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青島理工大學機械加工工序卡產品型號產品名稱解放牌汽車車間金工毛坯種類鑄造設備名稱臥式車床夾具編號專用夾具JJ-C01工位器編號工步號工步名稱工藝裝備描圖1粗車大端兩端面至厚34mm端面車刀2半精車大端端面至厚度32mm端面車刀3粗車50至57外圓車刀4半精車57至60外圓車刀描校底圖號裝訂號標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號零件圖號831012TZBWK02零件名稱前剎車調整臂外殼共 頁第 1 頁工序號工序名稱材料牌號1車削KT350毛坯外形尺寸每毛坯可制件數每臺件數159883611設備型號設備編號同時加工件數C620-1CM-011夾具名稱切削液車床夾具工位器具名稱工序工時準件單件127.5主軸轉速/(rmin-1)切削速度/(mmin-1)進給量/（mmr-1）背吃刀量/mm進給次數工時/s機動單件/s18537.750.5125718537.750.5125715025.910.713.519.615025.910.711.513.9設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）簽字日期夾具編號專用夾具JJ-C01工位器編號青島理工大學機械加工工序卡產品型號CA10B產品名稱解放牌汽車車間金工毛坯種類鑄造設備名稱立式銑床夾具編號專用夾具JJ-X01工位器編號工步號工步名稱工藝裝備描圖1銑小端面直柄銑刀描校底圖號裝訂號標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號零件圖號831012TZBWK03零件名稱 前剎車調整臂外殼共 頁第 2 頁工序號工序名稱材料牌號2銑削KT350毛坯外形尺寸每毛坯可制件數每臺件數159883611設備型號設備編號同時加工件數X5012XM-011夾具名稱切削液 銑床夾具工位器具名稱工序工時準件單件49.2主軸轉速/(rmin-1)切削速度/(mmin-1)進給量/（mmmin-1)背吃刀量/mm進給次數工時機動單件/s13016.20.152249.2設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）簽字日期夾具編號專用夾具JJ-X01工位器編號青島理工大學機械加工工序卡產品型號CA10B零件圖號產品名稱解放牌汽車零件名稱車間工序號金工3毛坯種類毛坯外形尺寸鑄造1598836設備名稱設備型號立式鉆床Z535夾具編號專用夾具JJ-Z01工位器編號工步號工步名稱工藝裝備主軸轉速/(rmin-1)描圖1鉆11麻花鉆119602擴12擴孔鉆12530鉸12高速鋼鉸刀100描校底圖號裝訂號標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號簽字831012TZBWK04前剎車調整臂外殼共 頁第 3 頁工序名稱材料牌號鉆削KT350每毛坯可制件數每臺件數11設備編號同時加工件數ZM-011夾具名稱切削液鉆床夾具工位器具名稱工序工時準件單件12.9切削速度/(mmin-1)進給量/(mm/r)切削深度/mm進給次數工時機動單件/s33.160.321214.6819.970.51214.521213.6設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）日期工序號3毛坯外形尺寸1598836設備型號Z535青島理工大學機械加工工序卡產品型號CA10B零件圖號產品名稱解放牌汽車零件名稱車間工序號金工4毛坯種類毛坯外形尺寸鑄造1598836設備名稱設備型號立式銑床X5012夾具編號專用夾具JJ-X01工位器編號工步號工步名稱工藝裝備主軸轉速/(rmin-1)描圖1銑方槽至寬26mm圓柱銑刀3552銑方槽至寬26mm圓柱銑刀355描校底圖號裝訂號標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號簽字831012TZBWK05前剎車調整臂外殼共 頁第 5 頁工序名稱材料牌號銑削KT350每毛坯可制件數每臺件數11設備編號同時加工件數XM-011夾具名稱切削液銑床夾具工位器具名稱工序工時準件單件46.3切削速度/(mmin-1)工作臺進給量/mmin-1)背吃刀量/mm進給次數工時機動單件/s3.91652132.733.94000.5113.5設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）日期工序號4毛坯外形尺寸1598836設備型號X5012青島理工大學機械加工工序卡產品型號CA10B零件圖號產品名稱解放牌汽車零件名稱車間工序號金工5毛坯種類毛坯外形尺寸鑄造1598836設備名稱設備型號立式銑床X5012夾具編號專用夾具JJ-X02工位器編號工步號工步名稱工藝裝備主軸轉速/(rmin-1)描圖1銑凸臺1直柄銑刀1302銑凸臺2直柄銑刀1303銑凸臺3直柄銑刀130描校底圖號裝訂號標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號簽字831012TZBWK06前剎車調整臂外殼共 頁第 6 