法兰工艺设计说明书

2024-09-11

法兰工艺设计说明书（通用4篇）

法兰工艺设计说明书篇1

机械制造工艺课程设计使我们学完了机械制造技术，机械制造装备设计，机械制造工艺学等课程，进行了生产实习之后，所进行的一个重要实践性教学环节。其主要目的是让学生不所学的工艺理论和实践知识在实践的工艺，夹具设计中综合地加以应用，进而得以加深和发展，提高学生分析和解决生产实际问题的能力，为以后搞好毕业设计和从事工作奠定了一定基础。通过本次课程设计，我们在下述方面可以得以锻炼：

1)能熟练的运用机械制造工艺学及相关课程的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决一个零件在加工中的定位，加紧和工艺路线地合理拟定等问题，从而保证零件制造的质量，生产率和经济性。

2)通过夹具的工艺，进一步提高了我们的结构设计能力，你能够根据被加工零件的加工要求设计出高效省力，既经济合理有能保证质量的夹具。

3)进一步提高我们的计算设计制图能力，能比较专业熟练地查阅和使用各种技术资料。

4)在设计制造中培养我们严谨的工作作风和独立的工作能力。在设计中，由于理论知识和实践经验不足，设计中的不妥之处，敬请老师批评指正。

一、零件的分析

（一）零件的功用：

机械制造工艺设计我们组的零件是法兰，法兰的种类很多，用途也很广。法兰的一端可以是封闭的，用于变速箱用于变速箱主轴侧面，阻止外界灰尘进入箱体内，也可用于固定轴承，起到轴向定位的作用，本例中的法兰，其内部有M901.5的螺纹可以起到定位轴的零件作用，外圆1100.0360.071和一端面均有Ra=1.6的配合要求，9和4-5.5起到固定法兰的作用。

（二）零件的工艺分析：

由零件图可以看出，该法兰的结构不是很复杂，加工表面也不多，加工精度要求也不大，但主要注意其位置精度要求。下面将主要表面分为四部分，见图1-1。

1、以内孔为中心的一组加工面：

这组加工面包括：94孔、M901.5螺纹孔及其倒角。

2、以外圆为中心的一组加工面：

这组加工面包括：1100.071外圆、134及其倒角。

3、以1200.1定位的两个孔这组加工面包括：9孔和4-5.5孔。

4、左右端面：

这组加工面包括：9的端面和4-5.5表面的端面和面。

以上各表面的主要技术要求如下：

0.0361100.0710.036的端

1、94孔的表面粗糙度为Ra=3.2，M901.5螺纹的表面粗糙度为Ra=3.2。

2、外圆0.0361100.071mm的Ra=1.6，同轴度要求为0.02，倒角为145°，134mm表面粗糙度为Ra=3.2。3、4-5.5mm的端面与轴心线有位置0.02mm的要求。其Ra为1.6。

4、孔4-5.5mm和9mm。

零件要求调质HRC30~45，其坯重为2.2kg。

由分析可知，四组加工表面可以选择其中一组表面为粗基准进行加工，然后再以加工过的表面为精基准加工其他各组表面，并保证他们之间的相互位置精度。

二、零件的工艺规程设计

（一）确定零件的生产类型：

零件的生产纲领为：N=Q²n（1+a%）（1+b%）(件/年)其中，产品年产量Q为台/年, 每台产品中该零件的数量为n件/台，零件备品率为a%，零件废品率为b%。从初始资料和计算结果可知，该零件为中批生产。

（二）确定零件毛坯的制造形式：

零件为45钢，在工作时法兰在某些场面要经常正反转，与接触表面受摩擦作用，所以零件在工作过程中受到交变载荷和冲击载荷，要求有较高的强度，因此应该选择锻件毛坯。由于零件的轮廓尺寸不3 大，生产纲领达到中批生产水平，可以采用模锻成型，这对于提高生产率，减少切削加工的劳动量，保证加工精度，都是有利的。

(三)拟定零件的机械加工工艺路线：

1、定位基准的选择：

定位基准的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。基面选择正确、合理与否，将直接影响工件的技工质量和生产率。在选择定位基准时，需要同时考虑一下三个问题：（1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工时精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行。（2）为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为精基面。

（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面。

另外，我们还应从粗精基准选择的基本原则为出发点：

a．“基准重合”原则。应尽量选择被加工表面的设计基准为精基准。

b.“基准统一”原则。应选择多个表面加工都能使用的表面作为基准。

c.“互为基准”原则。当两个表面相互位置精度和其自身尺寸及形状精度都要求很高时，可互为基准，反复进行加工。

d.“自为基准”原则。在光整加工或某些精加工工序中，要求余量小且均匀，应尽量选择加工表面本身作为基准。

2、粗基准选择：

a.如果必须保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面作为粗基准。

b.应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

c.应尽量选择与加工表面的位置精度要求较高的非加工面为粗基准。

d.选作粗基准的表面，应尽可能平整光洁，不能有飞边。浇冒口及其他缺陷，以保证定位准确可靠。.e.粗基准一般只使用一次，不再重复使用。

精基面选择：根据精基面的选择原则。选择精基面时，首先应考虑基准重合问题，即在可能的情况下，应尽量选择螺纹孔和端面作为精基准。根据该工件的特点和加工要求，选择螺纹孔和端面作为精基面。加工1100.0360.071mm，94mm，134mm，20mm，5mm，1200.1mm等主要尺寸以螺纹孔和右端面作为精面。这样才能实现同轴度和位置的要求。对于45.5mm有相互位置要求，加工笫一个孔时应以螺纹孔和右端面为精基准。其余三个孔应以螺纹孔和已加工出的孔作为精基准，实现周向定位。

粗基面选择：为了加工出上述精基面，很显然，应以外圆和一个端面作为粗基面，镗，半精镗内孔。

零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，另外还需考虑生产率和经济方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙5 度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。

