余量等级,该种铸件的尺寸公差等级CT为8~10级,加工余量等级MA为H级。
故取CT为10级,MA为H级。
铸件尺寸公差(代号“CT”)分为16级。
壁厚尺寸公差可比一般尺寸差降一级公差带。
应对称于铸件基本尺寸设置。
基本尺寸应按有加工要求的表面上最大基本尺寸和该表面距离他的加工基准见尺寸中较大的尺寸确定。
旋转体基本尺寸取其直径或高度(长度)中较大尺寸。
表2.2-4中每栏有两个加工余量数值是以一则为基准、进行单侧加工的余量值。
下面的数值为进行双侧加工时每侧加工余量值。
参考文献[1]表,用查表法确定各表面的总余量如下表所示:
表3-1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸(mm)
加工余量等级
加工余量数值(mm)
说明
A面
125
H
5.0
单侧加工
B凸台
112
4.0
双侧加工
C止口
88×
4
3.0
D外圆面
195
E反平面
94
F面
145
G内止口
115
H外圆
200
I反平面
126
J4¢25孔
25
由参考文献[1]表2.2-1,可得铸件主要尺寸的公差,如下表:
表3-2主要毛坯尺寸及公差(mm)
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
A面的轮廓尺寸
3.6
中法兰平面距中心尺寸
4-¢25孔
---
2.4
四、工艺规程的设计
1、定位基准的选择
基准的选择:
闸阀的阀体的3个法兰面在整个阀体加工过的
程中既是装配基准又是设计基准,所以选择其作为定位基准,能使加工遵循“基准重合”的原则。
其余各面和孔的加工也能用它来定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
此外三个法兰面都比较的大,定位比较稳定,夹紧方案也比较简单、可靠,操作方便。
当加工3道工序的时候则以左法兰面和中法兰面作为粗基准,加工右法兰面。
同样的夹具,夹紧方式,右法兰面和中法兰面加工左法兰面。
而加工4道工序的时候则以通径法兰面为精基准加工。
由于工件的定位是通过定位副的接触(或配合)实现的,定位元件上限位基面的精度直接影响工件的定位精度,因此,限位基面应有足够的精度,以适应工件的加工要求。
定位元件不仅限制工件的自由度,还有支承工件、承受夹紧力和切削力的作用,因此,应有足够的强度和刚度,以免使用中变形或损坏。
由于本工艺用主要草用的基本都是车夹具,车床的主轴转速一般都是非常的高,需要较高的强度和刚度。
工件的装卸会磨损定位元件的限位基面,导致定位精度下降。
定位精度下降到一定程度时,定位元件必须更换,否则,夹具不能继续使用。
为了延长定位元件的更换周期,提高夹具的使用寿命,定位元件应有较好的耐磨性。
具体图形定位基准的面如下图所示:
最先机械加工的是左(右)法兰面,预想方案有俩种定位夹紧方案:
方案一、还好是先以中法兰面为粗基准,限制3个自由度。
再用支撑钉来分别支撑左(右)法兰面,则总共限制5个自由度,X轴的转动不受限制。
在俩左(右)法兰俩边分别用俩个V型块来限制X轴的转动,以及夹紧整个工件。
但由于此道工序中要有个5°
角倾斜的要求,同时还需保证其的同轴度,圆度等。
5°
角主要是由夹具模板保证的,而夹紧装置由于与工件长期的接触易产生磨损,加工时容易偏,同轴度和圆度都不能够保证。
方案二、由于磨损不能够保证同轴度和圆度的要求,考虑的
以上的要求,将原来支撑左(右)的支撑锭换成与其配套的圆板支撑,还是采用两块V型块从两边夹紧,这样即使两V型块长期使用磨损还有有比较精确同轴度和圆度的圆板来保证。
从俩方面来保证,所达到的精度就会比较的高拉。
加工完左右两通径法兰后,以其为精基准加工中法兰,首先
以两通径法兰面由两个V块来限制。
表面由压板压住起着定位夹紧的作用。
2、制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度,确
定个表面的加工方法如下:
A、B、C、D、E面:
粗车---精车
F、G、H、I面:
10级精度未铸出孔:
钻--扩--铰;
螺纹孔:
钻孔--攻螺纹。
因A、B、C、D、E面的加工要求精度比较的高,而通径法兰的中间是带有5°
的倾斜要求,同轴度和圆度的要求均比较的高。
故它们的加工宜采用工序集中的原则,即分别在一次装夹下将其加工出来,以保证其位置精度。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则,将A、B、C、D、E、F、G、H、I面、凸台、止口的粗加工放前,精加工放在后面,而通径孔,阀座内螺纹及静密封面,通径法兰的螺栓孔等的加工放在后面。
