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回油阀阀体机械制造工艺学课程设计说明书

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2020年4月19日
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机电及自动化学院

《机械制造工艺学》课程设计说明书

设计题目：回油阀工艺规程设计

年 7月

前言

《机械制造工艺学》课程设计是我们学完了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课，又经过了机械设计课程设计之后，进行的又一次实践性环节，特别强调对机械制造工艺学和工程材料这两门课程的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。而且，这次课程设计同样也会用到以前的金工实习和认知实习的相关知识，也能够说这是对两次实习效果的一次检验。经过这次课程设计，将会巩固对机械加工工艺规程设计的理论知识，并初步学会自己完成制定简单零件加工工艺规程。
这次的工艺规程课程设计，我自己找的题目是回油阀的工艺规程设计。它是一种阀体零件。回油阀，也叫做溢流阀，主要由阀体、阀门、弹簧、端盖等组成，在油路中主要起限压作用。希望经过对回油阀的加工工艺规程的设计，能够进一步学习《机械制造工艺学》并掌握简单零件的加工工艺设计。虽然这是大学以来的第二次课程设计，但毕竟还是第一次接触制造工艺设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，这些也是第一次设计时常见的问题，希望老师多多批评和指正。

目录
1、任务介绍 4
2、回油阀工艺分析 4
3、回油阀工艺规程设计 5
3.1、确定回油阀毛坯的制造形式 5
3.2、制定工艺路线 5
3.3、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定 8
3.4、各种机床与刀具选择 10
3.5、确定切屑用量 10
3.6、基本工时的确定 11
3.7、计算时间定额和提高生产率的工艺途径简介 21
3.8、工艺方案的比较与技术经济分析 22
4、小结 23
5、参考文献 24

1、任务介绍
本次《机械制造工艺学》课程设计我选择的题目是“回油阀工艺规程设计”。材料为HT200，生产批量为中批量生产，其它要求及零件参数见回油阀二维零件图，要求设计该回油阀的机械加工工艺规程，具体要求内容为：
（1）根据生产类型，对零件进行工艺分析；
（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图；
（3）制订零件的机械加工工艺过程，选择工序加工设备及工艺装备，确定各工序切削用量及工序尺寸，并计算工序的工时定额；
（4）填写工艺工序过程卡；
（5）撰写设计说明书；

2、回油阀工艺分析
回油阀材料为HT200，即灰铸铁。根据《机械工程材料》等相关资料能够知道：HT200铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；有一定的机械强度及良好的减振性，流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能低，抗压强度比抗拉强度高约3-4倍；耐热性较好；可承受较大的弯曲应力；主要用于强度、耐磨性要求较高的重要零件和要求气密性的铸件。例如：汽缸、机体、齿条、铸有导轨的床身、中等压力（800N/cm）的液压缸、泵阀体。
因此回油阀毛坯可选用铸件。
生产批量为中批量生产，故毛坯精度应为中等，加工余量中等；加工机床采用通用机床，；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
根据零件图可知，零件整体要求精度不是太高。其中2个Ф140的端面，左边Ф120端面，右边Φ110的端面的表面粗糙度要求Ra为6.3，平面度要求为0.05，经过初铣，半精铣，即能够达到题目粗糙度要求，0.05的平面度要求通用铣床即可达到要求。题目中3个Φ40的孔的粗糙度要求为Ra6.3，经过钻孔加铰孔能够达到题目要求。另外，左右两个孔对左右端面分别有0.1的垂直度要求，两孔有相正确0.1的平行度要求，因此在加工时，应以端面为基准，加工Φ40的孔。Φ65的孔要求与阀门进行基孔制的7级配合，即加工精度应达到Φ65，经过钻孔，粗铰，精铰，能够达到要求。Φ70的内孔阶面能够经过拉刀拉削成型。3×45°的锥面要与阀门对研，表面粗糙度为Ra0.8，要经过粗镗，半精镗，精镗来实现。左右端面上的通孔粗糙度要求为Ra6.3，经过钻孔，铰孔能够达到要求。上下端面的螺孔经过钻孔，钻螺纹成型。另外，Φ70的内腔只作储存油液，起缓冲作用，没有粗糙度和形位公差的要求，经过镗削一次加工即可。零件上面其它包括端面外圆，肋板都是经过铸造直接成型。