该工件毛坏经模锻成型，根据表2-9得知孔已锻出。《金属加工工艺及工装设计》黄如林主编。其各表面加工方法选择如下：

94mm孔，M901.5螺纹孔

粗镗——精镗；

各外圆表面

粗车——精车；

9mm，45.5mm

钻——铰；

螺纹孔

车螺纹。

M901.5mm3、零件各表面加工顺序的确定：

1）加工阶段的划分：为达到规定的技术要求，该法兰盘的加工可分为如下三个加工阶段：

a.粗加工阶段：车外圆，端面，内孔；

b.半精加工阶段：以精车后为主要精基准，精车，外圆，端面；

c.精加工阶段：以端面和9孔定位，加工另外三个孔。

对于精度要求很高，表面粗糙度参数值要求很小（IT6及IT6以上，Ra0.02m）的零件，还需要专门精度和减小表面粗糙度为主，一般不用纠正形状精度和位置精度。

2）加工工序的安排：

a.机械加工顺序的安排：根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排外圆，端面，内孔的加工。由于螺纹内孔是主要精基准，又由于车螺纹后作为定位基准，会破坏螺纹，须以精加工后的未车螺纹之前的内孔作为主要精基准，精车外圆，端面，然后加工出一个孔，最后加工出四个孔。b.热处理工序的安排：由于毛坯为模锻件，在机械加工之前，首先安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。在粗加工后，安排第二次热处理——调质处理，以获得均匀细致的回火索氏体，提高零件的综合力学性能。

c.辅助工序安排：检验工序：在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结检验工序。在终检前应安排清洗工序，最后将零件油封，入库。

3）工序的组合：

在确定加工顺序后，根据该工件的生产规模以及工件的结构特点与技术条件，为了尽可能地减少工件的安装次数，在一次安装中加工多个表面，以便于保证高的表面相互位置精度，考虑使用通用机床配以专用夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。

工序集中和分散各有特点，应根据零件的生产纲领，技术要求，现场的生产条件和产品的发展情况来综合考虑。一般情况下，单件小批生产适于采用工序集中的原则。而大批量生产则可以集中，也可以分散。由于数控机床，加工中心，柔性制造系统等的发展，今后发展趋向于采用工序集中且柔性较高的原则来组织生产。

零件法兰由于是中批生产，又考虑到该零件结构特点，选用通用机床配以夹具，这样得到零件的工艺路线如下：

（1）下料；（2）锻造毛坯；（3）正火；（4）粗车小端外圆，端面，镗孔及倒角；（5）粗车大端外圆，端面，镗孔及倒角；（6）调质处理；（7）检验；

（8）精车各档外圆，端面，倒角，攻螺纹；（9）钻5.5mm孔，锪5.5mm孔直到9mm；（10）清洗；（11）检验；（12）油封，入库。

以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡和工序卡片。

（四）确定加工余量：

合理选择加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。余量过大，则浪费材料及工时，增加机床和刀具的消耗；余量过小，则不能去掉加工前存在的误差和缺陷层，影响加工质量，造成废品。所以合理确定加工余量是一项很重要的工作。故应在保证在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。确定工序加工余量的方法有以下三种：

1）分析计算法； 2）查表修正法； 3）经验估算法。

工艺路线确定后，就要计算各个工序加工时所应能达到的工序尺寸及其公差的确定与工序余量的大小，工序尺寸的标注方法，基准选8 择中间工序安排等密切相关，是一项繁琐的工作，但就其性质和特点而言，一般可以归纳为以下两大类：

a.在工艺基准不变的情况下，某表面本身各次加工工序尺寸的计算。对于这类简单的工序尺寸，当决定了各工序间余量和工序所能达到的加工精度后，就可计算各工序的尺寸和公差。计算顺序是从最后一道工序开绐，由后向前推。

b.基准不重合时工序尺寸的计算。在零件的加工过程中，为了加工和检验方便可靠或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用设计

毛坯图1-2 9 基准作定位基准，出现基准不重合的情况。形状较复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准，这时工艺尺寸的计算就比较复杂，应利用尺寸链原理进行分析和计算，并对工序间余量进行必要的验算，以确定工序尺寸及其公差。

机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，增加机械加工劳动量，而且增加了材料。刀具能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理安排加工余量。

根据零件毛坯条件：材料为45钢，硬度为HRC30-45，生产类型为中批生产，采用在锻模毛坯。

1、本设计采用查表修正法和经验估计法相结合确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。

（1）外圆表面加工余量

小端外圆长度7.5mm，加工表面公差等级为IT6-IT8，表面粗糙度Ra1.6，故锻造时外径加工余量按f110外圆查表得：精车1100.0360.071，2Z=1.2；精车可以达到该公差等级，按照“入体原则”，粗车111.22Z=5.8；毛坯1172，2Z=7±2。

00.63（2）轴向长度方向加工余量，左、右端面及中间台阶面的加工。余量查表得Z=3±1，故毛坯总长为26±2mm，小端台阶长为13.5±2mm。

（3）内孔表面加工余量。工件内孔为螺纹孔和光孔。由于94和90相差较小，故锻造时取统一内径，加工余量按94内孔查表得：车螺纹M90³1.5，2Z=0.2；精镗内孔88.376，2Z=0.8；精镗内孔86，10 2Z=8；毛坯81.2±2，2Z=9±2，毛坯图见1-2，其余各表面加工余量及工序尺寸详见工序卡片。

2、确定各工序所用机床及工艺装备：

零件的加工精度和生产率在很大程度上是由使用的机床所决定的。在设计工艺规程时，主要是选择机床的种类和型号。选择时参考有关手册，产品样本。选择工艺装备即选择夹具、刀具、量具等，在选择时应考虑产品的生产纲领、生产类型及生产组织结构；产品的通用化程度及产品的寿命周期；现由设备、工艺规程的特点等情况。

