夹具课程设计---Za300C阀体密封面的加工.doc

上海交通大学 Za300C阀体密封面的加工一 绪言: 机床夹具课程设计是机械制造及机床夹具课程的重要实践环节。通过课程设计，可综合运用本课程和其它先修课程的理论和实际知识，培养解决实际问题的能力，掌握机床夹具设计的一般规律，树立正确的设计思想。通过课程设计，可了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，确定工艺流程，编制相应的工艺流程卡片。通过课程设计，可学习运用标准，规范，手册，图册和查阅科技文献资料及计算机绘图等，培养机械设计的基本技能和获得相关信息的能力。 阀门是流体输送系统中一种典型的控制部件，具有截止，调节，导流，防止逆流，稳压，分流，或溢流泄压等功能。广泛应用于机械，石油，化工，建筑，水利等领域。阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄露的能力，是阀门最重要的技术指标，阀门密封面的加工是阀门机械加工中的重点和难点，夹具设计的合理与否，直接影响被加工零件的尺寸精度和形位公差。本次课程设计的主要内容就是为阀门密封面的机械加工设计相应的车夹具，从而使密封面在车削加工过程中能准确定位，满足高效率生产要求。二 摘要:2.1. 产品简介ZA300C阀体基本形状，外形尺寸及形位公差如下所示： 图2-12.2. 加工难点ZA300C阀体密封面的加工是整个阀体加工的最重要部分，其加工质量直接关系到阀门的质量。一直以来，阀门密封面的加工没有得到有效的解决，严重影响着阀门的使用，质量成为用户关注的重点。近年来，经过技术部门组织力量，合理地安排了各道加工工序，现已完满地解决了密封面的加工质量问题，使阀门这一产品不但广泛应用于国内各重要天然气等使用单位，也远销欧美市场。现对阀门密封面加工方法进行总结，其中包括工艺，夹具及量具等。三. 关键词定位 精准 密封 1、尺寸的精准用特定长度或角度单位表示的数值，并在技术图样上用图线、符号和技术要求表示出来，并且有一定的时间上的感念 ,位置上的准确。2、密封可靠密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施。 密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。根据工作压力，静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。中低压静密封常用材质较软宽度较宽的垫密封，高压静密封则用材质较硬接触宽度很窄的金属垫片。动密封可以分为旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触，可分为接触式密封和非接触式密封；按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封，端面密封又称为机械密封。动密封中的离心密封和螺旋密封，是借助机器运转时给介质以动力得到密封，故有时称为动力密封。四. 确定工艺流程机械加工是零件从毛坯到成品或半成品必须经过的一个生产过程中。4.1. 相关名词解释4.1.1 工序：一个或一组工人在一个工作地点或一台机床上，对同一个或几个零件进行加工所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。4.1.2 工艺流程：在生产过程中，毛坯的制造，零件的机械加工与热处理，产品的装配等工作将直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，这一过程称为工艺流程。4.1.3 热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺。4.2. 相关工艺流程:4.2.1 铸造：阀体的毛坯为铸造件。成型后除浇冒口及型芯，并根据相关规定检验铸件是否有气孔，锁孔，砂眼等缺陷；并对铸件进行清砂处理；4.2.2 热处理：对铸件进行时效处理，以消除铸件的内部应力，并改善其切削性能，便于加工；4.2.3 涂漆：阀体内腔二涂黄漆，阀体外壳二涂防锈漆； 4.2.4 车削：车两端面及底面。车准两端面且互相平行，两端面与底端面垂直；4.2.5 磨削：磨两端面及底面。两端面间的平行度0.005, 两端面与底端面垂直度0.01；4.2.6 车削：上密封面车夹具，粗车密封面成2030，留0.2mm余量；4.2.7 磨削：上密封面磨夹具，（设备：端面立式磨床）磨准尺寸，表面粗糙度0.8，两密封面对称，并用20锥量规检测；4.2.8 研磨：上密封面研磨夹具，加工到图纸所示的表面粗糙度要求； 4.2.9 检验：两密封面接触面16点/英寸2，接触面积在80%以上；4.2.10 压力密封试验：压力0.50.6MPa,每分钟0.01滴；4.3.