阀盖机械制造工艺课程设计.docx
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阀盖机械制造工艺课程设计
《机械制造工艺学》课程设计说明书
班级：
：
学号:
指导老师：
一.零件分析
1.1阀盖零件尺寸，公差，粗糙度标注
1.2阀盖零件结构工艺性分析
1.3阀盖的技术要求分析
二.根据生产纲领和生产类型确定工艺的基本特征
2.1生产纲领和生产类型
2.2基本特征
三.确定毛坯类型和制造方法，绘制毛坯—零件合图
3.1毛坯种类
3.2毛坯结构尺寸，形状
3.3确定余量，绘制毛坯—零件合图
四.工艺规程设计
4.1定位基准选择和工艺装备选择
4.1.1选择阀盖的粗基准
4.1.2选择阀盖的精基准
4.1.3选择加工工艺装备
4.2工艺路线拟定
4.2.1确定各加工面的加工方法
4.2.2加工阶段的划分
4.2.3工序组合原则
4.2.4加工顺序的安排
4.2.5工艺路线拟定
五.选择加工设备及工艺装备
六.加工工序设计
6.1加工余量确定
6.2确定切削用量
6.2.1切削用量的选择
6.2.2确定进给量
6.3工时定额确定
6.3.1工时定额制定的原则
6.3.2工时定额制定的方法
6.3.3工时额定包括以下几部分
七.设计小结
8.参考文献
序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的基础课、技术基础课以及部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习,也是一次理论联系实际的训练。
其主要目的是让学生把所学的工艺理论和实践知识，在实际的的工艺、夹具设计中综合地加以运用，进而得到巩固、加深和发展，提高我们分析问题和解决生产实际问题的能力，为以后搞好毕业设计和从事相关的技术工作奠定扎实的基础。
通过机械制造工艺课程设计，我们可以在以下几个方面得到锻炼：
1、能熟地运用机械制造技术课程及其他相关课程中的基本理论，以及在生产实际中学习到的实践知识，正确地和解决一个零件在加工过程中的定位、夹紧以及工艺路线的合理拟定等问题，从而保证制造的质量、生产率和经济性。
2、通过夹具设计，进一步了解我们自己的结构设计能力，能够根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力，既经济合理又能保证加工质量的夹具。
3、进一步提高计算、制图能力，能比较熟练地查阅和使用各种技术资料，如有关的国家标准、手册、图册、规范等
4、在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立的工作能力。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予批评指正。
一.零件分析
1.1阀盖零件尺寸，公差，粗糙度标注
从阀盖零件图上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有端面，内孔，平面，其中表面粗糙度最高的是直径为30mm的内孔，公差等级达到IT7级，直径为50mm的外圆公差等级为IT7级，表面粗糙度为Ra=1.6um.
1.2阀盖零件结构工艺性分析
阀盖零件图采用主视图和左视图两个视图来表达其结构，其中主视图为全剖视图，主要表达零件的内部结构和各端面的轴向位置；左视图主要表达零件的外形轮廓及主体上凸缘沉孔分布的情况。
从主视图可以看出，阀盖由多个同轴内孔和外圆组成。
左端面要求加工M36×2外螺纹，另外主体上沿圆周方向均匀分布有4个台阶沉孔。
1.3阀盖零件的技术要求分析
阀盖的加工表面主要有两头端面加工，外圆内孔的加工，以及小头上一螺纹的加工，其余表面均通过不去除材料的方法获得所需尺寸。
该阀盖为铸件，各组加工表面之间有严格的尺寸位置精度和表面加工精度要求。
对照阀盖零件图可以看出：
（1）
台阶孔，
外圆具有较高的尺寸精度（IT7级）和相互位置精度（同轴度
），表面粗糙度要求为Ra1.6um，是关键加工表面。
