DN40截止阀加工工艺规程设计.docx
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DN40截止阀加工工艺规程设计
1引言
近15年来，中国经济高速、持续、稳定的发展，使国家处在工业化的中期。
一方面显示对装备机械的旺盛需求;提出了振兴装备制造业的战略目标。
另一方面，在国力增强的同时，提出建“资源节约型、环保型”社会的理念:
作为制定“十一五”规划的主要依据。
为此，必须全面落实科学发展观，依靠科技学技术，通过经济结构调整、企业整合、扩大经营规模，使国民经济获得一个深层次的发展，在“十一五”规划纲要中，明确提出:
1．支持煤化产业发展开发煤基液体燃料，有序推进煤炭液化示范工程建设，促进煤炭探度加速转化。
发展大型煤化工成套设备、煤炭液化、秸杆汽化和煤制烯烃等设备，促使煤化工产业进人规范发展的轨道。
2．振兴装备制造业，重点发展大型抽水蓄能发电机组、百万千瓦核电机组、新型发电技术装备、超临界燃气一蒸汽联合循环发电设备、百万吨级大型乙烯成套设备、石油天然气长输管线和500万级煤制油成套设备等。
阀门作为一个流体输送的组件，随着国民经济，特别是国家煤化工产业和装备制造业的发展，对阀门提出新的要求:
高温、高压、耐磨、耐腐蚀、耐冲刷、抗热循坏和零泄漏。
这样，阀门将获得快速发展。
根据对中国海关统计，2005年阀门出口总额为7.60亿美元。
预测2010年阀门出口总额为20.09亿美元。
2005午，进口总额22.59亿美元。
预侧2010年阀门进口总额为36.32亿美元。
中国国家统计局统计2005年国内对阀门的总需求量为61.69亿美元（国内销售收人+进口额-出口额）。
预侧2010年阀门的总需求量为114.60亿美元。
1.1阀门的分类
阀门的种类繁多，随着各类成套设备工艺流程的不断改进，阀门的种类还在不断增加。
但总的来说可分为两大类
1.自动阀门。
依靠介质（液体、空气、蒸汽等）本身的能力而自行动作的阀门。
如安全阀、减压阀、止回阀、蒸汽疏水阀、空气疏水阀、紧急切断阀等。
2.驱动阀门。
借助手动、电力、液力或气力来操纵启闭的阀门。
如闸阀、截止阀、节流阀、调节阀、蝶阀、球阀、旋塞阀等。
阀门依靠自动或驱动机构使启闭件作升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面
积的大小，以实现启闭、控制功能。
此外，阀门还有以下几种分类方法。
1.按结构特征，即根据关闭件相对于阀座的移动方向可分为：
（1）截门形：
关闭件沿着阀座的中心线移动。
（2）闸门形：
关闭件沿着垂直于阀座中心线的方向移动
（3）旋塞和球形：
关闭件是柱塞或球体，围绕本身的轴线旋转。
（4）旋启形：
关闭件围绕阀座外的轴线旋转。
（5）蝶形：
关闭件为一圆盘，围绕阀座内的轴线旋转（中心式）或阀座外的轴线旋转（偏心式）。
（6）滑阀形：
关闭件在垂直于通道的方向上滑动。
2.按阀门的用途不同可分为：
（1）切断用：
用来切断（或接通）管路中的介质。
如闸阀、截止阀、球阀、旋塞阀、蝶阀
等。
（2）止回用：
用来防止介质倒流。
如止回阀。
（3）调节用：
用来调节管路中介质的压力和流量。
如调节阀、减压阀、节流阀、蝶阀、V形。
（4）分配用：
用来改变管路中介质流动的方向，起分配介质的作用。
如分配阀、三通或四通旋塞阀、三通或四通球阀等。
（5）安全用：
用于超压安全保护，排放多余介质，防止压力超过规定数值。
如安全阀、溢流阀,开口球阀、平衡阀等。
