闸阀阀体工艺分析及生产类型设计说明书

1 闸阀阀体工艺分析及生产类型设计说明书 二 设计任务 图 2 2别为某一 16闸阀的阀体零件图的零件图和三维样图。已知：零件材料为 产量 Q=8000 台 /年（每台一件）。试为该阀体零件编制工艺规程。 图 2闸阀阀体零件图 2 图 2闸阀阀体三维图 阀体三维造型效果详图及造型树参见附录一（闸阀阀体三维造型效果图）、附录二（闸阀阀体三维造型树）。 三 闸阀阀体的工艺分析及生产类型的确定 （一） 闸阀阀体的用途 阀门是石油、化工、电站、长输管线、造纸 、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等流体输送系统中的控制部件，具有导流、截止、调节、节流、防止逆流、分流或流 卸压等功能。 用于流体控制的阀门，从最简单的截断装置到极为复杂的自控系统，其品种和规格繁多。 闸阀是一种比较常见的阀门，其启闭件是闸板，闸板的运动方向与流体方向相垂直，闸阀只能作全开和全关 , 不能作调节和节流。闸阀阀体是闸阀结构中的重要组成部分，介质从阀体内通道流过，阀体内装有阀座密封圈，闸板下降时与阀座密封圈结合，闸阀关闭，介质不能流通，闸板上升时，闸阀开启，介质流通。 该闸阀阀体在工作过程中 因 阀体内部介质通道是直通的，介质成直线流动，流动阻力小 ， 因此该零件所需满足的强度、刚度和韧性要求不高。该零件的主要工作表面为两侧法兰面、上（中）法兰台阶孔 110 阀座孔 68 在设计 3 工艺规程时应重点予以保证，尤其是两个密封面 上（中）法兰台阶孔 110 阀座孔 68 （二） 闸阀阀体的技术要求 将闸阀阀体的全部技术要求列于表 3。 表 3闸阀阀体的技术要求 加工表面 尺寸及偏差， 差及精度等级 表面粗糙度 m 形位公差， 侧法兰端面距 250 上（中）法兰台阶孔 110 阀座孔 68 侧法兰孔 48 上（中）法兰孔 66 其余加工表面 （三） 审查闸阀阀体的工艺性 分析零件图可知，两侧法兰端面作为连接密封作用，故而粗糙度要求稍微高些（ m）；上（中）法兰 110 阶孔要与阀盖配合，采用基孔制 68 座孔要与阀座配合，采用基孔制 法兰 48）法兰 66孔的端面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该阀体零件除主要工作表面（两侧法兰端面、上法兰台阶孔、阀座孔）外，其余加工表面均较低，不需要高精度机床加工，通过车、钻床的粗加工就可以达到加 工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该阀体零件的工艺性好。 （四） 确定闸阀阀体的生产类型 零件的年生产纲领 N 可按下式计算： N=1+a%）（ 1+b%） （ 3 式中 N 零件的生产纲领 (件 /年 )； 4 Q 产品的年产量（台、辆 /年）； m 每台（辆）产品中该零件的数量（件 /台、辆）； a% 备品率，一般取 2%4%； b% 废品率，一般取 依设计题目知： Q=8000 台 /年， m=1 件 /台；结合生产实际，备品率 a%和废品率 b%分别取 3%和 代入公式（ 3 N=8000 台 /年 1 件 /台（ 1+3%）（ 1+ = /年 阀体的质量估算约为 7表知，该阀体属轻型零件；由表可知，该阀体的生产类型为大批生产。 四 确定毛坯、绘制毛坯简图 （一） 选择毛坯 由于闸阀阀体工作过程中流体阻力小 , 密封面受介质的冲刷和侵蚀小，且其外形复杂，毛坯选用铸件。实际生产中大多采用熔模铸造方 法制造毛坯。 （二） 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。 1. 公差等级 铸件公差有 16 级，代号为 用的为 阀体零件毛坯采用熔模铸造，查大批量生产的毛坯铸件的公差等级表可得 钢采用此铸造方法通常能达到的公差等级为 而根据毛坯铸件基本尺寸（略大于 250铸件尺寸公差表得相应的铸件尺寸公差为 2. 要求的机械加工余量 除非另有规定，要求的机械加工余量适用于整个 毛坯铸件。要求的机械加工余量等级有 10 级，称之为 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J 和 K 级，其中 A、 B 级仅用于特殊场合。根据毛坯材料 钢和熔模铸造方法查毛坯铸件典型的机械加工余量等级表得要求的铸件加工余量等级为 E 级，根据毛坯最大尺寸查要求的铸件机械加工余量（ 得要求的铸件机械加工余量（ 3. 在图样上的标注 （ 1）铸造公差的标注 用公差代号统一标注为“一般公差 6414 （ 2）机械加工余量的标注 应在图样上标出需机械加工的表面和要求的机械加工余 5 量值，并 在括号内标出要求的机械加工余量等级。要求的机械加工余量应按下列方式标注在图样上。 用公差和要求的机械加工余量代号统一标注 本阀体零件毛坯为轮廓最大尺寸在250400求的机械加工余量等级为 E，要求的机械加工余量值为 时铸件的一般公差为 6414“ )”，也可以在图样上直接标注经计算后得出的尺寸值。 （三） 绘制闸阀阀体铸造毛坯简图 绘制毛坯简图如图 4示。 图 4闸阀阀体毛坯图 闸阀阀体毛坯三维造型详图参加附录三。 五 拟定闸阀阀体工艺路线 （一） 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。 1. 精基准的选择 6 根据该阀体零件的技术要求和装配要求，选择两侧法兰端面和外圆作为精基准加工上法兰；选择侧法兰面作为精基准加工阀座孔 68 法兰孔 48上法兰面为精基准加工法兰孔 66 2. 粗基准的选择 作为粗基准的表 面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。本阀体零件以一侧法兰作为粗基准，加工另一侧法兰，之后又可以这已加工的侧法兰作为精基准加工原先作粗基准的侧法兰。 （二） 表面加工方法的确定 表 阀体零件各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度 m 加工方案 备注 两侧法兰端面 车 精车 上（中）法兰端面 车 精车 上（中）法兰台阶孔 车 精车 阀座孔 车 精车 上（中）法兰孔 侧法兰孔 （三） 加工阶段的划分 该阀体零件加工质量要求较低，机械加工余量不大，大多粗加工一次即可达到要求，但由于习惯还是将加工阶段划分成粗加工和精加工两个阶段。 在加工过程中，基本上粗加工完一个面随后便进行精加工。 （四） 工序的集中与分散 该阀体零件选用工序分散原则安排加工工序。该阀体零件的生产类型为大批生产，可以采用普通机床配以专用工、夹具，以提高生产效率；而且运用工序分散原则使工件在每道工序中的工步内容减少，对工人技能要求降低，有利于降低劳动成 本。 （五） 工序顺序的安排 7 1. 机械加工工序 （ 1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准 两侧法兰端面。 （ 2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （ 3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面 两侧法兰端面，后加工次要表面 上（中）法兰面和阀座孔面。 （ 4）遵循“先面后孔”原则，先加工两侧法兰端面和上（中）法兰面，再加工上（中）法兰台阶孔和法兰孔。 2. 热处理工序 铸造成型后清砂，去应力退火。 3. 辅助工序 在车上（中）法兰和阀座孔时，都要安排校正工序；精加工后，安 排去毛刺、清洗和终检工序。 （六） 确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了阀体的工艺路线。 表 阀体的工艺路线 工序号 工序名称 机床设备 刀具 量具 1 车侧法兰 圆车刀、 45车刀 游标卡尺 2 车另一侧法兰 圆车刀、 45车刀 游标卡尺 3 车上（中）法兰 圆车刀、内孔刀、 45车刀 游标卡尺 4 车阀座孔 孔刀 5 钻上（中）法兰孔 花钻 游标卡尺 6 钻侧法兰孔 花钻 游标卡尺 7 钳 8 清洗 清洗机 9 送检 游标卡尺 8 详细工艺过程参见附录四。 六 机床设备及工艺设备的选用 （一） 机床设备的选用 该阀体零件的加工选用普通机床即可，选用卧式车床 液压摇臂钻床 （二） 工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具、夹具、和量具。加工该阀体零件所需刀具有外圆车刀、内孔刀、 45车刀和麻花钻，所需夹具除四爪卡盘外其余均为专用夹具，所需量具为游标卡尺。 七 加工余量、工序尺寸和公差的确定 （一） 工序 1 车侧法兰 此工序的加工过程为粗车端面至中心尺寸 车外圆 车凸面 台高度 后精车去掉 单边余量；换右偏刀粗车法兰内侧再精车，保证法兰厚度 18后法兰外圆倒角，凸台倒角。 此道工序内加工精度均较低，最终加工要求也不过 查表确定粗加工的经济加工精度等级为 尺寸公差表确定粗加工各相关尺寸的工序尺寸按“入体原则”表示为： 查尺寸公差表确定精加工各相关尺寸的工序尺寸按“入体原则”表示为： 12504.0 16004.0 105035.0 （二） 工序 2 车另一侧法兰 此工序的加工过程为粗车端面至总长 车外圆 台高度 后精车去掉 右偏刀粗车法兰内侧再精车，保证法兰厚度 18后法兰外圆倒角，凸台倒角。 此道工序内加工精度均较低，最终加工要求也不过 查表确定粗加工的经济加工精度等级为 尺寸公差表确定粗加工各相关尺寸的工序尺寸按“入体原则”表示为： 查尺寸公差表确定精加工各相关尺寸的工序尺寸按“入体原则”表示为： 250052.0 16004.0 105035.0 9 （三） 工序 3 车上（中）法兰 此工序的加工过程为粗车端面至距 50孔中心轴线 车外圆 后精车去掉 右偏刀粗车法兰内侧再精车，保证法兰厚度 内孔刀粗车台阶孔至 109精车至 110 后外圆倒角。 