球閥的設(shè)計與制造論文

1、第 i 頁目錄緒論 . 1 1.1 球閥發(fā)展歷史. 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀. 1 1.3 本文研究的主要內(nèi)容、方法和目標. 2 第 1 章 球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核. 31.1 球閥的構(gòu)成、作用原理、特點和結(jié)構(gòu)分類. 3 1.1.1 球閥的構(gòu)成 . 3 1.1.2 球閥的作用原理 . 3 1.1.3 球閥的特點 . 3 1.1.4 球閥的結(jié)構(gòu)類型 . 4 1.2 球體的直徑確定. 4 1.3 球體與密封圈之間密封比壓的確定. 5 1.3.1 必需比壓的計算 . 5 1.3.2 需用比壓選擇 . 6 1.3.3 設(shè)計比壓的計算 . 6 1.4 球閥密封力的計算. 7 1.5 球閥的轉(zhuǎn)矩計算. 8

2、 1.6 閥體設(shè)計 . 9 1.6.1 閥體結(jié)構(gòu)形式、連接形式、結(jié)構(gòu)長度的 . 9 1.6.2 閥體壁厚的確定 . 10 1.6.3 閥體法蘭設(shè)計 . 10 1.6.4 閥體法蘭校核 . 12 1.7 閥桿的設(shè)計和校核. 14 1.7.1 閥桿材料選擇 . 15 1.7.2 閥桿填料的選擇 . 15 1.7.3 閥桿強度的計算 . 16 第 ii 頁1.8 球體的設(shè)計和校核. 18 1.9 球閥的密封圈設(shè)計. 20第 2 章 零件圖樣的工藝分析. 222.1 零件的尺寸分析. 22 2.1.2 零件的形狀及精度的分析。 . 23 2.1.3 各零件的材料選擇 . 23 2.1.4 各零件的加工

3、要求分析 . 24 2.1.5 各結(jié)構(gòu)的加工方法 . 25 第 3 章 零件的工藝規(guī)程的設(shè)計. 253.1 選擇機床及刀具、量具、夾具. 25 3.1.1 選擇機床 . 25 3.1.2 刀具的選擇 . 26 3.1.3 量具的選擇 . 27 3.1.4 夾具的選擇 . 27 3.2 確定零件的裝夾方式和定位基準. 27 3.2.1 精基準與粗基準的選擇原則 . 27 3.2.2 定位基準的確定與工序的劃分以及裝夾方式 . 28 3.2.3 加工工藝路線的制定 . 29 3.3 切削用量的選擇. 30 3.4 數(shù)控加工工序卡和數(shù)控加工刀具卡. 31 致謝 . 34 參考文獻 . 35第 1 頁

4、緒論1.1 球閥發(fā)展歷史球閥是上世紀 50 年代問世的一種新型閥門。 在短短的 30 多年里，球閥已發(fā)展成為一種主要的閥類，它在航空航天、石油化工、長輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。早在 19 世紀 80 年代美國就開始設(shè)計球閥，但是當時缺乏適當?shù)拿芊獠牧?，限制了求法的發(fā)展，使它未能成為一種正式工業(yè)產(chǎn)品。直到上世紀50 年代，聚四氟乙烯等彈性密封材料的出現(xiàn)才使球閥的產(chǎn)生和發(fā)展出現(xiàn)了轉(zhuǎn)機； 同時由于機床工業(yè)的發(fā)展， 使球體加工技術(shù)提高，能夠?qū)崿F(xiàn)球體所要求的尺寸精度與表面粗糙度。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀球閥是上世紀 50 年代問世的一種新型閥門。 在短短的 30 多年里，球閥已發(fā)

5、展成為一種主要的閥類，它在航空航天、石油化工、長輸管線、輕工食品、建筑等許多方面都得到了廣泛的應用。目前球閥最大公稱通徑已達3050mm ，這是美國 escherwyss公司為田納西州的一個泵站所提供的四臺球閥，用作透平機出口的切斷閥，設(shè)計壓力為4.8mpa。球閥的最高工作壓力已達72mpa ，其相應溫度高達 1000。球閥不僅在一般工業(yè)管道上得到了廣泛應用，而且在核工業(yè)、 宇航工業(yè)的液氧與液輕輸送管線上普遍采用。全塑料球閥近年來發(fā)展較快。其特點是：耐腐蝕、重量輕、成本低。西德一家閥門公司已制造通徑為6“的塑料球閥；美國hill maccanng公司制成一種含氟材料球閥，商業(yè)名稱為kynar，

6、據(jù)稱有高強度、優(yōu)良的耐溫與耐腐蝕性能，使用溫度為 250。同時隨著時代的發(fā)展，進入21 世紀以后，生產(chǎn)和制造技術(shù)有了顯著優(yōu)化提高，同時，技術(shù)人員大都通過計算機技術(shù)對產(chǎn)品進行研發(fā)設(shè)計和控制優(yōu)化，在很大程度上提高了設(shè)計速度和更新周期。第 2 頁目前我國關(guān)于球閥的生產(chǎn)企業(yè)大多規(guī)模小、科研能力弱， 大多通過參考外國產(chǎn)品進行設(shè)計生產(chǎn)，其主要原因是技術(shù)投入資金不足，科研人員數(shù)量不足，所以在國內(nèi)很多的大型工程招標中大多被外國閥門企業(yè)所壟斷。1.3 本文研究的主要內(nèi)容、方法和目標球閥作為新型的閥門品種之一，關(guān)于球閥的設(shè)計方案十分稀少，本文的主要研究內(nèi)容包括對球閥結(jié)構(gòu)設(shè)計。球閥的設(shè)計要求保證合適的強度與剛度，從

