閥體工藝及夾具設(shè)計說明書

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閥體工藝及夾具設(shè)計說明書 1 閥體的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 1.1閥體的作用 題目所給的零件時閥體，主要作用是通過螺紋與其他零件連接，達到控制流體開關(guān)、方向、壓力及流量。 1.2閥體的技術(shù)要求 加工表面 尺寸及偏差 mm 公差及精度等級 表面粗糙度 um 形位公差mm 閥體下端面 72 IT10 6.3 閥體上端面 72 IT10 6.3 閥體前端面 57 IT10 6.3 閥體后端面 57 IT10 6.3 對于A垂直度0.06 28H7孔 28 IT8 3.2 35孔 35 IT12 12.5 36孔 36 IT12 12.5 22H8孔 22 IT8 3.2 對于B垂直度0.06 32H8孔 32 IT8 3.2 對于B垂直度0.06 M8螺紋孔 8 IT13 M6螺紋孔 6 IT13 1.3閥體的工藝分析 閥體是一個很重要的零件，因為其零件尺寸比較小，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，其加工內(nèi)孔的精度要求較高，此外還有上下端面，孔端面需要加工，對精度要去也很高。其內(nèi)孔對孔端面有垂直度要求，因為其尺寸精度，幾何形狀精度和相互位置精度以及表面質(zhì)量均影響閥是否能夠良好的密封，進而影響其使用性能，因此它的加工時非常關(guān)鍵和重要的1.4閥體的生產(chǎn)類型 根據(jù)設(shè)計題目和設(shè)計要求確定生產(chǎn)類型是大批大量 2 確定毛坯、繪制毛坯圖 2.1選擇毛坯種類 毛坯種類的選擇主要依據(jù)的是以下幾種因素： （1）設(shè)計圖樣規(guī)定的材料及機械性能； （2）零件的結(jié)構(gòu)形狀及外形尺寸； （3）零件制造經(jīng)濟性； （4）生產(chǎn)綱領(lǐng)； （5）現(xiàn)有的毛坯制造水平。 由零件圖可知零件材料為HT250，生產(chǎn)批量為大批大量，零件結(jié)構(gòu)一般復(fù)雜，所以選擇金屬型澆鑄，因為生產(chǎn)率很高，所以可以免去多次造型，工件尺寸較小，單邊余量不大，需要結(jié)構(gòu)細密，能承受較大的壓力，所以選擇鑄件做毛坯。 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 2.2毛坯形狀的確定 毛坯形狀應(yīng)力求接近成品形狀，以減少機械加工余量。 （1）鑄件孔的最小尺寸，根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2-7可查得，鑄件孔的最小尺寸為10~20mm。 （2）鑄件的最小壁厚。根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-7查得，鑄件的最小壁厚為4mm。 （3）鑄件的拔模斜度。鑄件垂直于分型面上，需要鑄造斜度，且各面的斜度數(shù)值應(yīng)盡可能一致，以便于制造鑄模。根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2-8可得： 斜度位置 鑄造方法 金屬性鑄造 外表面 030′ 內(nèi)表面 1 （4）鑄件圓角半徑。鑄件壁部連接處的轉(zhuǎn)角應(yīng)有鑄造圓角。主要是為減少應(yīng)力集中，防止沖砂、裂紋等缺陷。一般為鄰壁厚度的1/3~1/5，中小鑄件圓角半徑為3~5mm。 （5）鑄件澆鑄位置及分型面選擇。鑄件的重要加工面或主要工作面一般應(yīng)處于底面或側(cè)面，應(yīng)避免氣孔、砂眼、疏松、縮孔等缺陷出現(xiàn)在工作面上；大平面盡可能朝下或采用傾斜澆鑄，避免夾砂或夾渣缺陷；鑄件的薄壁部分放在下部或側(cè)面，以免產(chǎn)生澆鑄不足的情況。 2.3毛坯尺寸的確定 選擇的毛坯鑄造方法是金屬模機器造型，零件的最大尺寸<250mm，鑄件的機械加工余量等級則為5~7級（查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》表2-11），選擇6級。