机械工艺夹具毕业设计191设计法兰盘零件的工艺规程及工艺装备.docx

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机械工艺夹具毕业设计191设计法兰盘零件的工艺规程及工艺装备

摘要

法兰盘是使管子与管子相互连接的零件。

连接于管端。

法兰上有孔眼，可穿螺栓，使两法兰紧连。

法兰间用衬垫密封。

法兰管件指带有法兰（突缘或接盘）的管件。

它可由浇铸而成，也可由螺纹连接或焊接构成。

法兰联接由一对法兰、一个垫片及若干个螺栓螺母组成。

垫片放在两法兰密封面之间，拧紧螺母后，垫片表面上的比压达到一定数值后产生变形，并填满密封面上凹凸不平处，使联接严密不漏。

有的管件和器材已经自带法兰盘，也是属于法兰连接。

法兰连接是管道施工的重要连接方式。

法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。

在工业管道中，法兰连接的使用十分广泛。

在家庭内，管道直径小，而且是低压，看不见法兰连接。

如果在一个锅炉房或者生产现场，到处都是法兰连接的管道和器材。

通俗的讲，法兰盘的作用就是使得管件连接处固定并密封。

关键词：

连接法兰盘应用

Abstract

Flangepipeandtubeisconnectedparts.Connectedtopipeend.Thereareholeflangecanbeboltedtowearsothatthetwoflangeabuts.Withlinersealingflangebetween.Flangepipeflangewithmeans（oraccessplatenosing）ofthetube.Itcanbecastfrom,butalsomayposeathreadconnectionorwelding.Flangeconnectedbyaflange,agasketandnutcomposedofanumberofbolts.Ontheflangegasketsealingsurfacebetweenthetwo,fasteningnut,thegasketonthesurfacepressurereachesacertainvalueafterthedeformation,andfillunevensealingsurface,theleakageisnotsocloselylinked.Somefittingsandequipmenthasitsownflange,

Alsobelongtotheflangeconnection.Pipelineflangeconnectionisanimportantconnection.

Flangeconnectionseasytouse,canwithstandgreaterpressure.Intheindustrialpipe,flangeconnectingawiderangeofuse.Inthefamily,thesmalldiameterpipe,butalsolow-voltage,seeflangeconnection.Iftheboilerroomorinaproductionsite,thereareflangeconnectedtopipesandequipment.

Popularspeaking,theroleofflangemakespipeisfixedandsealedjunction.

Keywords:

flangeconnectionapplication

前言

法兰联接是一种可拆联接。

按所联接的部件可分为容器法兰及管法兰。

按结构型式分，有整体法兰、活套法兰和螺纹法兰。

常见的整体法兰有平焊法兰及对焊法兰。

平焊法兰的刚性较差，适用于压力p≤4MPa的场合；对焊法兰又称高颈法兰，刚性较大，适用于压力温度较高的场合。

法兰密封面的型式有三种：

平面型密封面，适用于压力不高、介质无毒的场合；凹凸密封面，适用于压力稍高的场合；榫槽密封面，适用于易燃、易爆、有毒介质及压力较高的场合。

垫片是一种能产生塑性变形、并具有一定强度的材料制成的圆环。

大多数垫片是从非金属板裁下来的，或由专业工厂按规定尺寸制作，其材料为石棉橡胶板、石棉板、聚乙烯板等；也有用薄金属板（白铁皮、不锈钢）将石棉等非金属材料包裹起来制成的金属包垫片；还有一种用薄钢带与石棉带一起绕制而成的缠绕式垫片。

普通橡胶垫片适用于温度低于120℃的场合；石棉橡胶垫片适用于对水蒸气温度低于450℃，对油类温度低于350℃，压力低于5MPa的场合，对于一般的腐蚀性介质，最常用的是耐酸石棉板。

在高压设备及管道中，采用铜、铝、10号钢、不锈钢制成的透镜型或其他形状的金属垫片。

高压垫片与密封面的接触宽度非常窄（线接触），密封面与垫片的加工光洁度较高。

根据压力的不同等级，法兰垫也有不同材料，从低压石棉垫、高压石棉垫到金属垫都有。

1.以材质划分碳钢，铸钢，合金钢，不锈钢，铜，铝合金，塑料，氩硌沥，ppc等。

2.以制作方法划分可分为推制、压制、锻制、铸造等。

3.以制造标准划分可分为国标、电标、水标、美标、德标、日标、俄标等。

法兰盘发展的多方向，各个领域都在开发法兰盘的使用。

种类繁多，管道配件法兰盘按与管子的联接要领可分为五种基本类型：

平焊法兰、对焊法兰、螺纹法兰、承插焊法兰、松套法兰。

法兰的密封面型式有很多种，一般常用有凸面（RF）、凹面（FM）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）、全平面（FF）、环联接面（RJ）.