3、回油阀工艺规程设计
3.1、确定回油阀毛坯的制造形式
根据回油阀材料（HT200）具有铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；有一定的机械强度及良好的减振性，流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能低，抗压强度比抗拉强度高约3-4倍；耐热性较好；可承受较大的弯曲应力；同时工件作用为连接，不承受外部应力，且没有动载荷之类的影响。为提高加工效率，尽量使毛坯和零件图接近，因此选择毛坯的制造形式为铸件形式。
3.2、制定工艺路线
根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的精度和粗糙度能力，以及各种机床的加工特点，查阅和参考《机械制造工艺学》和《机械制造技术基础课程设计指南》等资料，可得到各加工面的加工方法（表1）。

表1 回油阀各加工面的加工方法
加工面
尺寸及偏差
精度
粗糙度
加工方案
左右端面
Φ140

Ra6.3
粗铣-半精铣
上端面
Φ120

Ra6.3
粗铣-半精铣
下端面
Φ110

Ra6.3
粗铣-半精铣
3×Φ40的孔
Φ40

Ra6.3
钻-扩-铰
Φ65的孔
Φ65
H7
Ra3.2
钻-扩-粗铰-精铰
Φ70的内腔
Φ70

Ra12.5
镗削
3×45°锥面
3×45°

Ra0.8
粗镗-半精镗-精镗-磨削
4×Φ16的通孔
Φ16

Ra6.3
钻孔-铰孔
4×M12-6H螺孔
M12-6H

Ra6.3
钻孔-攻丝

可行的加工路线的拟定：
方案一：铸件毛培——铣削左端面，右端面，上端面，下端面——钻Φ40的3个孔——加工4个端面上的通孔和螺孔——镗削Φ70的内腔——钻铰Φ65的孔——镗削3×45°的锥面——磨削3×45°的锥面。
方案二：铸件毛培——钻扩3个Φ40的孔——铣削上端面，下端面，左端面，右端面——钻Φ65的孔———镗削3×45°的锥面——磨削3×45°锥面——镗削Φ70的内腔——加工4个端面上的螺孔和通孔。
两套工艺方案的比较：
此回油阀对端面以及内孔表面的粗糙度要求不是很高，端面经过粗铣-半精铣能够达到要求，内孔经过钻铰能够达到要求。有比较高的精度要求的是Φ65H7这个与阀门配合的孔和3×45°这个与阀门对研的锥面，需要进行磨削加工，因此这两个地方应该留在工序的后面进行精加工。两套工艺方案的差别主要在于先加工端面还是先加工内孔。回油阀对内孔与端面有垂直度的要求，对左端面和右端面上的孔有平行度要求，对上端面和下端面有平行度要求，对左端面与右端面也有平行度要求，若先加工端面再加工内孔，加工内孔时即能够端面为基准，这样内孔与端面的垂直度容易得到保证，同时，加工端面时采用互为基准的原则，端面之间的平行度也容易得到保证。若先加工内孔，应为此阀不是回转体零件，因此，加工端面时不宜以内孔作为定位基准。同时，先加工端面，在加工内孔时一次装夹能够同时加工端面上的螺孔和通孔，节省了装夹的工时。因此，方案一，先加工端面，再加工内孔的方案较优，综合考虑，选用方案一作为回油阀的工艺加工路线。
装夹及基准的选择：
根据互为基准的原则，即加工左端面时以右端面作为基准面，再以左端面为基准加工有端面，这样，左右端面的平行度即可得到保证。同理，加工上端面时以下端面作为加工基准面，再以上端面作为基准加工下端面。端面铣削过程中，选用夹具为适用于公称直径30-150的夹板。加工内孔时，为了保证内孔与端面的垂直度要求，选择各个段面作为加工内孔时的基准。因为本次设计的对象是中到大批量生产，同时此阀体采用通用夹具不易装夹，能够设计此工序的专用夹具，断面上的通孔和螺孔的加工亦可在此专用夹具上面完成。
回油阀加工工艺的具体安排：
表2 回油阀加工工艺工序安排
工序号
工序内容
定位基准
设备
01
粗铣、半精铣左端面
右端面
铣床
粗铣、半精铣右端面
左端面
粗铣、半精铣上端面
下端面
粗铣、半精铣下端面
上端面
02
钻、扩、铰下端面上Φ40的内孔（由上端面钻通）
下端面及Φ120的外圆
钻床
钻、攻丝上端面的螺孔
钻、攻丝下端面的螺孔
上端面及Φ110的外圆
钻、扩、铰左端面上Φ40的内孔
右端面及Φ140的外圆
钻、铰左端面上4×Φ16的通孔
钻、扩、铰右端面上Φ40的内孔
左端面及Φ140的外圆
钻、铰右端面上4×Φ16的通孔
03
镗削Φ70的内腔
下端面及Φ120的外圆
镗床
04
扩、铰Φ65的孔
下端面及Φ120的外圆
钻床
05
镗削3×45°的锥面
下端面及Φ120的外圆
镗床
06
磨削3×45°的锥面
下端面及Φ120的外圆
磨床