頁工序名稱材料牌號銑削KT350每毛坯可制件數每臺件數11設備編號同時加工件數XM-011夾具名稱切削液銑床夾具工位器具名稱工序工時準件單件122.4切削速度/(mmin-1)進給量/(mm/r)背吃刀量/mm進給次數工時機動單件/s16.20.152240.816.20.152240.816.20.152240.8設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）日期工序號5毛坯外形尺寸1598836設備型號X5012青島理工大學機械加工工序卡產品型號CA10B產品名稱解放牌汽車車間金工毛坯種類鑄造設備名稱立式鉆床夾具編號專用夾具JJ-Z02工位器編號工步號工步名稱工藝裝備描圖1鉆13孔至12麻花鉆2擴13孔至13擴孔鉆3鉸13孔高速鋼鉸刀4鉆13.8孔至13麻花鉆5擴13.8孔至13.8擴孔鉆描校6鉸13.8孔高速鋼鉸刀7鉆16至15麻花鉆底圖號8擴16至16擴孔鉆9裝訂號101112標記處數更改文件號簽字日期標記處數更改文件號零件圖號831012TZBWK07零件名稱 前剎車調整臂外殼共 頁第 7 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頁1每臺件數1備注工段設備工藝裝備工時準終單件/sC620-1專用夾具JJ-C01C620-1專用夾具JJ-C01127.5X5012專用夾具JJ-X0149.2Z535專用夾具JJ-Z0112.8X5012專用夾具JJ-X0146.3X5012專用夾具JJ-X02122.4Z535專用夾具JJ-Z0255.9Z535專用夾具JJ-Z0231.9Z535專用夾具JJ-Z01178.4Z535專用夾具JJ-Z0349.412060設計（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）簽字日期夏亮亮20100501附件1
用于金屬切削的空冷技術
---------布賴恩博斯韋爾和蒂拉克
機械工程學系，科廷科技大學，
郵政總局信箱U1987，西澳大利亞珀斯6845
摘要：
空氣冷卻干燥加工都是切割金屬行業(yè)為處理長期運行時為延長刀具壽命，降低機床故障和盡量減少在刀尖產生的熱量等問題進行試驗所獲得的可能的解決方案。迄今為止，這個行業(yè)仍不得不使用大量昂貴的會造成環(huán)境破壞和健康危害的冷卻劑。如今，干加工引入金屬切削行業(yè)的目的是不懈地努力減少加工費用和化學物質對環(huán)境的影響?，F代加工工具已經有能力維持其刀刃在較高溫度下切割，然而即使有了這種改善，切削刃最終也會損壞。應用冷空氣吹入這些現代工具的結合面也將有助于延長工具壽命，減少切削損失?？諝飧稍锛庸け挥糜诘焦ぞ呓缑嬖谶@篇文章中認為有可能替代有害液基冷卻。然而，低對流散熱率與傳統(tǒng)空冷相關方法一般是不足以及時散掉激烈的切割產生的熱量，適當的能夠提高冷卻的過程方法，還沒有建立起來。
引言
本研究旨在探討一種被稱作朗克，希爾施渦旋管的，在加工過程中用于冷卻的有效設備。該?朗克- 希爾施渦旋管的影響是在30年代初，它的發(fā)明引起了很大轟動，因為它表明，通過壓縮空氣一管有可能產生熱冷空氣。起初 人們很難相信，這種裝置可以產生熱空氣和冷空氣并且達到有用的流量。渦旋管一個沒有移動部件，簡單的裝置同時生產冷，熱空氣流。但是，到目前為止，很少有確定利用冷卻工具渦流管的效率的研究。因此，為確定在刀刃上的熱效率轉移過程的一系列實驗調查已經開始進行了。這些試驗將確定最合適的參數使用，如冷和熱空氣的質量流量，冷熱管直徑、長度，和可實現的冷空氣最低氣溫。風冷從未被制造業(yè)采用是由于這樣一個事實，多年來，傳統(tǒng)的切削液已被證明是在機械加工冷卻過程中有效的方法。這項研究結果將證明，在很多加工設備中，空氣冷卻都可以取代傳統(tǒng)的切削液，不會減少刀具壽命或也不會造成工作質量的下降或是影響工件表面的完成。
給工件表面提供冷空氣的朗克，希爾施渦旋管的使用說明表明提高空冷性能的重要。刀具結合界面的溫度記錄清楚地表明，刀刃的溫度有顯著的減少。用顯微鏡觀察可發(fā)現，這種溫度減緩降低了機械齒面的磨損。因此，當刀面用風冷時，監(jiān)測后刀面磨損的發(fā)展情況，顯示著被延長了的刀具壽命。
該?朗克，希爾施渦管[1]是一個了不起的設備，它能夠同時獨立為兩個不同的氣流，一股比進來的空氣熱和另一股比進來的空氣冷，其間沒有任何移動部分參與。該設備分離產生的冷空氣和熱空氣穿過渦流管時的溫度是尚未完全清楚。這是一個被稱為麥克斯韋妖怪，一個幻想不經任何工作就能分離熱量的裝置。這種渦管基本上包括三個管和一個使壓縮空氣在冷管處的溫度較低的供應裝置。
?朗克[2]試圖利用這種無運動部件就能產生熱空氣和冷空氣的奇怪設備的商業(yè)潛力。不幸的是，這家合資公司失敗了，渦流管也因此變得無人問津。該裝置把冷傳到熱所依據的能量轉移原理仍然很難理解。然而，對于這個基本物理現象有一場辯論，盡管大多數研究者認為該設備是基于互動動蕩，可是由壓縮和剪切的工作過程，卻表現出浦大衛(wèi)的戴斯勒和[3]分析。
最近，研究分為兩類。
第一 類稱為外部研究關注與該管的性能。它是發(fā)現 Gulyaev [4]，該比例最低的長度管的直徑是13。其他的研究建議40比50為最佳運作。至于隔膜，最適尺寸是2:3的比例膜片直徑管的直徑。
渦流管由三個重要部分組成，空氣進入到旋渦發(fā)電機（這增加了空氣的速度）的中間部分，冷軋管，熱管，如圖1所示。
通常熱管是約350毫米長，并在底部有一個錐形閥控制流出的熱空氣量。
渦流發(fā)生器的右側是冷軋管出口。渦流發(fā)生器和冷軋管之間有個中心帶有可以很容易改變大小的孔的隔膜，。帶有可大可小孔的隔膜還可以增加或減少在寒冷的出口所得的溫度。考慮到上述渦管，壓縮空氣以聲波速度供應到圓形管，并產生一個每分鐘1萬轉氣旋（渦流）?？諝馐潜黄茸孕M入中心，在那里它然后沿著熱管當前最不抵抗氣流的道路逃離。