由于该工件生产规模为中批生产，根据工件的结构特点和技术要求，选用通用机床余专用夹具较为合适。具体的选择如下：

（1）粗车各档外圆、端面，镗孔及倒角。选用CA6140普通车床。夹具：三爪卡盘。

（2）精车134mm右端面。选用CA6140普通车床。夹具：专用心轴。

（3）精车左端面及110心轴。

（4）钻铰5.5mm孔。选用Z525。夹具：专用夹具。（5）锪9mm孔。选用Z525。夹具：专用夹具。

另外刀具的选择主要取决于各工序的加工方法、工件材料、加工精度、所用机床性能，生产率及经济性等。量具主要根据生产类型和所要求检验的精度来选择。其选择的型号详见工序卡片。

3、确定切削用量及工时定额：

0.0360.071mm。选用CA6140普通车床。夹具：切削用量应在机床、刀具、加工余量等确定以后，综合考虑工序的具体内容、加工精度、生产率、刀具寿命等因素正确选择。

选择切削用量的基本原则是：首先选取尽可能大的背吃刀量（即切削深度）¶p，其次要根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的规定等，选取尽可能大的进给量f，最后利用切削用量手册选取或用公式计算确定最佳切削速度v。

a.估算工时定额：TP=TB+TS+Tr=Tb+Ta+TS+Tr

TP——单件时间；

TB——作业时间； TS——布置工作地时间； Tr——休息与生理需要时间； Ta——辅助时间； Tb——基本时间。

Te。b.准备与终结时间 c.单件计算时间

Tc=Tb+Ta+TS+Tr+

Ten。

其具体计算过程如下：

（1）加工条件：

工件材料：45钢正火，sb=0.35GPa,模锻。

加工要求：车端面134mm,Ra3.2；粗车外圆134mm，1100.071mm。Ra0.036分别为3.2，1.6。车螺纹M90 ³1.5，Ra3.2。

机床：CA6140普通车床

刀具：端面车刀，刀具材料YT15，刀杆尺寸16 ³25 mm2，Kr=90°，r0=15°，¶0=12°，rx=0.5mm，60°螺纹车刀；刀具材料：

W18Cr4v。

（2）计算切削用量：

1)粗车端面时，根据加工余量Z= 3±1，取Z=3，即¶=3mm，p走刀量f=0.4 mmr（表3-13）；

计算切削速度（表3-18），耐用度t=45min，vcvkvtpxvfmyv292450.1830.150.40.30.810.81.54163 m/s2.72m/s

确定机床主轴转速

ns1000vdw10002.723.141346.46r/s(387.87r/min)

按机床选取nw=6.67

rs(400rminms)(表4-3)

mmin）所以实际切削速度v=2.57 切削I时：

l=134-902（154.4

=22mm, l1=2mm, l2=0, l3=5mm(试切长度)lmll1l2l3nwf2926.670.421.7s(0.36min)

2)粗车外圆: a.切削深度：单边余量Z=2.8mm可一次切除。

b.进给量：考虑刀杆尺寸、工件直径及规定的切除深度。从表3-13中选用f=0.6

mmr。

c.计算切削速度（表3-18）

vcvtpmxvfyvkv292450.182.90.150.60.30.99146mmin(2.4ms)d.确定机床主轴转速：

ns1000vdw10002.43.141345.7rs(342r/min)

按机床选取nw=6.67 所以实际切削速度

vwrs(400rmin)dwnw10003.141345.710002.4ms(144r/min)

e.切削I时：

切入长度l1=4mm，切出长度l2=0，试切长度l3=5mm tm1ll1l2l3nwfll1l2l3nwf13.5456.670.67.5456.670.63.6s(0.06min)

tm24.13s(0.07min)

3）车螺纹：

a.切削速度的计算（表3-55），刀具耐用度t=60min，螺距s=1.5mm，取¶p=0.15mm。

v14.8600.1110.30.50.735.6mmin(0.6m/s)

b.确定机床主轴转速

ns1000vdw10000.63.141341.43rs(85r/min)

按机床选取nw=1.67rs（100r所以实际切削速度

vwmin）

dwnw10003.141341.6710000.703r/s

c.切削I时：

取粗行程次数3次，精行程2次，切入长度l1=3mm 14 tmll1nwf13.531.67549.5s(0.82min)

4）钻孔5.5mm：

f0.42ktf0.420.9mm/r0.38mm/r（表3-38）

v=0.25ms(15mmin)（表ns1000v10000.253.145.53-42）

dwr/s14.48r/s(868.6r/min)

按机床选取nw=15

rs(900 rmin)

所以实际切削速度

vwdwnw10003.145.5151000r/s0.26r/s

切削I时：

切入l1=10mm，切出l2=2mm, l=13.5mm, tmll1l2nwf13.5102150.384.47s(0.07min)

5）镗孔94mm 取刀杆直径D= 加工余量z=225mm，刀杆伸出量125mm，=2mm，一次可切除完毕。94-90选用90°硬质合金YT5镗刀,f=0.21mmr（表3-15）

v1.6ms(120%)1.28ms（表3-19及手册P102“镗孔切削用量”）

ns1000v10001.283.14944.34rs(260.2rmin)

dw按机床选取nw=5.25 所以实际切削速度: 15

rs(315 rmin)vwdwnw10003.14945.2510001.55rs(92.98rmin)

切削I时：（表7-1）

l=13.5 , l1=2mm

tmll1nwfi13.525.250.21228.2s

三、专用夹具设计

图1-1所示为法兰零件图，生产规模为中等批量生产，零件的某些尺寸已经在前工序按要求加工完毕，本道工序要求在Z525立式钻床上加工5.5mm个孔，需要设计一专用钻床夹具以便满足零件图上的各项精度要求。

