阀体工艺及夹具设计说明书.doc

阀体工艺及夹具设计说明书
1 阀体的工艺分析及生产类型的确定
1.1阀体的作用
题目所给的零件时阀体，主要作用是通过螺纹与其他零件连接，达到控制流体开关、方向、压力及流量。
1.2阀体的技术要求
加工表面
尺寸及偏差
mm
公差及精度等级
表面粗糙度
um
形位公差mm
阀体下端面
72
IT10
6.3

阀体上端面
72
IT10
6.3

阀体前端面
57
IT10
6.3

阀体后端面
57
IT10
6.3
对于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
对于B垂直度0.06
32H8孔
32
IT8
3.2
对于B垂直度0.06
M8螺纹孔
8
IT13

M6螺纹孔
6
IT13

1.3阀体的工艺分析
阀体是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状较复杂，其加工内孔的精度要求较高，此外还有上下端面，孔端面需要加工，对精度要去也很高。其内孔对孔端面有垂直度要求，因为其尺寸精度，几何形状精度和相互位置精度以及表面质量均影响阀是否能够良好的密封，进而影响其使用性能，因此它的加工时非常关键和重要的1.4阀体的生产类型
根据设计题目和设计要求确定生产类型是大批大量
2 确定毛坯、绘制毛坯图
2.1选择毛坯种类
毛坯种类的选择主要依据的是以下几种因素：
（1）设计图样规定的材料及机械性能；
（2）零件的结构形状及外形尺寸；
（3）零件制造经济性；
（4）生产纲领；
（5）现有的毛坯制造水平。
由零件图可知零件材料为HT250，生产批量为大批大量，零件结构一般复杂，所以选择金属型浇铸，因为生产率很高，所以可以免去多次造型，工件尺寸较小，单边余量不大，需要结构细密，能承受较大的压力，所以选择铸件做毛坯。
确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
2.2毛坯形状的确定
毛坯形状应力求接近成品形状，以减少机械加工余量。
（1）铸件孔的最小尺寸，根据《机械制造技术基础课程设计》表2-7可查得，铸件孔的最小尺寸为10~20mm。
（2）铸件的最小壁厚。根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-7查得，铸件的最小壁厚为4mm。
（3）铸件的拔模斜度。铸件垂直于分型面上，需要铸造斜度，且各面的斜度数值应尽可能一致，以便于制造铸模。根据《机械制造技术基础课程设计》表2-8可得：
斜度位置
铸造方法
金属性铸造
外表面
0°30′
内表面
1°
（4）铸件圆角半径。铸件壁部连接处的转角应有铸造圆角。主要是为减少应力集中，防止冲砂、裂纹等缺陷。一般为邻壁厚度的1/3~1/5，中小铸件圆角半径为3~5mm。
（5）铸件浇铸位置及分型面选择。铸件的重要加工面或主要工作面一般应处于底面或侧面，应避免气孔、砂眼、疏松、缩孔等缺陷出现在工作面上；大平面尽可能朝下或采用倾斜浇铸，避免夹砂或夹渣缺陷；铸件的薄壁部分放在下部或侧面，以免产生浇铸不足的情况。
2.3毛坯尺寸的确定
选择的毛坯铸造方法是金属模机器造型，零件的最大尺寸<250mm，铸件的机械加工余量等级则为5~7级（查《机械制造技术基础课程设计》表2-11），选择6级。从《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4中查得全长94.5mm的加工余量为2.5mm，即该毛坯尺寸为99.5mm；全长为57mm的加工余量为2.5mm，即该毛坯的尺寸为62mm，加工余量为2 mm，即该毛坯的尺寸为 加工余量为1.5 mm ，即该毛坯的尺寸为，加工余量为2 mm，即该毛坯的尺寸为，加工余量为2.5 mm，即该毛坯的尺寸为，加工余量为1.5 mm，即该毛坯的尺寸为。
3 拟定阀体工艺路线
3.1定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
精基准的选择
根据该阀体零件的技术要求和装配要求，选择阀体下端面和后端面作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。阀体的下端面和后端面是设计基准，选用其作精基准定位加工阀体上端面和前端面以及定位孔，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。
粗基准的选择
作为粗基准的表面平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺陷。选择阀体上端面和前端面作为粗基准。采用阀体上端面作为精基准加工下端面及以前端面作粗基准加工后端面，可以为后续工序准备好精基准。
3.2表面加工方法的确定
根据拨叉零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表
加工面
尺寸精度等级
表面粗糙度
加工方案
阀体下端面
IT10
6.3
粗铣—精铣
阀体上端面
IT10
6.3
粗铣—精铣
阀体前端面
IT10
6.3
粗铣—精铣
阀体后端面
IT10
6.3
粗铣—精铣
28H7孔
IT8
3.2
粗镗—精镗
35孔
IT12
12.5
粗镗
36孔
IT12
12.5
粗镗
22H8孔
IT8
3.2
粗镗—精镗
32H8孔
IT8
3.2
粗镗—精镗
M8螺纹孔
IT13

