斜板閘閥閥體的機械加工工藝及夾具設計【說明書+CAD】

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摘要 畢業(yè)論文(設計) 題目名稱： 斜板閘閥閥體制造工藝及夾具設計 題目類型： 畢 業(yè) 設 計 學生姓名： 陳 治 院 (系)： 機械工程學院 專業(yè)班級： 裝備10901班 指導教師： 眭滿倉 輔導教師： 眭滿倉 時 間： 2013年3月12日 至 2013年6月12日 目錄 長江大學畢業(yè)設計(論文)任務書 I 畢業(yè)設計開題報告 III 長江大學畢業(yè)論文(設計)指導教師評審意見 IX 長江大學畢業(yè)論文(設計)評閱教師評語 X 長江大學畢業(yè)論文(設計)答辯記錄及成績評定 XI 中文摘要 1 英文摘要 2 1. 緒論 3 1.1 設計的主要內容 3 1.2 斜板閘閥閥體零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計 4 1.3 國內外研究現狀 5 2. 零件的分析 7 2.1 機械制造工藝相關知識 7 2.2 零件的作用 13 2.3 設計要求： 14 2.4 零件的工藝特點 15 2.5 零件的主要技術要求 15 3. 零件的機械制造工藝設計 17 3.1 計算零件的生產綱領，確定生產類型 17 3.2 斜板閘閥的材料和毛坯制造方法 17 4. 零件的機械加工工藝過程設計 20 4.1 定位基準的選擇 20 4.2 表面加工方法的確定 21 4.3 加工階段的劃分 21 4.4 工序的集中與分散 21 4.5 工序順序的安排 22 4.6 確定工藝路線 22 5. 機床設備及工藝設備的選用 24 5.1 機床設備的選用 24 5.2 工藝裝備的選用 24 6. 加工余量、工序尺寸和公差的確定 26 7. 切削用量、時間定額的計算 29 7.1 切削用量的計算 29 7.2 時間定額的計算 33 8. 夾具設計 36 8.1 機床夾具設計基礎知識 36 8.2 機床夾具設計的特點和基本要求 37 8.3 各零件的夾具設計 37 總 結 42 主要參考文獻及資料名稱 43 致 謝 44 長江大學畢業(yè)設計(論文)任務書 學院（系）機械工程學院專業(yè)過程裝備與控制工程班級 裝備901 學生姓名 陳 治 指導教師/職稱 眭滿倉/副教授 1. 畢業(yè)設計(論文)題目： 閘閥加工工藝及夾具設計 （論文）起止時間：2013年3 月12　 日～2013 年6 月　12日 2．畢業(yè)設計(論文)所需資料及原始數據（指導教師選定部分） 加工對象：斜板閘閥設計圖樣，相關要求見圖樣。 加工能力：成批生產 800件/年 [1]《機械制造工藝學》　王先逵　主編（機械工業(yè)出版社） [2]《機械制造工藝與機床夾具》　劉守勇　主編（機械工業(yè)出版社） [3]《機床夾具設計》　王秀倫、邊文義、張運祥　編著（中國鐵道出版社） [4]《機床夾具設計》 王啟平　著（ 哈爾濱工業(yè)大學出版社） [5]《金屬機械加工工業(yè)人員手冊》　《金屬機械加工工業(yè)人員手冊》修訂組（上?？茖W技術出版社） [6]《機械結構設計 》盧耀祖、鄭惠強　著（同濟大學出版社） [7]專用夾具的設計方法（上）林曉磊、宋若峰　山東機械　2004年第03期 [8]專用夾具的設計方法（下）林曉磊、宋若峰　山東機械　2004年第03期 [9]機床夾具的設計　李青　機械工程與自動化　2004年第06期 [10]專用加工設備夾具的設計與應用　李衛(wèi)民　大眾科技　2005年第11期 3．畢業(yè)設計(論文)應完成的主要內容 1）國內外工藝設計及工裝設計發(fā)展情況 2）工藝方案設計； 3）主要工裝方案和結構設計： 4）夾緊力計算； 5) 相關圖樣繪制。 4．畢業(yè)設計(論文)的目標及具體要求 設計計算說明書一份 工藝文件一份 全部設計圖樣一份，裝配圖和主要零件圖 外文翻譯一份 5、完成畢業(yè)設計(論文)所需的條件及上機時數要求 計算機繪制相關設計圖樣 200機時 任務書批準日期 年 月 日 教研室(系)主任(簽字) 任務書下達日期 年 月 日 指導教師(簽字) 完成任務日期 年 月 日 學生（簽名）  長江大學 畢業(yè)設計開題報告 題 目 名 稱 斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計 院 （系） 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 裝備10901班 學 生 姓 名 陳 治 指 導 教 師 眭 滿 倉 開題報告日期 2013年4月19號 題目名稱：斜板閘閥閥體制造工藝及夾具設計 學生：陳治，機械工程學院 指導教師：眭滿倉（副教授），長江大學 1. 畢業(yè)設計題目來源 題目是根據過程裝備與控制工程專業(yè)中機械制造方向的培養(yǎng)目標和機械制造中典型零件的機械加工工藝規(guī)程與工藝設備設計要求而擬的畢業(yè)設計題目。 2. 畢業(yè)設計研究目的和意義 2.1研究目的 斜板閘閥閥體的機械加工工藝及夾具設計。閥體是各種閥中的一個重要部件，它和管道直接連通，具有一定壓力和溫度的介質在閥體內流動。通過閥芯的開啟與關閉對流動介質進行切斷、調節(jié)、減壓、節(jié)流或改變介質的流動方向。因此不同用途的閥門，閥體的結構和形狀、也不相同。本課題的設計重點是明白機械加工工藝規(guī)程和夾具設計，其中機械加工工藝過程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理機械性質成為具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。 機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝的過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫成工藝文件，經審批后用來指導生產。