（一）零件的加工工艺分析：零件对5.5mm孔的要求如下：

a.四个孔需要均布排列； b.两孔的中心距为1200.1； c.孔的表面粗糙度Ra为3.2；

加工面的凸台面积较小，故需要专用夹具，又由于上下端面均已经加工完毕，所以精基准选上下端面，侧面或者中心孔。

（二）定位加紧方案的确定及论证：

根据工序加工要求分析，工件定位时只需限制六个自由度，沿法兰方向的转动自由度也必须予以限制。现在有三种定位夹紧方案可供选择。三种夹紧定位方案简图如下：方案1图示：

图3-1

方案2图示：

图3-2 方案3图示：

图3-3

A 工件以右端面为第一定位基准，限制3个自由度，可知法兰右端台阶较小，相当于短圆柱销。其中右端面作为基准，限制的自由度为Z，X和Y短圆柱销限制Y和Z，共有 X，Y，Y和Z四个自由度受到限制，V

形块限制X和Z，这样便可以保证孔的正确位置。

根据主要夹紧力由V形块和削边销提供，当削边销发生磨损后，主要加紧力由V形块提供，由于是侧面提供夹紧力，故需要对V形块施加较大的力。为使工件稳定，防止产生共振现象等不稳定现象，可以进行自定位支承，在钻削过程中，容易产生较大的轴向力，下面设一辅助支承，以减少工件产生变形，图3-1为该定位夹紧方案的图示。

B 工件以右端面为第一定位基准，分别限制了4个自由度，其18

小平面和长圆柱销供限制里个自由度即X，X，Y，Y

和Z。又由于短V形块限制了Z，故6个自由度全部被限制。

根据主要夹紧力由短V形块提供，且V形块的面积和法兰的接触面积较小，故需提供较大的预紧力。为确定加工过程中工件的加工稳定性，需设置辅助支承；为防止过定位情况的出现，可以采用自位支承。3-2为该定位夹紧方案示意图，但此方案需将加工路线中车螺纹放到了后面。

C 由于该工件的形状和结构特点，该定位基准仍采用右端面，该端面属于大平面与法兰的右端面接触，分别限制了Z，X和Y三个方向上自由度。又V形块限制了X，Z和Y三个方向上自由度，这样保证零件的定位可靠。

根据主要夹紧力作用于定为基准面的原则，主要夹紧力由V形块和开口垫圈来提供，其中V形块上的受力较大，又由于钻孔处的的零件较薄弱，为防止工件过大变形，需设置辅助支承，图3-3所示为定位夹紧方案。

比较上述的三种方案，可以看出它们的优缺点。三种方案都可以满足定位基准和设计基准相重合的原则，这是它们的主要优点。方案一和方案二分别在中心轴线处采用了削边销和长圆柱销，均出现了局部过定位现象，但还是可以满足加工要求的，但需要加上自位支承，增加了专用夹具的复杂性。前两种方案中的V形块都需要提供较大的夹紧力，而方案三的夹紧力由开口垫圈和V形块分担，且有辅助支承存在，没出现过定位现象，也不需要提供自定位支承来解除过定19 位的自由度，且方案三结构紧凑操作方便，定位误差较小，并且可以满足加工精度的要求。根据孔的位置要求，该夹具上安装有分度装置，从而提高了生产效率，使一次安装能同时加工出四个孔.。(三)定位误差分析：

首先，在对夹具进行定位误差分析之前，对已经选定的方案工作原理做一下说明：

该夹具用于立式钻床，钻削法兰上四个孔。工件以端面，止口和凸台圆弧在夹具体7和V形块9上定位。转动手柄10，在弹簧作用下使V形块9向右运动，起角向定位作用，拧紧螺母2，通过开口垫圈3将工件压紧。当一个孔钻好后，拉动手柄10并旋转900，使V形块9脱离工件再向上推动手柄5，对髽脱离分度盘8，转动夹具体7至相应位置时，对定爪6在弹簧销4的作用下，插入分度盘8的槽中分度对定，钻削另一个孔。其余各孔按同样的方法依次加工。了解了该专用夹具的工作原理之后，将对此夹具在使用过程中的定位误差做如下分析: 1.四个孔均不排列：

该误差主要存在于分度装置的精度问题，在加工完毕一个孔后，090需转动夹具体的角度来加工下一个孔，定位夹紧后，通过钻头产生的轴向力会使工件发生倾斜现象，即便有辅助支承的存在，而辅助支承产生的外力很小，本身就会使工件产生倾斜，故需要在设置辅助支承时应注意到这一方面，对均布的5.5mm的四个孔有很重要的意义。2.两孔心距1200.1：

为保证两孔中心距，需要可靠的夹紧力，开口垫圈上的夹紧力应足够大，以防止工件产生倾斜或加工过程中的扭转现象。由于加工的公差较大，在夹具制造过程中应稍加注意，将会消除这方面的问题，将产生的误差为，其夹角为，钻孔平面的尺寸为22mm，具体参照图3-3。定位误差为：

=22tan

=22(0.0150.05)7017.5

=0.016 由于=0.016<0.05，故可以满足其加工精度。

3.孔表面粗糙度Ra3.2：

由于钻孔的公差等级能达到IT12-IT11，其中Ra值为Ra25~Ra12.5，故钻孔远远不能达到Ra3.2，故需进一步采用铰孔，而该孔又是一个沉孔，需要在铰孔后锪钻进行锪孔。定位方案仍为带凸缘的夹具定位，进行铰孔后便能满足要求。