3.3、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定
结合回油阀尺寸及查阅《机械制造技术基础课程设计指南》等资料得到相关数据可计算得到加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸如表3：

表3 回油阀加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸等参数表
加工面最终尺寸
单边余量
工序尺寸
毛坯尺寸
Φ140、Φ120、Φ110的各个端面
3.0
粗铣
左右端面189
上下端面145
1.5
半精铣
Φ40的孔
1.0
0.125

钻→38.0
扩→39.75
铰→40
0
Φ65
2.5
0.25
0.05

钻→60.0
扩→64.5
粗铰→64.9
精铰→65
0
Φ16的通孔
0.5

钻→15.0
铰→16.0
0
4×M12的螺孔

钻→10.2
攻丝
0
3×45°锥面
0.3
0.1
0.1

粗镗→2.5×45°
半精镗→2.8×45°
精镗→2.9×45°
磨削→3.0×45°

Φ70的内腔
15
粗镗→70
40

据此可得到毛坯尺寸，故可得毛坯图形如图1

图1：回油阀毛坯图
加工时需要保证留有加工余量,最终尺寸加上各道工序加工余量即得到工序尺寸。

3.4、各种机床与刀具选择
综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度
机床与刀具如下：
万能升降台铣床—————硬质合金端面铣刀
摇臂钻床Z3050—————高速钢钻头
卧式镗床T6113—————硬质合金单刃镗刀
立式内拉床———————专用拉刀
卧式内圆磨床——————砂轮

3.5、确定切屑用量
根据工件尺寸和相关要求，并参考《实用机械加工工艺手册》、《机械工程手册》等资料，可得工件尺寸和切屑深度的选择为：
端面 粗铣每齿的进给量为0.2mm/z，进给速度为90m/min,半精铣的进给量为1.0mm/n,进给速度为60m/min。
Ф40的孔 钻削进给量为1.0mm/r，进给速度为20m/min。
Ф16的通孔 钻削进给量为0.7mm/r,进给速度为15m/min。
Ф65的孔 钻削量为1.0mm/r，进给速度为20m/min。
Ф70的内腔 镗削进给量为0.5mm/r,进给速度为50m/min。
3×45°锥面 粗镗的进给量为0.5mm/r,进给速度为50m/min,半精镗的进给量为0.4mm/r，精镗的进给量为0.3mm/r，磨削的横向进给量为40mm/st，纵向进给量为0.01mm/r,工件的运动速度为0.2 m/s。
攻丝的进给量为0.3mm/r,速度为0.3m/s。

3.6、基本工时的确定
(1)、粗铣、半精铣Ф140的端面
采用W18Cr4V硬质合金端铣刀，齿数z=10，D=160mm
切屑深度分别为:
=3.0mm
=1.5mm
粗铣每齿的进给量=0.2mm/z
半精铣的进给量为=1.0mm/n
进给速度：
=90m/min=1.5m/s
=60m/min=1m/s
则粗铣每转的进给量为：
f=×z=0.2×10=2mm/r
转速：

代人相关数据可得:
=179.05r/min
=119.37r/min
根据机床型号，选择转速：
=150r/min
=118r/min

基本时间
其中，
=160+140+10=310mm
代人相关数据得：
=62s
=157.63s
本工序的基本时间为：
=219.63s
（2）、粗铣、半精铣Ф120的端面，采用齿数z=8，D=125的端面铣刀
切屑深度分别为:
=3.0mm
=1.5mm
粗铣每齿的进给量=0.2mm/z
半精铣的进给量为=1.0mm/n
进给速度：
=90m/min=1.5m/s
=60m/min=1m/s
则粗铣每转的进给量为：
f=×z=0.2×10=2mm/r
转速：