钻孔—攻螺纹
M6螺纹孔
IT13

钻孔—攻螺纹
3.3加工阶段的划分
该阀体加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（阀体下端面和后端面）准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求，同时粗镗内孔；在精加工阶段主要完成精铣平面和精镗内孔。
阀体零件的加工阶段如表
加工阶段
加工内容
说 明
基准面加工
粗铣上端面
以下端面和后端面为基准，精加工各个端面
粗铣下端面
精铣下端面
精铣上端面
粗铣前端面
粗铣后端面
精铣后端面
精铣前端面
粗加工
粗镗孔
、、孔相对于后端面有垂直度的要求，故应该在一次装夹中完成

粗镗、
孔
钻螺纹孔

精加工
精镗孔
、、孔相对于后端面有垂直度的要求，故应该在一次装夹中完成

精镗、
孔
3.4工序的集中与分散
选用工序分散原则安排阀体的加工工序。该阀体的生产类型为大批生产，可以采用普通型机床配以专用工、夹具，以降低其生产成本。
3.5工序顺序的安排
机械加工工序
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即阀体下端面和后端面。
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，即阀体的下端面和后端面。
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工阀体四个端面，在加工阀体的内孔以及钻孔、攻螺纹。
热处理工序
铸件为了消除残余应力，需在粗加工前、后各安排一次时效处理，在半精加工前、后各安排一次时效处理。
辅助工序
在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、终检工序。
综上所述，该阀体工序的安排顺序为：基准加工----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——热处理——主要表面精加工。
阀体零件的机加工工序安排如表
加工阶段
加工内容
说 明
基准面加工
粗铣上端面
基准先行，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虑到对主要表面的加工质量的影响
粗铣下端面
精铣下端面
精铣上端面
粗铣前端面
粗铣后端面
精铣后端面
精铣前端面
粗加工
粗镗孔
、、孔相对于后端面有垂直度的要求，故应该在一次装夹中完成

粗镗、
孔
钻螺纹孔

精加工
精镗孔
、、孔相对于后端面有垂直度的要求，故应该在一次装夹中完成

精镗、
孔
3.6确定阀体工艺路线
工序Ⅰ：粗铣上端面
工序Ⅱ：粗、精铣下端面
工序Ⅲ：精铣上端面
工序Ⅳ：粗铣前端面
工序Ⅴ：粗、精铣后端面
工序Ⅵ：精铣前端面
工序Ⅶ：镗削孔（粗镗和精镗在一次装夹中完成）
工序Ⅷ：镗削孔（粗镗和精镗在一次装夹中完成）
工序Ⅸ：钻螺纹孔、钻螺纹孔
工序Ⅹ ：攻螺纹 、攻螺纹
工序Ⅺ：去毛刺
工序Ⅻ：终检
阀体零件加工工艺路线如表
工序号
加工内容
说明
000
锻造毛坯