機械加工工藝規(guī)程一般包括一下內容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內容及所用的設備和工藝設備、工藝的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額的等。為了能確切的說明過程，使工件能按照零件圖的技術要求加工出來，就得制定復雜的機械加工工藝規(guī)程來作為生產指導性的技術文件；夾具是保證零件精度的重要工具夾具設計一般是在零件的機械加工工藝過程制定之后按照某一工序的集體要求進行的，夾具的設計質量的高低，應以能否穩(wěn)定保證工件的加工質量、生產效率、成本等指標衡量提高我們理論聯(lián)系工程實際和工程實際設計能力。 2.2研究意義 機械加工工藝規(guī)程是指導車間生產的主要技術文件、生產準備和管理準備的重要資料、新建或擴建工廠和車間的基本依據、還便于交流與推廣先進經驗。正確的工藝規(guī)程可以穩(wěn)定地保證產品的質量和獲得較高的生產率及經濟效益、能使生產均衡、順利的進行。 機床夾具是機械制造中一項重要的工藝裝備，工件通過機床夾具進行安裝，包含工件通過夾具上的定位元件獲得正確的位置及通過夾緊機構使工件的既定位置在加工過程中保持不變兩個方面，這樣就可以保證工件的加工表面的位置精度，且精度穩(wěn)定；使用夾具安裝工件，可以減少劃線、找正、對刀等輔助時間它可以縮短輔助時間，采用多件、多工位夾具、以及氣動、液壓動力夾具夾緊裝置，可以進一步減少輔助時間，提高生產率；有些機床夾具實質上是多機床進行了部分改造，擴大了原機床的功能適用范圍；可以減輕工人的勞動強度，保證生產安全；通過本題目可以使我們對機械技工工藝的規(guī)程制定及工藝裝備夾具的設計有較深入的學習。 除此之外，通過畢業(yè)設計能使我們熟悉制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力，以及設計機床夾具的能力。通過設計過程，熟悉有關標準和設計資料，學會使用有關手冊和數據庫。也作為我們未來從事機械制造技術工作的一次重要的基本訓練。 3、主要參考文獻及資料名稱 [1]鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程設備設計[M].第三版.北京：化學工業(yè)出版社，2010 [2] 童幸生.材料成型工藝基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2010 [3]王先逵.機械制造工藝學[M].第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2006 [4]劉守勇.機械制造工藝與夾具[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010 [5]王秀倫，邊文義，張運祥.機床夾具設計[M].北京：中國鐵道出版社，2004 [6]王啟平.機床夾具設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2004 [7]盧耀組，鄭惠強.機械機構設計[M].同濟大學出版社，2010 [8]張全成，孫斌，張永明.鋼制閘閥密封失效分析[J].理化檢驗分冊，2012 [9]劉廣君.采油井口裝置用閘閥閥體的三維靜態(tài)有限元分[J].析化工機械,2010 [10]陳業(yè)生，張偉，王樹貴.油田專用高壓閘閥工藝改進[J].機械工程師,1999 [11]馮定，李明慧.閘閥CAD/CAM系統(tǒng)的研究[J].石油機械，1999年05期 [12]黃軍本，孫小龍.DN1500特大口徑高溫雙閘板閥的研制[J].石油和化工設備，2011年08期 [13]韓兵奇，陳艷紅，韓正偉.平板閘閥閥桿密封結構的改進[J].閥門；2012 [14]李鐵東.泥漿閘閥[J]，閥門，2011 [15]申會芹. 超高壓采氣井口平板閘閥密封結構技術研究[A]，2011年石油裝備學術研討會論文專輯[C];2011 [16]劉朝儒.機械制圖.第五版.北京：高等教育出版社，2011 [17]濮良貴，紀明剛.機械設計.第八版.北京：高等教育出版社，2011 [18]王先逵.計算機輔助制造.北京：機械工程出版社，2010 [19]廖念釗，莫雨松.互換性與技術測量.北京：中國計量出版社，2007 [20]Zhu Y， Zhang S，Rong Y.Experimental Study on Stiffness of T-Slot Based Modular Fixure. Transaction of NAMRL，Volumn X XI ，1993 4、國內外現狀和發(fā)展趨勢與主攻方向 4.1閘閥的定義、現狀 閘閥也叫閘板閥、閘門閥，是廣泛使用的一種閥門。工作原理：閘板密封面與閥座密封面高度光潔、平整、一致，加工成一個非常貼合、嚴密的密封副。閘板通過閥桿的上提、下壓，對介質形成導通和關斷。它在管路中起關斷作用。 優(yōu)點：流體阻力??；全開時密封面不受沖蝕；可以在介質雙向流動的情況下使用，沒有方向性；結實耐用；不僅適合做小閥門，而且可以做大閥門。 缺點：高度大；啟閉時間長；笨重；修理難度大；如果是大口徑閘閥，手動操作比較費力。 閘閥按閥桿的不同分明桿式和暗桿式；按閘板構造不同分平行式和楔式；還有單閘板、雙閘板之分。 閥門是石油、化工、電站、長輸管線、造船、核工業(yè)、各種低溫工程、宇航以及海洋采油等國民經濟各部門不可缺少的流體控制沒備。上述工業(yè)的發(fā)展和需要，推動了閥門工業(yè)的發(fā)展。近年來，在滿足各方面高參數新要求的同時，對閥門的結構、材料和生產工藝等方面，對如何做到更好地提高性能、可靠性及降低成本等也予以密切關注。 4.2國外發(fā)展狀況 20多年來，隨著國外大型成套技術的發(fā)展，出現了一系列新型成套設備與單機。與閥門有關的新型成套設備發(fā)展的特點是大型化、高參數化、高性能自動化和成套化。