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第2章零件的分析
2.1零件的作用
我们选的零件是离心式微电机水泵上的连接零件,它位于水泵泵壳内,主要作用是固定水泵叶轮。
2.2零件的形状
图2.1工件图
零件的实际形状如上图所示,
从零件图上看,该零件是典型的回转体零件,结构比较简单。
具体尺寸,公差如下图所示。
第3章零件的工艺分析
由零件图可知,其材料为HT200,该材料为灰铸铁,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。
连接座共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。
现分述如下:
3.1零件左端的加工表面分析:
这一组加工表面包括:
左端面,Φ1250-0.025外圆,Φ100
内圆,倒角,钻通孔Φ7,钻孔并攻丝。
这一部份只有端面有6.3的粗糙度要求,Φ100
的内圆孔有2.5的粗糙度要求。
其要求并不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。
而钻工没有精度要求,因此一道工序就可以达到要求,并不需要扩孔、铰孔等工序。
3.2零件右端面的加工表面分析:
这一组加工表面包括:
右端面;
Φ121
h7的外圆,粗糙度为3.2、6.3;
外径为Φ50、内径为Φ40
的小凸台,粗糙度为3.2,并带有倒角;
Φ32的小凹槽,粗糙度为2.5;
钻Φ17.5的中心孔,钻Φ7通孔。
其要求也不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。
其中,Φ17.5、Φ40的孔或内圆直接在车床上做镗工就行了。
其具体过程如下表3.1:
表3.1
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
左端面
Ra6.3
IT8~IT10
粗车-半精车
Φ1250-0.025外圆
Ra6.3
Φ100
内圆
Ra2.5
IT10~IT11
粗车-半精镗
倒角
无
IT11以下
粗车
左Φ7通孔
钻通孔
M4-7H螺纹孔
钻孔并攻丝
右端面
h7外圆
Ra3.2
小凸台内侧Φ40
粗镗
小凸台端面
Ra25
Φ17.5中心孔
右Φ7通孔
Φ32的小凹槽
第4章毛坯设计
4.1毛坯的选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用,材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性,毛坯的制造方法主要有以下几种:
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
根据零件的材料,推荐用型材或铸件,但从经济方面着想,如用型材中的棒料,加工余量太大,这样不仅浪费材料,而且还增加机床,刀具及能源等消耗,而铸件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度,冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
该零件材料为HT200,考虑到零件在工作时要有高的耐磨性,所以选择铸铁铸造。
依据设计要求Q=5000台/年,n=1件/台;
结合生产实际,备品率α和废品率β分别取10%和1%代入公式得该工件的生产纲领
N=50005555件/年
4.2毛坯分析
4.2.1求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓的尺寸,最大直径Ф142mm,高69mm。
4.2.2选择铸件公差等级
查手册铸造方法按机器造型,铸件材料按灰铸铁,得铸件公差等级为8~12级取为11级。
4.2.3求铸件尺寸公差
公差带相对于基本尺寸对称分布。
4.2.4求机械加工余量等级
查手册铸造方法按机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级E-G级选择F级。
4.3确定机械加工余量
根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度,取铸件加工表面的单边余量为7mm,。
4.4确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≧1.6。
Ra﹤1.6的表面,余量要适当加大。
分析本零件,加工表面Ra≧1.6,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。
(由于有的表面只需粗加工,这时可取所查数据的小值)
生产类型为大批量,可采用两箱砂型铸造毛坯。
由于所有孔无需铸造出来,故不需要安放型心。
此外,为消除残余应力,铸造后应安排人工进行时效处理。
4.5确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据铸件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得,本零件毛坯尺寸允许偏差见下表:
毛坯尺寸允许公差/mm
铸件尺寸
偏差
参考资料
142
±
1.3
机械制造工艺设计手册
83
4.6设计毛坯图
4.6.1确定拔模斜度
根据机械制造工艺设计手册查出拔模斜度为5度。
4.6.2确定分型面
由于毛坯形状前后对称,且最大截面在中截面,为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。
4.6.3毛坯的热处理方式
为了去除内应力,改善切削性能,在铸件取出后要做时效处理。
下图为该零件的毛坯图:
未注铸造圆角为R2-3
第5章选择加工方法,拟定工艺路线