旋轉的空氣，因為它繼續(xù)沿管前行，直到它達到了錐形閥的地方變成了旋轉的空氣柱（渦部分內部本身）。較慢的內空氣柱的旋轉流動的空氣放棄了它的熱量，讓其更快的旋轉到空氣柱外。
寒冷的空氣撞倒正奉命出的渦流發(fā)生器的旋轉空氣并且冷端的熱空氣耗盡流出的渦流管的另一端。調整錐形閥將內置悶熱的空氣排出可以改變這兩個溫度，空氣流低至-55 ° C的由圖所示。
渦流理論
目前沒有人能確切地解釋為什么渦管會如此運作：這個過程本身正如萊溫和Bejan [6]所述的那么簡單。切向進氣噴嘴對渦流發(fā)生器，因此可以提供一個高速旋轉產生的氣流旋渦。后來，有一徑向溫度梯度由管芯到管外壁增加。這是主要是因為空氣的壓縮勢能轉換為動能，由于附近空氣中的外切向力矩進口形成的強迫渦。因此，高速旋轉內流管，遠離墻壁產生。渦旋內的熱管現有的空氣，通常與大氣溫度相等，當旋轉氣流的渦管流進它就擴大了，但其溫度下降到比環(huán)境溫度低。兩氣溫的區(qū)別將導致溫度梯度沿管生產比周圍空氣的核心更冷的空氣。因此，中央空氣分子將失去熱將到達外部區(qū)域，如圖所示3。
值得注意的是，該系統(tǒng)是一個動態(tài)的系統(tǒng)由于對管內氣流的性質，因此將無法達到平衡。因此，周邊的空氣有較高的動能（溫度超過內空氣（冷））。
一個主要的壓力梯度由于在徑向方向被迫渦將提供一個圓形旋轉的向心力，因此這將導致高壓的在管壁上，并低壓在中心處。當空氣進入到周邊地區(qū)（A），隨著它的膨脹，由于它的擴張外部空氣得以冷卻。因此，內核的空氣（B）會得到溫暖，因為它是由壓縮周邊膨脹的空氣。然后轉熱從內核（B）到外核心（A）。由于內部空氣被壓縮，自然會嘗試推著向周邊膨脹。因此，處理外核的空氣，然后加熱，由于膨脹和壓力的不同，這會導致對工作要做周圍的空氣得到不同結果收縮的空氣。因此，熱量轉移徑向向外圖所示4。當空氣繼續(xù)沿管旋進產生的更多的分離能量將發(fā)生軸向對流，而使空氣向熱端移動。在這個進程中，將熱量從核心轉的空氣移到外部空氣。
隨著氣流到達最熱時，一小部分的空氣將通過位于熱端的錐形閥門排出，依靠臨近中心的不良壓力梯度，剩下的空氣將在冷端旋轉，如圖所示5。
其余部分的溫暖的空氣保持垂直流動，其運動方向要么是沿管道順時針要么是逆時針。
此外，這種氣流 在管內核心的空氣產生的氣流的壓力也較低。如果兩空氣流的角速度保持，這意味著任何兩個取自圖 4的粒子：示意圖陣地周邊和內部核心空氣
圖5：在渦管氣流模式圖無論是空氣流將采取同樣的時間才能完成圍繞管周長一次循環(huán)。從角動量守恒原理，它似乎是在內核分子角速度將增加，見EQ：
公式表明，在內部的核心中，RA的值（徑向距離測量中心在管中特別關注分子）很小，應該有一個相應的增加分子的角速度，以便讓總的角動量守恒系統(tǒng)。此假設是微不足道，在管道內兩任何空氣分子的質量差異。然而，某一角速度在內部核心分子保持不變。這也就是說，在渦流管內的核心，角動量實際上已經失去了。由于熱量轉移到外的核心，對內核的角動量不保留或有更具體的跌幅，這將導致核心能量從內到外轉移。
內核的熱能損失事外核心范圍內的空氣分子升溫。因此，外核變熱和內核變涼。 當達到熱極限，通過熱錐形閥和管壁（熱插座）之間的小開口將周圍的空氣逸出。不過，中央的空氣較冷，是由錐形閥軸偏轉，并繼續(xù)對從熱端流向冷管。只有最里面的空氣分子通過隔膜和從收集冷空氣的出口溢出。因此，空氣分子被分為冷流和熱流通過渦流管的冷熱兩端。
該圖 6很好的繪出了渦流管。重要的是要注意，特別是在熱端管發(fā)生分離。該錐形主軸（錐形閥），的目的是將一個寒冷的空氣逆流到管軸向地區(qū)。該隔膜（孔另一方面）是用來擋周圍的空氣，使中央流會通過冷端溢出。渦管部件的缺少可能會造成這種錯誤的假設，這種現象是違反熱力學規(guī)律的。
事實上，如果沒有在室溫下做任何工作，空氣流可以分為兩個不同的蒸汽，這一冷一熱劃分工作，似乎違背了熱力學第二定律。不過，關鍵是要提的是，盡管有這個誤導的觀念，可是物理保持不變。雖然，該渦管物理學是復雜的，但作為熱力學的基本原理研究，可以幫助加深對渦流管內發(fā)生了什么進行更深入的了解。
熱力學第一定律是關于節(jié)約能源。根據這項規(guī)律，在系統(tǒng)之間的反應，它的環(huán)境，能源可以使從周圍接收到該系統(tǒng)與從系統(tǒng)中傳給周圍的能量值相等。這種能量可以由兩個不同狀態(tài)顯現：熱和功。因此，對于每一個具體的控制體積熱力學系統(tǒng)：圖7：一渦管控制體積示意圖
制冷實際情況對于確定該冷卻裝置的性能系數是如此的重要。
因此，確定性能系數的旋渦管和比較與傳統(tǒng)制冷性能系數在使用它來確定它的效率，似乎合乎邏輯。渦流管可以用作制冷設備在寒冷的管壁是用來降低溫度或作為加熱裝置，當熱管墻是用來增加外殼溫度。應該指出的是，對面是什么通常在熱力學看，在這種情況下渦管是一個開放的控制儲存裝置。如果系統(tǒng)認為是穩(wěn)定的狀態(tài)，然后從第一定律熱力學：
其中，DH_是系統(tǒng)焓的變化和平行的演算法之間的系統(tǒng)及其周圍環(huán)境的熱量交換。
讓我們假定平行的演算法近似為零，即使冷軋管上可能有霜凍，熱管是很溫暖。如果是這種情況則：
在那里，_Hc是冷流焓變化和_HH是熱焓變流。假設為理想氣體，總焓變的空氣可以寫為：