7、而保證球閥的壽命和穩(wěn)定性。本課題主要以dn為 50mm ，p為 1.6mpa 的球閥，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，強度校核，以及關(guān)鍵零部件的分析，同時進行三維建模。課題的研究內(nèi)容和方法主要包括：（1）設(shè)計球閥結(jié)構(gòu)并進行強度校核通過設(shè)計手冊對球閥的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，主要包括閥體、閥桿、閥芯以的選用與設(shè)計，并對其受力分析，然后再確定材料后進行強度校核。（2）部分零件的工藝分析與工藝規(guī)程的設(shè)計在對填料板和右閥體的零件圖零件圖分析后，進行那比較詳細的工藝規(guī)程的設(shè)計，主要包括對機床、刀具、夾具、量具的選擇，以及對工藝路線的設(shè)計與確定和工藝卡片的制定。第 3 頁第 1 章 球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核1.1 球閥的構(gòu)成、作用原理、

8、特點和結(jié)構(gòu)分類1.1.1 球閥的構(gòu)成圖 1-1 手動浮動球球閥結(jié)構(gòu)1扳手 2 閥桿 3 球體 4 閥體 5 密封圈球閥主要由閥體、球體、閥桿、閥芯、密封圈和省力機構(gòu)等幾部分主要零件構(gòu)成。下面對上述幾個重要零件的設(shè)計進行設(shè)計計算。圖 1-1 為球閥結(jié)構(gòu)圖。1.1.2 球閥的作用原理球閥的主要功能是切斷或接通管道中的流體管道，即球閥通常為閉路閥。因此，球閥的作用原理很簡單： 借助驅(qū)動裝置的在閥桿端施加一定的轉(zhuǎn)矩并傳遞給球體，使它旋轉(zhuǎn)90，球體的通孔則與閥體通道中心線重合或者垂直，球閥便完成了全開或全關(guān)的動作。1.1.3 球閥的特點球閥的主要特點如下： 流體阻力小、 開關(guān)迅速、方便、密封性好、壽命長

9、、可靠性高，而且閥體內(nèi)通道平整光滑適于輸送粘性流體，漿液，以及固體顆粒。第 4 頁1.1.4 球閥的結(jié)構(gòu)類型按球體的支撐方式， 球閥可分為浮動球球閥和固定球球閥兩大類。其浮動球閥的特點十分突出，主要有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、工作可靠。而固定球閥的轉(zhuǎn)矩小，密封圈形變小，密封性能穩(wěn)定，使用壽命長，適用于高壓、大通徑場合。在這里我們設(shè)計的是浮動式球閥。1.2 球體的直徑確定球體的直徑大小影響球閥結(jié)構(gòu)的緊湊性，應此應盡量縮小球體直徑。 球體半徑一般按 r=9. 075.0d 計算。同時為保證球體表面能完全覆蓋密封圈密封面，選定球徑后須按下式進行校核：球體如圖1-2 圖 1-2 球體圖)(222minmmd

10、dd（1-1）必須滿足 dmind，式中mind為最小球體直徑（ mm ）；2d 密封圈外徑（ mm ）；d球體通道孔直徑（ mm ）；d球體實際直徑（ mm ）。第 5 頁而2d =70mm,d=50mm所以由上面可知可取球體直徑mind=86mm 而要mindd所以 d=88mm。1.3 球體與密封圈之間密封比壓的確定1.3.1 必需比壓的計算必需比壓是為保證密封，密封面單位面積上所必需的最小壓力，以qb表示。由于流體壓力或附加外力的作用，在球體與密封圈之間產(chǎn)生壓緊力，于是必需比壓式球閥設(shè)計中最基本的參數(shù)之一，它直接影響球閥的性能及結(jié)構(gòu)尺寸。下面是由實驗結(jié)果得出的計算公式：)(bcpamq

11、bmpa（1-2）式中 m 與流體性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)；a，c與密封面材料有關(guān)的系數(shù)；p流體工作壓力；b密封面在垂直于流體流動方向上的投影寬度；t 密封面寬度；其中查表 1-1 可得 m=1 ，a=1.8，c=0.9 ，p=1.6mpa 。b 將在下面中計算得出。表 1-1 密封材料a c 鋼硬質(zhì)合金3.5 1 鋁、鋁合金、聚四氟乙烯、尼龍、硬聚氟乙烯1.8 0.9 第 6 頁青銅、黃銅、鑄鐵3.0 1 中硬橡膠0.4 0.6 軟橡膠0.3 0.4 1.3.2 需用比壓選擇密封面單位面積上允許的最大壓力稱為需用比壓，以q 表示。本此設(shè)計球閥通過查詢球閥設(shè)計與選用密封面材料許用比壓表可知，選取聚四氟乙

12、烯 q =30mpa 。1.3.3 設(shè)計比壓的計算設(shè)計時確定的在密封面單位面積上的壓力，稱為設(shè)計比壓，以q 表示。選擇比壓比應是密封可靠、壽命長和結(jié)構(gòu)緊湊。必須保證：bq q q（1-3）設(shè)計比壓按圖 1-3 中的力的平衡關(guān)系進行計算：snq（1-4）式中 n球體對密封圈密封面的法向力(n) ；cosqn（1-5）s密封圈與球體杰出的球星環(huán)帶面積，s=2r（21ll）q 作用于密封圈密封面上的沿流體方向的合力；密封面法向與流道中心線的夾角。rllrk221cos；第 7 頁圖 1-3 比壓計算圖21,ll球體中心線執(zhí)法作兩段面的距離（mm ），442121drl;442222drl；1d 密封

13、圈內(nèi)徑；2d 發(fā)作外徑；md 密封圈平均直徑（ mm ），221dddm；r球體半徑（ mm ）。整理可得 : ）（2122-4ddqq（1-6）由于球閥的密封力還未計算故需計算完，故在下節(jié)給出設(shè)計比壓的計算結(jié)果。1.4 球閥密封力的計算為簡化計算，往往忽略預緊力1q , 密封圈滑動摩擦力及流體靜壓力2q 在密封面余隙中的作用力jq , 這樣密封力僅等于流體靜壓力在密封圈密封面上的作用力mjq(n) ，即第 8 頁p)dd16pd42212m（mjqq=4522.75n （1-7）將上式代入式 1-5 可得pdddd)(4)(q1212 q（1-8）可得 q=2.40 在球閥初步設(shè)計時，為了便