成套設備自動化水平，國外石油化工．企業(yè)主要生產過程已經實現直接數字控制，有的還實現了計算機分級控制。合成氨 乙烯、尿素、合成纖維、合成橡膠和合成塑料等化工企業(yè)普遍實現巡回檢測、報警、有的實現閉環(huán)控制和局部最佳化控制。20萬kW以上大型發(fā)電機組普遍向計算機控制發(fā)展。核電站普遍用計算機控制。長輸管線系統(tǒng)不少國家用計算機控制，并裝有微波通訊系統(tǒng)，總控制室只有2-3個值班人員。可以通過電視監(jiān)視全線工作情況。 以上這些成套設備的控制方式也都要求閥門與之相適應。所以，近20年來，國外閥門的控制方式也有很大發(fā)展。除一般手動、機動、電動、氣動、 液動傳動之外，電液連動、氣液連、自動控制的閥門品種不斷增多，并有進一步發(fā)展的趨勢。 4.3國內發(fā)展狀況 近15年來，中國經濟高速、持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展，使國家處在工業(yè)化的中期。一方面顯示對裝備機械的旺盛需求;提出了振興裝備制造業(yè)的戰(zhàn)略目標。另一方面，在國力增強的同時，提出建“資源節(jié)約型、環(huán)保型”社會的理念:作為制定 “十二五”規(guī)劃的主要依據。為此，必須全面落實科學發(fā)展觀，依靠科技學技術，通過經濟結構調整、企業(yè)整合、擴大經營規(guī)模，使國民經濟獲得一個深層次的發(fā)展，在 “十二五”規(guī)劃綱要中，明確提出: 1．支持煤化產業(yè)發(fā)展 開發(fā)煤基液體燃料，有序推進煤炭液化示范工程建設，促進煤炭探度加速轉化。發(fā)展大型煤化工成套設備、煤炭液化、秸桿汽化和煤制烯烴等設備，促使煤化工產業(yè)進人規(guī)范發(fā)展的軌道。 2．振興裝備制造業(yè)，重點發(fā)展大型抽水蓄能發(fā)電機組、百萬千瓦核電機組、新型發(fā)電技術裝備、超臨界燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備、百萬噸級大型乙烯成套設備、石油天然氣長輸管線和500萬級煤制油成套設備等。 閥門作為一個流體輸送的組件，隨著國民經濟，特別是國家煤化工產業(yè)和裝備制造業(yè)的發(fā)展，對閥門提出新的要求:高溫、高壓、耐磨、耐腐蝕、耐沖刷、抗熱循壞和零泄漏。這樣，閥門將獲得快速發(fā)展。 根據對中國海關統(tǒng)計，2005年閥門出口總額為7.60億美元。預測2010年閥門出口總額為20.09億美元。2005午，進口總額22.59億美元。預側2010年閥門進口總額為36.32億美元。中國國家統(tǒng)計局統(tǒng)計2005年國內對閥門的總需求量為61.69億美元 (國內銷售收人+進口額-出口額)。預側2010年閥門的總需求量為114.60億美元。 我國閘閥生產企業(yè)規(guī)模過小、產業(yè)集中度過低。根據沃茨公司掌握的數據，目前，國內大約有3,000多家閥門制造企業(yè)，數量居世界第一。但這其中多為低層次、小規(guī)模、家庭作坊式的企業(yè)，年銷售收入達500萬元的不足500家，年銷售收入過億元的企業(yè)僅有十幾家，市場份額在前10名企業(yè)的企業(yè)市場占有率之和僅為8%～9%。由于產業(yè)集中度過低，造成了技術落后、低價競爭、缺乏有影響力的品牌等諸多不利因素。 閥門是工業(yè)上一種重要的流體控制設備，涉及到國民經濟諸多部門，是國民經濟的發(fā)展重要基礎設備。經過幾十年的發(fā)展，我國閥門產品已經形成十幾大類，尤其在企業(yè)數量和產銷量兩方面穩(wěn)居世界前列，但大多是小規(guī)模、低層次閥門的企業(yè)，產品也以中低端為主。目前，我國閥門市場的兩成份額被國外企業(yè)占據，主要集中在高端技術閥門領域。 機械制造業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，是國家創(chuàng)造力、競爭力和綜合國力的重要體現。機械制造工藝是將各種原材料、半成品加工成產品的方法和過程。它是應先進工業(yè)和科學技術的發(fā)展需求而發(fā)展起來的?，F代工業(yè)科學技術的發(fā)展又為制造業(yè)技術提供了近一步發(fā)展的技術支持，如新材料的使用、計算機技術、微電子技術、控制理論與技術、信息處理技術、測試技術、人工智能理論與技術的發(fā)展與應用都促進了制作工藝技術的發(fā)展。現代機械制造中較多的采用了數控機床、機器人、柔性制造的單元和系統(tǒng)等高技術的集成，來滿足產品個性化和多樣化的要求。 5、畢業(yè)設計課題的主要研究內容、重點研究的關鍵問題及解決思路 5.1主要研究內容 l 閥體零件圖的繪制 l 零件工藝性分析、確定生產類型 l 零件毛坯的確定及毛坯圖的繪制 l 選擇加工方法、制定工藝路線及工藝卡片 l 確定加工切削用量及時間 l 制定夾具的定位方案、夾緊方案 l 計算夾具的夾緊力、定位誤差 l 繪制夾具零件的裝配圖及夾具零件圖 5.2重點研究的關鍵問題 l 夾具的設計與選擇，夾具零件的裝配圖； l 國內外工藝設計及工裝設計的發(fā)展情況； l 工藝方案設計，工裝方案和機構設計； l 夾緊力的計算，斜板閘閥閥體的裝配圖； l 斜板閘閥閥體的三維圖，CAD圖紙的繪制； l 斜板閘閥閥體的零件圖繪制 5.3解決思路 對零件進行工藝分析，分析零件的作用及零件圖上的技術要求；分析其主要加工表面的尺寸，形狀及位置精度，表面粗糙度等；分析零件的材質，熱處理及機械加工工藝； 選擇毛坯的制造方式，主要從生產批量的大小，零件的復雜程度，加工表面及非加工表面的技術要求等考慮。 制訂工藝路線，選擇定位基準，選擇機床及夾具等，加工余量及工序間尺寸與公差的確定，切屑用量的確定，畫毛坯圖，填寫機械加工工藝過程綜合卡片。 夾具設計：1，確定設計方案，繪制結構原理示意圖；2，選擇定位元件，計算定位誤差；3，計算所需預緊力，設計夾緊機構；4，畫夾具裝配圖。 6、畢業(yè)論文工作內容 1. 