（2）M、N面距离尺寸为
，尺寸精度要求不高（查附表1《标准公差数值》可知约为IT11级），但M面位置精度要求较高（与
内孔轴线垂直度允许公差为0.04），且为装配基准面，N面为轴向配合面，因此也应确定为关键加工表面。
（3）右端
外圆、M36×2外圆螺纹、左端
内孔及4×
沉孔的尺寸精度要求较低（未注公差），表面粗糙度也不高，是次要加工表面。
（4）其他表面均为不加工表面。
根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的孔，上述各孔的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。
2.根据生产纲领和生产类型确定工艺的基本特征
2.1生产纲领和生产类型
根据任务书已知：
（1）产品的生产纲领Q=6000台/年
（2）每台产品中阀盖的数量n=1件/台
（3）阀盖的备品率a=8%
（4）阀盖的废品率b=1%
阀盖的生产纲领计算如下：
N=Qn（1+a）（1+b）=60000×（1+8%）×（1+1%）=65448（件/年）
若按一定时间内产品产量的连续程度和工作地划分，生产类型可划分为单件生产，成批生产（小批生产，中批生产，大批生产）和大量生产（连续生产）等多种类型。
不同的生产类型有不同的工艺特征，了解不同的生产类型的工艺特征，就能根据产品产量和产品图样，制定工艺方案，编制计划，筹措资金，增添或改造设备，合理做好生产技术准备工作。
有生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为大批量生产，其毛皮制造，加工设备技工艺装备选择应呈现大批量生产的工艺特点，如多采用高效设备和专用工艺装备。
2.2基本特征
阀盖的生产类型为大批量生产，大批量生产的工艺特点是广泛采用高效专用夹具，广泛采用高效专用刀具、量具和自动检测装置，调整法自动化加工。
三.确定毛坯类型和制造方法，绘制毛坯—零件合图
3.1．毛坯种类
毛皮的种类很多，同一种毛坯可能有不同的制造方法。
（1）铸件适于制造形状复杂的毛坯。
常见的铸件材料有灰铸铁，球墨铸铁和可锻铸铁。
目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造，如金属型铸造，离心铸造和压力铸造。
造型方法有手动造型和机器造型。
铸型有木模，金属型之分。
（2）锻件适于制造强度高，形状比较简单的毛坯。
（3）钢板和型材钢板和型材是生产中最常见的毛坯形式，来源广泛。
热轧型材适用于尺寸较大，精度较低的一般零件的毛坯；冷轧型多用于尺寸较小，毛坯精度要求较高的中小型零件的毛坯。
（4）焊接件焊接件制造简单，生产周期短，不需要专用的设备。
但是焊接件也存在着较大的残余应力，容易变形，精度不稳定，故一般需要退火或时效处理。
阀盖是用于连接或支撑执行机构。
因此，阀盖因具有足够的强度和刚度，还应尽量减少自身重量，以减小惯性力的作用。
同时，零件在工作过程中处于润滑状态，所以采用润滑性能较好地铸铁，型号为HT200，毛坯类型为铸件。
选择毛坯的制造方法:
由于阀盖的生产类型为大量生产，因此毛坯制造采用金属模机器造型的铸造方法，可以获得较高的生产效率和精度。
因零件形状并不复杂，所以毛坯形状可以与零件的形状接近，内孔不铸出，毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。
3.2毛坯结构尺寸，形状
详见毛坯—零件合图
3.3确定余量，绘制毛坯—零件合图
毛坯的加工余量：
加工余量分为总加工余量,工序加工余量.为了得到零件上某一表面所要求的精度,而从毛坯这一表面所切除的全部金属层的厚度,称为该表面的总加工余量.完成一个工序时从某一表面所切去的金属层称为工时加工余量.
确定工序尺寸时,首先要确定加工余量.正确的确定加工余量具有很大的经济意义.若毛坯余量过大,不仅浪费材料,而且要增加机械加工的余量,生产率下降;若余量过小,一方面使毛坯制造困难,另一方面在机械加工时,也因余量过小而被迫使用划线,找正等工艺方法,也能产生废品.