5.1基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一,基面的选择正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。
否则,加工工艺过程会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法进行。
所以先以左端面作粗基准加工。
5.2精基面的选择
精基准的选择主要考虑基准重合的问题。
选择加工表面的设计基准为定位基准,称为基准重合的原则。
采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差,零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。
、
5.3制定机械加工工艺路线:
工艺路线一
工序一:
1.粗车右端面
2.车外圆Φ121
3.车右台阶面
4.车小凸台端面
5.粗镗Φ40
6.镗内圆Φ32
工序二:
1.粗车左端面
2.车左台阶面
3.车外圆Φ125
4.车内圆Φ100
工序三:
1.半精车外圆Φ121
2.半精车右台阶面
3.半精车右端面
4.半精车内圆Φ40
工序四:
1.半精车左端面
2.半精车Φ100H7
3.半精车左台阶面
4.半精车外圆Φ125
工序五
钻Φ17.5孔
工序六
1.在6个工位上钻Φ7孔
2.钻4×
M5深12盲孔,攻螺纹4×
Φ5深10
工序七
1.在3个工位上钻Φ7孔
工序八
终检
工艺路线二:
工序一
2.粗车右台阶面
3.粗车Φ121h7外圆
4.粗车小凸台端面
5.粗车内圆面Φ40
工序二
2.粗车左台阶面
3.粗车外圆Φ125
4.粗车内孔Φ100
工序三
1.钻Φ17.5孔
2.锪Φ32的孔
工序四
1.半精镗Φ40内圆孔
1.半精车右端面
3.半精车Φ121h7外圆
4.倒角1×
45
2.半精车左台阶面
3.半精车内圆面Φ100
1.钻6×
Φ7通孔
1.钻4×
M5低孔Φ4013mm螺纹
2.攻螺纹M5
工序九
钻3×
工序十
5.4工艺路线比较:
上述两个工艺路线的特点在于:
方案一是严格遵循先加工端面,后钻孔的加工原则。
而方案二先将孔17.5和Φ40加工出来,然后再半精加工左右端面。
对比起来:
由于两端面都有对基准A(轴线)的跳度要求0.05,先将主要孔钻出来,然后在精加工两端面,这样反复加工既保证了端面的跳度要求,又能满足端面的各项精度要求。
为了提高端面的加工精度,也便于工件的加工,将半精车改为半精铣。
所以最终方案路线如下表格所示:
拟定工艺过程
工序号
工序内容
简要说明
01
砂型铸造
02
进行人工时效处理
消除内应力
03
涂漆
防止生锈
04
3.粗车小凸台端面
4.粗车Φ121h7外圆
5.粗镗内圆面Φ40
05
06
07
08
1.半精车Φ121外圆面
2.半精车右端面
3.半精车右台阶面
09
4.半精车外圆面Φ125
5.倒角1×
11
12
M5底孔Φ4.013mm螺纹
13
钻3×
14
去毛刺
钳工
15
检验,入库
第6章加工设备及刀具、夹具、量具的选择
由于生产类型为大批量,故加工设备以通用机床为主,辅以少量专用机床,其生产方式以通用机床专用夹具为主,辅以少量专用机床的流水生产线,工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
6.1机床的选择
由于本零件加工精度不高,普通机床就可以达到加工要求。
因此我们选用最常用的机床:
车床用CA6140,钻床用Z5125A。
下面是这两台机床的具体资料:
6.1.1车床用CA6140
本系列车床适用于车削内外圆柱面,内锥面及其它旋转面。
车削各种公制、英制、模数和径节螺纹,并能进行钻孔和拉油槽等工作。
6.1.1.1CA6140结构特点:
6.1.1.1.1CA系列产品,以“A”型为基型,派生出几种变形产品。
B型:
主轴孔径80mm,C型:
主轴孔径104mm。
F型:
液压仿形。
M型:
精密型。
6.1.1.1.2床身宽于一般车床,具有较高的刚度,导轨面经中频淬火,经久耐磨。
6.1.1.1.3机床操作灵便集中,滑板设有快移机构。
采用单手柄形象化操作,宜人性好。
6.1.1.1.4机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床,功率利用率高,适于强力高速切削。
主轴孔径大,可选用附件齐全。
6.1.2钻床用Z5125A
表6.1:
钻床Z5125A参数
产品说明:
型号
Z5125A
最大钻孔直径
25mm
主轴最大进给抗力
9000N
主轴最大扭距
160N·
m
主电机功率
2.2kw
主钻孔锥度
主轴转速
9(级)50-2000r
主轴每转进给量
9(级)
主轴行程
200mm
主轴箱行程(手动)
工作台行程
310mm
工作台尺寸
400×
550mm
外型尺寸/包装尺寸
980×
807×
2302mm/2400×
1030×
1360mm
机床净重/毛重
950/1300kg
6.2刀具的选择
选用硬质合金铣刀,硬质合金钻头,硬质合金扩孔钻、硬质合金铰刀、硬质合金锪钻,加工铸铁零件采用YG类硬质合金,粗加工用YG8,半精加工为YG6。
具体见工序卡。
第7章确定切削用量和基本工时的确定
7.1加工分析
切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。
它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。
车削时,工件加工表面最大直径处的线速度称为切削速度,以v(m/min)表示。
其计算公式:
v=πdn/1000(m/min)
式中:
d——工件待加工表面的直径(mm)
n——车床主轴每分钟的转速(r/min)
工件每转一周,车刀所移动的距离,称为进给量,以f(mm/r)表示;
