圆形法兰加工工艺及钻孔夹具设计含工艺流程图

课程设计说明书设计题目：法兰工艺规程编制及夹具设计课程名称机械制造技术基础A学院机械工程学院班级学号学生姓名指导教师仲兴国2020年11月19日工艺规程的设计2.1毛坯类型的确定1.零件的材料和机械性能。在选择零件材料时，通常要确定毛坯类型。例如，如果材料是铸铁，一般采用铸造方式；材料为钢，就选择锻件或者圆钢。当切削性能要求较低时，选择型材或铸钢。当然事无绝对，应根据材料的选择和零件的工作需求决定铸造方式。此零件的材料是45钢，属于铸铁。2.零件的结构形状与外形尺寸大型且结构较简单的零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；结构复杂的毛坯多用铸造；小型零件可用模锻件或压力铸造毛坯；板状钢质零件多用锻件毛坯；轴类零件的毛坯，若各台阶尺寸相差较大，则宜选择锻件；如果构造上台阶面直径相差不大，可选择用下料。3.生产类型。生产类型的目的是降低单个零件生产成本，提高生产效率比，减少材料的损耗零件的毛坯的生产类型均为大批量生产。4.零件图上的材料牌号是45钢。属于中强度铸铁件，铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，可不用人工时效；有一定机械强度和良好的减震性。适用于制造承受中等应力的零件。由于生产纲领暂定为大批量生产。可以确定金属型铸造。2.2毛坯结构尺寸及公差的确定法兰零件零件材料根据作用和性能的不同，用到的材料也不同。本文的法兰零件材质采用45，因此是铸造，其材质的强度、良好的被切削性能满足其加工要求。由于零件的形状复杂，因此通过机械加工工艺简明速查手册确定此零件属于壳型铸造的生产方法。暂定为大批生产时，材料是45钢，是碳素钢；则模锻件的加工余量确定≥Ra1.6，厚度单边余量2.2~3，水平方向单边余量2.0~2.5。≤Ra1.6，厚度单边余量2.2~3，水平方向单边余量2.0~2.5。图2.1法兰盘毛坯图2.3定位基准的选择2.3.1粗基准的选择粗基准选择有以下几点注意事项：1.粗基准以非加工表面为基准。这样可以保证加工面不加工面的相互位置关系及其精度。如果有几个非加工表面，我们以与加工表面的相互位置精度高的作为粗基准。2重要的表面机械加工余量即是粗基准定位。3机械加工余量最小的表面作为粗基准。我们可以确保表面有足够的精度。4选择一个光滑、光洁,大面积的表面作为粗基准,以确保准确、可靠的夹具设计。5尽量不要重复试用,因为大部分的原基准的表面不加工表面。用于确保表面之间的位置精度。选择为工件的基面（端面）为粗基准的加工。2.3.2精基准的选择选择对零件进行基面选择是工艺设计中不可缺少的工作。因为基面选择的合理性，可以保证零件的加工质量，提高零件的生产率。如果基准面选择的不合理，在加工中不但误工误时，还会出现废品率高，效率低，成本高等等情况，如果选择不好确实会问题百出。选择精基准应注意以下4点：1、“基准重合原则”2、“基准统一原则”3、“自为互为基准原则”4、“装夹方便原则”此工件选择工件的内孔为精基准，加工其余表面。2.3.3基准的选择选择粗基准时，为了使定位方便可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。因此选择内孔φ65为作为粗基准。选择精基准时，往往考虑保证加工精度和工件安装方便可靠的前提下，一般遵循基准重合原则、尽量使定位基准与工序基准重合，消除定基误差，尺寸精度靠调整刀具工件间位置保证，位置精度则依赖机床本身精度，不增加制造难度。因此选择侧面，加工其余工序端面和内孔等。2.3.4加工精度的选择加工精度主要用于生产产品程度，加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就是加工误差小，反之亦然。以下为各加工表面加工阶段达到的加工精度等级：两侧面：粗车（IT11）——半精车（IT8)；Φ100台阶孔：粗车（IT11)——半精车（IT8)；φ90台阶孔：粗车（IT11)——半精车（IT8)——精车（IT6)；外圆φ140:粗车（IT11)——半精车（IT8))——精车（IT6)；外圆φ210：粗车（IT11)——半精车（IT8）；钻4-φ17通孔：粗车（IT12)；4-φ26沉头孔：锪（IT12）。3工艺规程设计3.1拟定加工工艺路线加工顺序的原则有：先主后次、先粗后精、先基面后其他的等。加工路线方案的比较是保证加工表面的加工精度和粗糙度的加工要求，根据以上的加工路线原则等合理的设计两套方案，并进行合理的分析与选择，优胜劣汰，淘汰掉加工过程中在生产成本、时间、生产效率等的基础上比不上另一套方案的加工工艺方案。