實習調研及查閱相關資料了解選題背景和設計任務 第一到五周 2. 開題準備、完成開題報告及答辯 第六到七周 3. 零件圖的繪制、工藝的編排、工藝卡片的繪制 第八到十一周 4. 夾具方案的確定、夾具的設計和夾具圖的繪制 第十二到十四周 5. 撰寫、整理、修改畢業(yè)設計報告（論文）、準備答辯 第十五到十六周 7、指導教師審查意見 長江大學機械工程學院 長江大學畢業(yè)論文(設計)指導教師評審意見 學生姓名 陳治 專業(yè)班級 過程裝備與控制工程10901班 畢業(yè)論文 (設計)題目 斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計 指導教師 眭滿倉 職 稱 副教授 評審日期 2013年6月10日 評審參考內容：畢業(yè)論文(設計)的研究內容、研究方法及研究結果，難度及工作量，質量和水平，存在的主要問題與不足。學生的學習態(tài)度和組織紀律，學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。 評審意見： 指導教師簽名： 評定成績（百分制）：_______分 （注：此頁不夠，請轉反面） 長江大學畢業(yè)論文(設計)評閱教師評語 學生姓名 陳治 專業(yè)班級 過程裝備與控制工程10901班 畢業(yè)論文 (設計)題目 斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計 評閱教師 周志宏 職 稱 教授 評閱日期 2013年6月11日 評閱參考內容：畢業(yè)論文(設計)的研究內容、研究方法及研究結果，難度及工作量，質量和水平，存在的主要問題與不足。學生掌握基礎和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設計)是否完成規(guī)定任務，達到了學士學位論文的水平，是否同意參加答辯。 評語： 評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_______分 （注：此頁不夠，請轉反面） 長江大學畢業(yè)論文(設計)答辯記錄及成績評定 學生姓名 陳治 專業(yè)班級 過程裝備與控制工程10901班 畢業(yè)論文 (設計)題目 斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計 答辯時間 2013 年 6 月 13 日 8:00～17:40時 答辯地點 7教209 一、答辯小組組成 答辯小組組長：周志宏 成 員：張慢來 張琴 李美求 劉利軍 二、答辯記錄摘要 答辯小組提問（分條摘要列舉） 學生回答情況評判 三、答辯小組對學生答辯成績的評定（百分制）：_______分 畢業(yè)論文(設計)最終成績評定(依據指導教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學校關于畢業(yè)論文(設計)評分的相關規(guī)定) 等級(五級制)：_______ 答辯小組組長(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日 院(系)答辯委員會主任(簽名)： 院(系)(蓋章) 摘要 斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計 學生：陳治 長江大學機械工程學院 指導老師：眭滿倉 長江大學機械工程學院 [摘要]：機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機械加工工藝的過程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產條件下，把較為合理的工藝過程和操作方法，按照規(guī)定的形式書寫成工藝文件，經審批后用來指導生產。本次畢業(yè)設計的題目是斜板閘閥閥體的機械工藝制造與夾具設計，需要我們對斜板閘閥的主要加工表面的工藝規(guī)程進行詳細的分析，填寫工藝過程卡片及工序卡片，設計制造斜板閘閥閥體的專業(yè)機床夾具。 關鍵詞：機械加工工藝，工藝卡，斜板閘閥，夾具設計 Inclined plate gate valve mechanical manufacture process and fixture design Student: Chen zhi，Institute of mechanical engineering，Yangtze University Teacher： Sui mancang，Institute of mechanical engineering ，Yangtze University Abstract ：Machining process planning is the process of regulation parts machining process and operation methods of process documentation, one of which is under the condition of concrete production, the reasonable technological process and operation method, according to the rules written in the form of process documentation, used to direct production after approval. The graduation design topic is inclined plate gate valve body mechanical manufacture process and fixture design, we need to process on the surface of inclined plate gate valve of the main processing procedures detailed analysis to card and process card fill in process, design and manufacture of professional machine tool fixture inclined plate gate valve body. Keywords: mechanical processing process, process card, inclined plate gate valve, fixture design 第 43 頁 緒論 1. 