（6）其他特殊用途：
如蒸汽疏水阀、空气疏水阀、排污阀、放空阀、呼吸阀、排渣阀、温度调节阀等。
3.按操纵方式，即根据启闭、调节时不同的操纵方法可分为：
（1）手动：
借助手轮、手柄、杠杆或链轮等，由人力来操纵的阀门。
当需传递较大的力矩时，可装有圆柱直齿轮、圆锥直齿轮、蜗轮蜗杆等减速装置。
（2）电动：
用电动机、电磁阀或其他电气装置操纵的阀门。
（3）液压或气压传动：
借助液体（水、油等液体介质）或空气操纵的阀门。
4.按阀门的公称压力可分为：
（1）真空阀：
公称压力低于标准大气压的阀门。
绝对压力小于0.1MPA的阀门,习惯上常
用毫米水柱‘mmH2。
O'或毫米汞柱（mmHg表）示阀门的公称压力。
（2）低压阀门：
公称压力PN≤1．6MPa的阀门。
（3）中压阀门：
公称压力PN2.5～6.4MPa的阀门。
（4）高压阀门：
公称压力PN10.0～80.0MPa的阀门。
（5）超高压阀门：
公称压力PN≥IOOMPa的阀门。
5.按介质工作温度分为：
（1）超低温阀：
t<-100℃的阀门。
（2）低温阀：
-100C≤f≤-40℃的阀门。
（3）常温阀：
-40℃≤f≤120℃的阀门。
（4）中温阀：
120。
C≤f≤450℃的阀门。
（5）高温阀：
t>450℃的阀门。
6.按阀体材料分为：
（1）非金属材料阀门：
如陶瓷阀门、玻璃钢阀门、塑料阀门等。
（2）金属材料阀门：
如铜合金阀门、铝合金阀门、钛合金阀门、蒙乃尔合金阀门、铸铁阀门、碳钢阀门、低合金钢阀门、高合金钢阀门、不锈钢阀门等。
（3）金属阀体衬里阀门：
如衬铅阀门、衬塑料阀门、衬橡胶阀门、衬搪瓷阀门等。
7.按公称通径分为：
（1）小口径阀门：
公称通径DN≤40mm的阀门。
（2）中口径阀门：
公称通径DN50-300mm的阀门。
（3）大口径阀门：
公称通径DN350-1200mm的阀门。
（4）特大口径阀门：
公称通径DⅣ≥l400mm的阀门。
8.按与管道连接的方式分为：
（1）法兰连接阀门：
阀体上带有法兰，与管道采用法兰连接的阀门。
（2）螺纹连接阀门：
阀体上带有内螺纹或外螺纹，与管道采用螺纹连接的阀门。
（3）焊接连接阀门：
该种连接方式分承插焊连接与对接焊连接。
阀体上带有焊口与坡口，与管道采用焊接连接的阀门。
（4）夹箍连接阀门：
阀体上带有夹口，与管道采用夹箍连接的阀门。
（5）卡套连接阀门：
采用卡套与管道连接的阀门。
1.2截止阀的分类
1.根据截止阀的通道方向，分为：
（1）直通式截止阀
（2）直流式截止阀：
在直流式或Y形截止阀中，阀体的流道与主流道成一斜线，这样流动状态的破坏程度比常规截止阀要小，因而通过阀门的压力损失也相应的小了。
（3）角式截止阀：
在角式截止阀中，流体只需改变一次方向，以致于通过此阀门
的压力降比常规结构的截止阀小
图1.1三类截止阀剖视图
（4）柱塞式截止阀：
这种形式的截止阀是常规截止阀的变型。
在该阀门中，阀瓣和阀座通常是基于柱塞原理设计的。
阀瓣磨光成柱塞与阀杆相连接，密封是由套在柱塞上的两个弹性密封圈实现的。
两个弹性密封圈用一个套环隔开，并通过由阀盖螺母施加在阀盖上的载荷把柱塞周围的密封圈压牢。
弹性密封圈能够更换，可以采用各种各样的材料制成，该阀门主要用于“开”或者“关”，但是备有特制形式的柱塞或特殊的套环，也可以用于调节流量。
2.根据截止阀阀杆上螺纹的位置可分：
（1）上螺纹阀杆截止阀：
截止阀阀杆的螺纹在阀体的外面。
其优点是阀杆不受介质侵蚀，便于润滑，此种结构采用比较普遍。