010
粗铣上端面

020
粗铣下端面
留下精铣余量
030
精铣下端面
达到图纸要求
040
精铣上端面
达到图纸要求
050
粗铣前端面

060
粗铣后端面
留有精铣余量
070
精铣后端面
达到图纸要求
080
精铣前端面
达到图纸要求
090
粗镗孔
留有精镗余量
100
粗镗、
孔
留有精镗余量
110
钻螺纹孔

120
精镗孔
达到图纸要求
130
精镗、
孔
达到图纸要求
140
攻螺纹
达到图纸要求
150
去毛刺
倒角机去除锐边毛刺
160
检验入库

4 工艺装备的选择
4.1机床的选用
工序号
加工内容
机床设备
说明
000
锻造毛坯

外协
010
粗铣上端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
020
粗铣下端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
030
精铣下端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
040
精铣上端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
050
粗铣前端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
060
粗铣后端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
070
精铣后端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
080
精铣前端面
X6120
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
090
粗镗孔
T618
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
100
粗镗、
孔
T618
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
110
精镗孔
T618
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
120
精镗、
孔
T618
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
130
钻螺纹孔
Z5125A
常用，工作台尺寸，机床电动机功率均合适
140
攻螺纹

丝锥

150
去毛刺

160
检验入库

4.2刀具的选用

铣刀
镗刀
钻头
类型
镶齿端铣刀
单刃镗刀
麻花钻
材料
硬质合金
硬质合金
高速钢
4.3量具的选用
铣平面采用的量具为游标卡尺
镗孔采用的量具为塞规和游标卡尺
5加工余量、工序尺寸的确定
5.1确定加工余量的目的
为保证零件质量，一般要从毛坯上切除一层材料。合理的选择加工余量，对保证零件的加工质量、提高生产率和降低成本都有很重要的意义。若余量确定的过小，则不能完全切除上道工序留在加工表面上的缺陷层和各种误差，也不能补偿本道工序加工时工件的装夹误差，影响零件的加工质量，造成废品；余量确定的过大，不仅增加了机械加工量，降低了生产率，而且浪费原材料和能源，增加了机床与刀具的消耗，使加工成本升高。所以合理确定加工余量是一项很重要的工作。
5.2工序余量的选用原则
（1）为缩短加工时间，降低制造成本，应采用最小的加工余量
（2）加工余量应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度。
（3）要考虑零件热处理时引起的变形
（4）要考虑所采用的加工方法、设备以及加工过程中零件的可能变形。
（5）要考虑被加工零件的尺寸，尺寸越大，加工余量越大。因为零件的尺寸增大后，由切削力、内应力等引起零件变形的可能性也增大。
（6）选择加工余量时，还要考虑工序尺寸公差的选择。因为公差决定加工余量的最大尺寸和最小尺寸。其工序公差不应超过经济加工精度的范围。
（7）本道工序余量应大于上道工序留下的表面缺陷层厚度
（8）本道工序的余量必须大于上道工序的尺寸公差和几何形状公差。
5.3阀体零件的加工余量
根据机械制造技术基础课程设计手册表5-37——5-56确定孔、表面、螺纹的加工余量如下表：
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、时间定额的计算
6.1切削用量的计算
根据加工余量来确定铣削背吃刀量。粗铣时，为提高切削效率，一般选择铣削背吃刀量等于加工余量，一个工作行程铣完。半精铣时，背吃刀量一般为0.5～2mm；精铣时一般为0.1～1mm或更小。
6.1.1粗铣下端面的切削用量计算
（1）背吃刀量的确定 根据下端面的机械加工余量及粗铣时背吃刀量的确定原则，确定背吃刀量为1.5mm
（2）进给量的确定 由表1.4《切削用量简明手册》，在粗铣铸铁、刀杆尺寸为16mm25mm、以及工件直径为60～100mm时
f=0.6～1.2mm/r
所以选择 f=1.0mm/r
（3）铣削速度的计算 由表1.11《切削用量简明手册》，当用YG6硬质合金铣刀铣削166～181Mpa灰铸铁,,f1.0mm/r,切削速度υ1=80m/min。
切削速度的修正系数为（参见1.28《切削用量简明手册》），故