14、于確定b，dn及 p的關(guān)系，設(shè)dnd1，q= q 代入上式可得ppqdnb4（mm ）（1-9）由需用比壓 q =30mpa ，dn=50mm，p=1.6mpa代入得：b=0.61mm ，代入式 2-2 可得26.2bq顯然滿足bq q q球閥密封力的精確計算還要計算預緊力1q , 故可知；q=1q +mjq（1-10）預緊力計算公式如下：)(q42122min1ddq（n）（1-11）式中minq預緊所需的最小比壓，pq1.0min(mpa)；1d 、2d 密封圈內(nèi)徑和外徑（ mm ）。可得1q =2.5kn，故 q=112.75kn 。1.5 球閥的轉(zhuǎn)矩計算由于本球閥為浮動球閥故其轉(zhuǎn)矩0m

15、 計算公式如下：utmmmmm (1-12) 式中mm球體與密封圈密封面間的摩擦轉(zhuǎn)矩；mm閥桿與填料之間摩擦轉(zhuǎn)矩；um 閥桿臺肩與止推墊間的摩擦轉(zhuǎn)矩。第 9 頁mm和um的計算見 2.7.2 。frmm (1-13) 式中 f球體與密封圈之間的密封力，tnf,cosqn（n）；r摩擦半徑，2)cos1(rr，球體摩擦半徑計算圖如圖1-4 所示；r 球體半徑（ mm ）；密封面對中心的斜角；t球體與密封圈之間的摩擦系數(shù)，查表得05. 0t。圖 1-4 球體摩擦半徑計算則tmqrmcos2)cos1(=631029.105.0713.02)713. 01(1901075.112xxxxx（n.mm

16、 ）1.6 閥體設(shè)計1.6.1 閥體結(jié)構(gòu)形式、連接形式、結(jié)構(gòu)長度的 1. 首先確定閥體的結(jié)構(gòu)形式、連接形式和結(jié)構(gòu)長度，根據(jù)適用場合不同和通徑大小，常見閥體結(jié)構(gòu)有以下幾種：第 10 頁（1）整體式閥體： dn50mm （2）二分體式：閥體有左右兩部分組成，通過螺栓將這兩部分連接成一體。（3）三分體式：閥體有三部分組成，這三部分是在密封圈處沿著與通道向垂直的界面而分隔開的，螺栓將這三部分連接成一體。通過課本給的設(shè)計條件，閥體的結(jié)構(gòu)形式應當選二分體式。 2.閥體與管道的連接形式主要有螺紋連接；法蘭連接；焊接連接等三種。由結(jié)構(gòu)形式的確定中可知，閥體連接選擇法蘭連接。 3.根據(jù)所給的公稱壓力和公稱通徑來

17、確定其結(jié)構(gòu)長度。結(jié)構(gòu)長度是指閥體通道終端垂直于閥門軸線的兩個平行平面之間的距離。由此根據(jù)已給條件可知結(jié)構(gòu)長度為 203mm ，公差為 2mm 。1.6.2 閥體壁厚的確定球閥閥體常用整體鑄、 鍛或者棒材加工而成。 由于所給條件的工作壓力屬于中低壓，所以采用薄壁計算公式進行計算。計算公式如下：cbssb（mm ） (1-14) plpcbs2.1232.1(mm) (1-15) 式中 d 球閥內(nèi)墻的最大直徑（ mm ）sb考慮附加余量的壁厚（ mm ）bs按強度計算的壁厚（ mm ）p設(shè)計壓力（ mpa ）l 材料許用拉應力（ mpa ）c附加余量（ mm ）將 d=95mm，p=1.6mpa

18、，l =28mpa故可得bs=6mm ，由bs=6mm ，可知c=1mm。故閥體壁厚為 7mm 。1.6.3 閥體法蘭設(shè)計1. 法蘭螺栓設(shè)計按以下兩種情況進行：第 11 頁（1）操作情況由于流體靜壓力所產(chǎn)生的軸向力促使法蘭分開，而法蘭螺栓必須克服此種端面載荷， 并且在墊片或接觸面上必須維持足夠的密緊力，以保證密封。此外，螺栓還承受球體與密封圈之間的密封力作同。在操作情況下，螺栓承受的載荷為pw ：qffwpp（1-16）qmpbddgg2785.02式中pw 在操作情況下所需的最小螺栓轉(zhuǎn)矩（n ）； f總的流體靜壓力（ n）,pdfg2785.0；pf 連接接觸面上總的壓緊載荷（n），mpbg

19、fgp2; gd 載荷作用位置出墊片的直徑（mm ）；由閥體內(nèi)部尺寸可知gd450mm ； m墊片有效密封寬度，差表可知m=0.；p設(shè)計壓力（ mpa ）；q 球體與密封圈之間的密封力（n ），見 2.4 ，knq75.112。則將各項數(shù)據(jù)代入可得675.43075.11202450785.02xxwpkn. (2)預緊螺栓情況在安裝是須將螺栓擰緊而產(chǎn)生初始載荷，使法蘭面壓緊墊片，此外，螺栓還承受球體與密封圈之間的預緊力。在預緊螺栓時螺栓承受的載荷為aw ：1gqybdaw（1-17）式中aw 在預緊螺栓時所需的最小螺栓轉(zhuǎn)矩（n）；y 墊片或法蘭接觸面上的單位壓緊載荷（mpa ），查表得 y

20、= 0 ；1q 球體與密封圈之間的預緊力；由1-4 可知1q112.75kn。則aw112.75kn。2. 法蘭螺栓拉應力的計算llaw（1-18）第 12 頁式中l(wèi)法蘭螺栓拉應力（ mpa ）；w pw 和aw 兩者中的大者（ n ）；a螺栓承受應力下實際最小總截面積；l螺栓材料在常溫下的許用拉應力（mpa ）；查表得l=108mpa 。則 a=12x3.14x212=5425.922mml92.5425430675=79.3l=108mpa 。1.6.4 閥體法蘭校核 1. 法蘭力矩計算在計算法蘭應力時，作用在法蘭上的力矩是載荷和他力臂的乘積， 力臂決定與螺栓孔中心圓和產(chǎn)生力矩的載荷的相對