此 道工序只有台阶孔最终加工精度要求达到 他只要求 查表确定粗加工的经济加工精度等级为 尺寸公差表确定粗加工各相关尺寸的工序尺寸为： 109 查尺寸公差表确定精加工各相关尺寸的工序尺寸为： 99035.0 16004.0110 （四） 工序 4 车阀座孔 此工序的加工过程为粗车阀座孔至 67车阀座孔至 68 此道工序中阀座孔最终加工精度要求达到 表 确定粗加工的经济加工精度等级为 尺寸公差表确定粗加工的工序尺寸为： 67 查尺寸公差表确定精加工的工序尺寸为： 67 （五） 工序 5 钻上（中）法兰孔 由于法兰孔为光孔，尺寸加工精度不高，钻即可达到要求，钻上（中）孔余量为 Z 钻=16度等级为 据上述结果，再查标准公差数值表可确定其公差值为 综上所述，该工序的工序尺寸及公差为 16 （六） 工序 6 钻侧法兰孔 由于法兰孔为光孔，尺寸加工精度不高，钻即可达到要求，钻上（中）孔余量为 Z 钻=18度等级为 据上述结果，再查标准公差数值表可确定其公差值为 综上所述，该工序的工序尺寸及公差为 18 八 切削用量、时间定额的计算 （一） 切削用量 的计算 10 转速 n（ r/计算公式如下： n=1000v/ d （ 8 式中 d 刀具（或工件）直径（ V 切削速度（ m/ 1. 工序 1 车侧法兰 （ 1） 粗加工 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，该工步的每转进给量 f 选为 r。 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切 削速度v 可取为 30m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=200r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=200r/ 50000= 2） 精加工 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 取 f=r 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选 取，切削速度v 可取为 50m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=350r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=350r/ 50000=55m/ 3） 倒角 进给量 f 取 r，车床主轴转速取与精加工一样的转速 n=350r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=350r/ 100000=110m/. 工序 2 车另一侧法兰 因为阀体两端对称，故此工序的切削用量与工序 1 相同。 3. 工序 3 车上（中）法兰 （ 1） 粗加工面 1） 背吃刀量的确定 取 11 2） 进给量的确定 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，该工步的每转进给量 f 选为 r。 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度v 可取为 30m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工 序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=150r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=150r/ 80000= 2） 精加工面 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 取 f=r 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度v 可取为 50m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=199r/照卧式车床 轴转范围，取转速 n=200r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=200r/ 80000= 3） 粗加工台阶孔 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，该工步的每转进给量 f 选为 r。 