选择

这时实际切削速度
6.1.2精铣下端面的切削用量的计算
（1）背吃刀量的确定 取。
（2）进给量的确定 精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。查表1.6《切削用量简明手册》，当表面粗糙度为6.3μm，，υ=96.5m/min时，f=0.3～0.35mm/r。
选择f=0.3mm/r。
（3）铣削速度的计算
根据表1.11，当时，
切削速度的修正系数为1，故。

6.1.3钻螺纹孔
（1）选择高速钢麻花钻头的切削用量
A、按加工要求决定进给量：当加工精度为IT12～IT13精度，时，。
由于，故应乘孔深修正系数，则

B、按钻头强度决定进给量；当，，钻头强度允许的进给量。
C、按机床进给机构强度决定进给量：当，机床进给机构允许的轴向力为8800N，进给量为0.53。
（2）选择高速钢麻花钻头的切削速度
由表2.15《切削用量手册》，HBS=161～181MPa的灰铸铁，。
切削速度的修正系数为：，故

6.2时间定额的计算
6.2.1基本时间的计算
（1）粗铣上端面

式中mm,故

（2）精铣上端面

式中mm,故

上下端面相互对称，所以所用的加工时间是相同的。
（3）粗铣后端面

式中mm,故

（4）精铣后端面

式中mm,故

6.2.2辅助时间的计算
辅助时间与基本时间之间的关系为=（0.15～0.2），取=0.15，则各工序的辅助时间分别为：
粗铣上端面的辅助时间：=0.150.20460=1.836s
精铣上端面的辅助时间：=0.150.12660=1.134s
粗铣后端面的辅助时间：
精铣后端面的辅助时间：=0.150.07260=0.648s
6.2.3其他时间的计算
除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于拨叉的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间是作业时间的2%～7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%～4%，均取为3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）（+）计算，它们分别为：
粗铣下端面的其他时间：+=6%（0.20460+1.836）=0.8445s
精铣下端面的其他时间：+=6%（0.12660+1.134）=0.5216s
粗铣后端面的辅助时间：+=6%(0.11760+1.053)=0.4822s
精铣后端面的其他时间：+=6%（0.07260+0.648）=0.298s
7 专用夹具的设计
7.1专用夹具设计的基本要求
（1）保证被加工要素的加工精度。采用合理的定位、夹紧方案，选择适当的定位、夹紧元件，确定合适的的尺寸、形位公差，是从夹具设计角度来保证被加工要素加工精度的基础。
（2）提高劳动生产率。通过设计合理的夹具结构，可以简化操作过程，有效的减少辅助时间，提高生产效率。
（3）具有良好的使用性能。简单的总体结构、合理的结构工艺性、加工工艺性，使加工、装配、检验、维修和使用更加简便、安全、可靠。
（4）经济性。在满足加工精度的前提下，夹具结构越简单、元件标准化程度越高，其制造成本越低和周期越短，就可以争取到更好的经济性。
7.2确定阀体的定位方案
该道工序主要是粗镗和精镗内孔，由于三个空的中心线相对于后端面有垂直度的要求，所以三个孔粗加工和精加工应该在一次装夹中加工完成，以阀体的下端面和后端面作为定位基准，镗孔是应该对工件进行完全定位，通过下端面的支撑板、短销和支承钉来限制工件的六个自由度。
7.3确定阀体的夹紧方案
由于实际加工的经验可知，镗削时的主要切削力为镗刀的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在上端面用移动压板与压紧螺钉配合就可以保证良好的夹紧。
7.4刀具的导向或对刀、引导方式
在镗削加工中，常用镗套解决刀具的对刀、导向问题。选择固定式镗套，布置形式为单面后导向。固定式镗套结构简单，外形尺寸小，中心位置准确。
参考资料
[1] 熊良山，严晓光，张福润.机械制造技术基础.华中科技大学出版社，2007
[2] 柯建宏.机械制造技术基础课程设计.华中科技大学出版社，2008
[3] 王先逵.机械制造工艺学.机械工业出版社，2006

- 14 -