機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)“16V240柴油機(jī)進(jìn)氣門”零件的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 年產(chǎn)量：5000件 被加工零件：圖樣另附設(shè)計(jì)內(nèi)容：一、 零件圖一張二、 毛坯圖一張三、 工藝過程綜合卡一套四、 專用夾具裝配圖一張五、 設(shè)計(jì)說明書一份序言機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分的專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。就個(gè)人而言，我希望通過這次課程設(shè)計(jì)對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望在設(shè)計(jì)中能鍛煉自己分析問題、解決

2、問題的能力，為自己將來的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。由于能力所限，設(shè)計(jì)尚許多不足之處，希望各位老師給予指教。一、零件的分析（二）零件的作用我設(shè)計(jì)的零件是16V240柴油機(jī)的進(jìn)氣門，氣閥的作用是專門負(fù)責(zé)向柴油機(jī)內(nèi)輸入燃料并排出廢氣。氣閥主要分為三個(gè)部分材料組成，氣門體采用的材料是耐熱鋼，主要是要保證其耐高溫性能，還要采用固溶時(shí)效熱處理，碳化物分布均勻，保證成品晶粒度4級以上。閥面堆焊一層鈷鉻鎢合金，在高溫下具有很強(qiáng)的耐磨，耐腐蝕，耐沖擊 及高的蠕變強(qiáng)度，對氣門壽命至關(guān)重要，堆焊層硬度為HRC4049。小頭桿端焊鋼片，鋼片表面高頻淬火，有效提高小頭端的耐沖擊點(diǎn)蝕性能。（三）零件的工藝分析 從零件圖可以

3、看出，它一共有兩個(gè)加工部分，分別是閥桿、閥體，而這兩個(gè)部分加工表面之間有一定的位置要求，現(xiàn)將這兩部分加工表面分述如下：1、18的閥桿加工表面這一部分加工表面包括：閥桿的軸面，直徑是18mm,公差等級為c8。閥桿頂端焊接鋼片，閥桿頂端表面粗糙度為1.6um。閥桿小頭還有鎖夾槽，鎖夾槽長度為12mm,直徑為15mm。2、閥體閥體又由R頸部、閥面和閥盤三部分組成，R頸部的圓角部分半徑是R40，直徑為17.6±0.05mm，R頸部和閥桿都要拋光，拋光后表面粗糙度達(dá)到Ra0.8um。閥面有堆焊層，與閥盤的夾角為30度，表面粗糙度為Ra0.4um。閥盤直徑為82mm，閥盤底面中心打中心孔。這兩組

4、加工表面之間有一定的位置要求，主要是：（1）閥桿頂端平面相對閥桿軸線的圓跳動(dòng)公差是0.03mm，閥面相對軸線的圓跳動(dòng)公差是0.02mm；（2）閥桿表面的圓柱度是0.015mm，直線度為0.01mm。工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（-）確定毛胚的形式零件材料為耐熱鋼，考慮到氣閥在柴油機(jī)工作時(shí)不停地運(yùn)動(dòng)，同時(shí)承受高溫的燃?xì)?，故零件在運(yùn)用過程中經(jīng)常承受交變及沖擊性載荷，因此應(yīng)該選用鍛件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件年產(chǎn)量為5000件，已達(dá)成批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，可以采用模鍛成型，這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。（二）基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作

5、之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保障，生產(chǎn)率得到提高。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。基準(zhǔn)的選擇：對于氣閥來說，基準(zhǔn)的選擇比較簡單，因?yàn)榧庸け砻娌皇呛芏?，但是要求很精?xì)。其次考慮到毛胚的選擇，氣閥毛胚是又棒料通過電墩鍛造，棒料已經(jīng)經(jīng)過車削加工，有很高的精度，按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則（即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，則應(yīng)該與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準(zhǔn)），所以選擇閥桿的外圓柱面。對于后序的工序中，主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題，當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算。（三）制定工藝路線