3） 切削速度的计算 车削内孔时切削速度取加工外圆时速度的 70%80%，查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/公式（ 8-1）n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=100r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=100r/ 80000= 4） 精加工面台阶孔 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 取 f=r 3） 切削速度的计算 车削内孔时切削速度取加工外圆时速度的 70%80%，查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 可取为 40m/公式（ 8-1）n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=150r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=150r/ 110000= （ 5） 倒角 进给量 f 取 r，车床主轴转速取 与精加工面一样的转速 n=200r/将此转 12 速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=200r/ 160000=. 工序 4 车阀座孔 （ 1） 粗加工 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，该工步的每转进给量 f 选为 r。 3） 切削速度的计算 车削内孔时切削速度取加工外圆时速度的 70%80%，查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 可取为 22m/公式（ 8-1）n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=150r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=150r/ 50000= 2） 精加工 1） 背吃刀量的确定 取 ） 进给量的确定 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，该工步的每转进给量 f 选为 r。 3） 切削速度的计算 车削内孔时切削速度取加工外圆时速度的 70%80%，查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 可取为 40m/公式（ 8-1）n=1000v/ d 可求得该工序主轴转速 n=照卧式车床 轴转范围，取转速 n=200r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际切削速度 v=n d/1000=200r/ 68000=. 工序 5 钻上（中）法兰孔 （ 1） 背吃刀量的 确定 取 6 2） 进给量的确定 查表，选取该工步的每转进给量 f=r （ 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 取为 24m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工序钻头转速 n=照摇臂钻床主轴转速表所列 液压摇臂钻床的主轴转速，取转速 n=500r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的实际钻削速度 v=n d/1000=500r/ 16000=. 工序 6 钻侧法兰孔 （ 1） 背吃刀量的确定 取 8 2） 进给量的确定 查表，选取该工步的每转进给量 f=r 13 （ 3） 切削速度的计算 查表，按工件材料为 当于 25）的条件选取，切削速度 v 取为 24m/公式（ 8n=1000v/ d 可求得该工序钻头转速 n=照摇臂钻床主轴转速表所列 液压摇臂钻床的主轴转速，取转速 n=500r/将此转速代入公式（ 8可求出该工序的 实际钻削速度 v=n d/1000=500r/ 18000=二） 时间定额的计算 由于工序 1、 2、 3 内所包含的加工内容比较多，计算困难，故以下只计算出另外 3 道工序的时间定额。 1. 基本时间 （ 1） 工序 4 车阀座孔 1） 粗车阀座孔 根据车外圆和镗孔基本时间的计算表，车孔的基本时间可由公式 1 求得。式中 l=103)32(f=r； n=150r/i=3。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 10（ r 150r/3 2） 精车阀座孔 根据车外圆和镗孔基本时间的计算表，车孔的基本时间可由公式 1 求得。式中 l=103)32(f=r； n=200r/i=1。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间 10（ r 200r/0s。 （ 2） 工序 5 钻上（中）法兰孔 根据钻削基本时间的计算表，钻孔的基本时间可由公式 （ l+l1+。式中 l=1(c f=r；n=500r/上述结果代入公式，则该工序的基本时间 （ r 500r/ （ 3） 工序 6 钻侧法兰孔 根据钻削基本时间的计算表，钻孔的基本时间可由公式 （ l+l1+。