代人相关数据可得:
=235r/min
=152.79r/min
根据机床型号，选择转速：
=235r/min
=150r/min

基本时间
其中，
=125+120+10=255mm
代人相关数据得：
=40.67s
=124s
本工序的基本时间为：
=164.67s
（3）、粗铣、半精铣Ф110的下端面
采用与工序（2）中相同的铣刀和切削速度。
=125+110+10=245mm
代人相关数据得：
=39.07s
=98s
本工序的基本时间为：
=137.07s
（4）、钻上下端面上Ф40的通孔
钻削过程为钻孔到Ф25，再钻到Ф38，扩孔到Ф39.75，铰孔至Ф40。
分别选用Ф25的高速钢钻头，Ф38的高速钢钻头，Ф39.75的扩孔刀具，Ф40的铰刀。
进给量=1.0mm/r
切削速度:
=20m/min=0.33m/s
转速：

代人相关数据可得:
=252.1r/min
=165.86r/min
=158.55r/min
=157.56r/min
根据机床型号，选择转速:
=250r/min
=160r/min
=125r/min
=125r/min
切削速度v=fn：
=4.17mm/s
=2.67mm/s
=2.08mm/s
=2.08mm/s
基本时间
其中，
=95+10=105mm
代人相关数据得：
=25.18s
=39.33s
=50.48s
=50.48s
本工序的基本时间为：
+ +=165.47s
（5）、钻削左端面上Ф40的孔，钻削过程和步骤与工序（4）相同
其中，
=90+10=100mm
代人相关数据得：
=23.98s
=37.45s
=48.08s
=48.08s
本工序的基本时间为：
+ +=157.59s
（6）、钻削右端面上Ф40的孔，钻削过程和步骤与工序（4）相同
其中，
=90+10=100mm
代人相关数据得：
=23.98s
=37.45s
=48.08s
=48.08s
本工序的基本时间为：
+ +=157.59s
（7）、钻削左右端面上4×Ф16均布的通孔
钻削过程为先钻孔到Ф15，再铰至Ф16。
钻削的进给量为0.7mm/r
进给速度：
=15m/min=0.25m/s
转速：

代人相关数据可得:
=318.31r/min
=298.42r/min
根据机床型号，选择转速：
=320r/min
=250r/min
切削速度v=fn：
=3.73mm/s
=2.92mm/s
基本时间
其中，
=15+10=25mm
代人相关数据得：
=6.70s
=8.56s
工件上共有8个Ф16的通孔
本工序的基本时间为：
=122.08s
（8）、钻孔、攻丝4×M12-6H深15的螺孔
工艺过程为先钻孔到Ф10，再攻丝
钻孔的进给量为0.6mm/r
切削速度:
=15m/min=0.25m/s
转速：

代人相关数据可得:
=468.10r/min
根据机床型号，选择转速:
=400r/min
切削速度v=fn：
=4mm/s
基本时间
其中，
=15+5=20mm
代人相关数据得：
=5s
攻丝的进给量为0.3mm/r
切削速度:
=0.3m/s
转速：

代人相关数据可得:
=477.46r/min
根据机床型号，选择转速:
=400r/min
切削速度v=fn：
=2mm/s
基本时间
其中，
=15+5=20mm
代人相关数据得：
=10s
工件汇总需加工M12的螺孔8个
本工序的基本时间为：
=120s
（8）、加工Ф65H7的孔
该工序的工艺过程为先扩孔至Ф64.5，粗铰至Ф64.9，精铰至Ф65H7。
钻、扩、铰选择相同的进给量和进给速度。
钻孔的进给量为1mm/r
切削速度:
=20m/min=0.33m/s
转速：

代人相关数据可得:
=97.71r/min
=97.11r/min
=96.96r/min
根据机床型号，选择相同的转速:
=100r/min
切削速度v=fn：
=1.66mm/s
基本时间
其中，
=40+5=45mm
代人相关数据得：
=27.11s
本工序的基本时间为：
T=4×=108.43
（9）、镗削3×45°锥面
工艺过程为粗镗、半精镗、精镗。
进给量分别为：
=0.5mm/r
=0.4mm/r
=0.3mm/s
进给速度：
=50m/min=0.83m/s
转速：