21、位置。見下圖所示：圖 1-5 整體法蘭作用于法蘭的總力矩0m 為：ggttddsfsfsfm0（1-19）式中df 作用在法蘭內(nèi)直徑面積上的流體靜壓軸向力（n）pdfid2785.0; tf 總的流體靜壓軸向力與作用在法蘭內(nèi)直徑面積上的流體靜壓軸向力之差（ n ），)(785.022igdtddpfff；gf用于窄面法蘭的墊片載荷：fwfg; 第 13 頁ds 從螺栓孔中心圓至力df 作用位置處的徑向距離（mm ），15 .0ssd; s從螺栓孔中心圓至法蘭頸部與法蘭背面交點的徑向距離，12ibdds; （1-20）1法蘭頸部大端有效厚度（mm ）；ts從螺栓孔中心至力tf作用位置處的徑向距離

22、（mm ）, 21gtsss; gs 從螺栓孔中心至力gf作用位置處的徑向距離（mm ），2gbgdds; id 法蘭的內(nèi)直徑（ mm ）。由所設(shè)計的球閥閥體可知，id =430mm ，mmdg450，mmdb520，mm201，mmf36，mmsg35，mmst40，nxxfd2903002430785. 02,nxft26700)430450(2785. 022nfffdt317900，nfg113700。則法蘭的總力矩0m 為：50105244. 11524400035113700402760035290300 xxxxm（n.mm ）。2. 法蘭應力計算（1）法蘭的軸向應力m（mpa

23、）imdfm210（1-21）式中0m 作用于法蘭的總力矩（n*mm ）； f整體式法蘭頸部校正系數(shù)，f=1；第 14 頁系數(shù)，查表得=2.5。則45.35210imdfm)(mpa（2）法蘭盤的徑向應力r(mpa) iffrdme20) 133.1 (（e=0.0125） (1-22) =430365.21044.152) 10125.03633.1 (25xxxxxx=17.49 （mpa ）（3）法蘭盤切向應力t(mpa) riftzdym20 (1-23) 式中 y、z系數(shù)查表可知 y=4.64，z=6.03 則46.2149.1703.6430361044.15264.425xxxx

24、t（mpa ） 3.法蘭的許用應力和強度校核上述三個應力應滿足：mm (1-24) rr (1-25) tt (1-26) 由閥體法蘭材料為ht200 ，可查得28l（mpa ）, mpa421.5x2835.45mpammmpa351.25x2817.49mparrmpa351.25x2821.46mpatt經(jīng)校核說明應力方面符合要求。1.7 閥桿的設(shè)計和校核閥桿是球閥的主要受力零件之一，按照我國球閥標準，閥桿應設(shè)計成：在流體壓力的作用下拆開閥桿密封擋圈時，閥桿不致于脫出。第 15 頁1.7.1 閥桿材料選擇閥桿作為球閥的重要受力零件，其材料必須具有足夠的強度和韌性，能耐介質(zhì)、大氣及填料的腐

25、蝕，耐擦傷，工藝性好。材料選用主要通過工況和設(shè)計壓力來選擇，由表1-2 可選擇 1cr18ni9ti 作為閥桿材料。表 1-2 材料工作壓力（mpa）t（）適用閥類cual9mn2 1.6 200 低壓閥a5 2.5 350 中低壓閥40cr 32.0 450 高中壓閥38crmoala 0.1054p540 電站用閥20cr1mo1via 0.1457p570 電站用閥2cr13 32.0 450 高中壓閥1cr18ni2 6.3 -100200不銹鋼閥、低溫閥1cr18ni9ti 6.3 600 高溫閥1.7.2 閥桿填料的選擇1. 填料選擇閥桿常用填料主要有v型填料、圓形片狀填料及o型密

26、封圈等三種。由于圓形片狀填料往往容易發(fā)生松弛而使密封比壓減小，以致密封遭到破壞，同時 o型填料具有密封性能好、 摩擦系數(shù)低且具有自封性能， 因此我選用 o型填料。第 16 頁1.7.3 閥桿強度的計算閥桿上的轉(zhuǎn)矩分布圖見下圖所示，主要受力面是i iiv iv。其中面的扭轉(zhuǎn)應力計算可做為設(shè)計時初定閥桿直徑用。 1.ii 斷面處的扭轉(zhuǎn)應力)(mpan為wmmnn (1-31) 式中mm密封圈密封面與球體間的摩擦轉(zhuǎn)矩（n*mm ）；n材料的許用扭轉(zhuǎn)應力，（mpa ），n=1050mpa ；w i i 斷面的抗扭轉(zhuǎn)系數(shù)。29 .0baw3mm。圖 1-6 浮動球閥閥桿轉(zhuǎn)矩分布圖a 和可由下表查得表 1

27、-3 b/a與的關(guān)系b/a 1.0 1.2 1.5 2.0 2.5 3.0 4.0 6.0 8.0 0.208 0.219 0.231 0.246 0.258 0.267 0.282 0.299 0.307 第 17 頁圖 1-7 閥桿與球體連接部分的斷面故447008650231.09.02xxxw3mm則mpa85.2844700 x1029. 16wmmnn=1050mpa 2.斷面處剪切應力）(mpa的計算p16dhdd2（1-32）式中 d 閥桿頭部凸肩的直徑（ mm ）； d閥桿直徑（ mm ）；h閥桿頭部凸肩的高度（ mm ）; p流體的工作壓力（)mpa；材料的許用剪切應力（)