（2）下螺纹阀杆截止阀：
截止阀阀杆的螺纹在阀体内。
这种结构阀杆螺纹与介质直接接触，易受侵蚀，并无法润滑。
此种结构用于小口径和温度不高的地方。
图1.2截止阀实体图
2截至阀的用途和主要性能
2.1截至阀的用途
截止阀是利用阀瓣（截止阀的关闭件叫阀瓣）沿着瓣座（阀座）通道的中心线移动，来控制管路启闭的一种闭路阀。
可用于大部分介质流程系统中。
已研制出满足石化、电力、冶金、城建、化工等部门各种用途的多种形式的截止阀。
截止阀一般适用于各种压力及各种温度条件下，在规定的标准范围内，输送液体和气体介质，但不适用于输送含有固体沉淀或析出晶体的液体。
在低压管路中截止阀也可用来调节管路中介质的流量。
截止阀的使用极为普遍，但由于开启和关闭力矩较大、结构长度较长，通常公称通径都限制在250mm以下，也有到400mm的，但选用时需特别注意进出口方向。
一般15Omm以下的截止阀介质大都从阀瓣的下方流入，而2O0mm以上的截止阀介质大都从阀瓣的上方流入。
这是考虑到阀门的关闭力矩所致。
由于受到结构的限制，截止阀的公称通径在250mm以下。
若是在介质压力较高和流速较大的管路上，其密封面会很快磨损。
因此需调节流量
时，必须用节流阀。
为了减小开启或关闭力矩，一般2O0mm以上的截止阀都设内旁通或外
旁通阀门。
2.2截止阀的结构特点
2.2.1截止阀的基本结构（通用）
图2.1截止阀基本的结构
1．壳体：
高分子聚合材质
2．操作按钮
3．旋钮手柄：
高分子聚合材质
4．安全薄片:
不锈钢
5．锁定装置
6．活塞杆
7．顶盖
8．端板
9．阀芯
10．底座盖
11．阀芯弹簧
12．密封圈
2.2.2截止阀的特点
1.截止阀具有以下优点：
（1）结构简单，制造和维修比较方便。
（2）工作行程小，启闭时间短。
（3）密封性好，密封面间磨擦力小，寿命较长。
2.截止阀的缺点如下：
（1）流体阻力大，开启和关闭时所需力较大。
（2）不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质。
（3）调节性能较差。
2.3截止阀的主要标准
2.3.1截止阀的主要标准
截止阀的主要标准：
1．GB12233-89
《通用阀门铁制截止阀与》
2．GB12235-89
《通用阀门法兰连接钢制截止阀与升降式止回阀》
3．JB/T53174-94
《截止阀产品质量分等》
4．JB/T53165-92
《高压平衡截止阀产品质量分等》
5．GB/T587-93
《船用法兰青铜截止阀》
6．GB/T590-93
《船用法兰铁制截止阀》
7．GB8464-87
《内螺纹连接闸阀、截止阀、止回阀通用技术条件》
8．GB8465.2-87
《内螺纹连接闸阀、截止阀、球阀基本尺寸铁制截止阀》止
回阀球阀升降式止回阀
2.3.2截止阀型号编制说明
2.4截止阀的主要性能
截止阀的主要性能：
1.与比较，调节性能较好，但因阀杆不是从手轮中升降，不易识别调节量大小；
2.流阻较闸阀、球阀、大；
3.密封面较闸阀少；
4.密封性一般比闸阀差，对含有机械杂质的介质，关闭阀门时，易损伤密封面；
5.价格比闸阀便宜；
6.适用于蒸汽介质；不宜用于黏度较大，带颗粒、易结焦、易沉淀的介质；旋塞阀闸
阀；
2.5截止阀的工作原理
截止阀属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。