因此选择两个方案比较决定其中一个作为零件的加工工艺路线：表3.1加工方案一工序号工序名称工序内容I铸造毛坯II热处理5车夹左端车右端φ140φ210端面，粗车φ100φ90台阶孔留量1mm，粗车外圆φ140φ210留量1mm10车掉头车左端φ140φ210端面厚度；留量1mm，粗车外圆φ140留量1mm15车半精车左端端面，半精车φ140外圆留量0.5mm、车φ210至尺寸20车掉头半精车右端端面、保证厚度90mm，半精车φ100台阶孔至尺寸，φ90通孔留量0.5mm，半精车外圆φ140留量0.5mm25车精车φ90通孔至尺寸，精车外圆φ140留至尺寸30车掉头精车左端外圆φ140留至尺寸35钻钻4-φ17通孔，锪4-φ26沉头孔40检验按图纸检验工件表3.2加工方案二工序号工序名称工序内容I铸造毛坯II热处理5车夹左端车右端φ140φ210端面，粗车φ100φ90台阶孔留量1mm，粗车外圆φ140φ210留量1mm10车掉头车左端φ140φ210端面厚度；留量1mm，粗车外圆φ140留量1mm15车半精车左端端面，半精车φ140外圆留量0.5mm、车φ210至尺寸20车掉头半精车右端端面、保证厚度90mm，半精车φ100台阶孔至尺寸，φ90通孔留量0.5mm，半精车外圆φ140留量0.5mm25钻钻4-φ17通孔，锪4-φ26沉头孔30车精车φ90通孔至尺寸，精车外圆φ140留至尺寸35车掉头精车左端外圆φ140留至尺寸40检验按图纸检验工件比较上述两套方案，孔的加工顺序发生变化。方案二的加工增加了换刀的次数。综合选择方案一比较合适此零件的加工路线。选择机床时,应注意以下几个基本原则：（1）机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。（2）机床的精度应与工序要求的精度相适应。（3）机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。（4）确定各工序所采用的工艺装备。因此结合工艺路线和加工设备如下所示：表3.3法兰加工工艺过程工序号工序名称工序内容I铸造毛坯II热处理5车夹左端车右端φ140φ210端面，粗车φ100φ90台阶孔留量1mm，粗车外圆φ140φ210留量1mm10车掉头车左端φ140φ210端面厚度；留量1mm，粗车外圆φ140留量1mm15车半精车左端端面，半精车φ140外圆留量0.5mm、车φ210至尺寸20车掉头半精车右端端面、保证厚度90mm，半精车φ100台阶孔至尺寸，φ90通孔留量0.5mm，半精车外圆φ140留量0.5mm25车精车φ90通孔至尺寸，精车外圆φ140留至尺寸30车掉头精车左端外圆φ140留至尺寸35钻钻4-φ17通孔，锪4-φ26沉头孔40检验按图纸检验工件3.2加工余量及工序尺寸的确定工序尺寸是指某一工序加工应达到的尺寸，其公差即为工序尺寸公差，各工序的加工余量确定后，即可确定工序尺寸及公差：见表3.4。表3.4加工余量及工序尺寸的确定加工表面加工精度工序内容加工余量工序尺寸内孔φ90IT11粗车1.5φ89IT8半精车0.5φ89.5IT6精车0.5φ90内孔φ100IT11粗车1.5φ99IT7半精车1φ100外圆φ140IT11粗车1.5φ141IT8半精车0.5φ140.5IT6精车0.5φ140外圆φ210IT11粗车1.5φ211IT7半精车1φ2104-φ17通孔IT12钻8.5φ174-φ26沉头孔IT9锪5.75φ263.3加工设备的选择1.选择机床时,应注意以下几个基本原则：（1）机床的加工尺寸范围应与工件的外形尺寸相适应。（2）机床的精度应与工序要求的精度相适应。（3）机床的生产率应与工件的生产类型相适应。如果工件尺寸太大、精度要求过高，没有适当的设备可供选择时，应考虑机床改装或设计专用机床。（4）确定各工序所采用的工艺装备。2.量具的选择采取游标卡尺量具，其精度为0.02mm即可测量满足其要求。其余的测量工具为千分尺等量具，综合测量工件是否合格达到标准3.刀具的选择刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。4.夹具的选择机床夹具种类有很多，一般可划分为通用夹具（适用性强，加工精度不高）、专用夹具（加工精度高、针对性强、缺乏通用性）、可调夹具（调整有缺陷的夹具以及适合小批量零件的加工）以及组合夹具。本文主要采用专用型夹具使用。表3.5加工设备和工艺装备清单工序号工序名称设备工艺装备I铸造毛坯II热处理CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺5车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺10车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺15车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺20车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺25车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺30车CA6140专用夹具，硬质合金车刀，游标卡尺35钻Z525专用夹具，麻花钻φ17，锪钻φ26，游标卡尺40检验游标卡尺3.4确定切削用量切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命（见金属切削原理），一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。按前者选择的切削用量称为最低成本切削用量，这是通常使用的。工序05-1：夹左端车右端φ140φ210端面切削深度：1.