式中 l=1(c f=r； 14 n=500r/上述结果代入公式， 则该工序的基本时间 （ r 500r/ 2. 辅助时间 辅助时间 基本时间 间的关系为 次取 各工序的辅助时间分别为： 工序 4 粗车工步辅助时间： 工序 4 精车工步辅助时间： 20s=4s； 工序 5 钻孔工步的辅助时间： 工序 6 钻孔工步的辅助时间： 3. 其他时间的计算 除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本零件的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间 作业时间的2%7%，休息与生理需要时间 %4%，此处均取 3%，则各工序的其他时间（ tb+按关系式（ 3%+3%）（ tj+算，它们分别为： 工序 4 粗车工步的其他时间： tb+%（ = 工序 4 精车工步的其他时间： tb+%（ 20s+4s） = 工序 5 钻孔工步的其他时间： tb+%（ = 工序 6 钻孔工步的其他时间： tb+%（ = 4. 单件时间 各工序的单件时间分别为： 工序 4 的单件时间 两个工步单件时间之和乘以 2，其中 粗车工步 车 = 精车工步 车 =20s+4s+ 因此，工序 4 的单件时间 车 +车 ） 2=（ 2=序 5 共有 1 面 6 个孔，故单件时间 6=序 6 共有 2 面 8 个孔，故单件时间 8=116s 九 夹具设计 以下夹具均为结合本人实习所在公司生产实践所用夹具设计得出 ,且不仅仅适用于本规格型号的阀体，其他类型或规格的阀体同样可采用以下夹具装夹。 15 （一） 工序 4 车阀座孔的夹具设计 1. 定位基准的选择 通过定位圆盘 160台阶孔定位并限制 阀体 4 个自由度，再通过压板限制阀体 2. 切削力及夹紧力计算 夹紧力)2 1 ld 紧力以实践经验为准。 3. 定位误差分析 定位误差主要是斜度板中心孔位置度误差、定位圆盘台阶孔与定位孔同轴度以及斜度板与定位圆盘安装配合误差造成。 4. 夹具结构设计及操作简要说明 夹具结构设计见附录五。 操作说明：松开压板螺母，压板后移，取出已加工好的工件，放入未加工的工件，压板前移，稍微旋紧螺母压住 ，用校正工具校正阀体，随后拧紧螺母压紧即可加工。 （二） 工序 5 钻上（中）法兰孔的夹具设计 1. 定位基准的选择 先通过 H 型钢定位限制阀体 3 个自由度，再用钻模板定位钻孔，校正后用压杆压紧。 2. 切削力及夹紧力计算 钻孔切削力较小，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动。 3. 定位误差分析 定位误差主要是阀体侧法兰同心度和圆跳动度误差、钻模板孔位置精度造成。 4. 夹具结构设计及操作简要说明 夹具结构设计见附录六。 夹具操作说明：将阀体侧法兰外圆放于 H 型钢上，盖上钻模板，通过 校正工具或划线调整钻模板孔位置，再用校正工具使上（中）法兰竖直，最后通过压杆压紧即可加工。 16 （三） 工序 6 钻侧法兰孔的夹具设计 1. 定位基准的选择 先通过工件托盘定位限制阀体 2 个自由度，再用钻模板定位钻孔，最后用压杆压紧。 2. 切削力及夹紧力计算 钻孔切削力较小，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工过程中产生振动和转动。 3. 定位误差分析 定位误差主要是工件托盘 160阶孔台阶平面度误差、钻模板孔位置精度以及其与工件接触面平面度误差造成。 4. 夹具结构设计及操作简要说明 夹具结构设计见附录七 。 夹具操作说明：将阀体侧法兰悬挂于工件托盘正确位置，盖上钻模板，通过校正工具或划线调整钻模板孔位置，最后通过压杆压紧即可加工。 十 阀座的焊接及密封面的研磨 闸阀结构中阀座装于阀体上，与闸板构成密封副。 （一） 阀座的焊接 阀座与阀体的主要连接形式有光孔焊接和螺纹连接后焊接，本阀体零件阀座连接处为光孔，故采用前者。图 10 10 图 10阀座零件图 17 图 10焊接阀座后的阀体示意图 （二） 阀座密封面的研磨 由于阀座要与闸板构成密封副，以至 于对阀座密封面要求很高，所以阀座密封面需要进行精细的加工和研磨，当其与闸板密封面紧密接触时吻合度应不小于 50%表面粗糙度 m，并不得出现刀痕、划伤等缺陷。研磨方法主要有手工研磨和机械研磨。 十一 致谢 转眼间毕业在即，为期 12 周的毕业设计也进入收尾阶段。这次毕业设计主体部分是在我的实习单位完成的，结合的是生产实践，而非单单只是书本上纯理论的东西，所以这次毕业设计不仅提高了我的设计能力，而且让我增长了不少见识，让我受益匪浅。 能够顺利完成此次的毕业设计，首先得助于蔡乐安老师的悉 心指导，还有周围其他师生的帮助支持。此外，我实习所在的公司也给了我莫大的帮助，在那里，老师傅们领我参观车间并细心讲解，同事领导耐心帮我解答问题，不然我做出的成果无疑只是纸上谈兵。在此，我十分感谢他们， 在以后的学习生活中，我将继续刻苦努力，不段提高自己。 18 我的大学生涯即将结束，想到这内心不由有些惆怅不舍，由衷感谢陪伴我走过人生这段美好历程的每一个人。