当介质由阀瓣下方进入阀门时，操作力所需要克服的阻力，是阀杆和填料的摩擦力与由介质的压力所产生的推力，关阀门的力比开阀门的力大，所以阀杆的直径要大，否则会发生阀杆顶弯的故障。
近年来，从自密封的阀门出现后，截止阀的介质流向就改由阀瓣上方进入阀腔，这时在介质压力作用下，关阀门的力小，而开阀门的力大，阀杆的直径可以相应地减少。
同时，在介质作用下，这种形式的阀门也较严密。
我国阀门“三化给”曾规定，截止阀的流向，一律采用自上而下。
2.6截止阀的选用原则
1.高温、高压介质的管路或装置上宜选用截止阀。
如火电厂、核电站，石油化工系统的高温、高压路上。
2.管路上对流阻要求不严的管路上。
即对压力损失考虑不大的地方。
3.小型阀门可选用针阀、仪表阀、取样阀、压力计阀等。
4.有流量调节或压力调节，但对调节精度要求不高，而且管路直径又比较小，如公称通经≤50mm的管路上，宜选用。
5.合成工业生产中的小化肥和大化肥宜选用公称压力PN160公称压力16MPa或PN320公称压力32MPa的高压角式截止阀或高压角式节流阀。
6.氧化铝拜耳法生产中的脱硅车间、易结焦的管路上，易选用阀体分开式、阀座可去处的、硬质合金密封副的直流式截止阀或直流式节流阀。
7.城市建设中的供水、供热工程上，公称通经较小的管路，可选用截止、平衡阀或柱塞阀，如公称通经小于150mm的管路上。
最明显的优点是：
在开启和关闭过程中，由于阀瓣于阀体密封面间的摩擦力比闸阀小，因而耐磨。
开启高度一般仅为阀座通道直径的1/4，因此比闸阀小的多。
通常在阀体和阀瓣上只有一个密封面，因而制造工艺性比较好，便于维修。
公称压力或压力级：
PN1.0-16.0MPa、ANSICLASS150-900、JIS10-20K公称通径或口径：
DN10～500、NPS1/2～36"连接方式：
法兰、对焊、螺纹等适用温度：
-196℃～700℃驱动方式：
手动、伞齿轮传动、气动、电动、液动、气液联动、电液联动阀体材料：
WC、BZG1Cr18Ni9Ti、ZG1Cr18Ni12Mo2T、iCF8（304）、CF3（304L）、CF8M（316）、CF3M（316L）、Ti。
选用不同的材质，可分别适用于水、蒸汽、油品、硝酸、醋酸、氧化性介质、尿素等多种介质。
3DN40截止阀阀体分析
DN40截止阀是指公称通径为40mm的铸铁截止阀，其中DN（Nominaldiameter）为公称通径，是管道系统中为所有附件所通用的用数字表示的尺寸，以区别螺纹或外径表示的那些零件。
3.1阀体的结构特征分析
该零件的整体结构比较复杂，零件上表面有槽和孔，其中的Φ58内孔倒角比较难加工。
零件下表面的也有槽和孔，其中的一个槽比较难造型，槽底面为圆弧面。
零件侧面小孔要保证对称度。
其中孔Φ58、Φ18、M12有较高不同的精度要求。
另外,4-M12的螺纹底孔和8-Φ18的孔要求圆周均布.
零件名称
加工部位
粗糙度Ra级别
阀杆
梯形螺纹
6.3
光杆
1.6
倒密封面
0.8
阀盖
填料函孔
6.3
阀杆孔
3.2
O形圈槽底面和侧
面（孔用）
6.3
阀套（或导套）
外径
3.2
内径
1.6
阀芯及阀瓣（平
衡式）
外径
1.6
密封面（堆焊）
0.4
O形圈槽底及侧面
（轴用）
3.2
图1.1关于截止阀主要零件表面粗糙度
根据技术条件的要求,未注倒角1450,未注圆角半径,阀体为铸件,铸件表面应光滑平
整、无裂纹、砂眼、气孔、毛刺等缺陷.WCB铸件后进行正火处理,铸件尺寸公差按
GB/T6414.C17的规定,未注公差尺寸的极限偏差按GB/T1804-M的规定.