緒論 1.1. 設計的主要內容 1.1.1. 閘閥行業(yè)慨況 閥門作為一個流體輸送的組件，隨著國民經濟，特別是國家煤化工產業(yè)和裝備制造業(yè)的發(fā)展，對閥門提出新的要求:高溫、高壓、耐磨、耐腐蝕、耐沖刷、抗熱循壞和零泄漏。這樣，閥門將獲得快速發(fā)展。 根據對中國海關統(tǒng)計，2005年閥門出口總額為7.60億美元。預測2010年閥門出口總額為20.09億美元。2005午，進口總額22.59億美元。預側2010年閥門進口總額為36.32億美元。中國國家統(tǒng)計局統(tǒng)計2005年國內對閥門的總需求量為61.69億美元 (國內銷售收人+進口額-出口額)。預側2010年閥門的總需求量為114.60億美元。 我國閘閥生產企業(yè)規(guī)模過小、產業(yè)集中度過低。根據沃茨公司掌握的數據，目前，國內大約有3,000多家閥門制造企業(yè)，數量居世界第一。但這其中多為低層次、小規(guī)模、家庭作坊式的企業(yè)，年銷售收入達500萬元的不足500家，年銷售收入過億元的企業(yè)僅有十幾家，市場份額在前10名企業(yè)的企業(yè)市場占有率之和僅為8%～9%。由于產業(yè)集中度過低，造成了技術落后、低價競爭、缺乏有影響力的品牌等諸多不利因素。 閥門是工業(yè)上一種重要的流體控制設備，涉及到國民經濟諸多部門，是國民經濟的發(fā)展重要基礎設備。經過幾十年的發(fā)展，我國閥門產品已經形成十幾大類，尤其在企業(yè)數量和產銷量兩方面穩(wěn)居世界前列，但大多是小規(guī)模、低層次閥門的企業(yè)，產品也以中低端為主。目前，我國閥門市場的兩成份額被國外企業(yè)占據，主要集中在高端技術閥門領域。 1.2. 斜板閘閥閥體零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計 1.2.1. 主要研究內容 a. 閥體零件圖的繪制 b. 零件工藝性分析、確定生產類型 c. 零件毛坯的確定及毛坯圖的繪制 d. 選擇加工方法、制定工藝路線及工藝卡片 e. 確定加工切削用量及時間 f. 制定夾具的定位方案、夾緊方案 g. 計算夾具的夾緊力、定位誤差 h. 繪制夾具零件的裝配圖及夾具零件圖 1.2.2. 重點研究的關鍵問題 a. 夾具的設計與選擇，夾具零件的裝配圖； b. 國內外工藝設計及工裝設計的發(fā)展情況； c. 工藝方案設計，工裝方案和機構設計； d. 夾緊力的計算，斜板閘閥閥體的裝配圖； e. 斜板閘閥閥體CAD圖紙的繪制； f. 斜板閘閥閥體的零件圖繪制 1.2.3. 解決思路 對零件進行工藝分析，分析零件的作用及零件圖上的技術要求；分析其主要加工表面的尺寸，形狀及位置精度，表面粗糙度等；分析零件的材質，熱處理及機械加工工藝； 選擇毛坯的制造方式，主要從生產批量的大小，零件的復雜程度，加工表面及非加工表面的技術要求等考慮。 制訂工藝路線，選擇定位基準，選擇機床及夾具等，加工余量及工序間尺寸與公差的確定，切屑用量的確定，畫毛坯圖，填寫機械加工工藝過程綜合卡片。 夾具設計：1，確定設計方案，繪制結構原理示意圖；2，選擇定位元件，計算定位誤差；3，計算所需預緊力，設計夾緊機構；4，畫夾具裝配圖。 1.3. 國內外研究現狀 近20年來，隨著科學技術特別是微電子技術和計算機的飛速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的機械制造技術發(fā)生了極為深刻的變化，這主要體現在以下幾個方面： 新技術，難加工材料的不斷涌現，極大地刺激和推動了材料加工技術的發(fā)展。例如，為了適應超精密，超高速切削與磨削的需要，采用了金剛石，陶瓷等新型刀具材料。這些材料由于成分，組織復雜，物理，力學性能各異，因此在對這些新材料的加工過程中，出現了一系列新技術和新工藝。如；電加工，超聲波加工，激光束，電子束，離子束加工，加熱切屑，振動切削。 超精密加工技術飛速發(fā)展，作用日益突出。隨著宇航，電子工業(yè)的迅速發(fā)展，對組成機器的零部件，如電子芯片，磁盤等的加工精度和表面質量提出了近乎苛刻的要求。為了滿足這樣的加工要求，超精密加工技術已與計算機技術，微電子技術等緊密地結合起來，形成了包括精密測量，在線測量，實時控制，反饋補償及恒溫，凈化，防震等一系列相關技術在內的綜合技術。超精密加工的方法也日趨增多和完善，目前常見的現代超精密加工方法主要有：金剛石刀具超精密加工，超精密磨料加工及綜合利用其它能量的特種超精密加工技術。 生產的自動化程度空前提高。面臨社會需求的多樣性以及產品更換頻率加快的現狀，現代制造技術必須擁有相當高的自動化水平和靈活的應變能力。隨著計算機在機械制造業(yè)中的廣泛應用，使得機械制造技術進入了柔性自動化，智能化，集成化的新階段。目前，在制造系統(tǒng)中較為成功的自動化技術主要有：成組技術（GT），計算機輔助制造技術（CAM），柔性制造技術（FMS），計算機集成制造技術（CIMS）等現代技術。 微型機械加工技術領域的前沿關鍵技術有： a. 微系統(tǒng)設計技術 主要是微結構設計數據庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實技術、微系統(tǒng)建模等，微小型化的尺寸效應和微小型理論基礎研究也是設計研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應、微結構表面效應、微觀摩擦機理、熱傳導、誤差效應和微構件材料性能等。 