28、mpa，查表得=990mpa。則mpaxxx22.222060161462=990mpa。 3.斷面處的扭轉(zhuǎn)應力（)mpanwm（1-33）第 18 頁式中 m 總摩擦轉(zhuǎn)矩（ n.mm）；w 斷面處的抗扭轉(zhuǎn)斷面系數(shù)（)3mm，3d16w則mpax4 .301660 xx1029.136n=1050mpa 4.斷面處的抗扭轉(zhuǎn)面系數(shù)由于閥桿和渦輪采用鍵連接故與斷面處的扭轉(zhuǎn)應力相同無需再進行校核。綜上閥桿的應力均符合要求。1.8 球體的設(shè)計和校核由 1-2 可知球體的半徑是88mm 。球體作為球閥控制的直接動作零件，必須對其進行設(shè)計與校核。 球體的主要結(jié)構(gòu)特征是球體與閥桿的連接結(jié)構(gòu)，其必須滿足所傳遞

29、的最大轉(zhuǎn)矩同時保證有足夠的靈活性，后者是保證工作性能的必要條件。由于閥桿與球體的接觸部分是間隙配合，因此，在接觸面上的比壓分布是不均勻的，如下圖所示。有分析可知，計算時可近似地采用擠壓長度)(3 .0mmalzy，而作用力矩的臂長k=0.8a（mm ），則擠壓力)(mpazy按下式計算： l zy212.0hammzy（1-36）第 19 頁圖 1-8 閥桿頭部的比壓分布式中mm球體與密封圈密封面之間的摩擦力矩； h閥桿頭部插入球體的深度（mm ），h=40mm ； a閥桿頭部的邊長（ mm ）a=100mm ；zy球體許用擠壓應力；mpazy122。則mpaxxxzy875.26401001

30、2.01029. 126mpazy122。故球體強度要求滿足。這里需要注意的是，按強度要求考慮，即擠壓應力等于扭轉(zhuǎn)應力，因而一般取 h= （1.82.2 ）amm 。但是在實際設(shè)計時受到球體尺寸的限制，h 不能過大，為了減小擠壓應力，往往加大接觸面的尺寸，即加大a 的尺寸。故 a 與 h 的關(guān)系不能為 h=（1.82.2 ）amm 。第 20 頁1.9 球閥的密封圈設(shè)計根據(jù)閥門泄漏的部位和性質(zhì)，尚有內(nèi)漏和外漏之分。對球閥而言，內(nèi)漏發(fā)生與密封圈與球體和密封圈與閥體之間的接觸面上；外漏則發(fā)生于填料函上，也有可能在連接法蘭與墊片之間。閥門內(nèi)漏的流體雖然未流到外界，不會污染環(huán)境，也沒有流體損失，但其危

31、害性十分嚴重，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則由于滲漏串通將釀成惡性事故。球閥密封圈主要有普通密封圈和彈性密封圈兩種，普通密封圈的特點是：在預緊力或者流體壓力的作用下，密封圈與球體壓緊， 并使密封圈材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封。 彈性密封圈除了與普通密封圈和彈性密封圈一樣，在預緊力或流體壓力（或者兩者兼有之）作用下，密封圈材料產(chǎn)生塑性變形而達到密封外，還由于密封圈本身的特殊結(jié)構(gòu)或者借助于彈性元件，如金屬彈性骨架、彈簧等辦法，在預緊力或流體壓力下產(chǎn)生彈性變形，以補償溫差、壓力、磨損等外界條件變化對球閥密封性能的影響。普通球閥的密封效果取決于密封圈在流體壓力或者預緊力的作用下，能夠補償球體的不圓度和表面微觀不

32、平度的程度。因此，密封圈與球體之間必須具有足夠大的密封比壓bq ，并應滿足以下條件：qqbq式中bq 保證閥門的密封的必需比壓（mpa）；q閥門工作時的實際比壓（mpa）；q 密封圈材料的許用比壓。普通密封圈的結(jié)構(gòu)如下圖所示，結(jié)構(gòu)簡單，加工制造最方便，應用比較普遍。但這種密封圈在裝配時，調(diào)試比較困難，因為要達到密封所必需的比壓，需要拆卸閥體中的法蘭、調(diào)配左、右閥體之間的密封墊片的厚度。第 21 頁圖 1-9 普通密封圈彈性密封圈是本世紀七十年代初才出現(xiàn)的新型密封圈結(jié)構(gòu)，其發(fā)展正方興未艾。它們都是針對特定工況條件研究設(shè)計的，其結(jié)構(gòu)和種類繁多。斜面彈性密封圈有單斜面和雙斜面之分，單斜面彈性密封圈如

33、下圖所示，這種發(fā)作結(jié)構(gòu)簡單，加工制作方便，彈性補償能力差是其缺點，圖中虛線位置為密封圈在預緊前的自由狀態(tài)。 這種彈性密封圈適用于dn 250mm 的浮動球球閥。所以我選取彈性密封圈，從球閥類型為浮動球閥考慮，我選取斜面彈性密封圈，其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，加工制造方便，替換性好。如下圖所示：圖 1-10 單斜面彈性密封圈第 22 頁第 2 章 零件圖樣的工藝分析2.1 零件的尺寸分析填料壓板圖樣如圖（ 2-1）所示：圖（ 2-1 ）填料壓板圖右閥體圖樣如圖（ 2-2）所示：第 23 頁圖（ 2-2 ）右閥體圖2.1.2 零件的形狀及精度的分析。填料壓板表面有圓臺、倒角、倒圓角、內(nèi)孔，右閥體表面有圓

34、柱、倒角、倒圓角、階梯通孔、內(nèi)圓孔等表面組成。其中多個直徑尺寸有較嚴格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；階梯通孔表面和內(nèi)孔表面的直徑尺寸精度要求嚴格，而螺紋孔與通孔的位置精度要求較為嚴格。2.1.3 各零件的材料選擇零件材料選取所考慮的因素第 24 頁根據(jù)零件材料的工藝特性和力學性能來決定了毛坯的種類。例如鑄鐵零件用鑄造毛坯； 鋼質(zhì)零件當形狀較簡單且力學性能要求不高時常用棒料，對于重要的鋼質(zhì)零件，為獲得良好的力學性能，應選用鍛件，當形狀復雜力學性能要求不高時用鑄鋼件；有色金屬零件常用型材或鑄造毛坯。（1）毛坯的種類常用的毛坯種類有鑄件、 鍛件、壓制件、沖壓件、焊接件、型材和板材等。鑄件：適用于形狀