车刀每一次切去的金属层的厚度,称为切削深度,以ap(mm)表示。
为了保证加工质量和提高生产率,零件加工应分阶段,中等精度的零件,一般按粗车一精车的方案进行。
粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量,使工件接近要求的形状和尺寸。
粗车以提高生产率为主,在生产中加大切削深度,对提高生产率最有利,其次适当加大进给量,而采用中等或中等偏低的切削速度。
使用高速钢车刀进行粗车的切削用量推荐如下:
切削深度ap=0.8~1.5mm,进给量f=0.2~0.3mm/r,切削速度v取30~50m/min(切钢)。
粗车铸、锻件毛坯时,因工件表面有硬皮,为保护刀尖,应先车端面或倒角,第一次切深应大于硬皮厚度。
若工件夹持的长度较短或表面凸不平,切削用量则不宜过大。
粗车应留有0.5~1mm作为精车余量。
粗车后的精度为IT14-IT11,表面粗糙度Ra值一般为12.5~6.3μm。
精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求,生产率应在此前提下尽可能提高。
一般精车的精度为IT8~IT7,表面粗糙度值Ra=3.2~0.8μm,所以精车是以提高工件的加工质量为主。
切削用量应选用较小的切削深度ap=0.1~0.3mm和较小的进给量f=0.05~0.2mm/r,切削速度可取大些。
精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。
减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点:
合理选用切削用量。
选用较小的切削深度ap和进给量f,可减小残留面积,使Ra值减小。
适当减小副偏角Kr′,或刀尖磨有小圆弧,以减小残留面积,使Ra值减小。
适当加大前角γ0,将刀刃磨得更为锋利。
用油后加机油打磨车刀的前、后刀面,使其Ra值达到0.2~0.1μm,可有效减小工件表面的Ra值。
合理使用切削液,也有助于减小加工表面粗糙度Ra值。
低速精车使用乳化液或机油;
若用低速精车铸铁应使用煤油,高速精车钢件和较高切速精车铸铁件,一般不使用切削液。
7.2确定切削用量和基本工时
7.2.1车右端面
7.2.1.1进给量f:
根据加工要求,查《工艺手册》表10.4-1,可得f=0.8mm/r。
7.2.1.2切削速度v:
根据《切削手册》表2.4-41,查得切削速度v=53m/min。
所以
根据机床说明书,取n=160r/min,故实际切削速度为
7.2.1.3切削工时:
t=L/nf,根据《切削用量手册》表2.29,查得L=17mm+3.73mm=20.73mm,所以
7.2.2粗车小凸台:
7.2.2.1进给量f:
根据加工要求,查《工艺手册》表,可得f=0.50mm/r。
7.2.2.1切削速度v:
根据《切削手册》表,查得切削速度v=68m/min。
根据机床说明书,取n=450r/min,故实际切削速度为
7.2.2.3切削工时:
t=L/nf,根据《切削用量手册》表,查得L=15.5mm,所以
7.2.3钻通孔
7.2.3.1进给量f:
根据加工要求,查《工艺手册》,可得f=0.60mm/r。
7.2.3.2切削速度v:
根据《切削手册》表2.4-41,查得切削速度v=18m/min。
根据机床说明书,取n=400r/min,故实际切削速度为
7.2.3.3切削工时:
t=L/nf,根据《切削用量手册》表2.29,查得L=201.12mm,所以
7.2.4粗镗内孔
7.2.4.1进给量f:
根据加工要求,查《工艺手册》表10.4-1,可得f=.0197in/r。
7.2.4.2切削速度v:
根据《切削手册》表2.4-41,查得切削速度v=57m/min。
根据机床说明书,取n=500r/min,故实际切削速度为
7.2.4.3切削工时:
t=L/nf,根据《切削用量手册》表2.29,查得L=67.5mm,所以
7.2.5半精车左端面端面及外圆
进给量f:
f=0.3(mm/r)(《工艺手册》表2.10)
机床主轴转速,取n=250r/min,其切削速度为v=100r/min
机动工时:
t=L/nf=0.162min
7.2.6半精车左端内孔
进给量f:
机床主轴转速,取n=200r/min,其切削速度为v=60r/min
t=L/nf=0.11min
7.2.7半精车右端面及外圆
第8章夹具设计
为了提高劳动生产率,保证质量,降低劳动强度,需设计专用夹具。
经过与指导老师协商,决定设计第IV道工序——钻3×
φ7的孔的专用夹具。
本夹具将用Z525立式钻床,刀具为麻花钻。
8.1确定设计方案
在给定的零件中,对本步加工的定位并未提出具体的要求,是自由公差,定位要求较低。
而且生产只是中等规模,所以主要考虑的是夹具的制造工艺简单。
本夹具主要用来钻3×
φ7孔,由于工艺要求不高,因此,在本道工序加工时,主要应考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度。
由于零件的特殊性,我特意在轴盘上打个孔使与6×
φ7孔匹配然后用销钉匹配,这就使每加工完一个工件后钻头与3×
φ7孔自动对齐。
这就解决了上面的难题。
为了提高加工效率及方便加工,决定钻头材料使用高速钢,用于对3孔进行加工。
同时,为了对均布的3孔进行分度,采用分度盘对定分度。
8.2切削力和夹紧力的计算
刀具:
高速钢麻花钻头,尺寸为
7
则轴向力:
见《工艺师手册》表28.4
F=C
d
f
k
·
(3.1)
式中:
C
=420,Z
=1.0,y
=0.8,f=0.35
k
=
F=420
转矩
T=C
式中:
=0.206,Z
=2.0,
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