b. 微細加工技術 ?主要指高深度比多層微結構的硅表面加工和體加工技術，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準LIGA加工技術；微結構特種精密加工技術包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結構的加工技術；多種加工方法的結合；微系統(tǒng)的集成技術；微細加工新工藝探索等。 c. 微型機械組裝和封裝技術 ?主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術和自對準組裝技術，具有三維可動部件的封裝技術、真空封裝技術等新封裝技術的探索。 d. 微系統(tǒng)的表征和測試技術 主要有結構材料特性測試技術，微小力學、電學等物理量的測量技術，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術，微型系統(tǒng)動態(tài)特性測試技術，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評價技術。 雖然在過去的幾十年來，我國的機械工業(yè)取得了舉世注目的快速發(fā)展，但是與國外發(fā)達國家相比仍存在很大差距。主要表現在：1，產品自主開發(fā)能力與工藝基礎薄弱，重復引入低檔劣質產品嚴重。2，制造水平低，全員勞動生產率低，3，產品質量低，耗能與耗材高，缺乏國際競爭力。 零件的分析 2. 零件的分析 2.1. 機械制造工藝相關知識 2.1.1. 機械制造工藝通常可分為下面幾類： a. 鑄造 把鋼、鐵、鋁、銅等所需要的原材料，加熱到它們的熔點后澆注入模型內，使之成為產品或者還需后續(xù)加工的坯件。 b. 鍛造 把鋼或特殊的鐵、鋁加熱到它們的塑性非常好的狀態(tài)，使加壓力，使之成為所需的形狀。 c. 沖壓 把厚度不大的鋼板、鋁板、銅板等到置于模具上，對其較快的沖擊加壓，使之成為固定形狀的零件或產品，例如車殼、罐件。 d. 軋制和拉拔 對初具所需形狀的零件或材料，對其施加作用力而通過模具，使它們成為比較精密的零件（或產品）。這類方法中，有的是在加熱狀態(tài)下操作的，統(tǒng)稱為熱軋。有的是在常溫下操作的，稱為冷軋（冷擠）和冷撥。 e. 熱處理 在零件加工過程中的某一階段，對其進行不同程度的加熱及不同速度的冷卻，甚至零下數攝氏度的冷凍，改變材料的內部組織和表面硬度等到機械性能，提高它的使用性能。 f. 切削加工（統(tǒng)稱冷加工） 切削加工是當前最普遍的機械制造工藝，它們的方法很多。 2.1.2. 基本概念 生產過程是指從原材料到產品出廠的全部勞動過程。 機械加工工藝過程是機械產品生產過程的一部分，是對零件采用機械加工的方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和表面質量等，使之成為合格零件的過程。 工序是一個（或一組）工人在一個工作地對一個（或同時對幾個）工件連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 安裝是如果在一個工序中需要對工件進行幾次裝夾，則每次裝夾下完成的那一部分內容稱為一個安裝。 工位是在工件的一次裝夾后，工件（獲裝配單元）與夾具或設備的可動部分一起相對刀具或設備的固定部分所占據的每一個位置稱為工位。 工步是在加工表面（或裝配時的連接表面）和加工（或裝配）工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序稱為工步。 走刀是切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步內容，稱為一次走刀。 生產綱領是計劃期內生產的產品的產品產量和進度計劃。 生產類型是指企業(yè)（或車間，工段，班組，工作地）生產專業(yè)化的程度分類，一般分為單間生產，批量生產，大批量生產三種類型。 公差帶具有下述幾個方面的主要意義： 1）公差帶本身的大小表示加工粗度要求，制造的難易程度； 2）公差帶相對于零線（即基本尺寸）的位置根據設計確定，它可以在零線的上方，或跨在零線上，或在零線的下方； 3）基本尺寸+上偏差 = 最大極限尺寸 基本尺寸+下偏差 = 最小極限尺寸。 4）孔的公差帶圖中，用大寫字母表示偏差，ES為上偏差，EI為下偏差，軸的公差帶圖中，用小寫字母表示偏差，es為上偏差，ei為下偏差。 5）孔和軸的公差帶位置關系可了解它們之間的配合特性。 配合種類 配合是指孔和軸之間的關系，它們有三種情況： 1）過盈配合：當軸的尺寸始終比孔的尺寸大，這是過盈配合。 2）過渡配合：當孔的最大極限尺寸比軸的最小極限尺寸大，而軸的最大極限尺寸又比孔的最小極限尺寸也大，這種公差帶重疊的配合。 3）間隙配合：孔的尺寸始終比軸的尺寸大的配合。對于孔公差帶或軸公差帶，它們中的靠近零線的那個偏差稱為基本偏差。 配合制 根據設計需要，有許多需件配合時，可以確定孔（或軸）公差帶不變，而選擇各種軸（或孔）的公差帶來達到不同配合要求，這種辦法就是配合制。我國標準規(guī)定有兩種配合制。 1） 基孔制：基本偏差為一定的孔的公差帶，與不同基本偏差的軸的公 差帶形成各種配合的一種制度。 2）基軸制：基本偏差為一定的軸的公差帶，與不同基本偏差的孔的公差帶形成各種配合的一種制度。 2.1.3. 機械加工工藝規(guī)程 機械加工工藝規(guī)程有：機械加工工藝過程卡片，機械加工工序卡片，標準零件或典型零件工藝過程卡片，單軸自動車床調整卡片，多軸自動車床調整卡片，機械加工工序操作指導卡片，檢驗卡片等。 制定工藝規(guī)程的基本要求是：在保證產品質量的前提下，能盡量提高生產率和降低成本，并充分利用現有生產條件，保證工人具有良好而安全的勞動條件。 制定工藝規(guī)程的步驟：1.收集和熟悉制定工藝規(guī)程的有關資料圖樣，進行零件的結構工藝性分析；2,.