确定余量的方法有经验法、查表法、修正法、分析计算法。
对于阀盖各表面工序加工余量用查表法确定。
根据阀盖毛坯的最大轮廓尺寸（
）和加工表面的基本尺寸（按最大尺寸
），查附表2“铸件的机械加工余量”（按中间等级2级精度查表）可得出，顶面的机械加工余量为4，底面及侧面的机械加工余量为3。
为统一起见各加工表面的机械加工余量统一取4。
查附表5“铸件的尺寸偏差”可得出，阀盖毛坯的尺寸偏差为
0.5
绘制毛坯—零件合图
见图
4.工艺规程设计
4.1定位基准选择和工艺装备选择
在零件加工的第一道工序中，只能使用未经加工过得毛坯进行定位，这种未经加工过的基准称为粗基准。
在粗基准定位加工出光洁的表面后,就可以采用已经加工过的表面进行定位,加工过的基准称为精基准.
粗基准选择原则：
保证不加工表面与加工表面相互位置要求
保证加工表面的加工余量合理分配的原则
保证定位准确,夹紧可靠以及夹具结构简单,操作方便原则
精基准选择原则：
1）基准重合原则
2）基准统一原则
3）自为基准原则
4）互为基准原则
5）所选的定位基准,应能使工件定位准确,稳定,变形小,夹具结构简单
4.1.1选择阀盖的粗基准：
如先加工阀盖的右端，则选择不加工的L面及
外圆作为粗基准，能方便地加工车M面
孔（精基准）还可以保证L面与
内孔的轴线垂直，符合粗基准的要求。
如图4-1（a）所示方案一：
如先加工阀盖的左端，则选择不加工的
外圆和没加工的M面为粗基准，定位面较短，装夹不太可靠，如4-1图（b）所示方案二：
（a）（b）
如图4-1箱盖的粗基准
由图可知，选择方案一的粗基准比较可靠，而且安装方便。
4.1.2选择阀盖的精基准：
（1）分析阀盖的零件图可知，
孔轴线是高度和宽度的设计基准，M面是长度方向得到设计基准，如下图所示。
（2）阀盖工艺路线方案一，在加工阀盖关键表面时，考虑选择已精加工的
和台阶面作为精基准，这样可以保证
外圆的同轴度，及MN面的垂直度要求，如图4-2（c）所示：
（3）阀盖工艺路线方案二，在加工妨碍关键表面时，选择已加工过的左端面和螺纹外圆为精基准，在一次安装中同时加工
以及MN面从而保证其同轴度和垂直度的要求，如图4-2（d）所示，两种方案都符合基准重合原则，且专用夹具设计也并不复杂。
Cd
图4-2阀盖的精基准
（4）当定位基准与设计基准不重合时，需要对它的工序尺寸和定位误差进行分析和计算。
当定位基准与设计基准不重合时，需要对它的工序尺寸和定位误差进行分析和计算。
4.1.3选择加工工艺装备
由于阀盖是大批量生产，为提高生产效率最好多采用专用工艺装备，包括专用夹具、专用刀具、专用量具，根据需要，建议在以下工序设计专用工艺装备，详见下表：
工序号
工序名称
专用夹具
专用刀具
专用量具
20
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
车刀D01/D04
30
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
40
车削
精车内孔专用夹具
φ30H7塞规
50
车削
精车外圆液性塑料夹具
60
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
70
钻削
锪钻
φ塞规
4.2工艺路线拟定
4.2.1确定各加工面的加工方法
根据阀盖加工表面的精度和表面粗糙度要求，查表“孔加工方法”，可得阀盖各内孔的加工方案，各加工表面方案详见下表：
加工表面
精度要求
表面粗糙度Ra（um）
加工方案
φ30H7孔及其台阶
IT7
1.6
钻孔→半精车→精车
φ孔
IT12以上
6.3
钻孔
φ50f7外圆
IT7
1.6
粗车→半精车→精车
φ40及其轴肩
IT12以上
6.3
粗车
MN面（两端端面距离）
IT11
3.2
粗车→半精车
M36X2螺纹
IT12以上
6.3
粗车→车螺纹