其中，mc，在冷管的質量流量，氫是熱管的質量流量，Tc是冷空氣的溫度，Ti是進風溫度，Th是熱空氣的溫度和Cp為空氣比熱在不斷的壓力和承擔可逆的絕熱過程。通過應用熱力學第二定律上述：
其中，_S是總熵變，q是傳熱和T為絕對溫度。
在實際的穩(wěn)態(tài)控制體積熵的變化是：熵變化的實際控制數量， 穩(wěn)定狀態(tài)是：
其中，_Sc和_Sh是從入口到出口的熵變的部分進入寒冷的空氣管留下了，一部分是進入熱管。
對于理想氣體（空氣）比熱，熵變化可以
在那里我的下標，C和H分別進流，冷流和熱流，R是理想氣體（空氣）保持不變。 自冷（或熱外觀）的影響時無運動部件將嘗試管壁考慮為冰箱（或競爭此設備熱泵），估計其系數性能（COP）是有效的。圍繞冷卻效果可以通過放置一個寒冷的管外殼，性能系數，可計算方法是：
冷流通過冷管壁像熱（換熱器）由一些喜歡在一冷箱源（冰箱）和W在本案中是工作壓縮完成從大氣壓力和空氣溫度對管的入口條件。
其中，T2是壓縮機出口溫度和T1是壓縮機進氣溫度（可逆的，多方過程;空氣量：N = 1.4）。如果我們考慮一個完整的系統(tǒng)，P1和T1的是大氣壓力和溫度， P2和T2的是壓縮機出口條件，
空氣被壓縮后，它在保持在高壓狀態(tài)，在當時它冷卻大氣溫度，使音速噴嘴的入口溫度T1，相當于T1的溫度：
方程（23）可從T2的計算式。 （24）這是一個理想的工作值，它比所需的驅動器的實際工作較少于壓縮機。通過考慮上述方程和使用的EQ（21），對渦流管性能系數可以決定的。 實驗分析渦管設計為了幫助比較的渦管數參數是非常有用的使用質量分數為冷這是可以對比以上的渦管范圍測試。此參數是簡單的空氣質量流量比率在管冷端進口處的壓縮空氣的平均流速，。重要的是要注意氣團在管熱端流率各不相同，從它的最高值（即等于質量流量的壓縮空氣）到最低值（這是等于零），并顯示在橫向軸的圖表。在冷端質量流量等于質量差的進氣流量和質量流量率的冷端。因此，通過改變質量在熱端流率，有效地控制你在制冷結束時，其最低流量的大規(guī)模最大的價值。
其中：
mc =空氣質量在冷端流率
mh=空氣質量流率在熱端
mh=壓縮空氣的質量流率在進
寒冷空氣的質量分數為輸入壓縮空氣通過冷端釋放管的百分比。一般來說，稍稍寒冷的空氣被釋放后，就會變得更寒冷。調節(jié)控制閥旋鈕將改變不同寒冷度的質量分數。將給予質量分數高的寒冷更大的氣流，但并沒有給盡可能低的溫度。高質量分數寒氣流與冷溫度組合，產生最大低溫冷藏能力。另一方面低質量分數氣流是指一股出來時體積較小且非常冷的空氣?？傊?，較少的空氣被釋放，空氣變得更冷。在最冷的那頭，速度對溫度下降的影響很有效，因為如果產生最低氣溫的速度是已知的，那么，壓縮空氣的壓力和冷噴嘴直徑可以達到最優(yōu)化。噴嘴直徑的減少也將迫使空氣向熱端流動，并會導致對渦管效率的提高有一定影響。
估計的性能系數可以用來給出了該冷卻系統(tǒng)的制冷性能，這是一個能夠確定渦流管的性能。
這對渦流管性能系數計算用到公式（21），并發(fā)現了1.38的價值。與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)通常約為3.5的值相比，1.38這個值較低。即使這表明，渦流管是不是空調系統(tǒng)的理想器件，它仍然合適現場冷卻。對渦流管顯示設計的測試，寒冷氣流的溫度下降的寒冷的質量分數由、是渦流管的一個功能，如式（27）所示。從這些實驗情況表明，噴嘴使之產生一個最大降溫如圖?9所示。這已是最小光圈噴嘴直徑（直徑3毫米之間的發(fā)電機和冷渦管）?？梢詮倪@些測試得出結論，冷渦發(fā)生器出口直徑越小，溫度下降越大。
檢查（圖8 - 11B條）顯示的趨勢，最低氣溫伴隨低的寒質量分數發(fā)生。不幸的是，該流量計沒有測量接近零的寒冷質量分數的能力。因此，它無法找到確切的最低氣溫出現時的寒冷的質量分數。雖然，從圖就可以假設這個值將介于0和0.1。在冷空氣出口產生最大的溫降，同時在熱空氣出口產生最大的溫升，這個結果顯示在用噴嘴 1時寒冷質量分數在0.6和0.7之間，如圖8所示。 此圖形9顯示了不同噴嘴直徑圖的趨勢，從0都開始增加至最高點，然后有一個溫度下降趨勢。這種方式是可以預見的，因為它是已知的，寒冷的質量分數低，一內旋轉氣流有很高的比例加入在出口外流動的熱空氣，因此，熱氣流的溫度下降。由于錐形閥逐漸打開，一場更高的比例熱空氣逃脫出口，而其余部分則返回混入渦旋空氣中通過冷端回來。這讓熱氣流溫度增加至其最高點以及生成最冷空氣。繼續(xù)打開超出其最佳位置錐形閥可以通過額外的空氣逸出，使熱空氣出口溫度降低。
該熱管的長度對能源上的渦管分離有重要的影響，可以由（圖10A條，二）證明。例如，通過增加熱管長度，溫度下降的快。這是由于空氣內流有更多的時間將能量轉移到外部氣流。但是，對大于對360毫米的渦流管進行測試顯示：一旦超出了熱管的最佳長度，溫度下降速度開始下跌。這種溫度的下降減少所造成的能量，使得外熱流量開始讓內流升溫，當內流時到達錐形閥，它返回到更冷的溫度冷端。
從圖中可以得出結論說，所有的長度，最高溫度可以通過增加0.4和0.7之間的寒冷質量分數進行測試。
另外一個重要參數，對渦流管影響較大的是壓力，因為所示（圖11A條，乙），這表明一般通過增加更大的壓力，您會獲得一個溫度下降。薩迪和亞茲迪[7]從他們的研究還發(fā)現，通過增加管長，溫差增大，對能源的損失減少了。
斯蒂芬[7]在他的實驗得到那些類似的趨勢，在米= 0.8米= 0.95間得到最高溫升。為此渦管的最高值被發(fā)現是在m= 0.5和m = 0.7間，如圖11 b所示：作者與斯蒂芬的渦管比較這些寒冷分數的測試，存在幾何上的不同。