平焊钢法兰盘：

适用于公称压力不超出2.5MPa的碳钢管道联接。

平焊法兰的密封面可以制成光滑式，凹凸式和榫槽式三种.　光滑式平焊法兰的运用量很大，多用于介质条件对比缓和的情况下，如低压非净化压缩空气、低压循环水，它的长处是价钱对比利益哦。

对焊钢法兰盘：

用于法兰与管子的对口焊接，其结构正常，强度与刚度较大，经得起高温高压及重复弯折和温度波动，密封性可靠，公称压力为0.25～2.5MPa的对焊法兰选用凹凸式密封面。

承插焊法兰盘：

常用与PN≤10.0MPa，DN≤40的管道中。

松套法兰盘：

松套法兰俗称活套法兰,分焊环活套法兰,翻边活套法兰和对焊活套法兰.常用于介质温度和压力都不高而介质侵蚀性较强的情况。

当介质侵蚀性较强时，法兰接触介质部分（翻边短节）为耐侵蚀的上等级材料如不锈钢等材料，而外部则使用下等级材料如碳钢材料的法兰环夹紧它以实现密封。

整体法兰盘：

经常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体，这种型式在设备和阀门上常用。

现在出现了光线法兰盘、管法兰盘、波导法兰盘等等。

法兰盘在各个领域都有涉及。

尤其在高科技领域应用越来越广泛。

1.零件的分析

1.1.零件的作用

法兰盘只是一个统称，通常是指在一个类似盘状的金属体色的周边开上几个固定用的孔用于连接其它东西。

它的作用是连接及传动。

1.2.零件的工艺要求

该零件形状基本规则,工艺要求不是很高.其他要求见零件图技术要求.

铸件要求不能有砂眼，疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，确保工作时安全

2、工艺规程的设计

2.1.确定毛坯的制造形式

由于零件中批生产的水平，选择年生产量为2000件，而且零件的轮廓尺寸不大，所以采用金属形铸造。

从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。

工件材料为HT200，毛坯尺寸对应的精度和公差等级分别选AM为F，CT为9。

2.2.基准的选择

2.2.1.粗基准的选择

根据粗基准的选择原则和零件的具体情况，选择毛坯φ51的外圆作为粗基准，利用三爪自定心卡盘加持外圆即可。

2.2.2．精基准的选择

在加工好φ20H7孔后，各工序以该孔为定位精基准，以基准轴心为径向尺寸的定位精基准，φ100mm的端面给予辅助，这样就满足了基准重合的原则和互为基准原则，在加工某些面时若出现基准不重合时，则应进行尺寸链的换算，以后要进行专门计算，这里就不在重复。

2.3．制订工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

之外，还应当考虑到经济效果，以便生产成本量下降。

经分析，现拟订工艺路线方案如下：

工序一粗车左边φ106mm,φ51mm,φ96mm的外圆，粗车各端面，粗车φ90mm的倒角，φ100mm的倒角，粗车R5mm的圆角。

工序二粗车右φ51mm的外圆及端面，粗车7*45°的倒角，半精车φ46.4mm的外圆及端面，半精车φ91.1mm的外圆、端面及倒角。

工序三钻φ18mm的孔，扩φ19.8mm的孔，粗铰φ19.94mm的孔，精铰φ20mm的孔。

工序四半精车左端φ102mm的外圆、端面及倒角，半精车左端φ46.4mm的外圆，半精车R5mm的圆角。

工序五粗铣φ90mm的后端面，精铣φ90mm的后端面。

工序六粗铣φ90mm的前端面，精铣φ90mm的前端面。

工序七钻，铰四个φ9mm，钻，铰左面上的台阶孔。

工序八精车右φ45mm的外圆、端面及倒角，精车φ90mm的外圆、左右端面及倒角，半精车3*2的退刀槽。

工序九精车φ100mm的端面和倒角，精车左φ45mm的外圆及R5的圆.