35、復雜的毛坯，薄壁零件不可用砂型鑄造，尺寸大的鑄件宜用砂型鑄造，中、小型零件可用較先進的鑄造方法。鑄件材料有鑄鐵、鑄鋼及銅、鋁等有色金屬。（2）毛坯類型確定右閥體都是得在酸堿條件下工作， 所以材料比較特殊， 且結(jié)構(gòu)也比較復雜，其它方法成型毛坯都不太理想，因此采用鑄造成型毛坯， 這樣不但節(jié)約材料而且需要加工的余量也很少， 從而大大的提高了生產(chǎn)效率。 填料壓套用長方體作毛坯料加工。(3) 毛坯尺寸及形狀選擇選擇毛坯形狀和尺寸總的要求是：實現(xiàn)少屑或無屑加工。 毛坯形狀要力求接近成品形狀， 減少機械加工的勞動量。 在采用數(shù)控加工時其加工表面應有較充分的余量， 根據(jù)圖紙所規(guī)定的尺寸， 在鑄造時技術(shù)要求高的

36、尺寸把余量留到2-5mm ，便于數(shù)控加工， 以達到圖紙要求。 填料壓套的毛坯尺寸為100mm 60mm16mm( 長、寬、高 ) 。2.1.4 各零件的加工要求分析填料壓板的主要加工要求是：25.0+0.52mm的內(nèi)孔尺寸公差為 +0.52mm ，表面粗糙度要求不是很高，為ra12.5。36.0+0.5mm的公差為 +0.5mm ，內(nèi)孔14mm 的位置度 2.00mm ，表面粗糙度要求不高，為ra25 。還有上下表面，50.0 的外輪廓及兩個內(nèi)輪廓的加工，公差要求沒有，所以加工到尺寸就是。右閥體的主要加工要求： 115.0+0.220 的內(nèi)孔尺寸公差為 +0,220，孔底表面表面粗糙度要求比較

37、高， 為 ra3.2， 及與70.0 的底孔面的平行度為0.12 。第 25 頁36.0-0.160mm 和24.5-0.210mm 及 32.0-0.160 mm 的內(nèi)孔尺寸公差分別為 -0.160mm、-0.210mm、-0.160mm ，表面粗糙度高，為 ra3.2，且36.0的軸線與 70.0 的軸線的垂直度為0.100，36.0 與24.5 的同軸度為 0.100 。70.0-0.190的內(nèi)孔公差為 -0.190 ，表面粗糙度不是很高，為ra6.3。2-m12的螺紋孔與 36.0 軸心線的位置度為 1.00。左面的法蘭盤上的6-m12的螺紋孔與 70.0 軸心線的位置度為 1.00

38、。為了保證以上的形位公差，50.0 的內(nèi)孔，應在一次工序中加工成形。4- 18.0 的孔與 70.0 軸心線的位置度為 2.00，而50.0 的內(nèi)孔與 70.0 同軸，所以以 50.0 的內(nèi)孔為基準加工成形。 表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，也是合理選擇數(shù)控車床、銑床刀具及確定切削用量的依據(jù)。2.1.5 各結(jié)構(gòu)的加工方法填料壓板中的 25.0+0.52 的內(nèi)孔由于精度要求比較高，所以擬選擇，先粗鏜、半精鏜、再精鏜的方案。36.0+0.5 深 3 的通槽，精度要求較高，所以先粗銑、半精銑、后精銑的方案。14.0 兩個孔的加工選用先鉆孔、再锪孔。50.0 的外輪廓及內(nèi)輪廓的精度要求不高

39、，所以先粗細、再精銑的方案。右閥體中的 36.0-0.160 、24.5-0.210 、70.0-0.190 、32.0-0.160的內(nèi)孔由于精度要求較高，所以擬選擇，先粗鏜、半精鏜、再精鏜的方案。115.0+0.220 的階梯孔由于精度要求較高， 所以先粗銑、半精銑、精銑。95.0和50.0 的內(nèi)孔由于精度要求不是很高，可先粗銑、后精銑。6 個 m12螺紋孔和 4 個18.0 的通孔選用先打中心孔、鉆孔、再攻螺紋、锪孔。第 3 章 零件的工藝規(guī)程的設(shè)計3.1 選擇機床及刀具、量具、夾具3.1.1 選擇機床 1. 數(shù)控銑床第 26 頁零件加工的機床選擇xk5034型數(shù)控立式升降臺銑床，機床的數(shù)

40、控系統(tǒng)為fanuc 0mc ；主軸電機容量 4.0 kw ；主軸變頻調(diào)速變速范圍1004000r/min ；工作臺面積（長寬） 1120mm 250mm ；工作臺縱向行程 760mm ；主軸套筒行程 120mm ；升降臺垂向行程（手動）400mm ；定位移動速度 2.5m/min ；銑削進給速度范圍 00.50m/min；脈沖當量 0.001mm ；定位精度 0.03 mm/300 mm ；重復定位精度 0.015mm 工作臺允許最大承載256kg。選用的機床能夠滿足本零件的加工。 2. 加工中心加工中心對既有平面又有孔系的零件，主要指的是箱體類零件和盤、套、板類零件進行加工。還有對一些復雜形