確定毛坯的類型及制造方法；3，選擇定位基準；4，擬定工藝路線；5，確定各工序的工序余量，工序尺寸及其公差；6，確定工工序的設備，刀具，夾具，量具和輔助工具；7，確定各工序的切削用量及時間定額8，確定主要工序的技術要求及檢驗方法；9.進行技術經濟分析；10，編制工藝文件。 2.1.4. 時間定額 時間定額Tt包括：基本時間Tm，輔助時間Ta，布置工作地時間Ts，休息與生理需要時間Tr，準備與終結時間Te。 單件和成批生產的單件時間定額Tt=Tp+Tc∕n=Tm+Ta+Ts+Tc+Te∕n； 大批量生產的單件時間Tt=Tm+Ta+Ts+Te。 2.1.5. 工藝過程的技術經濟分析 工藝成本是指生產成本中與工藝過程有關的那一部分費用。按照與年產量的關系分為可變費用V和不變費用C。 若工件的年產量為N，則工件的全年工藝成本S為S=VN+C，單件工藝成本Sp=V+C∕N。 2.1.6. 機械加工工藝規(guī)程制定中應注意的問題 選擇零件毛坯時，主要考慮下列因素：零件的材料(包括牌號及標準號)及其機械性能，零件的結構形狀及外形尺寸，生產綱領，生產條件，積極推廣應用新工藝，新技術和新材料。 基準是用來確定生產對象上幾何要素件間的幾何關系所依據的那些點，線，面，從而設計和工藝兩個方面可分為設計基準和工藝基準兩大類。工藝基準又可進一步分為工序基準，定位基準，測量基準和裝配基準。定位基準又有粗基準和精基準之分。 粗基準的選擇原則有：保證相互位置要求的原則，保證加工表面加工余量合理分配的原則，粗基準不重復使用的原則，便于工件裝夾的原則。 精基準的選擇原則有：基準重合原則，基準統(tǒng)一原則，自為基準原則，互為基準原則，便于裝夾的原則。 加工經濟精度是指在正常加工條件下（采用符合質量標準的設備，工藝裝備和標準技術等級的工人，不延長加工時間），所能保證的加工精度和表面粗糙度。 懸著加工方法時考慮的主要因素：工件的加工精度，表面粗糙度和其他技術要求，工件材料的性質，工件的形狀和尺寸，生產類型，生產率和經濟性，本廠設備，人員情況等。 根據精度的要求不同，整個工藝過程可劃分為：粗加工階段，半精加工階段，精加工階段，光整加工階段，超精密加工階段。劃分加工階段的原因主要有：1，保證加工的質量；2，合理使用機床設備；3，便于及時發(fā)現毛坯缺陷，避免精加工表面損傷；4，便于安排處理工序，使冷熱加工配合協(xié)調。 機械加工工序的安排原則：基面先行，先粗后精，先主后次，先面后孔。 熱處理工序在工藝路線中的安排，主要取決于零件的材料和熱處理的目的。預備熱處理安排在機械加工之前；去除內應力的熱處理安排在粗加工之后，精加工之前；最終熱處理安排在精加工前后，變形較大的熱處理應安排在精加工之前，變形較小的熱處理應安排在精加工之后。 輔助工序包括檢查，檢驗工序，去毛刺，平衡，清洗工序等，檢驗工序是主要的輔助工序。除了在每道工序中操作者自檢外，還必須在下列情況下安排單獨的檢驗工序：1，粗加工階段結束后；2，關鍵工序前后；3，零件從一個車間轉到另一個車間前后；4，零件全部加工結束之后。 加工余量是指加工過程中所切除的金屬層厚度。加工余量可分為加工總余量（毛坯余量）和工序余量。加工總余量等于各工序余量之和。影響工序余量的因素有：1，上工序的各種表面缺陷和誤差因素，包括表面粗糙度和缺陷層，尺寸公差和形位公差；2，本工序加工時的裝夾誤差。確定加工余量的方法有：分析計算法，查表發(fā)，經驗估算法。 工藝裝備的選擇包括確定各工序所需的夾具，刀具和計算器量等。夾具主要根據生產類型和加工要求來確定。刀具的選擇主要取決于各工序所采用的加工方法，加工表面的尺寸，工件材料，加工精度和表面粗糙度要求，生產率和經濟性等。計量器具主要根據生產類型和工件的加工精度來選取。 2.2. 零件的作用 題目所給定的零件時斜板閘閥閥體機械工藝制造及夾具設計，它主要是通過閘板密封面與閘座密封面高度光潔，平整，一致，加工成一個非常貼合，嚴密的密封副。 閘板通過閘桿的上提，下壓，對介質形成導通和關斷。 平板閘閥閥桿密封失效產生外漏是影響其使用壽命和推廣應用的問題之一，特別是對于要求零泄漏的工況，更是限制了其使用范圍。然而斜板閘閥具有足夠的強度和剛度，能保證在高液體壓強下可靠工作，并保持良好的密封性。 圖1 閥座圖 2.3. 設計要求： 具有足夠的強度和剛度，以保證在液體壓力和熱應力下，可靠工作，并保持良好的密封性。 更具有斜板閘閥合理的開啟與閉合形式。 保證在能承受一定的交變壓力沖擊下，還能承受其他來自環(huán)境等因素的影響（如地震等），避免出現爆裂，或出現疲勞裂紋等。 圖2 閘閥閥體圖 2.4. 零件的工藝特點 該閘閥閥體在工作過程中因閥體內部介質通道是直通的，介質成直線流動，流動阻力小，因此該零件所需滿足的強度、剛度和韌性要求不高。該零件的主要工作表面為兩側法蘭面、上（中）法蘭臺階孔φ110mm（H11）和閥座孔φ65 mm（H10），在設計工藝規(guī)程時應重點予以保證，尤其是兩個密封面——上（中）法蘭臺階孔φ110mm（H11）和閥座孔φ65 mm（H10）。 2.5. 零件的主要技術要求 將閘閥閥體的全部技術要求列于表，閘閥閥體的技術要求： 加工表面 尺寸及偏差，mm 公差及精度等級 表面粗糙度Ra，μm 形位公差，mm 兩側法蘭端面距 250 IT12 6.3 上（中）法蘭臺階孔 Φ110 IT11 12.5 閥座孔 φ65 IT10 12.5 側法蘭孔 4-Φ18 IT12 12.5 上（中）法蘭孔 6-Φ16 IT12 12.5 其余加工表面 IT12 12.5 表1 閘閥閥體的技術要求 分析零件圖可知，兩側法蘭端面作為連接密封作用，故而粗糙度要求稍微高些（Ra6.3μm）；上（中）法蘭Φ110mm臺階孔要與閥蓋配合，采用基孔制H11；φ65mm閥座孔要與閥座配合，采用基孔制H10；側法蘭4-Φ18mm孔和上（中）法蘭6-Φ16孔的端面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證孔的加工精度；另外，該閥體零件除主要工作表面（兩側法蘭端面、上法蘭臺階孔、閥座孔）外，其余加工表面均較低，不需要高精度機床加工，通過車、鉆床的粗加工就可以達到加工要求；而主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也可以在正常生產條件下，采用較經濟的方法保質保量地加工出來。