工序十粗，精磨φ100mm的外圆，粗，精磨φ90mm的前端面。

工序十

B面抛光。

工序十

φ100mm的左端面刻字，冲箭头。

工序十

φ100mm的外圆无光渡铬。

工序十

检验。

2.4．机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“法兰盘”零件材料为HT200，毛坯的重量约为1.4kg,生产类型为中批生产，采用铸件，毛坯铸出后应进行退火处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。

2.4.1．外圆表面（ф100mm，ф45mm，ф90mm）

外圆ф100mm，表面粗糙度要求0.8µm,公差等级为5级，查《机械加工技术手册》（以下简称《手册》）表3-9（P87）采用先车（只能达7级精度），然后再磨（可达5）。

根据其尺寸，选用粗车的双边余量为2Z=4.38mm,半精车双边余量为2Z=1.2mm，查《手册》15-13（P567）,选用粗磨削的双边余量为2Z=0.4mm，精磨削的双边余量为2Z=0.02mm

外圆ф45，表面粗糙度要求为0.4µm，查《机械制造技术基础》表7-8采用先车，然后抛光。

根据其尺寸，选用粗车的双边余量为2Z=4.6m，半精车双边余量为2Z=1.1mm，精车双边余量为2Z=0.3mm。

外圆ф90mm，表面粗糙度要求6.4µm，查《手册》表1-15精度等级为IT10，选用粗车的双边余量为2Z=4.9mm，半精车双边余量为2Z=1.1mm即可。

2.4.2.内孔ф200+0.045的加工

毛坯为实心，孔壁粗糙度要求为1.6µm，参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28确定工序尺寸及余量为：

钻孔：

ф18mm

扩孔：

ф19.8mm2Z=1.8mm

粗铰：

ф19.94mm2Z=0.14mm

精铰：

ф20mm2Z=0.06mm

2.4.3．外圆端面加工余量及公差（ф100mm的两面和ф45mm端面以及ф90mm的两端面）

外圆ф100端面粗糙度要求为1.6µm，轴向无公差要求。

查《手册》表3-13（P91），精车就可以达到表面粗糙度为1.6µm，可达要求，因而选用车即可。

ф100mm的右面粗糙度为0.4µm，先车，后磨再抛光可以达到。

粗车的双边余量为2Z=2.2mm，半精车的双边余量为2Z=0.6mm，精车的双边余量为2Z=0.2mm。

外圆ф45mm端面粗糙度要求不高，但作为端面基准为了提高加工精度应给与精车。

即粗车的双边余量为2Z=2.2mm，半精车的双边余量为2Z=0.6mm，精车的双边余量为2Z=0.2mm。

ф90mm两端面的粗糙度要求为0.4µm和1.6µm，轴向无公差要求。

查《手册》表3-13（P91），精车的表面粗糙度可达1.6µm，0.4µm的粗糙度可以通过先精车后再抛光即可达到。

即：

粗车的双边余量为2Z=2.2mm，半精车的双边余量为2Z=0.6mm，精车的双边余量为2Z=0.2mm。

2.4.4．4Xф9透孔和ф6与ф4组成的台阶孔的加工

由于ф9mm和ф4mm的孔没粗糙度要求，直接钻即可。

而ф6mm的孔粗糙度要求为3.2µm故采用先钻后铰即可。

钻：

ф5.8mm

铰：

ф6mm2Z=0.2mm

2.4.5.ф90的前后端面的加工

ф90mm的后端面粗糙度要求为3.2µm，通过精铣即可达到要求，粗铣的双边雨量为2Z=2.6mm，精铣的双边余量为2Z=0.4mm；ф90mm的前端面粗糙度要求为0.4µm，通过先精铣后磨即可达到要求，粗铣的双边雨量为2Z=2.4mm，精铣的双边余量为2Z=0.4mm，磨的双边余量为2Z=0.2mm.

