轴瓦的制造工艺设计.docx

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轴瓦的制造工艺设计

课程设计说明书

课程名称:

水力机械制造工艺课程设计

课程代码:

8706921

题目:

水力机械典型零件的制造工艺

——轴瓦的制造工艺设计

学生姓名:

*********

学号:

年级/专业/班:

2班

学院（直属系）:

指导教师:

目录

摘要…………………………………………………………………………………………2

引言…………………………………………………………………………………………3

任务与分析…………………………………………………………………………………3

1.轴瓦的工艺分析…………………………………………………………………………3

1.1轴瓦的结构及特点……………………………………………………………………4

1.2毛坯……………………………………………………………………………………4

1.3加工设备的选择………………………………………………………………………5

1.3.1车床…………………………………………………………………………………5

1.3.2铣床…………………………………………………………………………………5

1.3.3钻床…………………………………………………………………………………5

1.4工艺基准的选择………………………………………………………………………6

1.5拟定工艺路线，编制工艺流程………………………………………………………6

1.6加工中应注意的问题…………………………………………………………………6

2轴瓦的机械加工工艺过程卡……………………………………………………………7

3轴瓦的机械加工工序卡及工艺附图……………………………………………………7

结论…………………………………………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………………………………………25

摘要

本次课程设计的内容是轴瓦制造工艺设计，轴瓦是水力机械中轴承的一部分，而轴承在水力机械运行过程中的起着非常重要作用，如承受轴向力（转轴部分重量+轴向水推力）和限制轴的摆动或维持安装时调整好的轴线位置。

在轴瓦的制造工艺设计过程中，首先对轴瓦进行工艺分析，如轴瓦的结构及特点、轴瓦毛坯的选择、加工设备的选择、工艺基准的选择、工艺路线的拟定、工艺流程的编制和加工中应该注意的问题，其次是根据工艺分析填写轴瓦的机械加工工艺过程卡，最后是根据工艺分析和轴瓦的机械加工工艺过程卡填写轴瓦的机械加工每一道工序的工序卡和绘制对应的加工所需的工艺附图。

本次设计的重点是工艺过程卡和工序卡的编制，根据设计图纸上的要求编制工艺过程卡和工序卡，其中包括加工方法的选择、刀具的选择、加工余量的确定等等。

关键词：

轴瓦制造工艺设计

引言

随着科学技术的不断发展进步，人类对能源的需求也越来越多，煤、石油、天然气为工业的发展作出了巨大的贡献，但是随着人类的发展，总有一天它会被消耗殆尽，那是人类怎么办，不可能让我们又回到原始社会吧？

因此，新能源尤其是可再生的新能源的开发对人类的未来发展有重要的意义。

水能是一种天然的可再生的能源。

我国正处在建设中国特色社会主义关键阶段，面对我国的基本国情，人口基数大，工业建设需要能源，人民生活也需要能源，对于能源的需求自然很多。

据资料统计，我国的水电资源理论蕴藏量6.94亿千瓦，年发电量6.08万亿千瓦.时，其中技术可开发容量5.42亿千瓦，经济可开发容量4.02亿千瓦。

但是我们现在做到的不足1.55亿千瓦，就是说还有大概3/4的水电资源等待着我们去开发。

合理设计水力机械、合理选择工艺加工方案是提高水能转化效率的关键。

轴瓦是水力机械中轴承的重要组成部件，水力机械中轴承又分为推力轴承和导轴承，它们在机组运行时各自的作用分别是承受轴向力（转轴部分重量+轴向水推力）和限制轴的摆动，维持安装时调整好的轴线位置。

它们在机组安全稳定运行中起着无比重要的作用。

作为它们的组成部件——轴瓦，自然也起着举足轻重的作用。

合理的设计、加工是保证轴瓦质量的关键所在，本文将主要介绍轴瓦的加工工艺。

任务与分析

本次设计的任务是设轴瓦的制造工艺设计，首先要熟悉轴瓦的结构及设计思想，完成零件的绘图，再结合已学的专业知识分析轴瓦在水力机械中的功能及装配位置关系，讨论、分析零件总体设计的合理性、经济性、加工性能、所需采用的热处理工艺和装配的合理性等，根据所给零件的技术要求，选择合理的毛坯形式，进行工艺分析，对总体工艺过程进行合理的规划，在老师指导下，编制工艺分析文件，查阅加工设备信息，把可能选用的设备型号记录下来，在工艺分析的基础上制订工艺路线，编制加工工艺过程卡，编制详细的加工工序卡并绘制加工工序图，最后编写设计说明书。

通过本次课程设计，使我们对机械加工工艺学有更加深刻的了解和认识，把以前所学的工艺学知识初步与实际相结合，为毕业以后从事工艺方案设计及零件的机械加工打下坚实的基础，并且进一步了解水力机组的组成、结构，为毕业后从事水力机械设计打下一定的基础。