通径法兰钻完螺栓孔孔后,还需把反平面锪平,这道工序则放在最后进行加工。
清理毛刺和转入装配为是最后工序。
初步拟订的加工工艺路线如下:
工序号
工序内容
10
铸造
20
时效
30
涂漆
40
铸钢件按规定要求进行全数检验
50
粗、精车通径法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
60
粗、精车阀体总长法兰外圆、凸台、内止口、V型密封槽反平面
70
粗、精车中法兰外圆、中心高、内止口、V型密封槽反平面
粗、精车通径孔联接阀座的内螺纹及静密封面
90
刨俩侧导向筋
100
加热后焊接阀座并保温、热补、打磨焊缝处、清理两通径法兰外圆、端面氧化皮。
110
钻通径法兰螺栓孔
120
钻中法兰螺栓孔。
130
通径法兰反平面锪平。
140
清理毛刺、转入装配
上述的方案遵循了工艺路线拟订的一般原则,但某些工序有些问题还值得进一步讨论。
由于本加工工艺路线中有加热后焊接阀座并保温、热补、打磨焊缝处、清理两通径法兰外圆、端面氧化皮。
这一道工序加工完后就直接按照初步拟订的工艺路线来讲,就是直接钻通径法兰螺栓孔、钻中法兰螺栓孔、通径法兰反平面锪平。
在焊接过后由于应力变化,组织结构的变化,可能回使零件产生变形,会影响原已加工通径法兰的精度,而通径法兰的俩端面表面粗糙度要求为12.5,且通径法兰孔的加工要求同轴度和圆度的要求也比较的高,孔的5°
倾斜加工也比的有难度。
在焊接过后若不加工直接钻孔,精度要求方面难以达到。
因为初步拟订的工艺路线是粗精车放在一起加工的,根据实际要求考虑将粗精车分开进行加工,即将精车部分的放到焊接以后钻孔以前的工序中,这样保证阀体零件要要求的个方面精度。
由于才用的是同种工艺,未必显的设计的工艺路线过于繁琐,没采用工序集中的方法,增加了装夹的次数,而定位误差和装夹误差也有所增加。
这样设计与设想的结果未必相同,但虽然是误差值增大,但由于采用的工装还是一样,误差产生值不大,若不该工艺规程,则焊接后的精度相差非常之大。
修改后的工艺路线如下:
精车两通径法兰端面、凸台、车水线。
精车中法兰外圆、端面、车止口。
精车阀座密封面。
150
160
170
3、选择加工设备及刀具、夹、量具
由于生产类型为大批生产,故加工设备宜用通用机床为主,
以少量专用机床。
其生产方式为以通用机床加夹具为主,辅以少量专用机床的流水生产线。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
工序设计包括机床与工艺装备的选择,加工余量的确定,工序尺寸的确定,切削用量的确定,时间定额的确定等。
机床的选择:
首先选择机床时应该考虑机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应;
机床的工作精度应与工序的精度要求相适应;
机床的生产效率应与零件的生产类型相适应;
机床的选择应考虑车间现有设备条件,尽量采用现在有的设备进行改装。
夹具在大批、成批大量生产中应按工序加工要求设计制造专用夹具,本工艺过程中车这道工序所用的夹具均为设计的专用夹具。
量具的选择主要根据生产类型和加工精度。
在单件、小批生产中,应尽量采用通用量具、量仪。
在大批、大量生产中应采用各种量规和高效的检验仪器和检验夹具等。
刀具的选择只要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产率和经济性等,一般应尽可能采用标准刀具,必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。
在车床上加工的工序,一般都选用硬质合金车刀和镗刀。
粗精车通径法兰外圆、凸台、内止口、密封槽反平面,考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题,采用C630,无丝杆车床,(参考文献[1]表4.1-3)。
选择90°
外圆车刀,采用四爪卡盘来夹紧,检验测量则采用一般的游标卡尺。
粗精车阀体总长法兰外圆、凸台、内止口密封槽反平面,因为定位基准的转换,所以改用C6136卧室车床(参考文献{1}表4.1-2)同样采用90°
外圆车刀。
采用车专用夹具及游标卡尺、样板、卡规。
粗精车中法兰外圆,中心高,内止口和V型槽,由于外圆直径比较大则改用CA6140,其回转直径比较的大。
(参考文献[1]表4.1-2)刀具还是采用外圆车刀,车3道专用夹具、游标卡尺、样板和卡规。
粗精车通径孔、阀座内螺纹及静密封面采用CA6140,四道车夹具、螺纹规、卡规和塞规。
刨俩侧导向筋,显然采用刨床。
按照要求根据现有设备,采用B665牛头刨床。