6、制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用車床加工，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便時(shí)生產(chǎn)成本盡量下降。1、工藝路線方案一工序一 熱處理工序二 閥桿校直工序三 切定長、倒角工序四 焊鋼片工序五 粗磨閥桿工序六 車閥盤外圓、平面、打中心孔工序七 車R頸部、堆焊槽工序八 堆焊閥面工序九 車閥盤及外圓工序十 車閥面堆焊層工序十一 去應(yīng)力退火工序十二 粗磨閥盤外圓工序十三 半精磨閥桿工序十四 小頭切定長，倒角工序十六 半精磨閥盤平面，修整中心孔工序十七 精車鎖夾槽工序十

7、八 粗磨閥面工序十九 精磨閥桿工序二十 閥桿輝光離子氮化工序二十一 桿端高頻淬火工序二十二 精磨閥盤外圓工序二十三 粗磨R頸部工序二十四 精車閥盤平面、倒R2圓角工序二十五 閥桿拋光工序二十六 精磨桿端平面工序二十七 精磨閥面工序二十八 探傷2、工藝路線二工序一 固溶、時(shí)效處理工序二 閥桿校直工序三 焊鋼片工序四 桿端切定長、倒角工序五 粗磨閥桿工序六 仿堆焊槽、R頸部工序七 閥面堆焊工序八 半成品探傷工序九 去應(yīng)力退火工序十 車閥面堆焊層工序十一 半精車底平面、盤外圓、打中心孔工序十二 半精磨閥桿工序十三 精磨盤外圓工序十四 精車鎖夾槽、倒R角工序十五 粗磨R頸部工序十六 精磨R頸部工序十七

8、 精磨閥桿工序十八 閥桿輝光離子氮化工序十九 桿端高頻淬火工序二十 粗磨閥面工序二十一 精車底平面工序二十二 精磨閥面工序二十三 閥桿拋光工序二十四 精磨桿端平面工序二十五 成品滲透探傷3、工藝方案的比較和分析上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一在加工閥盤外圓時(shí)，分成三個(gè)三步粗車、半精車、精車，而方案二只要半精車和精車兩步就可以達(dá)到精度要求，節(jié)省工時(shí)。方案一在堆焊閥面之后沒有半成品探傷這一道工序，這對產(chǎn)品的合格率影響很大，因?yàn)槎押缚赡軙?huì)出現(xiàn)縫隙、氣泡等缺陷，如果沒有半成品探傷，繼續(xù)加工，到最后探傷又不合格，浪費(fèi)時(shí)間和精力。方案一在加工R頸部時(shí)，是用數(shù)控車床加工，但在成批生產(chǎn)時(shí)，在能保證加工精度的

9、情況下，應(yīng)盡量不選用數(shù)控車床這種昂貴的設(shè)備，而方案二工序是仿堆焊槽和R頸部，設(shè)備是仿形車床，降低了加工成本。綜上考慮，決定將方案二作為最后的加工工藝，如下：工序一 固溶、時(shí)效處理工序二 閥桿校直工序三 切定長工序四 焊鋼片工序五 桿端切定長、倒角90°工序六 粗磨閥桿工序七 仿堆焊槽、R頸部工序八 閥面堆焊工序九 半成品探傷工序十 去應(yīng)力退火工序十一 車閥面堆焊層工序十二 半精車底平面、盤外圓、打中心孔工序十三 半精磨閥桿工序十四 精磨盤外圓工序十五 精車鎖夾槽、倒R2角工序十六 粗磨R頸部工序十七 精磨R頸部工序十八 精磨閥桿工序十九 閥桿輝光離子氮化工序二十 桿端高頻淬火工序二十

10、一 粗磨閥面工序二十二 精車底平面工序二十三 精磨閥面工序二十四 閥桿拋光工序二十五 精磨桿端平面工序二十六 成品滲透探傷以上工藝過程詳見本指導(dǎo)書機(jī)械加工工序卡片（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定240進(jìn)氣門的零件材料為耐熱鋼2Cr22Ni11N，毛坯重量約為0.8KG，生產(chǎn)類型為成批生產(chǎn)。因?yàn)榫苣ｅ懩芴峁┬螤顝?fù)雜和精度高的毛坯，采用雙盤摩擦壓力機(jī)精密模鍛毛坯，10級精度組。根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1、閥桿表面閥桿直徑是18mm,公差等級為c8，表面粗糙度要求為Ra0.8um,選用無心磨床加工，加工工序?yàn)榇帜?，半精磨，?/p>