風冷金屬切削
在刀尖嵌入的熱電偶的位置圖12上顯示，最接近被測量工具接口由13個頻道（Ch13熱電偶）。圖13顯示了渦管，產生的冷空氣正在走上工具界面直接在金屬切削試驗。這一過程的空氣冷卻性能可以進行評估，確定了此加工條件對刀具壽命等的影響。如圖14所示的在測量工具提示之前加工與記錄-5℃的溫度熱電偶2，如通道熱電偶（Ch13）和（Ch15）表示
當空氣渦流出口已達到-30℃左右，加工開始。正如在刀尖溫度升高的現象[9]，該工具上升到了60攝氏度的溫度穩(wěn)定狀態(tài)，如圖15所示。
在最后一點溫度下降時，表示已停止進料，沒有更多的鐵削正在生成。這使冷卻空氣流過該工具時提供一個從減少工具的溫度，加快工具更快的散熱，如圖16所示。
在切削實驗的過程中渦流管的霜凝可以清楚地看到確認，渦流管是提供極冷的空氣。
空氣冷卻對刀具壽命的影響
據了解，所有的磨損機制都會減少高溫下刀具壽命[10]。 在寒冷的空氣中，應用工具顯示會避免長時間在尖端的溫度下使用工具能夠讓刀具有一個較長的壽命[11]?？諝饫鋮s系統(tǒng)的效率可以顯示，磨損為干切一1分鐘，7分鐘的加工風冷削減之間的比較。圖第17A - D顯示的后刀面磨損下一個具有63光學顯微鏡的放大倍率設定時間。
后刀面磨損的發(fā)展證明需要更長的時間，發(fā)展空氣冷卻時，應用到切削區(qū)，如圖17d所示。
經過七年的干式加工分鐘前刀面的月牙洼磨損開始發(fā)展，在0.5毫米的側面，如圖18a所示。干式加工將進一步加快這一磨損率。在這個階段，刀具半徑沒有顯示出磨損跡象和頂部側面邊緣沒有明顯的缺口?？諝饫鋮s工具顯示在頂部前刀面和后刀面磨損沒有明顯的跡象是刀具磨損也大大減少。在干燥和空氣的冷卻表示，該芯片產生的熱量多，正在切削區(qū)慢慢消退。圖19顯示了在干燥和空氣冷卻刀尖試驗產生的鐵屑。左側是干燥刀尖試驗和右側是空氣冷卻產生的鐵屑。
總結
先前的研究，如劉等人。[12]證明，壓縮空氣沒有像油水乳液或水蒸汽達到工具的界面，使之良好散熱。然而，結果得到利用壓縮空氣與渦管結合表明，這種冷卻工具接口方法是有效的，與傳統(tǒng)的冷卻方法相比,格外好。在圖20中可以看出，此種方法的溫度記錄是60℃，比傳統(tǒng)的濕加工降低40℃，比干加工低了210℃。這些溫度距工具界面1毫米開始測量，所以其在這個位置產生的溫度記錄要比工具表面的低一些。但是，必須假定該工具界面以及工具的測點的溫度將減少。因為我們知道，刀具壽命和磨損機制之間的關系將由切削溫度升高顯示出來，所以是檢測空氣冷卻效率的最便捷的方法就是通過檢測刀具壽命。該工具的使用在顯微鏡的尖端檢測證實，該工具被空氣冷卻時磨損減少，具有更長的刀具壽命。渦管空氣冷卻系統(tǒng)證明能夠使刀尖有效散熱，，證明空氣冷卻是一個冷卻刀具尖端的有效方法。因此，干加工進行金屬切削時，空氣冷卻的首選方法應納入，因為它沒有相關的環(huán)境問題，并延長了刀具壽命。
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青島理工大學
畢 業(yè) 設 計（論 文）
題目前剎車調整臂外殼機械加工工藝規(guī)程及其專用夾具設計
畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 姓名 下發(fā)日期 題目 前剎車調整臂外殼加工工藝規(guī)程及專用夾具設計 專題 1. 設計 CA10B 前剎車調整臂外殼加工工藝設計 2. Ф60 孔及端面加工車床夾具設計, Ф13.8 和 Ф16 沉孔加工鉆床夾具設計 主 要 內 容 及 要 求 要求： 在指導老師的幫助下，根據設計任務，合理安排時間和進度，認真地、 有計劃地按時完成任務，培養(yǎng)良好的工作作風。工藝規(guī)程設計應該注意 理論和實踐的結合滿足加工質量，生產率，經濟性要求，機床夾具設計 方案應該合理。計算步驟清晰，計算結果正確；設計制圖符合國家標準； 使用計算機繪圖；說明書要求文字通順，語言簡練，圖示清晰。 主要內容： （1） 確定生產類型，對零件進行工藝分析。 （2） 選擇毛坯種類及其制造方法，繪制零件—毛坯圖。 （3） 擬定零件的加工工藝過程，選擇各工序的加工設備和工藝裝備，確定各 工序切削用量，計算工序的工時定額。 （4） 填寫工藝文件： 工藝過程卡片，工序卡片。 （5） 設計指定工序的專用夾具，繪制裝配總圖和主要零件圖。 （6） 撰寫畢業(yè)設計說明書。 任務內容： 設計說明書不少于 45 頁，查閱文獻 10 篇以上，翻譯英文資料，譯文數 量不少于 5000 字，繪制圖紙折合總量不少于兩張半的 A0。 主要技 術參數 該零件圖一張，年生產綱領 8000 件，每日一班。 進 度 及 完 成 日 期 3 月 8 日—3 月 19 日 ：實習 二周 3 月 22 日—3 月 26 日 ：繪制被加工零件圖和毛坯圖 一周 3 月 29 日—4 月 9 日 ：繪制加工工藝路線，編制工藝卡 二周 4 月 12 日—4 月 23 日 ：進行設計和計算 二周 4 月 26 日—5 月 14 日 ：設計夾具裝配圖 三周 5 月 17 日—5 月 28 日 ：設計夾具的零件圖 二周 5 月 31 日—6 月 4 日 ：翻譯英文資料 一周 6 月 7 日—6 月 11 日 ：編制和整理設計計算說明書 一周 6 月 14 日—6 月 18 日 ：機動 一周 6 月 21 日—6 月 25 日 ：準備答辯和答辯 一周 教學院長簽字 指導教師 簽字 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期 指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日 答 辯 委 員 會 評 語 指導教師給定 成績(30%) 評閱人給定 成績(30%) 答辯成績 （40%） 總 評 答辯委員會主席 簽字 評 定 成 績 I 摘要 調整臂外殼的加工工藝及專用夾具設計，考慮到零件在機床運行過程中所受沖 擊不大，零件結構又比較簡單，故選擇鑄造。