左端面
IT12以上
12.5
粗车
4Xφ7，φ13沉孔
IT12以上
12.5
钻孔，锪孔
4.2.2加工阶段的划分
在拟订工艺路线时，正确的处理粗、精加工工序的安排是很重要的。
在大批大量生产时，粗、精加工分开。
零件的加工质量高时，工艺过程应分阶段。
一般分为粗加工、半精加工、精加工，当加工精度及表面质量要求特别高时，精加工阶段后，还可增加光整加工和超精密加工阶段。
划分加工阶段的优点有以下几个方面：
（1）符合加工规律
加工工艺过程是由低质量的毛坯逐渐提高其精度的一个运动变化过程，区分为由低到高几个加工阶段符合机械客观规律，按照误差递减规律，毛坯经若干阶段加工后，其余留误差会逐次递减直至达到规定的限度。
（2）工件能得到较好的冷却，减少热变形及内应力的影响，有利于保证加工精度。
（3）可避免粗加工产生的震动和不利影响。
粗加工时切削力较大，且产生很大的震动，会影响精加工孔的光洁度和精度；
（4）有利于精加工机床精度持久的保存，合理的使用设备；
（5）有利于安排热处理工序，时冷热加工工序配合得更好；
（6）便于及时发现毛坯缺陷；
（7）保护主要表面精度。
因此，在确定工艺方案时，必须从实际出发，首先要根据生产批量，加工精度，技术条件及工作条件来分析。
按照经济的满足加工要求的原则，合理的处理粗精工序的安排问题。
一般的说，矛盾的主要方面是加工经济性，所以不能不问具体情况，一般粗精加工分开。
但是，粗、精加工合并在一台机床上进行，其相互影响总是有的，应当采取措施尽量减少这种不利影响。
根据阀盖的生产批量，加工精度，技术条件及工作条件来分析。
按照经济的满足加工要求的原则，阀盖主要表面的加工可分为粗加工，半精加工和精加工三个阶段。
由于没有高于IT7级的高精度表面，考虑到工序过与分散，装夹次数太多，反而影响生产效率，所以合并为粗加工，精加工两个阶段即可。
4.2.3工序组合原则
工序集中和工序分散是拟订工艺路线时，确定工序数目多与少的两种不同的原则，它和设备类型的选择有密切的关系。
工序分散的特点是：
所使用的机床设备和工艺装备都比较简单，容易调整，生产工人也便于掌握操作技术，容易更换产品；有利于选择最合理的切削用量，减少机动工时；机床设备数量多，生产面积大，工艺路线长。
工艺集中的特点是：
有利于采用高效的专用设备和工艺装备，显著提高生产率；减少了工序数目，缩短了工艺过程，减少了生产计划和生产组织工作；减少了设备数目，相应地减少了工人人数和生产面积，工艺路线短；减少了工件装夹次数，不仅缩短了辅助时间，而且由于一次装夹加工较多的表面，就容易保证它们之间的位置精度；专用机床设备、工艺装备的投资大，调整和维修费用，生产准备工作量大，转为新产品的生产也比较困难。
工序的集中和分散各有特点，必须根据生产规模，零件的结构特点和技术要求，机床设备等具体生产条件综合分析，以便决定采用哪一种原则来组合工序。
传统的流水线、自动线生产多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的形式，例如，对箱体零件采用专用组合机床加工孔系）。
这种组织形式可以实现生产率生产，但适应性差。
采用高效自动化机床，以工序集中的形式组织生产，除具有上述工序集中的优点以外，生产适宜性强，转产相当容易，因而虽然设备价格昂贵，但仍然受到越来越多的重视。
集中工序是现代机械加工主要发展方向之一。
由于阀盖的生产类型为大量生产，组合工序既可按分散原则，也可按工序集中原则。
考虑到要充分利用现有资源中的半自动转塔车床，采用多刀多工位加工，因此组合工序遵循工序集中原则。
4.2.4加工顺序的安排
在工艺规程设计过程中,工序的组合原则确定之后,就要合理的安排工序顺序,主要包括机械加工工序,热处理工序和辅助工序的安排。
1、机械加工工序的安排，遵循以下原则：
（1）基面先行：