11、磨和閥桿拋光，粗磨和半精磨中間有道熱處理工序是去應(yīng)力退火，考慮到閥桿的公稱直徑為18mm，在1018mm范圍內(nèi)，查“機(jī)械加工余量手冊”表5-20，得熱處理前粗磨的加工余量是0.2mm，熱處理后半精磨的加工余量是0.3mm，精磨的加工余量是0.08mm，查表5-23，得到拋光的加工余量是0.02mm。2、閥桿沿軸線長度方向的加工余量在焊鋼片之前，工件要切定長，選用臥式車床，切斷長度為5mm。閥桿沿軸線方向有一道關(guān)鍵工序焊鋼片，采用焊鋼片機(jī)焊接，鋼片厚度為6mm。焊鋼片之后，小頭切定長倒90°角，加工余量為1mm。閥桿頂端平面有表面粗糙度要求為Ra1.6mm，所以添加精磨桿端平面這一道工

12、序。考慮到閥桿公稱直徑為18mm，零件長度為319mm，選用端面磨床加工，查表5-28，得到加工余量是0.5mm。3、閥盤外圓閥盤外圓的加工工序有半精車閥盤外圓和精磨閥盤外圓，考慮到閥盤外圓的公稱直徑是82mm,加工設(shè)備選用臥式車床，折算長度在200400mm范圍內(nèi)，查表5-14得到熱處理后半精車加工余量是2mm，半精車后精磨，查表5-28得到加工余量是0.6mm。4、閥盤底面閥盤底面需要經(jīng)過兩次車削加工，半精車和精車，考慮到閥盤外圓的公稱直徑是82mm，零件長度為319mm，查表5-25和表5-26，得到半精車的加工余量是2.3mm，精車的加工余量是1.2mm。5、R頸部和堆焊槽用仿形車床車

13、R頸部，R頸部半徑為R40mm,表面粗糙度為Ra3.2um,再用外圓磨床粗磨R頸部，表面粗糙度達(dá)到Ra1.6um,最后是精磨R頸部，表面粗糙度達(dá)到Ra0.8um。選用臥式車床加工堆焊槽，堆焊槽的半徑是R10mm。6、閥面閥面是在堆焊槽上堆焊鈷鉻鎢合金，然后再加工，主要工序有車閥面堆焊層，粗磨閥面和精磨閥面。進(jìn)氣門閥面的與底平面夾角為30°，閥面厚度為3mm?？紤]到閥面公稱直徑為82mm,加工設(shè)備選用外圓磨床，查表5-15得到粗磨的加工余量是0.3mm，精磨的加工余量是0.2mm，表面粗糙度達(dá)到Ra0.4um。最后，根據(jù)手冊上查到的加工余量確定毛坯的基本尺寸1、閥桿直徑工序二十三 閥桿

14、拋光 加工余量0.02mm工序十七 精磨閥桿 加工余量0.08mm工序十二 半精磨閥桿 加工余量0.3mm工序五 粗磨閥桿 加工余量0.2mm閥桿直徑：18+0.02+0.08+0.3+0.2=18.6mm，毛坯鍛造前經(jīng)過半精車得，所以直徑偏差為±0.5mm2、閥盤外圓工序十一 半精車底平面、盤外圓、打中心孔 加工余量2mm工序十三 精磨盤外圓 0.6mm閥盤外圓直徑： 82+0.6+2=84.6mm，由于毛坯為模鍛件，鍛件精度等級為E級，查表4-12得到，直徑偏差為±2mm。3、零件長度工序四 桿端切定長、倒角90° 加工余量1mm工序十一 半精車底平面、盤外圓

15、、打中心孔 加工余量2.3mm工序二十一 精車底平面 加工余量 1.2mm工序二十四 精磨桿端平面 加工余量0.5mm零件長度：319+0.5+1.2+2.3+1-6+5=323mm，由于毛坯鍛造前是棒料切斷加工而成，長度偏差為±0.5mm三、檢具設(shè)計(jì)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品合格率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用檢具經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)零件加工后的檢具，檢查進(jìn)氣門閥面的圓跳動(dòng)公差和閥桿的直線度、圓柱度公差。（一）問題的提出要求加工的氣閥是個(gè)十分精密的零件，對精度要求非常高，所以加工合格率很重要，而加工完的檢驗(yàn)必然是一道關(guān)鍵的工序，設(shè)計(jì)專門檢測跳動(dòng)公差的檢具，可以很方便地檢測，