從《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表2.2-4中查得全長94.5mm的加工余量為2.5mm，即該毛坯尺寸為99.5mm；全長為57mm的加工余量為2.5mm，即該毛坯的尺寸為62mm，加工余量為2 mm，即該毛坯的尺寸為 加工余量為1.5 mm ，即該毛坯的尺寸為，加工余量為2 mm，即該毛坯的尺寸為，加工余量為2.5 mm，即該毛坯的尺寸為，加工余量為1.5 mm，即該毛坯的尺寸為。 3 擬定閥體工藝路線 3.1定位基準(zhǔn)的選擇 定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后再確定粗基準(zhǔn)。 精基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)該閥體零件的技術(shù)要求和裝配要求，選擇閥體下端面和后端面作為精基準(zhǔn)，零件上的很多表面都可以采用它們作為基準(zhǔn)進行加工，即遵循了“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則。閥體的下端面和后端面是設(shè)計基準(zhǔn)，選用其作精基準(zhǔn)定位加工閥體上端面和前端面以及定位孔，實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合，保證了被加工表面的垂直度要求。 粗基準(zhǔn)的選擇 作為粗基準(zhǔn)的表面平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺陷。選擇閥體上端面和前端面作為粗基準(zhǔn)。采用閥體上端面作為精基準(zhǔn)加工下端面及以前端面作粗基準(zhǔn)加工后端面，可以為后續(xù)工序準(zhǔn)備好精基準(zhǔn)。 3.2表面加工方法的確定 根據(jù)撥叉零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，確定加工件各表面的加工方法如表 加工面 尺寸精度等級 表面粗糙度 加工方案 閥體下端面 IT10 6.3 粗銑—精銑 閥體上端面 IT10 6.3 粗銑—精銑 閥體前端面 IT10 6.3 粗銑—精銑 閥體后端面 IT10 6.3 粗銑—精銑 28H7孔 IT8 3.2 粗鏜—精鏜 35孔 IT12 12.5 粗鏜 36孔 IT12 12.5 粗鏜 22H8孔 IT8 3.2 粗鏜—精鏜 32H8孔 IT8 3.2 粗鏜—精鏜 M8螺紋孔 IT13 鉆孔—攻螺紋 M6螺紋孔 IT13 鉆孔—攻螺紋 3.3加工階段的劃分 該閥體加工質(zhì)量要求較高，可將加工階段劃分成粗加工和精加工兩個階段。在粗加工階段，首先將精基準(zhǔn)（閥體下端面和后端面）準(zhǔn)備好，使后續(xù)工序都可采用精基準(zhǔn)定位加工，保證其他加工表面的精度要求，同時粗鏜內(nèi)孔；在精加工階段主要完成精銑平面和精鏜內(nèi)孔。 閥體零件的加工階段如表 加工階段 加工內(nèi)容 說 明 基準(zhǔn)面加工 粗銑上端面 以下端面和后端面為基準(zhǔn)，精加工各個端面 粗銑下端面 精銑下端面 精銑上端面 粗銑前端面 粗銑后端面 精銑后端面 精銑前端面 粗加工 粗鏜孔 、、孔相對于后端面有垂直度的要求，故應(yīng)該在一次裝夾中完成 粗鏜、 孔 鉆螺紋孔 精加工 精鏜孔 、、孔相對于后端面有垂直度的要求，故應(yīng)該在一次裝夾中完成 精鏜、 孔 3.4工序的集中與分散 選用工序分散原則安排閥體的加工工序。該閥體的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，可以采用普通型機床配以專用工、夾具，以降低其生產(chǎn)成本。 3.5工序順序的安排 機械加工工序 （1）遵循“先基準(zhǔn)后其他”原則，首先加工精基準(zhǔn)，即閥體下端面和后端面。 （2）遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先主后次”原則，先加工主要表面，即閥體的下端面和后端面。 （4）遵循“先面后孔”原則，先加工閥體四個端面，在加工閥體的內(nèi)孔以及鉆孔、攻螺紋。 熱處理工序 鑄件為了消除殘余應(yīng)力，需在粗加工前、后各安排一次時效處理，在半精加工前、后各安排一次時效處理。 輔助工序 在半精加工后，安排去毛刺和中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、終檢工序。 綜上所述，該閥體工序的安排順序為：基準(zhǔn)加工----主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——熱處理——主要表面精加工。 閥體零件的機加工工序安排如表 加工階段 加工內(nèi)容 說 明 基準(zhǔn)面加工 粗銑上端面 基準(zhǔn)先行，先面后孔 先主后次，但次要加工表面的加工并非是安排在最后加工，次要表面的加工要考慮到對主要表面的加工質(zhì)量的影響 粗銑下端面 精銑下端面 精銑上端面 粗銑前端面 粗銑后端面 精銑后端面 精銑前端面 粗加工 粗鏜孔 、、孔相對于后端面有垂直度的要求，故應(yīng)該在一次裝夾中完成 粗鏜、 孔 鉆螺紋孔 精加工 精鏜孔 、、孔相對于后端面有垂直度的要求，故應(yīng)該在一次裝夾中完成 精鏜、 孔 3.6確定閥體工藝路線 工序Ⅰ：粗銑上端面 工序Ⅱ：粗、精銑下端面 工序Ⅲ：精銑上端面 工序Ⅳ：粗銑前端面 工序Ⅴ：粗、精銑后端面 工序Ⅵ：精銑前端面 工序Ⅶ：鏜削孔（粗鏜和精鏜在一次裝夾中完成） 工序Ⅷ：鏜削孔（粗鏜和精鏜在一次裝夾中完成） 工序Ⅸ：鉆螺紋孔、鉆螺紋孔 工序Ⅹ ：攻螺紋 、攻螺紋 工序Ⅺ：去毛刺 工序Ⅻ：終檢 閥體零件加工工藝路線如表 工序號 加工內(nèi)容 說明 000 鍛造毛坯 010 粗銑上端面 020 粗銑下端面 留下精銑余量 030 精銑下端面 達到圖紙要求 040 精銑上端面 達到圖紙要求 050 粗銑前端面 060 粗銑后端面 留有精銑余量 070 精銑后端面 達到圖紙要求 080 精銑前端面 達到圖紙要求 090 粗鏜孔 留有精鏜余量 100 粗鏜、 孔 留有精鏜余量 110 鉆螺紋孔 120 精鏜孔 達到圖紙要求 130 精鏜、 孔 達到圖紙要求 140 攻螺紋 達到圖紙要求 150 去毛刺 倒角機去除銳邊毛刺 160 檢驗入庫 4 工藝裝備的選擇 4.1機床的選用 工序號 加工內(nèi)容 機床設(shè)備 說明 000 鍛造毛坯 外協(xié) 010 粗銑上端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 020 粗銑下端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 030 精銑下端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 040 精銑上端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 050 粗銑前端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 060 粗銑后端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 070 精銑后端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 080 精銑前端面 X6120 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 090 粗鏜孔 T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 100 粗鏜、 孔 T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 110 精鏜孔 T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 120 精鏜、 孔 T618 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 130 鉆螺紋孔 Z5125A 常用，工作臺尺寸，機床電動機功率均合適 140 攻螺紋 絲錐 150 去毛刺 160 檢驗入庫 4.2刀具的選用 銑刀 鏜刀 鉆頭 類型 鑲齒端銑刀 單刃鏜刀 麻花鉆 材料 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金 高速鋼 4.3量具的選用 銑平面采用的量具為游標(biāo)卡尺 鏜孔采用的量具為塞規(guī)和游標(biāo)卡尺 5加工余量、工序尺寸的確定 5.1確定加工余量的目的 為保證零件質(zhì)量，一般要從毛坯上切除一層材料。