41、狀的而普通數(shù)控機床不能加工的零件，外形不規(guī)則的異性零件進行加工。3.1.2 刀具的選擇數(shù)控機床刀具從制造所采用的材料上可以分為：高速鋼刀具、 硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具，立方氮化刀具，聚晶金剛石刀具。在數(shù)控機床、車削中心、加工中心等現(xiàn)代機床中， 采用最廣泛的是硬質(zhì)合金和高速鋼這兩類。因為這兩類材料從經(jīng)濟性、成熟性、適應性、多樣性。零件圖可知：銑平面選用 16立銑硬質(zhì)合金刀；加工大尺寸的臺階孔和內(nèi)孔都可以用16 立銑硬質(zhì)合金刀；加工內(nèi)腔時為了保證圓角處的尺寸選用4 的立銑硬質(zhì)合金刀 ; 加工32.0 的特殊內(nèi)孔時用特殊硬質(zhì)合金刀，t 型銑刀；加工 m12的螺紋孔用 10 的標準麻花鉆；加工 m12的

42、螺紋用 12的螺紋銑刀；加工18 的孔用18 的標準麻花鉆；在鉆中心孔時選擇（ a型），基本尺寸為2 的中心鉆第 27 頁3.1.3 量具的選擇數(shù)控加工主要用于單件小批生產(chǎn)，一般采用通用量具，如游標卡尺、百分表等。對于成批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)中部分數(shù)控工序，應采用各種量規(guī)和一些高生產(chǎn)率的專用檢具與量儀等。量具精度必須與加工精度相適應。由圖可知：測量零件總長時需用鋼直尺規(guī)格為300mm ，測量外徑用游標卡尺規(guī)格為 0mm 150mm ，測量內(nèi)徑深度用游標深度尺規(guī)格為0mm 150mm ，為保證精度更精確還需用千分尺規(guī)格為25mm 50mm ，為保證偏心距在公差范圍內(nèi)還需用磁座百分表、內(nèi)徑百分表規(guī)格

43、分別為20mm 50mm 、18mm 35mm ，由于圖中有內(nèi)螺紋所以還需用螺紋塞規(guī)規(guī)格為m12各處的倒角需用萬能角度尺測量。3.1.4 夾具的選擇 1.三爪自定心卡盤是一種常用的自動定心夾具，裝夾方便，應用較廣，但它夾緊力較小，不便于夾持外形不規(guī)則的工件，一般適用于裝夾軸類、盤套類零件。 2.四爪單動卡盤其四個爪都可單獨移動，安裝工件時需找正，夾緊力大，適用于外形不規(guī)則、非圓柱體、偏心、有孔距要求（孔距不能太大）及位置與尺寸精度要求高的零件。 3.平口虎鉗是一種常用的夾具，裝夾方便，應用廣泛。根據(jù)上述介紹，由圖紙分析得, 零件在加工時可選用四爪單動卡盤進行裝夾及平口虎鉗。3.2 確定零件的裝

44、夾方式和定位基準3.2.1 精基準與粗基準的選擇原則選擇精基準時， 主要應考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠。其選擇原則如下：第 28 頁（1）基準重合原則即選用設(shè)計基準作為定位基準，以避免定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的基準不重合誤差。（2）基準統(tǒng)一原則采用同一組基準，定位加工零件上盡可能多的表面這就是基準統(tǒng)一原則。（3）自為基準原則某些加工要求加工余量較小且均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準（4） 互為基準原則當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求。（5）便于裝夾原則所選精基準應保證工件安裝可靠，夾具設(shè)計

45、簡單、操作方便。選擇粗基準時， 主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，并特別注意盡快獲得精基面。實際上，無論精基準還是粗基準的選擇，上述原則是不可能同時滿足，有時還是互相矛盾的。因此，在選擇時應根據(jù)具體情況進行分析，權(quán)衡利弊，保證其主要的要求。3.2.2 定位基準的確定與工序的劃分以及裝夾方式 1.填料壓板第一道工序用平口虎鉗以另一面作粗基準裝夾，加工平面。第二道工序用平口虎鉗反面裝夾工件，以以加工好的面為精基準， 加工另一面，并以這個平面為精基準，加工36.0+0.5 深 3 的通槽，加工 2-14 的通孔到圖紙要求。第三道工序用平口虎鉗再反面裝夾工件，以

46、左平面作為精基準，加工40.0 的凸臺， 25.0+0.52 的內(nèi)孔，還有內(nèi)輪廓直接加工到圖紙要求。第四道工序以底面、 25.0-0.25mm 和一個 14mm 孔定位，用螺紋壓緊的方法夾緊工件。測量工件零點偏置值時，應以25.0-0.25mm 已加工孔面為測量面，用主軸上裝百分表找25.0-0.25mm 的孔心的機床 x、y機械坐標值作為工件 x、y向的零點偏置值。加工 50.0 的外輪廓到圖紙要求。第 29 頁 2.右閥體第一道工序在右法蘭盤上劃中心孔線。第二道工序用四抓卡盤通過鉗工在右邊法蘭盤上劃好的對中十字線找正中心。并以這個中心為基準，加工左端面，115.0+0.220 的階梯孔，

47、70.0-0.190階梯孔，36.0-0.160的內(nèi)孔，24.5-0.210和32.0-0.160的階梯孔，以及 8-m12的螺紋孔加工到圖紙要求。第三道工序以左平面、 四個 m12的螺紋孔定位， 用螺紋壓緊的方法夾緊工件。加工 50.0 的內(nèi)孔和 4- 18.0 的通孔到圖紙要求。3.2.3 加工工藝路線的制定當零件的加工質(zhì)量要求較高時，往往不可能用一道工序來滿足其要求，而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質(zhì)量。為保證加工質(zhì)量和合理地使用設(shè)備、人力，零件的加工過程通常按工序性質(zhì)不同，可分為粗加工、半精加工、精加工和光整加工四個階段。（1）粗加工階段其任務(wù)是切除毛坯上大部分多余的金屬，使毛坯在形