16、提高工作效率。檢具設(shè)計(jì)檢具設(shè)計(jì)原則應(yīng)具有足夠的檢測精度應(yīng)具有足夠的測量效率結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單應(yīng)具有經(jīng)濟(jì)性2、檢具組成（1）定位裝置要檢測氣閥的圓跳動(dòng)公差和直線度、圓柱度公差，就要限制工件五個(gè)方向的自由度，指定氣閥閥桿軸線方向?yàn)閄方向，分別是X,Y,Z，繞X軸旋轉(zhuǎn)，繞Z軸旋轉(zhuǎn)這五個(gè)自由度，所以用支承釘和V形塊，其中支撐釘限制Y方向自由度，V形塊限制Z方向和X方向自由度，兩個(gè)V形塊并列可限制繞X軸旋轉(zhuǎn)，繞Z軸旋轉(zhuǎn)這兩個(gè)方向自由度。1、V形塊設(shè)計(jì)V形塊的尺寸計(jì)算：類 別：V形塊的開口尺寸N(mm) 公式：N=2*tan(/2)*(D/(2*sin(/2)-a式中D工件定位基準(zhǔn)的直徑；為工作角度；a=0.

17、16D；參數(shù): = 90參數(shù):D = 18參數(shù):a = 2.88計(jì)算結(jié)果 = 19.695類 別：V形塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度T(mm) (工作角度=120°)公式：T=H+0.577D-0.289*N式中HV形塊的高度，用于大直徑時(shí)，H0.5D，用于小直徑時(shí)，H1.2D；參數(shù):H 21.6參數(shù):D = 18參數(shù):N = 19.695計(jì)算結(jié)果 24.478查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)軟件版V形塊規(guī)格及尺寸，根據(jù)上面的計(jì)算結(jié)果，選擇如下標(biāo)準(zhǔn)的V形塊：N: 18D: >1520L: 46B: 25H: 16b: 6l: 8h1: 9r: 1?？紤]到檢測工件氣閥的盤外圓直徑為82mm，要使工件能平穩(wěn)地放在

18、工作臺(tái)上，V形塊的標(biāo)準(zhǔn)定位高度T41mm，取H=46mm，則計(jì)算T=49.727mm，為方便加工，取T=50mm，符合要求。2、支承釘支承釘主要起固定支承的作用，可以滿足精基準(zhǔn)定位的要求，這里選用A型支承釘，平頭釘可以減少磨損，避免壓壞定位基準(zhǔn)表面，可以滿足精基準(zhǔn)定位的要求。查機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊軟件版這里選用A型D5的支承釘，參數(shù)規(guī)格如下：D: 5H: 5H1: 5L: 9尺寸d: 3尺寸r: 5尺寸t: 1C: 0.53、T形槽根據(jù)GB/T 158-1996, 選用基本尺寸A為10的T形槽，參數(shù)規(guī)格如下：A=10；B=1618；C=78；H=1721；與之相配的T形槽螺栓的參數(shù)規(guī)格如下（GB/T 371988） d=M8;S=14;h=4.1;l=28;K=6。4、底板根據(jù)檢測工件的尺寸，基本尺寸L*B*H=360*100*30。底板平行度公差為：0.1/1000。（二）檢測裝置檢測裝置是檢具中的重要組成部分。測量裝置的精度、測量點(diǎn)的位置的選擇，都會(huì)直接影響測量結(jié)果的可靠性。Cc測量裝置是用以指示被測參數(shù)實(shí)際數(shù)值或誤差大小的裝置，可分為定性型和定量型。因?yàn)榱慵D紙上有關(guān)鍵特性點(diǎn)的要求，如檢測氣閥圓跳動(dòng)和直線度等公差，檢具必須設(shè)計(jì)成為定量型檢具，具有數(shù)值的反映，這里選用的是百分表，所以測量精度高，能夠?yàn)楫a(chǎn)品的過程能力的評價(jià)提供依據(jù)。（三）定位誤差分析