工件的精基准面，应安排在起始工序先进行加工，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。
工件上主要表面精加工之前，还必须精基准进行修整。
（2）先主后次：
先安排主要表面的加工，后安排次要表面的加工。
（3）先粗后精：
先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工或光整加工。
（4）先面后孔：
对于箱体，支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔。
根据阀盖的结构特点，宜先安排基准表面（内孔）的加工，然后再安排主要外圆的加工，最后安排次要表面的加工，这样既可保证较高的位置精度，又使专用夹具的设计制造比较简单。
即采用“基面先行”的加工工序原则。
2、热处理工序的安排：
（1）预备热处理：
一般安排在机械加工之前,主要目的是改变切削性能,是组织均匀,细化晶粒,消除毛坯制造时的内应力.常用的预备热处理方法有退火和正火,调质可提高材料的综合力学性能也能为后续热处理工序做准备,可安排在粗加工后进行.
（2）去除内应力处理：
安排在粗加工之后,精加工之前进行.包括人工时效退火等。
一般精度的铸件在粗加工之后安排一次人工时效,消除铸造和粗加工时的内应力。
减少后需加工的变形，精度高的铸件,则应在半精加工后安排第二次人工时效,使加工精度稳定。
要求精度很高的零件，如：
丝杆、主轴等应安排多次去应力处理；对于精密丝杆，精密轴承等为了清除残余的奥氏体，稳定尺寸还需采用水冷处理，一般再回火后进行。
（3）最终热处理：
主要目的是提高材料的强度,表面硬度和耐磨性。
变形较大的热处理如调质,淬火,渗碳淬火应安排在磨削前进行。
变形较小的热处理如氮化等应安排在精加工后.
由于阀盖的精度要求不高，可在粗加工之前安排一次人工时效，消除铸造时产生的内应力，减少后续加工变形。
4.2.5工艺路线拟定
拟定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，考虑选用合适的机床并配以专用工具，并尽量使工序集中起来，提高生产效率。
除此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。
根据上述分析，初步拟定阀盖的加工工艺路线方案两种，分别见下表
阀盖机械加工工艺路线方案一：
工序号
工序内容
10
外协毛坯复检
20
粗车外圆φ50f7及MN面，粗车外圆台阶φ40X4,钻孔φ20通孔，粗车φ30H7台阶孔
30
掉头螺纹M36X2外圆及左端面
40
半精车，精车φ30H7台阶孔
50
半精车，精车外圆φ50f7及MN面
60
车螺纹M36X2
70
钻4Xφ7孔，锪4Xφ13沉孔
80
去锐边毛刺，吹铁屑
90
按检验工序卡片的要求检验
优点：
精加工工序的加工内容比方案二均衡
缺点：
转塔车床为半自动车床，价格高于普通车床。
长期用于粗加工工序，易降低该机床的加工精度。
如果该机床为旧机床，则无须考虑保持机床精度问题
阀盖机械加工工艺路线方案二：
工序号
工序内容
10
外协毛坯复检
20
粗车外圆φ50f7及MN面，车外圆台阶φ40X4
30
钻φ20通孔，粗车φ30H7内孔
40
车螺纹M36外圆及左端面
50
半精车，精车φ30H7内孔台阶，外圆φ50f7及MN面
60
车螺纹M36X2
70
钻4Xφ7孔，锪4Xφ13沉孔
80
去锐边毛刺，吹铁屑
90
按检验工序卡片的要求检验
优点：
内外孔在一道工序内完成，减少定位误差
缺点：
精车工序加工内容过于集中，调试，检验工作量大，质量控制难度大
通过上述两个方案的综合比较，选择方案一
五.选择加工设备及工艺装备
机床和工艺装备的选择机床的选择应遵循以下原则：
机床的加工范围应予零件的外廓尺寸相适应机床的精度应于工序加工要求的精度相适应。