48、狀和尺寸上接近零件成品，因此，其主要目標是提高生產(chǎn)率。（2）半精加工階段其任務(wù)是使主要表面達到一定的精度，留有一定的精加工余量，為主要表面的精加工做好準備。并可完成一些次要表面加工。（3）精加工階段其任務(wù)是保證各主要表面達到規(guī)定的尺寸精度和表面粗糙要求。主要目標是全面保證加工質(zhì)量。（4）光整加工階段對零件上精度和表面粗糙度要求很高（it6 級以上，表面粗糙度為 ra=0.2um以下）的表面，需進行光整加工，其主要目標是提高尺寸精度、減小表面粗糙度。一般不用來提高位置精度。劃分加工階段的目的在于以下幾個方面：保證加工質(zhì)量、合理使用設(shè)備、便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷、便于安排熱處理工序。加工階段的劃分也不

49、應絕對化，應根據(jù)零件的質(zhì)量要求、 結(jié)構(gòu)特點和生產(chǎn)綱領(lǐng)靈活掌握。 由圖可知曲軸零件的精度和表面粗糙度要求較高，所以加工階段劃分為粗加工階段、半精加工階段、精加工階段第 30 頁3.3 切削用量的選擇切削用量（ ap、f 、v）選擇是否合理，對于能否充分發(fā)揮機床潛力與刀具切削性能，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低成本和安全操作具有很重要的作用。對于切削用量的選擇有一個總的原則： 首先選擇盡量大的背吃刀量， 其次選擇最大的進給量，最后是選擇最大的切削速度。即粗車時，首先考慮選擇一個盡可能大的背吃刀量，其次選擇一個較大的進給量，最后確定一個合適的切削速度。增大背吃刀量可使走刀次數(shù)減少；增大進給量有利于斷屑。因此，根

50、據(jù)以上原則選擇粗車切削用量對于提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是有利的。精車時，加工精度和表面粗糙度要求較高，加工余量不大且較均勻，因此選擇精車切削用量時， 應著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。因此精車時應選用較?。ǖ荒芴。┑谋吵缘读亢瓦M給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。當然，切削用量的選擇還要考慮各種因素，最后才能得出一種比較合理的最終方案。（1）背吃刀量的選擇背吃刀量的選擇根據(jù)加工余量確定。 切削加工一般分為粗加工、 半精加工、精加工幾道工序，各工序有不同的選擇方法。粗加工時（表面粗糙度ra50 12.5um），在允許的

51、條件下，盡量一次切除工序的全部余量。中等功率機床，背吃刀量可達 810mm 。但對于加工余量大，一次走刀會造成機床功率或刀具強度不夠，或加工余量不均勻引起振動，或刀具受沖擊嚴重出現(xiàn)打刀等情況，則需要采用多次走刀。如分兩次走刀，則第一次背吃刀量盡量取大，一般為加工余量的 2/3 3/4 左右；第二次背吃刀量盡量取小些， 可取加工余量的 1/3 1/4 左右。半精加工時（表面粗糙度ra6.33.2um），背吃刀量一般為0.5 1mm 。精加工時（表面粗糙度ra1.60.8um），背吃刀量一般為0.1 0.4mm 。（2）進給量的選擇第 31 頁粗加工時，選擇進給量主要考慮工藝系統(tǒng)所能承受的最大進給

52、量，如機床進給機構(gòu)的強度、刀具強度與剛度、工件的裝夾剛度等。精加工和半精加工時，選擇最大進給量主要考慮加工精度和表面粗糙度。另外還要考慮工件材料、刀尖圓弧半徑和切削速度等。當?shù)都鈭A弧半徑增大、切削速度提高時，可以選擇較大的進給量。在實際生產(chǎn)中，進給量常根據(jù)經(jīng)驗選取。粗加工時，根據(jù)工件材料、車刀刀桿直徑、工件直徑和背吃刀量按數(shù)控加工工藝與裝備。所示的數(shù)據(jù)進行選取。精加工和半精加工時，可根據(jù)表面粗糙度要求選取，同時考慮切削速度和刀尖圓弧半徑因素，查數(shù)控加工工藝與裝備。（3）切削速度、主軸轉(zhuǎn)速、進給速度的確定確定了背吃刀量、進給量和刀具耐用度，則可以查數(shù)控加工工藝與裝備 。半精加工和精加工時， 切削

53、速度，主要受刀具耐用度和已加工表面質(zhì)量限制。在選取切削速度時，要盡可能避開積屑瘤的速度范圍。切削速度的選取原則是：粗車時，因背吃刀量和進給量都比較大，應選取較低的切削速度，精加工時選擇較高的切削速度；加工材料強度硬度較高時，選較低的切削速度，反之取較高切削速度；刀具材料的切削性能越好，切削速度越高。確定切削速度之后可以根據(jù)公式：10000scndv v=nf 計算出主軸轉(zhuǎn)速與進給速度3.4 數(shù)控加工工序卡和數(shù)控加工刀具卡表 3.1 填料壓板數(shù)控加工工序卡單位名稱產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號填料壓板工序號程序編號夾具名稱使用設(shè)備車間平口虎鉗、輔助夾具（心軸、螺紋螺桿）kv650數(shù)控銑床數(shù)控中心

54、第 32 頁工序號工步內(nèi)容刀具號刀具規(guī)格/mm 主軸轉(zhuǎn)速（r/min ）進給速度（ mm/min ）背吃刀量/mm 備注1 銑平面t01 16 1000 200 0.5 自動2 反面，銑平面t01 16 1000 200 0.5 自動粗銑銑 36.0 深 3 的通槽t01 16 1000 200 0.5 自動精銑 36.0 深 3 的通槽t01 16 1500 150 0.2 自動鉆中心孔兩個t02 a2 1500 40 2 自動鉆 2- 14.0 通孔t03 14 800 80 2 自動锪孔t04 16 800 400 1 自動3 反面，銑平面t01 16 1000 200 1 自動粗細銑 40.0 凸臺t01 16 1000 200 0.5 自動精銑 40.0 凸臺t01 16 1500 150 0.2 自動銑右端內(nèi)輪廓t05 4 1500 150 0.5 手動锪孔t01 16 800 400 2