工艺流程卡:表 4-1 五. 车夹具的设计5.1. 专用夹具设计的基本要求：5.1.1 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，确定合适的尺寸，形位公差，是从夹具设计角度来保证被加工要素的加工精度的基础；5.1.2 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，有效地减少辅助时间，提高生产效率；5.1.3 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；5.1.4 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，其制造周期越短，制造成本越低，就可以争取到更好的经济性；5.2.夹具设计方案的确定：根据夹具设计的基本要求，现对ZA300C阀体密封面的加工确定夹具具体设计方案如下所示：5.2.1 角铁：ZA300C阀体在工作位置时其密封面并不与水平面垂直，而是呈80夹角，这给加工带来了困难。对此，我们设计一个角铁，角铁两表面间呈100夹角。角铁的上表面开孔，以便阀体的底面可以与其配合。当阀体的底面装入到角铁上开孔中时，角铁表面的上扬，让阀体沿Y轴旋转了10，此时阀体的密封面与水平面垂直，这时候，阀体的密封面的车削加工变得可行，其加工精度也更容易保证。角铁需要通过螺栓联接固定在过渡盘上，所有在角铁的垂直表面上需要钻穿螺栓的开孔。5.2.2 过渡盘由于安装角铁的需要，还需设计一个过渡盘，以便角铁固定在过渡盘上。为保证过渡盘的平整度，过渡盘需精车一下，保证其与角铁接触的表面光洁平整。角铁与过渡盘用螺栓联接，所以过渡盘还需根据角铁上的开孔配钻开孔。5.2.3 平衡块由于角铁和工件都装在机床过渡盘的下方，需在过渡盘上方配装相应平衡块，以确保车床主轴旋转时整个转动系的平衡。5.3.定位元件的设计要点：在机械加工中，必须使工件、夹具、刀具和机床之间保持正确的相互位置，才能加工出合格的零件。这种正确的相互关系，是通过工件在夹具中的定位，夹具在机床上的安装，刀具相对于夹具的调整来实现的。5.3.1 定位的概念所谓定位就是使工件准确地安装在机床的合适位置上，使工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置，保证其被加工表面达到工序所规定的各项技术要求。5.3.2 定位元件定位元件的作用就是确定工件在夹具中的位置。在本次设计中，角铁为主要定位元件，阀体的底面为定位基准平面。设计中的角铁，两表面间呈10010夹角，此角度的偏差将直接影响车加工时，阀体的密封面是否与机床导轨垂直，也就是加工完成后能否达到阀体零件图中密封面的1030角度要求。因此，角铁两表面间的夹角是个非常重要的尺寸。在角铁的制造加工过程中，需用正弦规检验，保证角铁的角度为10010；角铁通过螺栓联接固定在过渡盘的下方，过渡盘需精车一下，既要保证过渡盘表面垂直于机床导轨，又要保证其与角铁接触的表面光洁平整。两者的固定后，既要保证角铁的角度为10010，又要保证使工件被加工表面轴线与主轴回转轴线重合，方便刀具对密封面的加工，保证工件的加工精度。5.4.自由度的确定：图 5-2夹具对工件的定位情况：当阀体的底面装入到角铁上开孔中时，角铁控制了工件的X方向移动，Y方向移动，Z方向移动，X方向转动，Y方向转动，未控制Z方向转动，为欠定位。所以在夹紧工件前，需用百分表直接找正，作为工件的补充定位，最后达到六点定位，属完全定位。5.5.定位误差的分析和计算：所谓定位误差是指一批工件在夹具中的位置不一致而引起的误差，占工件公差的1/3。在本次设计中，角铁作为主要的定位元件，角铁两表面间夹角的精度决定着阀体密封面的1030角度的最终制造精度。在设计中我们取角铁的角度公差为零件公差的1/3，即10010；当阀体的底部法兰装入到角铁上开孔中时，形成了夹具对工件的定位。由于阀体的底部法兰与角铁上开孔的装配关系并不对密封面的加工造成很大影响，再加上在夹紧工件前，用百分表直接找正时，需要工件绕Z方向微微转动，所以，我们对底部法兰与角铁上开孔的装配取间隙配合关系：即法兰外圆尺寸为 177 f6, 角铁上开孔尺寸为 177 H7,可以满足设计要求。5.6.工件的夹紧工件在夹具的定位元件上获得正确的位置后，还必须在夹具上设置夹紧机构将工件夹紧，保证工件在加工过程中不致因受到切削力、惯性力、离心力、重力等外力作用而产生位置偏移和振动，并保持已由定位元件所确定的加工位置。5.6.1 对夹紧装置的要求： 1）在夹紧过程中应能保持工件在定位时已获得的正确位置； 2）夹紧应适当和可靠。