（2）夹具的选择对于中、大批和大量生产，为提高劳动效率而采用专用高效夹具。
（3）若采用机械集中，则应采用各种高效的专用夹具、复合夹具和多刃夹具和多刃刀具等。
（4）刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。
（5）大批大量生产影采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。
（6）量具的精度必须与加工精度相适应。
根据阀盖的大批量生产工艺特点，工序70建议设计专用多轴钻孔机床，其余采用现有通用设备。
由于阀盖是大批量生产，为提高生产效率最好多采用专用工艺装备，包括专用夹具、专用刀具、专用量具，根据需要，建议在以下工序设计专用工艺装备，详见下表：
工序号
工序名称
专用夹具
专用刀具
专用量具
20
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
车刀D01/D04
30
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
40
车削
精车内孔专用夹具
φ30H7塞规
50
车削
精车外圆液性塑料夹具
φ50f7卡规专用同轴度量仪L01
60
车削
三爪自定心液压夹紧卡盘
70
钻削
锪钻
φ塞规
六.加工工序设计
6.1加工余量确定（工序70、锪钻
沉孔）
在第三部分已对加工余量有所介绍。
由于该工序加工的孔的精度要求不高，使用钻和锪钻可直接加工而成，所以该工序余量为零。
其他工序具体余量见机械加工工艺卡片。
6.2确定切削用量（工序70）
6.2.1切削用量的选择原则
（1）粗车用量的选择原则：
对于粗加工,在保证刀具一定使用寿命前提下,要尽可能提高在单位时间内的金属切除率。
（2）精加工切削用量的选择:
选择精加工或半精加工切削用量的原则是在保证加工质量的前提下,兼顾必要的生产率。
进给量根据表面粗糙度的要求来确定,精加工时的切削速度应避开积削瘤区,一般硬质合金车刀采用高速切削。
6.2.2确定进给量
本工序在专用机床上采用多钻头一次加工，根据材料HBW170—241和深径比（L/D=10/7=1.4），查《机械加工工艺手册》得，切削速度v=16m/min，进给量f=0.24mm/r。
根据刀具材料（高速钢锪孔）和工件材料，查附表14“高速钢、硬质合金锪钻切削用量表”得，切削速度v=（37——43）m/min，进给量f=（0.13——0.18）mm/r。
因是多刀加工，所以切削用量取较小值，取v=35m/min，进给量f=0.1mm/r。
6.2.3确定转速和切削速度
根据工序尺寸（通孔直径
）和转速
，初步计算钻孔主轴转速为：
因机床为专用机床，钻孔切削用量按计算值取整数即可，取n=720r/min，钻孔实际切削速度分别为：
根据工序尺寸（沉孔直径
）和转速
，初步计算锪孔主轴转速为：
同理，锪孔切削用量按计算值取整数即可，取n=850r/min，锪孔实际切削速度分别为：
6.3工时定额确定（工序70）
6.3.1工时定额制定的原则
有科学依据,力求做到先进合理，考虑各车间,各工序,各班组之间的平衡。
必须贯彻"个尽所能,按劳分配"的方针必须"快,准,全"同一工序,同一产品只有一个定额。
6.3.2工时定额制定的方法
经验估工法、统计分析法、类比法、技术定额法
6.3.3工时定额包括以下几部分:
（1）基本时间t1切除金属层所消耗的时间,包括切入时间和退出时间
（2）辅助时间t2装卸时间,开停机床,测量
（3）工作地服务时间t3更换刀具,修磨刀具,润滑
（4）休息和自然所需要时间t4
（5）准备终结时间t5与生产批量（N）有关
批量生产工时定额T=（t1+t2+t3+t4+t5）/N
大量生产工时定额
查
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