合理的選擇加工余量，對保證零件的加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本都有很重要的意義。若余量確定的過小，則不能完全切除上道工序留在加工表面上的缺陷層和各種誤差，也不能補償本道工序加工時工件的裝夾誤差，影響零件的加工質(zhì)量，造成廢品；余量確定的過大，不僅增加了機械加工量，降低了生產(chǎn)率，而且浪費原材料和能源，增加了機床與刀具的消耗，使加工成本升高。所以合理確定加工余量是一項很重要的工作。 5.2工序余量的選用原則 （1）為縮短加工時間，降低制造成本，應(yīng)采用最小的加工余量 （2）加工余量應(yīng)保證得到圖樣上規(guī)定的精度和表面粗糙度。 （3）要考慮零件熱處理時引起的變形 （4）要考慮所采用的加工方法、設(shè)備以及加工過程中零件的可能變形。 （5）要考慮被加工零件的尺寸，尺寸越大，加工余量越大。因為零件的尺寸增大后，由切削力、內(nèi)應(yīng)力等引起零件變形的可能性也增大。 （6）選擇加工余量時，還要考慮工序尺寸公差的選擇。因為公差決定加工余量的最大尺寸和最小尺寸。其工序公差不應(yīng)超過經(jīng)濟加工精度的范圍。 （7）本道工序余量應(yīng)大于上道工序留下的表面缺陷層厚度 （8）本道工序的余量必須大于上道工序的尺寸公差和幾何形狀公差。 5.3閥體零件的加工余量 根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計手冊表5-37——5-56確定孔、表面、螺紋的加工余量如下表： 加工工序 粗加工余量 精加工余量 下端面 1.5 1.0 上端面 1.5 1.0 后端面 1.5 1.0 前端面 1.5 1.0 1.5 1.2 0.8 1.2 0.8 1.5 1.0 1.5 1.0 1.2 6 切削用量、時間定額的計算 6.1切削用量的計算 根據(jù)加工余量來確定銑削背吃刀量。粗銑時，為提高切削效率，一般選擇銑削背吃刀量等于加工余量，一個工作行程銑完。半精銑時，背吃刀量一般為0.5～2mm；精銑時一般為0.1～1mm或更小。 6.1.1粗銑下端面的切削用量計算 （1）背吃刀量的確定 根據(jù)下端面的機械加工余量及粗銑時背吃刀量的確定原則，確定背吃刀量為1.5mm （2）進給量的確定 由表1.4《切削用量簡明手冊》，在粗銑鑄鐵、刀桿尺寸為16mm25mm、以及工件直徑為60～100mm時 f=0.6～1.2mm/r 所以選擇 f=1.0mm/r （3）銑削速度的計算 由表1.11《切削用量簡明手冊》，當(dāng)用YG6硬質(zhì)合金銑刀銑削166～181Mpa灰鑄鐵,,f1.0mm/r,切削速度υ1=80m/min。 切削速度的修正系數(shù)為（參見1.28《切削用量簡明手冊》），故 選擇 這時實際切削速度 6.1.2精銑下端面的切削用量的計算 （1）背吃刀量的確定 取。 （2）進給量的確定 精加工進給量主要受加工表面粗糙度的限制。查表1.6《切削用量簡明手冊》，當(dāng)表面粗糙度為6.3μm，，υ=96.5m/min時，f=0.3～0.35mm/r。 選擇f=0.3mm/r。 （3）銑削速度的計算 根據(jù)表1.11，當(dāng)時， 切削速度的修正系數(shù)為1，故。 6.1.3鉆螺紋孔 （1）選擇高速鋼麻花鉆頭的切削用量 A、按加工要求決定進給量：當(dāng)加工精度為IT12～IT13精度，時，。 由于，故應(yīng)乘孔深修正系數(shù)，則 B、按鉆頭強度決定進給量；當(dāng)，，鉆頭強度允許的進給量。 C、按機床進給機構(gòu)強度決定進給量：當(dāng)，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為8800N，進給量為0.53。 （2）選擇高速鋼麻花鉆頭的切削速度 由表2.15《切削用量手冊》，HBS=161～181MPa的灰鑄鐵，。 切削速度的修正系數(shù)為：，故 6.2時間定額的計算 6.2.1基本時間的計算 （1）粗銑上端面 式中mm,故 （2）精銑上端面 式中mm,故 上下端面相互對稱，所以所用的加工時間是相同的。 （3）粗銑后端面 式中mm,故 （4）精銑后端面 式中mm,故 6.2.2輔助時間的計算 輔助時間與基本時間之間的關(guān)系為=（0.15～0.2），取=0.15，則各工序的輔助時間分別為： 粗銑上端面的輔助時間：=0.150.20460=1.836s 精銑上端面的輔助時間：=0.150.12660=1.134s 粗銑后端面的輔助時間： 精銑后端面的輔助時間：=0.150.07260=0.648s 6.2.3其他時間的計算 除了作業(yè)時間（基本時間與輔助時間之和）以外，每道工序的單件時間還包括布置工作地時間、休息與生理需要時間和準(zhǔn)備與終結(jié)時間。由于撥叉的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，分?jǐn)偟矫總€工件上的準(zhǔn)備與終結(jié)時間甚微，可忽略不計；布置工作地時間是作業(yè)時間的2%～7%，休息與生理需要時間是作業(yè)時間的2%～4%，均取為3%，則各工序的其他時間（+）可按關(guān)系式（3%+3%）（+）計算，它們分別為： 粗銑下端面的其他時間：+=6%（0.20460+1.836）=0.8445s 精銑下端面的其他時間：+=6%（0.12660+1.134）=0.5216s 粗銑后端面的輔助時間：+=6%(0.11760+1.053)=0.4822s 精銑后端面的其他時間：+=6%（0.07260+0.648）=0.298s 7 專用夾具的設(shè)計 7.1專用夾具設(shè)計的基本要求 （1）保證被加工要素的加工精度。采用合理的定位、夾緊方案，選擇適當(dāng)?shù)亩ㄎ?、夾緊元件，確定合適的的尺寸、形位公差，是從夾具設(shè)計角度來保證被加工要素加工精度的基礎(chǔ)。 （2）提高勞動生產(chǎn)率。通過設(shè)計合理的夾具結(jié)構(gòu)，可以簡化操作過程，有效的減少輔助時間，提高生產(chǎn)效率。 （3）具有良好的使用性能。簡單的總體結(jié)構(gòu)、合理的結(jié)構(gòu)工藝性、加工工藝性，使加工、裝配、檢驗、維修和使用更加簡便、安全、可靠。 （4）經(jīng)濟性。在滿足加工精度的前提下，夾具結(jié)構(gòu)越簡單、元件標(biāo)準(zhǔn)化程度越高，其制造成本越低和周期越短，就可以爭取到更好的經(jīng)濟性。 7.2確定閥體的定位方案 該道工序主要是粗鏜和精鏜內(nèi)孔，由于三個空的中心線相對于后端面有垂直度的要求，所以三個孔粗加工和精加工應(yīng)該在一次裝夾中加工完成，以閥體的下端面和后端面作為定位基準(zhǔn)，鏜孔是應(yīng)該對工件進行完全定位，通過下端面的支撐板、短銷和支承釘來限制工件的六個自由度。 7.3確定閥體的夾緊方案 由于實際加工的經(jīng)驗可知，鏜削時的主要切削力為鏜刀的切削方向,即垂直于第一定位基準(zhǔn)面,在上端面用移動壓板與壓緊螺釘配合就可以保證良好的夾緊。 7.4刀具的導(dǎo)向或?qū)Φ丁⒁龑?dǎo)方式 在鏜削加工中，常用鏜套解決刀具的對刀、導(dǎo)向問題。選擇固定式鏜套，布置形式為單面后導(dǎo)向。固定式鏜套結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，中心位置準(zhǔn)確。 參考資料 [1] 熊良山，嚴(yán)曉光，張福潤.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).華中科技大學(xué)出版社，2007 [2] 柯建宏.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計.華中科技大學(xué)出版社，2008 [3] 王先逵.機械制造工藝學(xué).機械工業(yè)出版社，2006 - 15 -