3.2
阀体AutoCAD图
40±0.1，上孔径为Φ58。
上图是DN40截止阀阀体图纸，其左右为法兰面，孔径为Φ
详细图纸见附录
4阀体的机械加工工艺规程设计
4.1零件加工工艺规程设计
4.1.1零件分析
零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在能够满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。
它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性，涉及面很广，具有综合性，而且在不同的生产类型和生产条件下，同样一种零件制造的可行性和经济性可能不同，因此对其结构工艺性的要求也不同。
对零件的结构工艺性分析，必须根据零件的生产类型、生产纲领，全面、具体、综合地进行分析，在制订机加工工艺规程时，主要是对零件的切削加工工艺性分析，主要涉及到以下几个方面：
1.工件应便于在机床或夹具上装夹、并尽量减少装夹次数。
2.刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量，以及便于观察切削情况等。
3.尽量减少刀具调整和走刀次数。
4.尽量减少加工面积及空行程，提高生产率。
5.便于采用标准刀具，尽量减少刀具种类。
6.改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工。
7.尽量减少工件和刀具的受力变形。
8.有适宜的定位标准，且定位基准至加工表面的标注尺寸应便于测量。
4.1.2确定生产类型
在博耐蒂（苏州）仪表阀门有限公司公司，阀门的年产量为30000件，假定其备品率
为10%，机械加工的废品率为5%，现在确定其生产纲领：
N=Q*n*（1+a%）*（1+b%）
=30000×1×（1+10%+5%）
=34500（件/年）
式中：
N生产纲领；Q产品的年产量（件/年）；
n每件产品中该零件的数量（件/台）；
a%备品的百分率；
b%废品的百分率。
阀门的年产量为34500件/年，现通过计算，该零件的质量约为20kg。
根据生产类型的生产纲领及工艺特点，可以确定其生产类型为大批量生产。
大批量生产的工艺特征：
1.零件的互换性：
具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法；
2.毛坯的制造方法与加工余量：
广泛采用金属模机器造型，模锻或其他高效方法。
毛坯精度高，加工余量小；
3.机床设备及其布置形式：
广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动线排列设置；
4.工艺装备：
广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求；
5.对工人技术要求：
对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术要求较低；
6.工艺文件：
有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡；
7.成本：
较低；
8.生产效率：
高；
9.工人劳动条件：
较好
4.1.3毛坯种类及其制造方法的确定
根据零件材料工具钢确定毛坯为棒料，根据毛坯的材料、生产类型、生产纲领及零件的复杂程度，又已知零件的生产纲领为34500件/年，该零件的质量约为20kg，可知，其生产类型为大批量生产。
由采购部负责购买。
4.2工艺路线的拟定
4.2.1定位基准的选择
由零件图可知，内孔是阀体的设计基准和装配基准。
考虑到定位稳定、夹紧方案简单、可靠、操作方便等因素，故应选内孔作为精基准，后续的所有加工都选用它为基准，这样就遵行了基准统一的原则。
4.2.2制订工艺路线
当生产批量不同时，零件的工艺路线也会有较大差别，零件的加工质量要求较高时，应把整个加工过程划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段等阶段。
这样可以保证加工质量、合理使用机床、适应热处理的需要，定工艺路线时其基本出发点是保证加工质量、提高生产率、降低成本。
在该零件生产类型已确定为大批量生产的情况下，制定的工艺路线就应该符合生产类型的工艺特征。