四、结束语

要掌握零件制造过程中的共同性规律和解决具体工艺问题的知识和能力，其复杂性就不是一门课程所能解决的，通过多门相关知识学科的学习，掌握其内在的基本规律。多门学科的综合组成全面地分析和运用机械制造工艺过程的基本内容，圆满完成了这次课程设计的内容。

通过本次课程设计，让我了解到生产零件过程中需要解决很多问题，从中发现了很多自己的不足，老师和同学的热心帮助，让我屡次树立信心，决心完成课程设计任务，在设计的最后，发现设计中仍存在有问题，反复纠正，最终完成本次课程设计。

对本次设计中，帮助过指导过我的老师和同学最真诚的谢意！

五、参考文献:

《机械制造工艺学基础》

傅水根主编

清华大学出版社2000.9 《机械制造装备设计》

冯辛安主编

机械工业出版设 2004.1 《机械制造工艺学》

顾崇衔主编

西科学技术出版社

2006.8 《机械制造工艺手册》王绍俊主编

哈尔滨工业大学

1981.8 《机械设计》

濮良贵主编

高等教育出版社

2006.12 《金属切削机床夹具图册》

南京机械研究所主编加工

1984.12 《机床夹具设计手册》编委会主编

机械工业出版社

法兰与管体焊接接头工艺设计篇2

前言

法兰是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。

法兰连接就是把两个管道、管件或器材，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。

法兰连接的主要特点是拆卸方便、强度高、密封性能好。安装法兰时要求两个法兰保持平行、法兰的密封面不能碰伤，并且要清理干净。法兰所用的垫片，要根据设计规定选用。

法兰分螺纹连接（丝接）法兰和焊接法兰。低压小直径有丝接法兰，高压和低压大直径都是使用焊接法兰，不同压力的法兰盘的厚度和连接螺栓直径和数量是不同的。

法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。

此次是普通的低碳钢管体与法兰的焊接接头工艺的设计。

1.母材Q235性能分析

Q235是普通的碳素结构钢，Q代表的是这种材质的屈服度，后面的235，就是指这种材质的屈服值，在235左右。并会随着材质的厚度的增加而使其屈服值减小。由于含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板。大量应用于建筑及工程结构。用以制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件

由于低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织。焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。

2.备料

备料的过程大致分为以下几步：（1）选材

选取管体内径为350mm，壁厚为8mm的管体，由于所选的管材和法兰盘均为Q235，故对管材无太多特殊的要求，须保证管材形状规则符合标准，无裂纹，弯曲，变形等其他缺陷，能具有一定的耐压能力，耐腐蚀能力

选取法兰外径为550mm厚度为12mm，小孔直径为10mm管体与法兰的连接为焊接，所以管体内径应与法兰的内径一致。（2）下料

在选好的管体上划线，截取一定的满足需要的长度，且截面光滑平整，无毛刺，裂纹等。由于法兰要分块安装，故将法兰均分为6瓣，要保证截线切口处，要平整。（3）焊前准备

焊前准备有以下三点：

1、技术准备

焊工在施焊前需要进行的技术准备工作为：熟悉产品图纸，了解产品结构；熟悉产品焊接工艺，了解产品焊接接头要求的焊工持证项目，掌握产品焊接接头的焊接参数。

2、器材准备

焊工在施焊前需要进行的器材准备工作为：焊接设备及工装的检验调试；焊接参数调整，按焊接工艺的规定领取焊接材料。

3、工件准备（1）坡口清理

施焊前焊工应检查坡口表面，不得有裂纹、分层、夹杂等缺陷，应清除焊接接头的内外坡口表面及坡口两侧母材表面至少20mm范围内的氧化物、油污、熔渣及其它有害物质。（2）焊接接头组对

使用卡具定位或直接在坡口内点焊的方法进行焊接接头的组对，组对时应保证在焊接过程中焊点不得开裂，并不影响底层焊缝的施焊；控制对口错边量、组对间隙及棱角度等参数不超过按相应的产品制造、验收标准的规定。

在备料过程中所需要的设备有；普通的机床，以及清除焊接接头氧化物、油污、熔渣的设备，还有焊接设备。

3.拼装

3.1 首先为法兰的拼装，法兰分为6瓣

3.1.2.法兰拼焊焊接工艺选择

由于法兰的材料为Q235，法兰拼焊的焊接工艺选择普通的手工电弧焊即可，手工电弧焊的焊接技术使用不同的方法保护焊接熔池，防止和大气接触。热能也是由电弧提供。和MIG焊一样，电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔剂熔化时形成焊渣盖住焊接熔池。此外，包覆的熔剂还释放出气体保护焊接熔池，而且，还含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。在有些情况下，包覆的熔剂内含有所有合金元素，中部的焊条仅是碳钢。然而，在采用这些类型的焊条时，需要特别小心，因为所有飞溅都具有软钢性质，在使用过程中焊缝会锈蚀。

如果使用直流电弧，焊条连接到正极，但如果使用钛型焊条，也可以使用交流电弧。电压一般为20～30伏，电流取决于焊接材料的厚度、焊条规格、焊接结构，范围在 15～400安

焊接接头采用对接接头，是传力效率最高的一种接头方式，它不需要连接板等，材料的消耗量最少，由于对接连接，被连接板边缘的加工及装配要求较高，在焊接结构上合焊接生产上常见的是对接焊缝与载荷方向垂直的。坡口为双U型坡口。如下图所示：