由此可見，該閥體零件的工藝性好。 零件的機械加工工藝過程設計 3. 零件的機械制造工藝設計 3.1. 計算零件的生產綱領，確定生產類型 零件的年生產綱領N可按下式計算： N=Qm（1+a%）（1+b%） 式中 N——零件的生產綱領(件/年)； Q——產品的年產量（臺、輛/年）； m——每臺（輛）產品中該零件的數量（件/臺、輛）； a%——備品率，一般取2%~4%； b%——廢品率，一般取0.3%~0.7%。 依設計題目知：Q=800臺/年，m=1件/臺；結合生產實際，備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%。代入公式得 N=800臺/年×1件/臺×（1+3%）×（1+0.5%）=828.12件/年 閥體的質量估算約為7kg，查表知，該閥體屬輕型零件；由表可知，該閥體的生產類型為成批生產。 3.2. 斜板閘閥的材料和毛坯制造方法 3.2.1. 確定毛坯與繪制毛坯簡圖 1) 選擇毛坯 由于閘閥閥體工作過程中流體阻力小 , 密封面受介質的沖刷和侵蝕小，且其外形復雜，毛坯選用鑄件。 考慮到閘閥在與閥座配合的內螺紋處經常出現氣孔，縮松等鑄造缺陷，零件在工作過程中也經常承載交變載荷及沖擊性載荷，因此在實際生產中大多采用熔模鑄造方法制造毛坯，熔模鑄造比沙模鑄造具有更好的透氣性，并能消除縮松，氣孔等鑄造缺陷。 2) 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量 要確定毛坯的尺寸公差及機械加工余量，應先確定如下各項因素： a. 公差等級 鑄件公差有16級，代號為CT1~CT16，常用的為CT4~CT13，該閥體零件毛坯采用熔模鑄造，查大批量生產的毛坯鑄件的公差等級表可得WCB鑄鋼采用此鑄造方法通常能達到的公差等級為CT4~CT9，取CT7，進而根據毛坯鑄件基本尺寸（略大于250mm）查鑄件尺寸公差表得相應的鑄件尺寸公差為1.6mm。 b. 要求的機械加工余量 除非另有規(guī)定，要求的機械加工余量適用于整個毛坯鑄件。要求的機械加工余量等級有10級，稱之為A、B、C、D、E、F、G、H、J和K級，其中A、B級僅用于特殊場合。根據毛坯材料WCB鑄鋼和熔模鑄造方法查毛坯鑄件典型的機械加工余量等級表得要求的鑄件加工余量等級為E級，根據毛坯最大尺寸查要求的鑄件機械加工余量（RMA）表得要求的鑄件機械加工余量（RMA）為1.4mm。 c. 在圖樣上的標注 a) 鑄造公差的標注 用公差代號統(tǒng)一標注為“一般公差GB/T 6414-CT7”。 b) 機械加工余量的標注 應在圖樣上標出需機械加工的表面和要求的機械加工余量值，并在括號內標出要求的機械加工余量等級。要求的機械加工余量應按下列方式標注在圖樣上。 c) 用公差和要求的機械加工余量代號統(tǒng)一標注 本閥體零件毛坯為輪廓最大尺寸在250~400mm范圍內的鑄件，要求的機械加工余量等級為E，要求的機械加工余量值為1.4mm（同時鑄件的一般公差為GB/T 6414-CT7）為“GB/T 6414-CT7-RMA1.4(E)”，也可以在圖樣上直接標注經計算后得出的尺寸值。 3.2.2. 繪制閘閥閥體鑄造毛坯簡圖 繪制毛坯簡圖如圖所示。 圖3 閘閥閥體毛坯圖 機床設備及工藝設備的選用 4. 零件的機械加工工藝過程設計 零件的機械加工工藝過程是工藝規(guī)程設計的中心問題。其內容包括選擇定位基準和工藝路線的擬定。 4.1. 定位基準的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程中的重要工作之一?；娴倪x擇正確，合理，可以保證加工質量，提高生產效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產無法進行。 定位基準有粗基準和精基準之分，通常先確定精基準，然后再確定粗基準。 4.1.1. 精基準的選擇 根據該閥體零件的技術要求和裝配要求，選擇兩側法蘭端面和外圓作為精基準加工上法蘭；選擇側法蘭面作為精基準加工閥座孔φ65mm（H10）和法蘭孔4-φ18mm；以上法蘭面為精基準加工法蘭孔6-φ16mm。 4.1.2. 粗基準的選擇 作為粗基準的表面應平整，沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。本閥體零件以一側法蘭作為粗基準，加工另一側法蘭，之后又可以這已加工的側法蘭作為精基準加工原先作粗基準的側法蘭。 圖4 斜板閘閥裝配圖 4.2. 表面加工方法的確定 閥體零件各表面加工方案： 加工表面 尺寸精度等級 表面粗糙度Ra，μm 加工方案 備注 兩側法蘭端面 IT12 6.3 粗車—精車 上（中）法蘭端面 IT12 12.5 粗車—精車 上（中）法蘭臺階孔 IT11 12.5 粗車—精車 閥座孔 IT10 12.5 粗車—精車 上（中）法蘭孔 IT12 12.5 鉆 側法蘭孔 IT12 12.5 鉆 表2 閥體零件加工方案 4.3. 加工階段的劃分 該閥體零件加工質量要求較低，機械加工余量不大，大多粗加工一次即可達到要求，但由于習慣還是將加工階段劃分成粗加工和精加工兩個階段。 在加工過程中，基本上粗加工完一個面隨后便進行精加工。 4.4. 工序的集中與分散 該閥體零件選用工序分散原則安排加工工序。該閥體零件的生產類型為大批生產，可以采用普通機床配以專用工、夾具，以提高生產效率；而且運用工序分散原則使工件在每道工序中的工步內容減少，對工人技能要求降低，有利于降低勞動成本。 4.5. 工序順序的安排 4.5.1. 機械加工工序 （1）遵循“先基準后其他”原則，首先加工精基準——兩側法蘭端面。 （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——兩側法蘭端面，后加工次要表面——上（中）法蘭面和閥座孔面。