根据先面后孔、先主要表面后次要表面的加工原则，各表面与孔的加工应根据各表面的加工要求和各种加工方法能够达到的精度，确定各表面的加工方法：
内孔及其端面用车床、外圆及其端面用车床、各小孔用钻床、各槽用加工中心。
综合以上考虑，最终制定加工工艺路线如下：
工
序
工
步
工序内容
简要说明
I
1
粗车法兰面L-L
保证法兰面厚度度尺寸
31±0.5
2
粗车上端面A-A
保证尺寸Φ93±0.2
3
半精车法兰面L-L
保证法兰面厚度度尺寸
31
4
钻上端面A-A上
M12的孔
保证孔的位置度，孔径为
12mm
5
攻丝上端面A-A上
M12的孔
保证孔的位置度，孔径为
12mm
II
1
精车法兰端面L-L
保证尺寸30±0.5
2
半精车上端面A-A
保证尺寸Φ93
III
1
精车上端面A-A
保证尺寸Φ92±0.2
2
粗车L-L面凸出的
台阶面
保证尺寸300.03
3
粗镗上端面A-A中
心58孔
保证孔的位置度，孔径为
58
4
精镗上端面A-A中
心58孔
保证孔的位置度，孔径为
58H800.046
5
半精车L-L面凸出
的台阶面
保证尺寸3.94±0.12
IV
1
精车L-L面凸出台
阶面
保证尺寸3.840.12
2
钻法兰面L-L上的
四个18的孔
保证尺寸为的418通
孔
3
铰法兰面L-L上的
四个18的孔
保证尺寸为的418通
孔
4.2.3选用加工设备及其工艺装备
由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床和工厂现有设备为主。
其生产方式以通用机床加专用夹具为主。
工件在各机床上的装卸及各机床的传送均由人工完成。
1.整圆、车内孔及端面、车倒角。
考虑到工件的定位夹紧方案问题，选择普通车床C620-1和数控车床CK6132。
夹具采用三爪卡盘和芯轴。
2.钻孔、铰孔。
采用的设备是摇臂钻床Z3052，夹具采用专用夹具。
3.磨内孔、磨平面。
内孔采用内圆磨床M2110，夹具采用三爪卡盘。
平面采用平面磨床M7350A，夹具采用电磁吸盘。
4.铣上、下表面各槽。
考虑到工序集中的原则，采用的设备是立铣加工中心HAAS-Mini。
夹具采用立铣加工中心专用夹具。
4.3切削用量和工时定额的确定
4.3.1基本计算公式的引用
1.切削速度计算公式：
Cv
v
tmaxpvfyv
式中v——切削速度（m/min）
Cv——系数
式中lw——工件切削部分长度
l1—
—切入量
取0～3mm
l2—
—切出量
取0～3mm
n—
—主轴转速
r/min
f—
—进给量
mm/r
辅助时间：
Tf
20%Tj
作业时间：
Tz
TjTf
4.4各道工序的设计
4.4．1工序
（一）
工步1车法兰面
1.加工条件工件材料：
45号钢。
机床：
程泰车削中心
刀具：
YT545度偏刀。
2.计算切削用量及工时定额
（1）确定背吃刀量一次走刀ap1mm
（2）确定进给量根据参考文献可知，车刀刀杆尺寸16×25，车削深度ap3mm，f=0.5～0.9mm/r，按机床的进给量取f=0.52mm/r。
3.计算切削速度根据参考文献根据公式可知。
Cv
vmCxvvyv128（m/min）tmaxpvfyv
4.确定机床主轴转速
1000vc
1000128
70
550（r/min）
按机床的转速取n550（r/min）
5.计算基本时间、辅助时间及作业时间
根据公式
基本时间Tjlwl1l2N5（min）jnf
辅助时间Tf0.2Tj0.5（min）
工步2粗车上端面
1.加工条件
工件材料：
45号钢
机床：
程泰数控车削中心
刀具：
YT545度偏刀
2.计算切削用量及工时定额
（1）确定背吃刀量十次走刀ap1mm
（2）确定进给量根据参考文献可知，车刀刀杆尺寸16×25，车削深度ap3mm，
f=0.3～0.5mm/r，按C620-1机床的进给量取f=0.35mm/r。
3.计算切削速度根据参考文献,根据公式可知。
Cv
vtmaxvfyv52.8（m/min）
tapvfv
4.确定机床主轴转速
1000vc
dw
100052.8
67.5
249.1（r/min）
按C620-1机床的转速取n305（r/min）
实际的切削速度为：
5.计算基本时间、辅助时间及作业时间
根据公式
基本时间Tjlwl1l2N0.75（min）
jnf
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