由于俩侧的筋要求比较要,成型不易故选取成型刀具,量具采用导向筋卡规来进行测量。
钻通径法兰螺栓孔选用摇臂钻床Z3035加工(参考文献[1]表4.1-3),钻中法兰螺栓孔同样选用Z3035摇臂钻床。
量具的选择一般采用通用量具。
选择量具的方法有二种:
一种按计量器具的不确定度选择;
二是按照计量器具的测量方法极限误差选择。
本工艺中考虑到现场加工精度要求,现有设备,采用一般的游标卡尺、卡规、样板等进行测量。
4、加工工序设计
确定工序尺寸是由加工表面的最后工序往前推算,最后工序尺寸按零件图样的要求标注。
1)、工序40粗车及工序90精车H端面的工序尺寸计算
查文献[1]表2.3-5端面加工余量,得精加工余量ZH精=1.0mm。
已知H面的总余量ZH总=5.0mm。
故粗加工余量ZH粗=5.0-1.0=4.0mm。
如上图所示,精车H面工序中是以其中心为定位基准的,H面至中心的工序尺寸即为设计尺寸XH-中精=145±
0.05mm,则粗车H面工序尺寸为XH-中粗=146mm。
根据参考文献[2]表2.6-6,得粗加工公差等级为IT11--IT14,取IT=11,其公差TN-B粗=0.16,所以,XH-中粗=146±
0.08
校核精车余量ZH精:
ZH精min=XH-中粗min-XH-中精max
=145.92-145.05
=0.87mm
故余量足够。
此两道工序中还需要保证内止口的精度要求¢115H11
加工表面¢115:
粗车工序双边余量2.5,
半精车工序双边余量1.5
工序尺寸及公差:
粗车到¢113.5
半精车到¢115,公差H11,ES=0.22,EI=0
表面粗糙度:
粗车Ra=12.5
半精车Ra=6.3
2)、10、80道工序粗精车通径外圆的内止口,保持¢88H13×
4的尺寸。
根据参考文献[1]表2.2-3查的起总余量为4,H13等级,即为上偏差ES=+0.540,下偏差EI=0。
根据参考文献[1],由经济精度来看则是粗车就能达到。
IT=13,表米那粗糙度要求为6.3,根据经济表面粗糙度Ra值/μm6.3的要求,查参考文献[2]表1-10,则需要经过粗车--半精车。
加工表面¢88x4:
粗车到¢86.5
半精车到¢88,公差H13,ES=0.54,EI=0
工序10、80中除了有内止口的加工要求,另外还要保证粗精车外圆¢195h11的加工要求。
由参考文献[2]得:
加工表面¢195:
粗车到¢196.5,es=0,ei=-0.54
半精车到¢195,公差h11,es=0,ei=-0.22
粗车Ra=6.3
半精车Ra=3.2
工艺尺寸链的计算:
由上尺寸链可得知即A0为封闭环,
A0上=A1上-A2下A0下=A1下-A2上
=+0.1+0.09=-0.1-0
=+0.19=-0.1
+0.19
-0.1
A0=25
A0上'
=A1上'
-A2下'
A0下'
=A1下'
-A2上'
0=+0.1-A2下'
-0.09=-0.1-0-A2上'
+0.1
-0.01
A2下'
=0.1A2上'
=-0.01
5、确定切削用量及基本时间(机动时间)
切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。
确定方法是先确定切削深度、进给量,再确定切削速度。
5.1工序50切削用量及基本时间的确定
5.1.1切削用量
本工序为粗车(车端面、外圆及内止口)。
已知加工材料为WCB阀门专用碳钢,WCB的抗拉强度为485--655Mpa,屈服强度A最大为250Mpa,断面收缩率最小为35%,延伸率标距2英寸为22Mpa。
确定车外圆¢195h11mm的切削用量所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀。
根据参考文献[3]第一部分表1.1,由于C620-1机床的中心高为200mm(表1.30),故选刀杆尺寸B×
H=16mm×
25mm,刀片厚度为4.5mm。
根据表1.3,选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前到面,前角γ0=12°
,后角α012°
=6°
,主偏角kr=90°
,副偏角kr'
=10°
刀倾角λs=0°
,刀尖圆弧半径rε=0.8mm。
1)、确定切削深度ap由于双边余量为5.0,可在一次走刀内切完,故
ap=200-197/2
=1.5mm
2)、确定进给量f根据参考文献[4]表10--8,在粗车钢件、刀杆尺寸为16mm×
25mm、ap≤3mm、工件直径为100--400mm时,
f=0.
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