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=60m/min换算成主轴转速：相近的转速为160r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度145mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序05-2：粗车φ100φ90台阶孔留量1mm切削深度：1.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=60m/min换算成主轴转速：相近的转速为200r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度70mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序05-3：粗车外圆φ140φ210留量1mm切削深度：1.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=60m/min换算成主轴转速：相近的转速为160r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度32.5mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序10-1：掉头车左端φ140φ210端面厚度留量1mm切削深度：1.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=60m/min换算成主轴转速：相近的转速为160r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度145mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序10-2：粗车外圆φ140留量1mm切削深度：1.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=60m/min换算成主轴转速：相近的转速为160r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度32.5mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序15-1：半精车左端端面切削深度：1mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=90m/min换算成主轴转速：相近的转速为200r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度140mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序15-2：半精车φ140外圆留量0.5mm/车φ210至尺寸切削深度：1mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=90m/min换算成主轴转速：相近的转速为200r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度32.5mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序20-1：掉头半精车右端端面、保证厚度90mm切削深度：1mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=90m/min换算成主轴转速：相近的转速为200r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度140mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序20-2：半精车φ100台阶孔至尺寸，φ90通孔留量0.5mm切削深度：1mm确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=90m/min换算成主轴转速：相近的转速为280r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度70mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序20-3：半精车外圆φ140留量0.5mm切削深度：0.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=90m/min换算成主轴转速：相近的转速为200r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度30mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序25-1：精车φ90通孔至尺寸切削深度：0.