1轴瓦的工艺分析

1.1轴瓦的结构及特点

轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。

轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，也叫“轴衬”，形状为瓦状的半圆柱面。

滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用。

如果由于润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足于将轴瓦烧坏。

轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。

烧瓦后滑动轴承就损坏了。

导轴承在水轮机中的作用是限制转轴运行的摆度范围，维持安装时调整好的轴线位置，并承受由水轮机主轴传来的径向力和振动力。

在装配关系上，从改善轴承受力条件出发，轴承位置应尽量接近转轮，使转轮对轴承位置的悬臂最短，这样可使水轮机工作更稳定且轴承本身工作条件更好。

从设计图纸上看，对轴瓦内圆弧表面和上下两个断面的粗糙度要求较高，分别为0.8和3.2，外圆弧表面粗糙度要求比内圆弧表面有所降低，为6.3。

在内圆弧表面要求精度高原因是与轴瓦直接紧密配合的轴承合金——ZChSnSbN-6要与轴直接接触，当轴旋转时，它与轴之间有相对运动、有摩擦，因此为了减小摩擦，只通过它们之间的油膜的存在来减小摩擦是不够的，还必需减小它们之间的摩擦系数，这就是对它的粗糙度要求高的原因。

为了达到表面粗糙度0.8，需要对搪锡后的轴瓦进行精磨，而上下两个端面只要通过粗车—半精车后就能达到3.2的精度要求。

1.2毛坯

轴瓦的毛坯选用钢板卷焊而成的圆筒，钢板的材质为Q235A（又称A3钢，美国-A570Gr.A；日本-SS400；德国-S235JR；英国-S235JR；法国-S235JR），钢板厚度为120mm，卷焊后内径为φ2005mm。

卷焊好的钢板经过粗加工后，切成10块弦长为532.5的弧形钢板，称为轴瓦，然后在分别加工。

Q235钢的屈服强度为235MPa，A-保证力学性能，标准化学成分是Fe和C，含碳量0.03%，综合性能可以，属低碳钢，可以进行所有的热处理，包括淬火、回火、渗碳、渗氮。

毛坯采用钢板卷焊，是因为它的结构简单，径向尺寸大但厚度不大，这样制造简单，生产周期短。

水力机械的零部件大多属于小批量生产，因为不同的电站条件不同，设计要求自然不一样，即使同种形式的机组也有大有小，所以不能实现大批量生产。

而且它的零部件尺寸通常比较大，所以生产时要求有重型机床，并专门为其编制工艺文件。

轴承合金选取ZChSnSb11-6锡基轴承合金，又叫锡基巴氏合金，后面将简称巴氏合金。

锡基合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金。

它是以锡、锑为基础，并加入少量其它元素的合金。

常用的牌号有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb4-4等。

锡基合金具有良好的磨合性、抗咬性能。

1.3加工设备的选择

1.3.1车床

1k532立式车床，最大加工直径3200mm，加工高度1600mm

DS32单柱立式车床，最大加工直径3200mm，工作台直径2500/2800mm，最大加工高度2500/3000mm工作台承重25吨，工作台最大转速125/160r/min，主电机功率56/71/100kw进给范围0.1至2000mm/min。

TNS65数控车床，床身最大旋转直径:

445mm，最大加工长度:

630mm，主轴转速:

10~5600r/min，主电机功率:

19kw（100%ED）AC电机，刀架数/刀位数:

3/上刀架12/（6把动力刀具）下刀架8（4把动力刀具）背面加工刀具4（4把动力刀具），控制轴:

X,Z（上刀架）X,Z（下刀架）C主轴，控制系统:

TRAUB-TXBD（德国）。

CA6140A型普通车床，床身回转直径:

400mm，刀架上回转直径:

210mm，最大工件长度/最大车削长度750/650mm、1000/900mm、1500/1400mm、2000/1900mm，主轴中心至床身平面导轨距离205mm，主轴转速级数24/12，加工螺纹范围，公制螺纹44种:

1-192mm、英制螺纹21种:

2-24牙/寸、径节螺纹37种:

1-96，上/下刀架最大行程，140mm/320mm，刀架转盘回转角度±90o。

1.3.2铣床

TPX6111B，主轴最大钮矩1225N.m，主轴最大行程600mm。

FB0V型床身式立式仿形铣床，工作台面积630×1600mm，仿形面积950×620mm。

TPX6113/3卧式铣镗床，镗孔直径130mm，主轴锥孔80公制，主轴最大扭矩3136N.m，平旋盘最大扭矩4900N.m，主轴最大轴向抗力31360N，主轴最大行程900mm，主轴转速级数24，主轴转速范围4-800r/min，平旋盘滑块行程250mm，工作台工作面积1850×1400mm，可承受最大重量8000kg，主轴中心线至工作台面距离（最大）1400mm，主轴中心线至工作台面距离（最小）0mm，工作台行程（纵向）2000（不带后立柱）mm，工作台行程（横向）1600mm，主电机功率15kW，机床外形尺寸（长×宽×高）6995×3647×3442mm，机床重量24500kg。