焊接时要先点焊住以后，各个焊缝口均匀焊，正面焊一会后，再翻过来焊另一面。发现哪个焊缝处有变形，就翻过背面焊缝处把它校正过来。法兰与管体的连接

4.1法兰与管子的装配连接

法兰与管子的装配质量不但影响管道连接处的强度和严密度，而且还影响整条管线的倾心度。因而，在向管子上装配法兰，必须符合下列基本要求。

⑴、法兰中心应与管子的中心同在一条直线上。⑵、法兰密封面应与管子中心垂直。

⑶、管子上法兰盘螺孔的位置应与相配合的设备或管件上法兰螺孔位置对应一致，同一根管子两端的法兰盘的螺孔位置应对应一致。

4.2法兰与管体的焊接采用承插焊

承插焊的优点：

没有打破口的问题，没有对口错边的问题，可将焊接位置调整为平焊。采用CO₂气体保护焊进行焊接。焊前准备：

a 焊接材料选用直径为1.2mm的H08Mn2SiA焊丝。为消除气体和杂气，应使用倒置过的气体，瓶装气体在翻转架上进行倒置。

5焊接过程中出现的变形原因及控制

在焊接过程中影响法兰变形的原因：焊缝位置 2法兰刚性3 熔敷金属4装配及焊接顺序5焊接工艺参数和方法控制变形有一下措施：1选择合适法兰结构

2尽量选择能量密度高的焊接方法，合理控制焊接参数同时减少热量输入。3合理的焊接顺序，先焊内测焊缝，再焊外侧焊缝，内侧焊缝焊后变形量小，增加法兰刚性和拘束力，减少焊后变形。4刚性固定法 5留余量法

6最佳焊接工艺

法兰的拼焊采用的是手工电弧焊，所需设备为手工电弧焊焊机一台，焊条为J507焊条直径选择5mm焊接电流265A尽可能用短弧焊接速度可以由操作者自行根据经验调节，当电流小于600A时，电压取20＋0.04I。当电流大于600A时电压取44V.法兰与管体的焊接采用CO₂气体保护焊，选用直径为1.2mm的H08Mn2SiA焊丝。焊接电流为140-150A 焊接电压为25-26V。

法兰工艺设计说明书篇3

塑件图：(模具课程设计指导-塑件图汇编：页面 P68 图例 3-18 )

塑件名称冷水壶盖材料PE-HD厚度1工件精度5

设计内容：

1、编制模塑成型工艺规程(即填写“塑件成型工艺卡”)

2、绘制塑件注射模总装图(A3图纸1张)

3、绘制该模具凸模、凹模的零件图各一套(A3图纸多张)

4、编写完善模具设计说明书(按A4打印纸装订)

一、编制塑件成型工艺卡…………………………………………………………4

二、塑件成型工艺分析与设计

1.塑件原材料特性……………………………………………………………5

2.塑件原材料成型性能………………………………………………………5

3.塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析…………………………………5

4.塑件成型方法确定…………………………………………………………6

三、塑件成型模具设计

5.型腔的数量和布置…………………………………………………………6

6.选择注塑机型号及其参数…………………………………………………6

7.确定分型面…………………………………………………………………7

8.浇注系统选择和设计………………………………………………………9

9.成型部件的设计计算………………………………………………………10

10.侧向抽芯机构………………………………………………………………10

11.排气系统设计………………………………………………………..…..…11

12.模架的确定和标准件选择(示意图)…………..………………………11

13.温度调节系统设计…………………………………………..……………12

14.推出机构(脱模)……………………………………………..…………12

15.导向机构…………………………………………………………………..13

16.模具设计心得体会………………………………………………………..13

17.参考文献…………………………………………………………………..13

18.模具总装图和零件图…………………………………………………..…13

塑件成型工艺卡

塑件名称高密度聚乙烯塑件草图

材料牌号PE-HD

单件重量25.9g

成型设备型号XS-ZY-1000

每模件数4

成型工艺参数

材料干燥干燥设备名称烘箱

温度 /℃70~80

时间 /h1~2

成型过程料筒温度后段 /℃140~160

中段 /℃180~200

前段 /℃180~190

喷嘴 /℃150~180

模具温度 /℃30~60

时间注射 /s0~5

保压 /s15~60

冷却 /s15~60

压力注射 /MPa70~105

保压 /MPa

后处理温度 /℃_____

时间 /min_____

编制日期审核日期

李立.12.4刘全心2007.12.15

设计计算和说明

一、塑件成型工艺分析与设计

1.PE-HD(高密度聚乙烯)的特性

(1)化学和物理特性

PE-HD的高结晶度导致了它的高密度，抗张力强度，高温扭曲温度，粘性以及化学稳定性。PE-HD比PE-LD有更强的抗渗透性。PE-HD的抗冲击强度较低。PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制。适用于注塑模的PE-HD分子量分布很窄。密度为0.91- 0.925g/cm3，该材料的流动特性很好，MFR为0.1到28之间。分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗冲击强度。PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在1.5%到4%之间。PE-HD很容易发生环境应力开裂现象。可以通过使用很低流动特性的材料以减小内部应力，从而减轻开裂现象。PE-HD当温度高于60℃时很容易在烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比PE-LD还要好一些。

(2)典型应用范围

电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等。

(3)PE-HD注塑模工艺条件

干燥：如果存储恰当则无须干燥。

熔化温度：220-260℃。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在200-250℃之间。模具温度：50-95℃。6mm以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度，6mm以上壁厚的塑件使用较低的模具温度。塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。对于最优的加工周期时间，冷却腔道直径应不小于8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d之内(“d”是冷却腔道的直径)。

注射压力：70-105MPa射速度：使用高速注射。流道和浇口：流道直径在4到7.5mm之间，流道长度应尽可能短。可以使用各种类型的浇口，浇口长度不要超过0.75mm。聚乙烯成型时，在流动方向和垂直方向的收缩差异较大，注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使浇口周围部位的脆性增加;成型收缩率较大，易产生缩孔;冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀;质软易脱模，有浅侧凹时可强制脱模。特别适用于使用热流道模具。