夹紧机构要保证在加工过程中工件不会产生振动和松动；在夹紧工件时，不许工件产生不适当的变形和表面损伤； 3）夹紧机构应操作方便，安全省力，以便减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产率； 4）夹紧机构的结构设计具有良好的工艺性和经济性，结构力求简单，紧凑，刚性好；5.6.2 夹紧力的确定； 1）夹紧应有助于定位。夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性和可靠性；夹紧力的方向应使工件变形尽可能小；夹紧力的方向应使所需夹紧力应该尽可能小； 2）夹紧力应落在支承元件上或几个支承元件所形成的支承面内；夹紧力应落在工件刚度较好的部位上；夹紧力作用点尽可能靠近被加工表面以减少切削力对工件造成的翻转力矩，必要时应在工件刚性差的部位增加辅助支承并施加夹紧力，以免振动和变形；可适当改变夹紧部位，变集中载荷为均匀载荷； 3）夹紧力的大小要适当，过大了会使工件变形，过小了则在加工时工件会松动造成报废甚至发生事故。4）夹紧力的方向要朝向主要定位基准；夹紧力的方向要尽可能三力同向，即夹紧力，切削力，工件自重的方向一致。5.6.3 本设计中的夹紧方式在本次设计中，在角铁上我们设计了六个螺钉孔，通过螺钉联接阀体底面与角铁，使整个工件夹紧在角铁上。夹紧力的大小，保证工件在离心力，惯性力、切削力等作用下压紧夹牢。5.7 工件的平衡所设计的专用夹具装夹工件后，要求工件（包括整个转动系统）都要达到平衡。即：.，工件在加工过程中离心力，惯性力为零；，离心力，惯性力等产生的合力矩为零。在本次设计中，由于夹具和工件装在机床过渡盘的下方，需在过渡盘上方的合适位置配相应的不同重量的平衡块，以保持整个过渡盘的平衡，使夹具（包括工件）的重心尽量和轴的旋转轴线重合。在实际操作中，夹具装夹后工件后，可把车床放空档，转动卡盘，使其在任何位置都能停下；当车床主轴中速、高速转动时，检查夹具与工件均无振动。5.8 总体结构设计综合上述的要求，阀体密封面加工车夹具的整体设计符合以下要求：5.8.1 定位装置：定位装置要保证使工件被加工表面的轴线与主轴回转线重合。5.8.2 夹紧装置设计：夹紧装置要保证工件在离心力切削力等作用下压紧夹牢。5.8.3 总体结构要求:为了保证在加工过程中整个回转系统的稳定性，夹具总伸长长度L与转动系统的回转直径D之间，要求符合以下要求：D150 L1.25D 150D300 L0.9D D300 L0.6D在本次设计中，整个转动系统的回转直径D=550，夹具总伸长长度L=290即：L0.6D，符合设计要求。5.9 车夹具装配简图综合以上的分析及计算结果，ZA300C阀体密封面加工所需的车夹具的装配简图如下所示： 图 5-2六设计心得 本次课程设计的内容为ZA300C阀体密封面的车夹具设计，通过此次的课程设计，让我对阀体密封面的车夹具结构有了更进一步的了解，同时也巩固了机械制造工艺与机床夹具课程中的所学的相关知识，学习了解了车夹具设计的一般流程，锻炼了我综合运用机械制造工艺与机床夹具课程和其他相关的课程所学的知识，结合生产实践过程中的有关经验去分析和解决在夹具设计中所遇到问题的能力。 在整个设计过程中，从对被加工产品（工件）的理解和分析，加工工艺流程的确定，工艺流程卡片的编制到夹具设计方案的确定，定位元件的设计，夹紧方式的设计，到最终总体结构的形成，让我所学的一些基础知识得到进一步的理解及巩固。在对定位误差的分析和计算中，让我对误差的产生和夹具的设计精度有了初步的掌握。 同时我也深深感觉到自己所掌握的知识与实际需要存在很大的差距。本次设计中的阀体密封面车夹具是一个相对比较简单的机构，但设计一开始还是让我无法下手，如过没有老师的指导，不知从哪里开始相应的分析和计算。在定位元件的设计，夹紧方式的设计，定位误差的分析和计算过程中，如何根据工件的加工特性进行准确的分析和计算，抓住要点，让最终所设计成形的夹具结构简单，操作方便，兼顾实用性和经济性。这次的课程设计只是一个起步，需要学习的东西还很多，通过学习和实践，逐步培养兼顾实用性和经济性的设计习惯和思维，从而提高自己的设计实践操作能力。 总之，此次的课程设计让我很有收获，但要做到理论与实际相结合，今后的路还很长。七致谢 本次课程设计是在任德君老师的悉心指导下完成的。在整个课程设计过程中，任德君老师给予了我耐心、细致的指导，他多次询问设计过程,画图进展，精心点拨，帮助我开拓思路。他严谨的治学态度，务实的工作作风，广博深厚的理论知识，以及平易近人的态度都深深地感染了我，使我受益非浅。在此对任德君老师对我的帮助和指导表示由衷的感谢。八参考文献【1】 刘守勇 主编 机械制造工艺与机床夹具 第2 版 北京：机械工业出版社 2012.【2】 杨可