2.5.各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择

2.5.1工序一：

1．加工条件

工件材料：

HT200，金属模铸造。

加工要求：

粗车ф106mm，ф51mm，ф96mm的外圆、端面及车倒角。

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

YG6外圆车刀、YG6端面车刀、YG6内圆车刀。

2．计算切削用量：

（1）.粗车106的端面

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=2mm,工件直径ф100mm时

f=0.8-1.2mm/r

取f=0.8mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*20.15*0.80.40）

=45.79（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*45.79/（3.14*100）=145.8（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》附表4-3-1（P172）取主轴转速为n=125r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=125*100*3.14/1000=39.25（m/min）

4>切削工时根据《手册》

tm=（l+y+△）/nf=（50+2）/（125*0.8）=0.52（min）

（2）粗车ф100的外圆表面及倒角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=1.99mm,工件直径ф100mm时

f=0.8-1.2mm/r

取f=0.8mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公

式（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*1.990.15*0.80.40）=45.88（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*45.88/（3.14*100）=146.11（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》取转速为n=125r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=125*100*3.14/1000=39.25（m/min）

4>切削工时根据《手册》

tm=（l+y+△）/nf=（9+1.99）/（125*0.8）=0.11（min）

（3）.粗车左ф51mm的外圆表面及R5的圆角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=2.3mm,工件直径为ф45mm时

f=0.4-0.5mm/r

取f=0.5mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*2.30.15*0.50.40）

=33.74（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*33.74/（3.14*45）=238（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》取转速为n=200r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=200*45*3.14/1000=28.26（m/min）

4>切削工时根据《手册》得：

tm=（l+y+△）/nf=（32+2.3）/（200*0.5）=0.343（min）

（4）.粗车ф96mm的外圆表面及倒角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=2.45mm,工件直径为ф90mm时

f=0.8-1.2mm/r

取f=0.8mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*2.450.15*0.80.40）

=33.58（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*33.58/（3.14*90）=118.8（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》取转速为n=100r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=100*90*3.14/1000=28.26（m/min）

4>切削工时根据《手册》表8-56（P379）

tm=（l+y+△）/nf=（8+2.45）/（100*0.8）=0.13（min）

2.5.2工序二：

1．加工条件

工件材料：

HT200，金属模铸造。

加工要求：

粗车右ф51mm的外圆、端面及车倒角，半精车右ф46.4mm的外圆、端面及车倒角，半精车ф91.1mm的外圆、端面及倒角。

机床：

CA6140卧式车床。

刀具：

YG6外圆车刀、YG6端面车刀。

2．计算切削用量：

（1）粗车右ф51mm的外圆、端面及车倒角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=2.3mm,工件直径ф45mm时

f=0.4-0.5mm/r

取f=0.5mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*2.30.15*0.50.40）

=33.74（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*33.74/（3.14*45）=238.78（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》附表4-3-1（P172）取主轴转速为n=200r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=200*45*3.14/1000=28.26（m/min）

4>切削工时根据《手册》

tm=（l+y+△）/nf=（41+2.3）/（200*0.5）=0.343（min）

（2）半精车右ф46.4mm的外圆、端面及车倒角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=0.55mm,工件直径ф45mm时

f=0.4-0.5mm/r

取f=0.5mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*0.550.15*0.50.40）

=50.28（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*50.28/（3.14*45）=355.84（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》附表4-3-1（P172）取主轴转速为n=320r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=320*45*3.14/1000=45.22（m/min）

4>切削工时根据《手册》

tm=（l+y+△）/nf=（41+2.3）/（320*0.5）=0.26（min）

（3）半精车ф91.1mm的外圆表面及倒角

1>进给量f根据《手册》表8-58（P380），当刀杆尺寸为16mm*25mm，ap=0.55mm,工件直径为ф90mm时

f=0.8-1.2mm/r

取f=0.8mm/r

2>计算切削速度根据《手册》表8-60（P381），切削速度的计算公式为（寿命选60T）

Vc=CV*KV/（601-mTmapxfy）m/min

其中：

CV=158,x=0.15,y=0.40,m=0.20。

修正系数见《手册》表8-61至表8-69，即

KMv=0.94,ksv=0.8,kkv=1.0,kkrv=0.83,kBv=0.8。

所以vc=158*0.94*0.8*1.0*0.83*0.8/（601-0.2600.2*0.550.15*0.80.40）

=42.30（m/min）

3>确定机床主轴转速

ns=1000vc/（Лd）=1000*42.30/（3.14*90）=149.68（r/min）

根据《机械制造工艺设计手册》取转速为n=120r/min

所以实际切削速度v=Лdn/1000=120*90*3.14/1000=35.33（m/min）

4>切削工时根据《手册》表8-56（P379）

tm=（l+y+△）/nf=（8+0.55）/（120*0.8）=0.08