1.3.3钻床

Z30100×31，摇臂钻床，最大钻孔直径Φ100mm，主轴中心线至立柱母线距离（最大）3150mm，主轴中心线至立柱母线距离（最小）570mm，主轴端面至底座工作面距离（最大）2500mm，主轴端面至底座工作面距离（最小）750mm，主轴行程500mm，主轴锥孔No.6莫氏，主轴转速范围8-1000（22级）r/min，主轴进给量范围0.06-3.20（16级）mm/r，工作台尺寸800×1250mm，横臂长度4045mm，主电机功率15kW，机床轮廓尺寸（长×宽×高）4780×1630×4720mm，机床重量20000kg。

1.4工艺基准的选择

零件图中的设计基准是圆筒的轴心线，为了保证内外圆同轴度，加工卷焊圆筒时，仍然以圆筒轴心线为定位基准车外圆、内圆、其中一个端面以及倒角，然后在以已加工的端面为基准加工另一个端面，再然后加工内表面的燕尾槽，它的设计基准是上下两个端面，而加工时则需要同时考虑它与端面以及它们之间的位置关系，因此加工时，先加工最外面的槽时以端面为基准，用成型铣刀直接铣削，加工完成后在以加工好的槽最上沿为基准加工第二个槽，以此类推，直到加工结束。

当加工达到要求后再以轴心线为基准将圆筒切成弦长为535.5的10块钢板。

每块钢板的中心线为设计基准，其它尺寸都是以它为基准确定的，加工时以上下两个端面和中线作为定位基准。

因为上下两端面已经在上一道工序中加工好了，表面精度已经达到要求，它直接与夹具接触。

然后以中心线为基准，加工外表面的槽以及以左右两个面为基准分别将其与外边面连接的地方倒角，用铣削完成。

最后以中心线或左右端面为基准找内螺纹的圆心，分别加工内螺纹。

1.5拟定工艺路线，编制工艺流程

轴瓦加工的工艺流程：

钢板卷焊成圆筒（毛坯）

车内、外圆、端面及倒角

铣瓦面鸽尾槽

气割（将圆筒割成10×532.5弦长的钢板）

铣两侧面和瓦面直槽

钻攻各螺纹孔、沉孔、通孔，攻螺纹

轴瓦挂巴氏合金

车探伤瓦面

探伤检查

钻水冷瓦孔

水压和油压实验

精加工各瓦面

刮巴氏合金瓦面

防绣处理。

1.6加工中应注意的问题

（1）下料后瓦坯退火处理，以消除内应力，现行退火温度一般选取6200C。

（2）为了保证轴承合金与瓦坯的接合质量，瓦坯搪纯锡前必须清理干净，无锈斑、油污。

（3）轴承合金浇铸前，必须严格进行炉前化学成分检验和物理性能检测，不合格的轴承合金不能使用。

（4）瓦坯预热和轴承合金浇铸温度，必须按工艺要求。

轴承合金在结晶过程中，应该做好补缩。

（5）轴瓦浇铸合金时，为了获得致密的组织，采取通冷水加速再结晶过程完成。

合金浇铸厚度为加工厚度的5倍。

2轴瓦的机械加工工艺过程卡

（见8-10页）

3轴瓦的机械加工工序卡及工艺附图

（见11-24页）

结论

通过这次课程设计，我对工艺学这门课程有了更加深刻的理解，通过实践,加深了对工艺学理论知识的理解和认识，对水力机械工艺加工过程的设计的也有了初步的认识，通过本次设计，使自己基本掌握了在设计机械加工工艺过程中应该考虑的问题和注意的问题，机床的选择、夹具的选择、以及工序余量的确定、粗糙度的保证。

同时对水力机械各个零部件的结构、作用、及其之间的装配关系有了更加深刻的感性与理性认识，特别是对轴瓦的设计、各工序加工的先后顺序、粗糙度选择以及它在轴承中的位置和作用等等。

通过本次课程设计，使自己学到了很多在课堂中学不到的但实际当中非常有用的知识，我想如果我再多做几次这样的实践，一定能够做水力设计方面的设计工作。

总之，这次学到了很多，但是这些成绩的取得，还与王桃老师的细心指导密切相关，在此，我衷心的向老师道声谢，谢谢王老师在平时学习时给予的关心和设计中给予的指导。

【参考文献】

［1］黄如林汪群.金属加工工艺及工装设计.北京：

化学工业出版社，2006.2

［2］李庆刚.水力机械制造基础.四川：

四川科学技术出版社，1999.元旦

［3］孙本绪熊万武.机械加工余量手册.北京：

国防工业出版社，1999.11

［4］王慧方.金属切学机床.北京：

机械工业出版社，1994.7

［5］陈家芳.实用金属切削加工工艺手册.上海：

上海科学技术出版社.2005

［6］顾锡元.水轮机.北京：

水利电力出版社.1993.10

课程设计成绩评定表

学习态度（15）

技术水平与实际能力（25）

说明书、图纸质量（60）

总成绩评定：

指导教师签名：

年月日