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=110m/min换算成主轴转速：相近的转速为400r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度70mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序25-2：精车外圆φ140至尺寸切削深度：0.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=110m/min换算成主轴转速：相近的转速为250r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度30mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序30-1：掉头精车左端外圆φ140留至尺寸切削深度：0.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=110m/min换算成主轴转速：相近的转速为250r/min。换算成实际切削速度：基本工时：走刀长度30mm，因此切入长度3mm；切出长度，择选，进给次数是1，则有：基本时间：工序35-1：钻4-φ17通孔切削深度：8.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=20m/min换算成主轴转速：相近的转速为392r/min。换算成实际切削速度：基本工时：孔深长度30mm，因而切入长度取切出长度，取，进给次数是，基本时间：工序35-2：锪4-φ26沉头孔切削深度：8.5mm；确定进给量得，择选确定切削速度：得，择选=10m/min换算成主轴转速：相近的转速为125r/min。换算成实际切削速度：基本工时：孔深长度20mm，因而切入长度取切出长度，取，进给次数是，基本时间：第四章夹具设计4.1问题的提出为提高工作效率，提高生产效率，降低生产成本，同时也要保证加工质量，需要设计此工件的专用夹具。决定设计的工序35钻4-φ17通孔4.2定位方案设计钻4-φ17通孔孔，因此为了钻4-φ17通孔孔加工。满足钻削端面的直径和一定的深度要求前，需要限制工件X、Y方向移动自由度和Z方向移动自由度。定位元件设计自由度限制条件如下表示：从零件图和工序卡得知此零件的定位基准为孔φ65定位。定位限制自由度如下：（1）芯轴限制工件台阶孔φ65一共2个自由度。（2）芯轴端面限制工件端面定位共3个自由度。综上共5个自由度，属于欠定位，夹紧力足够时，满足零件的定位要求。4.3定位误差分析芯轴限制是内孔及端面定位，由于内孔定位存在轴向转动间隙，因此必将引起轴向基准位移误差。在重力作用下定位内孔只存在单边间隙，即工件始终以孔的轴线与芯轴的母线重合。-式中——定位副间的最小配合间隙（mm）——工件内孔直径公差（mm）——平面与工件内孔的公差（mm）存在转角基准误差。但小于误差2/3，则满足定位误差的要求。4.4夹紧方案设计由于采用芯轴零件作为定位元件，因此选择六角螺母通过快换垫圈螺旋对工件施加夹紧力，形成单螺旋夹紧机构。可供选择的单螺旋夹紧机构有两种，第一种是芯轴上设计螺纹孔，在工件的另一端面采用快换垫圈和六角螺母进行夹紧。第二种是在钻模板开出螺纹孔供螺杆与光面压块配作对工件的端面进行夹紧。比较分析：从材料的利用来看，快换垫圈和六角螺母组合相比光面压块夹紧组合节省的多，可利用的零件也更少。故而选取快换垫圈和六角螺母进行夹紧。结合定位元件设计加紧如下：图4.1加紧4.5切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成钻面加工，由《切削手册》得：1.切削力计算：式中——轴向切削力（N）——钻头直径（mm）——每转进给量（mm）——修正系数取0.75经计算得：F=1020N2.夹紧力的计算：安全系数K可按下式计算有：式中：为各种因素的安全系数，可得：若安全系数的计算结果小于2.5时，取所以由于内孔端面定位，故而计算如下：参数:=2.5参数:=1020参数:=140参数:=0.16参数:=79参数:=50参数:=0.16参数:=99计算结果=1020N由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。且手动螺旋夹紧力的夹紧元件—六角的直径是M10，其中预紧力3550N。W0>Q则理论夹紧力已大于所需的加紧力了,所以本夹具可安全工作。4.6主要零部件设计1.引导装置铰链式钻模板是通过一定的链子与夹具体连接在一起，优点是钻孔距离尺寸有保证，且支持多孔并钻。由于需要加工螺纹底孔φ8.5和攻螺纹孔。因此钻套选择快换钻套。2.夹具体夹具体一般采用都是经过时效处理的HT200灰铸铁材料，因为这个材料最终的原因是吸震性非常好，在切削过程中，振动是难免的，但是这个振动很容易影响工件的位置精度和加工精度要求。其次是铸造工艺性好，根据需要定制夹具体很方便，最后是受压抗压能力大，可以承受切削力和夹紧力、重力等的力。图4.2夹具体4.7简要操作说明通过工件内孔φ67及端面为定位基准，由芯轴等定位零件作为定位元件。然后用芯轴通过六角螺母、快换垫圈压紧工件平面达到夹紧的目的，在夹具体上的各定位元件限制其自由度。加工此工件前，先把夹具体通过两侧U型槽安装在钻床工作台上，获