2.塑件原材料成型性能

结晶料、吸湿性小

流动性极好，溢边值0.02mm左右，流动性对压力变化敏感

可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂

加热时间长则发生分解、烧伤

冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模应有冷却系统

收缩率范围大，收缩值大、方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温，保持冷却均匀、稳定

宜用高压注射，料温均匀，填充速度应快，保压充分

不宜用直接浇口，易增大内应力，或产生收缩不匀，方向性明显增大变形，应注意选择进料口位置，防止产生缩孔、变形

质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽时可强行脱模

3.塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析

结构分析：从零件图上分析，此零件总体为圆形侧面有6个4mm×22MM和长方孔，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，零件口部上有一个小台。

尺寸精度：该塑件的精度为7级，精度要求较低。

表面质量分析：

该零件的要求表面没有缺陷、毛刺，由于冷水壶盖经常与人的手接触较多，因此表面要求光滑，最好自然形成圆角。

4.塑件成型方法确定

综上所述，该塑件的结构比较简单，而且壁厚均匀，成型工艺性好，可以采用注射成方法生产。

二、塑件成型模具设计

5.型腔的数量和布置

该塑件的精度要求不高，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性较好的H型排列，其布置方式如下图所示：为了保证塑件表面质量要求，选择点浇口成型，浇口位置安排在塑件顶部，

模具选用双分型面注射模(三板式).

6.选择注塑机型号及其参数

(1)注射量的计算：通过Pro/E建模分析，塑件的体积为27265L，塑件的质量: 此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为:

(2)锁模力的计算：流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式： ( 为每个塑件在分型面上的投影面积)，用进行估算：



 式中

查塑件所需的注射压力70-105Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则

(3)选择注塑机：根据上面计算的注射量和锁模力，可选用国产XS-ZY-1000螺杆式注射成型机，其有关参数如下：

标称注射量/

1000模板的最大厚度/mm700

螺杆直径/mm55模板的最小厚度/mm300

合模力/N

模板尺寸690×790

注射压力 /MPa121拉杆空间/mm650×550

注射行程/mm280合模方式液压机械

螺杆转速/(r/mm)0~47电机功率/KW22

模板最大行程/mm700定位圈尺寸/mm150

喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm7.5

注射方式螺杆式最大成型面积/

1800

定位圈尺寸/mm150注射时间/s4

(4)射机有关参数的校核

型腔数量的校核

由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量：

型腔数目校核合格

式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积

Vz为每个塑件的体积

Vg为注射机的额定注射量

注射压力的校核

注射压力校核合格

式中 K为注射压力安全系数一般为1.25-1.4

锁模力的校核

锁模力校核合格

K 为锁模力安全系数，一般取1.1―1.2

其它尺寸的校核只有待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。

7.确定分型面

本塑件要求外侧表面光滑，下端外沿无浇口痕迹。依据分型面的选择原则，该塑件的分型面应选如下A-A所示位置，这样凹模型腔整体加工成型，塑件外表面光滑，且容易脱模。

8.浇注系统选择和设计

(1)主流道的设计

主流道尺寸

主流道的小端直径： ;

主流道的球面半径为： ;

主流道锥角：取 ;主流道长度：取L=70mm;

主流道的大端直径：

主流道衬套的形式

由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，极易损坏，对材料的要求比较高，因而主流道设计为浇口套，采用T10A，热处理为50HRC-55HRC，如上图所示：

与之相配合的定位圈的结构如下图所示：

(2)分流道的设计

分流道的布置：为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：

分流道的形状和截面尺寸：

由于聚乙烯的流动性很好，因此选用加工性能比较好的半圆形流道，查表得d=10L

分流道的表面粗糙度：

流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低，一般为0.8―1.6,在此取1.6，如上图所示

(3)浇口的设计

由于塑件的外观表面质量要求比较高，应没有明显的烧口痕迹，因此采用点浇口查表得其尺寸如右图所示：

(4)注射行程的校核

查XS-ZY-1000注射注射行程为280，浇注系统的长度：

，成立。

9.模具成型部件的设计计算

分析塑件的结构可知根据尺寸公差可知：塑件在径向上的公差等级为MT7级(GB4458.5-84)，对于此塑料此精度为中等。分析塑件的结构可知动模部分若采用整体式结构将无法加工，所以采用组合型芯结构。

圆柱型芯

采用台肩固定的形式，其下底面用模仁将其压紧。

尺寸计算。查其尺寸公差：

由于尺寸精度为中等，故分别取制造偏差为尺寸公差1/3，磨损偏差为尺寸公差

1/6，即：。

塑料收缩率范围为：1.5-2.0%，则平均收缩率为：

。

故型腔芯尺寸为：(设计尺寸参见零件图)

动模仁型腔

动模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上，查其尺寸公差：

腔体尺寸：

(设计尺寸参见零件图)

定模仁型腔

定模仁采用组合式，用螺钉将其固定在动模板上查其尺寸公差：腔体尺寸：

(设计尺寸参见零件图)

滑块型芯

滑块型芯的设计为整体式结构，总共4个，其相应的侧孔尺寸为：

10.9、侧向抽芯机构

侧向抽芯机构的选用

塑件的侧壁有6个方孔，其均垂直于脱模方向，阻碍成型后的塑件从模具脱出。因此成形时必须设置侧向分型抽芯机构，经分析本模具采用斜导柱抽芯机构。

确定抽芯距：此塑件的的侧孔深度为1mm，则S=h+(2-3)=4mm

确定斜导柱的倾角：由于此模具的抽芯距比较短因此其倾角可取小一些，取为12°。

确定斜导柱的尺寸：

，查表取整得d=18mm

经计算得 ,查表取标准斜导柱长度为100L。

11.模架的确定和标准件选择。

由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合模架标准架，选用结构形式为P4型，模架尺寸为500×560的标准模架，可符合要求。

与型腔零件有关参数的校核

型边缘距离的校核

校核合格

为模腔材料的许用应用，查Cr12MoV 的许用应力为245MPa

P为型腔的平均压力

腔底板厚度的校核

，校核合格

模具闭合高度的校核

计算模具的闭合高度为：

查XS-ZY-1000得，即模具满足

的安装要求。

模具的外形的校核：

本模具的外形的尺寸为：查XS-ZY-1000注射机的`模板的最大安装尺寸为，故能满足模的安装要求

开模行程的校核：

模具的行程为查XS-ZY-1000的最大开模行程为700mm>183mm,即能满足注射机的开模要求。

12.排气的系统设计

此塑件为小型逆件，可利用推杆、活动型芯与模板之间的间隙排气，其间隙为。

13.11、温度调节系统设计

查表得聚乙烯成型时所需的模具温度为30-60℃，此设模具的温度为40℃。

冷却水的体积流量

冷却水管直径

为了使水处于湍流状态，查表得在 .

