【正文】 ..........................33 水泵渦殼加工工藝夾具設(shè)計 武漢大學(xué) 畢業(yè)（設(shè)計）論文 1 一、緒論 、目的、意義 課題的來源 水泵是發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的重要部件 ,它的作用是泵送冷卻液 ,使冷卻液在發(fā)動機的冷卻水道內(nèi)快速流動 ,以帶走發(fā)動機工作時產(chǎn)生的熱量 ,保持發(fā)動機正常工作溫度。 本課題來源于東風(fēng)汽車泵業(yè)有限公司實際生產(chǎn)需求。高性能加工中心是數(shù)控技術(shù)集成的表現(xiàn)，會成為現(xiàn)在及未來數(shù)控市場的主流，它的發(fā)展水平代表了一個國家設(shè)計制造水平，因此受到國內(nèi)外企業(yè)界的高度重視。高性能加工中心就是隨之應(yīng)運而生的產(chǎn)物，相比之下我國與國外的差距明顯，因此我們應(yīng)認(rèn) 真研究國外高性能加工中心的發(fā)展趨勢，提高自主開發(fā)能力，積極培育新產(chǎn)品，開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)，提高國產(chǎn)高性能加工中心的競爭力。 本課題研究目的 A：結(jié)合生產(chǎn)實際，針對新型汽車水泵渦殼的 零件結(jié)構(gòu)進行 工藝設(shè)計及窗口面（基準(zhǔn) B 面的）鉆孔加工的專用夾具設(shè)計。 B：保證車削中心加工時刀具與機床聯(lián)動的配合，特別是幾個端面之間的精度聯(lián)系。通過對零件的加工需求及現(xiàn)有的加工條件分析，采用德瑪吉車削中心（ CTX310eco）進行加工，因而零件在加工過程中不是處于靜止?fàn)顟B(tài)，并且零件本身不是規(guī)則的形狀，這個加工帶來很大的麻煩。通過對該課題的研究，不但能夠縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本，提高加工精度，延長刀具壽命，而且依據(jù)該研究結(jié)果，可以建立一套更加完善的生產(chǎn)流程，從而更大程度上提高產(chǎn)品的水泵渦殼加工工藝夾具設(shè)計 武漢大學(xué) 畢業(yè)（設(shè)計）論文 2 質(zhì)量水平，獲取更大的經(jīng)濟利益。它輸送的液體一般是添加 了防銹劑的清水，冬天時可能還會在水中添加防凍劑，現(xiàn)在也有使用專門的防凍防銹液的。由于汽車系統(tǒng)智能、可控的需要，目前汽車水泵從結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式來說，在向電控方向發(fā)展。水泵的流量通過發(fā)動機的 ECU 來進行調(diào)整和控制，可以實現(xiàn)水泵的轉(zhuǎn)速隨水溫的變化而變化，從而改善發(fā)動機的冷卻性能。發(fā)動機熱管理是發(fā)動機節(jié)能減排的一項重要技術(shù)，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)作為熱管理的一個子系統(tǒng)，對可控式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)技術(shù)的研究越來越多。可控式冷卻系統(tǒng)中的執(zhí)行器為節(jié)溫器和冷卻水泵，一般由液流控制閥和電動水泵組成。它能降低產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計成本、縮短研發(fā)周期。泵的優(yōu)化設(shè)計是在泵的性能預(yù)測的基礎(chǔ)上，通過多方案的比較，從中選擇一個相對最優(yōu)的設(shè)計方案。我國汽車水泵計算機輔助設(shè)計的研究工作起步較晚 ,經(jīng)過眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員 30余年的不斷 努力 ,目前在采用一元設(shè)計理論進行二維水力設(shè)計和繪型方面已經(jīng)比較成熟。從 20 世紀(jì) 90年代中期開始 ,泵 CAD 的研究工作向廣度和深度方向發(fā)展，開始了三維造型的研究。21 世紀(jì)以來，汽車水泵企業(yè)開始研究用 CAE 進行強度和剛度的校核，其應(yīng)用精度和指導(dǎo)性逐步提升，特別是應(yīng)用 CAE 進行靜態(tài)強度和剛度校核在汽車水泵設(shè)計中的應(yīng)用已比較成熟。 總體上說，國內(nèi)以及國際上的汽車水泵設(shè)計理論和設(shè)計方法都還處于理論和經(jīng)驗相結(jié)合使用的階段，無論是國外開始使用的流場分析法，還是傳統(tǒng)的速度系數(shù)法，都需要設(shè)計者通過經(jīng)驗進行分析和判斷。雖然泵內(nèi)流動CFD 分析和測試還存在著很大的局限性，但在對水泵內(nèi)部流場的了解上為設(shè)計人員提供了參考，對汽車水泵性能預(yù)測和優(yōu)化指出了方向。