代人相关数据可得:
=396.30r/min
根据机床型号，选择转速:
=400r/min
切削速度v=fn：
=3.33mm/s
=2.67mm/s
=2mm/s
粗铣使用2次走刀
=1.80s
=1.23s
=1.5s
（10）、磨削3×45°的锥面
切削深度为0.1mm，工作台单行程纵向进给量为fx1=40mm/st，纵向进给量为fy=0.01mm/r，工件的运动速度为v= 0.2m/s
基本时间：tj=
带入相关数据的：
=20s
（11）、镗削Ф70的内腔
镗削的进给量为0.5mm/r
进给速度：
=50m/min=0.83m/s
转速：

代人相关数据可得:
=396.30r/min
根据机床型号，选择转速:
=400r/min
切削速度v=fn：
=3.33mm/s
其中，
l=40+23=63mm
从Ф40到Ф70的单边加工余量为15，选择每次走刀的加工量为1.5，需10次走刀。
基本时间
带入相关数据得：
=189.19s

3.7、计算时间定额和提高生产率的工艺途径简介
单件时间的计算公式为：

由于生产批量为中批量，因此时间定额为：

本次设计没有具体计算辅助时间、布置工作地点时间和休息和生理需要时间，在中批量生产中，辅助时间可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修改，使之趋于合理。基本时间和辅助时间总和称为操作时间，布置工作地点时间一般按操作时间的2%7%来计算，休息和生理需要时间一般按操作时间的2%来计算。另外，由于生产批量为中批量，故忽略了准备与终结时间。
为了提高生产率，必须尽量减少时间定额，由于此处加工工艺已确定，故不能再减少基本时间，应从以下三方面着手来减少时间定额以提高生产效率：
（1）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠；
（2）减少布置工作地点时间；
（3）减少准备于终结时间。

3.8、工艺方案的比较与技术经济分析
在工艺规程设计最后一般还应该对所设计工艺方案进行比较与技术经济分析，主要评价指标为零件（或工序）的全年工艺成本和单个零件（或单个工序）的工艺成本，其计算公式分别如下：
VN
V
式中V为每件零件的可变费用（元/件），N为零件的年生产纲领（件），为全年不变费用（元）。本文未就对所设计工艺方案进行工艺方案的比较与技术经济分析。

4、小结
本次课程设计老师选择让我们自己选择题目，给了我们自由选择的同时也让我们的课设多了很多的可能性。我在选择题目的时候还对机加工的工艺工程知之甚少，因此犯了严重的错误，在选择题目的时候选择了一个形位公差很少的题目，在做的工程中发现时，课设的时间已过了一半，重新选择题目是不可能了，向老师咨询之后，我选择了自己添加一些形位公差。因为时间仓促，自己添加的形位公差难免有错误之处，也望老师指正。
经过本次课程设计，我对机械加工的工艺规程设计有个一个大概的了解，对各种机加工方法有了更加深入的认识，同时，在课设的过程中，对CAD画图、《机械制造工艺学》等知识有所复习，也锻炼了查阅资料的能力。机械工艺设计是一个系统的工程，在设计的过程中，要求从全局入手，制定简明、有效的工艺方案。在各个具体的工序过程中，又要对机加工的工艺过程了解清楚。工艺设计能够说是对各种加工方法的综合运用。
在设计中遇到的最大的困难是对各项加工方法的工艺不甚了解，对包括镗削、拉削在内的加工过程的具体情况不清楚。在以后的学习过程中，要不断对这方面的知识加以积累，更好地了解机械制造基础工业，从而为以后的工作打下坚实的基础。本次课程设计时间仓促，设计经验缺乏，错误在所难免，望老师指正。
5、参考文献
[1] 王先逵.机械制造工艺学（第2版）.北京：机械工业出版社， .1
[2] 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京：化学工业出版社， .12
[3] 机械工程手册.北京：机械工业出版社，1997.7
[4] 陈宏钧.铣工使用技术.北京：机械工业出版社， .5
[5] 李喜桥.加工工艺学.北京：北京航空航天大学出版社， .3