冷却水在管道内的流速

由式

大于最低流速1.10m/s，达到湍流状态，所以管道直径选用合理。

冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数

查表得f=7.22(水温为30℃时)，因此

冷却管道的总传热面积：

模具上应开设的冷却水孔数：

14.推出机构(脱模)

推出机构的形式确定：

此塑件采用顶杆推出，推杆设计在塑件的台阶处，每个塑件由8根推杆推出，在台阶处圆形均布，共32根。其结构如装配图所示。

脱模力的计算：

脱模力系数塑料的线性膨胀系数

在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量塑料的软化温度

脱模时塑件的温度塑件的厚度

型芯脱模方向高度

脱模力的校核

查XS-ZY-1000的顶出力为即能满足注射机的要求。

15.导向机构

导柱选用模架本身的规格，但其长度与开模行程有关，必须另行设计选择.经计算得查表取标准得到长导柱的长度取为，导柱的长度取为

其相关的配合见装配图所示，与之相应的导套选用模架自带规格。

16.参考文献

1.伍先明等•塑料模具设计指导•北京：国防工业出版社，•5

2.余冬蓉，程胜文•塑料成型工艺与模具设计•北京：科学出版社，

3.中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会•中国模具设计大典。南昌：江西科学技术出版社，

17.模具设计心得体会

通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化，完整化。在设计中我熟练撑握了查阅有关的技术标准与规范，知到了怎样去学习和善于利用前人所积累的宝贵设计经验和资料。也锻炼了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的专业课程知识。已撑握了注射模具设计的基本流程，也锻炼了我的动手能力和对于工程技术的严谨性。总之，通过此次模具设计使我的专业水平更上了一层楼。

18.模具总装图和零件图：(附后工程图)结果

此塑件的成型工艺性较好

采用一模四腔点浇口浇注选用三板式结构

选用XS-ZY-1000螺杆式注射成型

分流道采用半圆形，D=10

采用组合型芯结构

斜导柱的规格为

其倾角为12°

选用模架尺寸为500×560的P4型标准模架

型腔零件校核合格

模具闭合高度的校核合格

模具的外形的校核合格

开模行程的校核合格

冷水管的直径：

其所开孔数为2

采用推杆推出机构

法兰工艺设计说明书篇4

设计题目：定位销零件机械加工工艺规程设计学生：张新民学号：机电工程学院

班级：机械设计09-3 指导教师：付敏副教授目录 1 零件的分析………………………………………………………………………………… 1 1.1零件结构工艺性分析………………………………………………………………………1 1.2 零件的技术要求分析………………………………………………………………………1 2 毛坯的选择……… …………………………………………… 2 2.1 毛坯种类的选择……………………………………………………………………………2 2.2毛坯制造方法的选择…………………………………………………………………… …2 2.3毛坯形状及尺寸的确定 …………………………………………………… …2 3 工艺路线的拟定… …………………………………………… 2 3.1 定位基准的选择……………………………………………………………………………2 3.2零件表面加工方案的选择……………………………………………………………… …2 3.3加工顺序的安排 … ………………………………………………… …2 3.3.1加工阶段的划分 … ………………………………………………… …2 3.3.2机械加工顺序的安排 … ………………………………………………… …2 3.3.3热处理工序的安排 … ………………………………………………… …2 3.3.4辅助工序的安排 … ………………………………………………… …2 4 工序设计… …………………………………………… 2 4.1 机床和工艺装备的选择……………………………………………………………………2 4.2工序设计 ……………………………………………………………… …2

… … … … 结论……………………………………………………………………………………………4 参考文献

1零件的分析

1.1零件的结构工艺性分析

该零件的加工表面有：C、I 表面，E、G 端面；C、I 表面的表面粗糙度要求为Ra=1.6其余表面的表面粗糙度要求为Ra=12.5。G、E 端面与基准A 的垂直度要求为0.02，Φ18的中心线与基准A 的同轴度要求为Φ0.02。退刀槽用普通3mm 切槽刀。1.2零件技术要求分析

该定位销在工作时外圆表面需要承受冲击载荷，为增强耐磨性需淬火处理，处理后硬度为55-60HRC，所有尖角倒钝，表面要防锈处理。由于在使用过程中要反复装夹工件，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性，因此选用T10A。

2毛坯的选择 2.1毛坯种类的选择

定位销在定位时需要承受载荷，所以要求销具有较高的强度和抗冲击力跟耐磨性，力学性能要求较高，所以选择锻件。

2.2毛坯制造方法的选择

该零件的形状简单，且为单件小批量生产，考虑到经济性因素，采用自由锻。

2.3毛坯形状及尺寸的确定

查机械工艺手册可知：长度尺寸为30+2 ×3mm ﹙粗车﹚，直径尺寸以最大的为准来确定，30+4﹙粗车﹚。

由于该定位销的形状较简单，所以毛坯的形状如下图所示 3工艺路线的拟定 3.1定位基准的选择