而數(shù)字化的設(shè) 備加工功能的廣大化。夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。高精度夾具的定位孔距精度高達177。德國 demmeler(戴美樂 )公司制造的 4m 長、2m 寬的孔系列 組合焊接夾具平臺，其等高誤差為177。 5μ m；瑞士 EROWA 柔性夾具的重復(fù)定位精度高達 2~5μ m。誠然，為了適應(yīng)不同行業(yè)的需求和經(jīng)濟性，夾具有不同的型號，以及不同檔次的精度標(biāo)準(zhǔn)供選擇。了減少工件的安裝時間，各種自動定心夾緊、精密平口鉗、杠桿夾緊、凸輪夾緊、氣動和液壓夾緊等 ，快速夾緊功能部件不斷地推陳出新。為了縮短在機床上安裝與調(diào)整夾具的時間，瑞典 3R 夾具僅用 1 分鐘，即可完成線切割機床夾具的安裝與校正。 模塊、組合 夾具元件模塊化是實現(xiàn)組合化的基礎(chǔ)。省工、省時，節(jié)材、節(jié)能，體現(xiàn)在各種先進夾具系統(tǒng)的創(chuàng)新之中。模擬仿真刀具的切削過程，既能為用戶提供正確、合理的夾具與元件配套方案，又能積累使用經(jīng)驗，了解市場需求，不斷地改進和完善夾具系統(tǒng)。 通用、經(jīng)濟 夾具的通用性直接影響其經(jīng)濟性。德國 demmeler(戴美樂 )公司的孔系列組合焊接夾具，僅用品種、規(guī)格很少的配套元件，即能組裝成多種多樣的焊接夾具。 專家們建議組合夾具行業(yè)加強 產(chǎn)、學(xué)、研協(xié)作的力度，加快用高新技術(shù)改造和提升夾具技術(shù)水平的步伐，創(chuàng)建夾具專業(yè)技術(shù)網(wǎng)站，充分利用現(xiàn)代信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與時俱進地創(chuàng)新和發(fā)展夾具技術(shù)。 二、 水泵渦殼的工藝性分析 圖 在室溫到工作溫度范圍內(nèi)，材料盡可能不發(fā)生相變或盡量減少相變。因此基體材料最好是穩(wěn)定的鐵素體 或奧氏體組織。鑄鐵具有良好的鑄造工藝性能，絕大部分渦殼，包括空壓機、水泵等采用鑄鐵材料制造。該零件采用 HT250，可以滿足設(shè)計和加工的需要。對于該零件可采用砂型鑄造或殼型鑄造，由于精度等級的要求，采用殼型鑄造。 （ 1） 出水孔端面到該面大螺栓孔的背面的距離 140mm，留有 3mmm鑄造加工余量，尺寸公差 ? ，可以確定毛坯尺 寸 143? 。 （ 3） 星形面距 R21的圓柱面的最右端 120mm，留有 ，尺寸公差? ，可以 確定毛坯尺寸 ? 。124，留有 3mm的鑄造加工余量，尺寸公差為 ? ，可以確定毛坯尺寸216。 （ 5） 錐面尺寸 ? +? =36 ?? ，機械加工余量 ，尺寸公差 ? ，可以確定毛坯尺寸 ?? 。124 ?? ，定為 A基準(zhǔn)面，要保證星形面與 該孔斷面的垂直度為 ，該面為設(shè)計基準(zhǔn)。剖面 DD、 GG圖中，直徑 216。 零件材料為 HT250，有較好的塑性和工藝性，材料硬度為 187255HB。14 ? 的孔；進水孔端面以及該面的 4個螺紋孔；和進水孔的同側(cè)的兩個大螺栓孔的端面；直徑 216。 （ 1）銑出水孔端面，進水孔端面以及兩個大螺栓孔的背面。大螺栓孔的背面的粗糙蘇要求為，經(jīng)過粗銑即可達到。這兩個基準(zhǔn)面的要求較高，經(jīng)過鉆孔滿足不了那么高的加工精度， 還需配合鉸孔完成。 （ 4）鉆進水孔端面的四個螺栓孔?？?A的粗糙度 ，采用車削可以滿足要求，該孔的孔徑也較大，可以采用粗車和精車兩次完成。 （ 6）銑星形面，鉆孔并攻絲。 設(shè)計任務(wù)書要求該零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為 39600件 /年，該零件屬于輕型零件，由生產(chǎn)類型和生產(chǎn)綱領(lǐng)的關(guān)系可以確定該零件為大批量生產(chǎn)。 ，平面度 。 （ 2）鉆鉸 C、 D基準(zhǔn)面： C、 D基準(zhǔn)面和 B基準(zhǔn)面作為精基準(zhǔn)，精度要求比較高，表面粗糙度 ，通過鉆孔和鉸孔可以達到加工要求。14 ? ，孔深 5 ? ?？椎奈恢枚纫蠛芨撸?B、 C、 D 基準(zhǔn)面都有關(guān)，位置度要求 。進水孔端面保證尺寸 143? ，平面度 。 （ 5）鉆進水孔端面的 4個孔并攻絲：保證螺紋孔的位置度 。Φ 124 ?? 孔公差等級要求較高，為 IT6級，滿足工藝要求的方法是車削，經(jīng)過粗車和精車兩次完成，保證尺寸 216。 （ 7）銑星型面，鉆孔并攻絲： 星形面經(jīng)過粗銑和精銑兩次完成，粗糙度要求 ，保證尺寸 120? ，并且要保證該面與 A 基準(zhǔn)面的垂直度為 。 此方案采用零件圖中 216。這樣我們可以用兩次裝夾實現(xiàn)零件的全部加工，同時也滿足基準(zhǔn)的選用原則。方案二的選擇雖然也能實現(xiàn)加工要求，基準(zhǔn)的選用不符合要求。 4個孔并攻絲 A 及錐面孔 ，鉆孔并攻絲 兩個大螺栓孔的端面 4個孔 并攻絲 ，鉆孔并攻絲 水泵渦殼加工工藝夾具設(shè)計 武漢大學(xué) 畢業(yè)（設(shè)計）論文 9 查《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》表 、 可以確定加工的經(jīng)濟精度及表面粗糙度。 粗銑 1 IT12 145 145177。 銑環(huán)形槽 精銑 IT8 177。 毛坯 177。 毛坯 精銑進水孔端面 IT9 143 143177。 續(xù)表 毛坯 177。 毛坯 Φ 121 Φ 121177。 粗車錐面孔 IT12 177。 銑星型面，鉆孔并攻絲 攻絲 Φ 10 IT12 Φ 10 Φ 10 鉆孔 Φ IT12 Φ Φ ? 精銑星形面 IT9 120 120177。 毛坯 177。主軸可以與動力刀具 配合。機床最大功率為 33kw，可以滿足最大零件直徑不超過 465mm 的零件加工。 切削用量及工時定額 切削用量的一般性選擇原則 在已經(jīng)選擇了刀具的材料和幾何角度的基礎(chǔ)上，用查表法按如下步驟合理選擇切削用量。 ，全部余量盡可能在一次進給中去除，也可 以多次進給完成。常用刀具合理使用壽命參考《實用機械制造工藝設(shè)計手冊》表 82。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金 屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。此外，增大 ap可使走刀次數(shù)減少，增大 f又有利于斷屑。 切削深度的選擇： 粗加工時切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。只有當(dāng)總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。因此，進給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應(yīng)適當(dāng)減小進給量。切削深度、進給量和切削速度三 者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。 水泵渦殼加工工藝夾具設(shè)計 武漢大學(xué) 畢業(yè)（設(shè)計）論文 13 精加工時切削用量的選擇原則 精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。 切削深度的選擇： 精加工時的切削深度應(yīng)根據(jù)粗加工留下的余量確定。 進給量的選擇： 精加工時 限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。 切削速度的選擇： 切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。只有當(dāng)切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 確定每步工序的切削用量和工時定額 粗精銑出水孔端面（ B 基準(zhǔn)面） （ 1）工件材料： HT250 HB=187255HB 殼型鑄造。 2=328mm。 （ 4）刀具：硬質(zhì)合金刀 銑削寬度 錯誤 !未指定書簽。 銑刀幾何形狀根據(jù)表 確定：主刃偏角 錯誤 !未指定書簽。過渡刃偏角 錯誤 !未指定書簽。副刃偏角 錯誤 !未指定書簽。后角 a0=10176。前角 錯誤 !未指定書簽。 (5)確定切削深度 ap 因為粗銑和精銑余量小，故粗銑 ap=1mm，精銑 ap=，一次走刀即可完成。 根據(jù)機床功率為 33kw，刀具為硬質(zhì)合金端銑刀，可查《機械加工工藝手冊》表 得到 錯誤 !未指定書簽。 =。 =，取f=。 銑刀直徑 50mm，查《切削用量簡明手冊》表 可得刀具使用壽命 T=120min (8)計算切削速度 錯誤 !未指定書簽。 已知： d0 =50mm， z=4，粗銑 錯誤 !未指定書簽。 =，精銑 錯誤 !未指定書簽。 ＇ 粗銑 錯誤 !未指定書簽。 =150m/min 錯誤 !未指定書簽。 =錯誤 !未指定書簽。 ＇ =錯誤 !未指定書簽。 r/min=956r/min 水泵渦殼加工工藝夾具設(shè)計 武漢大學(xué) 畢業(yè)（設(shè)計）論文 15 從而可算出銑削進給量：粗銑 =錯誤 !未指定書簽。 z178。 =f178。 ＇ =637r/min， 錯誤 !未指定書簽。 =100m/min， 錯誤 !未指定書簽。 =150m/min， f=。 =錯誤 !未指定書簽。 =錯誤 !未指定書簽。 =695N，所以 錯誤 !未指定書簽。 =錯誤 !未指定書簽。 ==33kw＞ 因此所選切削用量可行。 ＇ =637r/min， 錯誤 !未指定書簽。 =100m/min， 錯誤 !未指定書簽。 精銑的銑削用量： 錯誤 !未指定書簽。 =， 錯誤 !未指定書簽。 =， =478mm/min 錯誤 !未指定書簽。 = vfL () L=l+y+Δ ，根據(jù)《切削用量簡明手冊》表 ，可知 錯誤 !未指定書簽。 所以粗銑時的基本工時 tm =?錯誤 !未指定書簽。 =。 （ 2）工件尺