調整臂外殼的主要加工面是調整臂的幾 個端面、方槽和孔，由于面的加工精度要比孔的加工精度容易保證。因此，采用先面 后孔的原則，以保證加工精度。該設計中，應先以大端外圓加工出兩端面，再以該基 準面加工小段端面和相應的孔。在其余工序中，均以此孔與端面為定位基準，加工調 整臂的孔、槽和一些端面，在整個加工過程中，用到了車床、銑床和鉆床。為了加工 精確快速，特別設計了銑側面、鏜孔和銑槽的專用夾具，并對它們的定位都采用了一 面兩銷定位。由于該零件的尺寸不大，所需的夾緊力不大。因此，夾緊方式都采用手 動夾緊，它的夾緊方式簡單，機構的設計更為方便，滿足夾緊要求。 關鍵詞： 調整臂外殼零件，毛坯，加工工序，切削用量，專用夾具，裝夾 II ABSTRACT Adjusting arm housing processing technology and special fixture design， Taking into account the parts in the machine is not running during the hardest hit, spare parts and relatively simple structure, so select the cast. Adjusting arm housing the main processing area is to adjust a few arm end, square slots and openings, due to surface precision machining accuracy than the hole is hard to guarantee. Therefore, using the principles of the hole after the first plane to ensure accuracy. The design should be the first to be processed into both ends of the big end of cylindrical surface, then the base- level face processing in short sections and the corresponding hole. In the remaining processes are positioning this as the base hole and face processing adjustment arm holes, slots, and some face in the whole process, the use of the lathe, milling and drilling. In order to precise and rapid processing, specially designed side milling, boring and milling slot fixture, and their positioning have adopted the two side pin positioning. As the size of the parts is not required clamping force is not big. Therefore, the clamping means are manually clamped, clamping it simple, more convenient for the design of institutions to meet the clamping requirements. Key words: Adjustment arm shell parts, rough, processing technology, a dedicated fixture, positioning, clamping III 目錄 摘要 .................................................................................................................I ABSTRACT .................................................................................................II 目錄 ..............................................................................................................III 第一章 緒論 ................................................................................................1 第二章 概述 ................................................................................................2 2.1 夾具夾緊裝置及夾具體的基本要求 .......................................................................2 2.2 機床夾具功用 ...........................................................................................................2 2.3 機床夾具在機械加工中的作用 ...............................................................................3 2.4 機床夾具組成 ...........................................................................................................4 2.5 機床夾具的分類 .......................................................................................................5 2.6 機床夾具的設計要求 ...............................................................................................6 2.7 現代機床夾具的發(fā)展發(fā)向 .......................................................................................6 第三章 零件的分析 ....................................................................................8 3.1 零件的作用 ...............................................................................................................8 3.2 零件的工藝分析 .......................................................................................................8 第四章 工藝規(guī)程設計 ..................................................................................9 4.1 確定毛坯的制造形式 ...............................................................................................9 4.2 基準的選擇 ...............................................................................................................9 4.3 制定工藝路線 ...........................................................................................................9 4.4 機械加工余量及毛坯尺寸的確定 .........................................................................11 4.5 確立切削用量及基本工時 .....................................................................................14 第五章 夾具設計 ........................................................................................32 5.1Φ13.8 孔和 Φ16 沉孔加工鉆床夾具設計 ................................................................32 5.2 定位基準的選擇 .....................................................................................................32 5.3 切削力和夾緊力的計算 .........................................................................................33 5.4 定位誤差分析 .........................................................................................................33 5.5 夾具設計及操作的簡要說明 .................................................................................34 參考文獻 ......................................................................................................35 IV 致謝 ..............................................................................................................36 附件 1 ...........................................................................................................37 附件 2 ...........................................................................................................53 1 第一章 緒論 隨著科學技術的進步和生產力的發(fā)展，要求機械工業(yè)不斷提供先進的技術設備， 加之市場需求的變化多端，產品更新換代的周期越來越短，多品種、小批量生產的比 例在提高。這樣，傳統(tǒng)的生產技術準備工作，很不適應新的生產特點。為了適應機械 工業(yè)又好又快發(fā)展的需要，機床夾具的設計與制造技術也必須與時俱進，要求企業(yè)的 高級技能人才能不斷設計出構思合理、結構準確、工藝精良的夾具。所以，在大學畢 業(yè)之前，選擇簡單的夾具設計，希望通過此次設計，在過程中希望得到以下訓練： （1）運用機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產實習中學到的實踐知識， 正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題， 保證零件的加工質量。 （2）提高結構設計能力。通過設計夾具的訓練，獲得根據被加工零件的加工要求， 設計出高效，省力，經濟合理而能保證加工質量的夾具的能力。 （3）學會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱，出處， 能夠做到熟練的運用。 （4）熟悉零件的工藝制定，和有關計算。 畢業(yè)設計是在學完大學的全部課程之后進行的，畢業(yè)設計對所學各課程的深入綜 合性的總復習，也是一次理論聯系實際的訓練，因此，畢業(yè)設計是大學至關重要的一 環(huán)。本設計就 CA10B 解放牌汽車的前調整臂的外殼的工藝規(guī)程及其加工過程中的專用 夾具進行設計，由于作者的能力有限，設計難免存在不足和錯誤，懇請各位老師給予 指教，在此致謝！ 2 第二章 概述 在機床制造企業(yè)生產中，機械加工、檢驗、焊接、熱處理和裝配等冷熱加工工藝， 都使用著大量的夾具，用以安裝對象，使之占有正確的加工位置。夾具在保證加工質 量，改善勞動條件，提高勞動生產率和降低成本等方面有著極其明顯的經濟效益。因 此，夾具是企業(yè)生產中的一種重要的工藝裝備。 2.1 夾具夾緊裝置及夾具體的基本要求 為了確保工件的加工質量和提高生產率，對夾緊裝置提出“正、牢、簡、快”的 基本要求，如下 1） “正”就是在夾緊過程中應保持工件原有的正確定位。 2） “牢”就是夾緊力要可靠、適當，既要把工件壓緊夾牢，保證工件不位移、不 抖動；又不因為夾緊力過大而使工件表面損傷或變形。 3） “簡”就是結構簡單、工藝性能好、容易制造。只有在生產批量較大的時候， 才考慮相應增加夾具夾緊機構的復雜程度和自動化程度。 4） “快”就是夾緊機構的操作應安全、迅速、方便、省力。 設計夾緊裝置時，首先要合理選擇夾緊力的方向，再確定其著力點和大小，并確 定夾緊力的傳遞方式和相應的機構，最后選用或設計夾緊裝置的具體結構，來保證實 現上述基本要求。 對于夾具體的基本要求，如下： 1）應有足夠的強度和剛度 2）力求結構簡單，裝卸工件方便 3）要有良好的結構工藝性和實用性 4）結構尺寸大小適當且穩(wěn)定 5）排除切削問題要解決 6）夾具在機床上安裝要穩(wěn)定、安全 2.2 機床夾具功用 機床夾具的主要功能如下： 3 1）保證加工質量 使用機床夾具的首要任務是保證加工精度，特別是保證被加工工件的加工面與 定位面之間以及被加工表面相互之間的位置精度。 2）提高生產率，降低生產成本 使用夾具后可減少劃線、找正等輔助時間，且容易實現多件、多工位加工。 3）擴大機床工藝范圍 在機床上使用夾具可使加工變得方便，并可擴大機床的工藝范圍。 4）減輕工人的勞動強度，保證生產安全 采用專用夾具裝卸工件顯然比不用夾具方便、省力、安全、迅速。 2.3 機床夾具在機械加工中的作用 在機床上應用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。 1.機床夾具的主要功能 機床夾具的主要功能是裝夾工件，使工件裝夾中的定位和夾緊。 1） 、定位 確定工件在夾具中占有正確的位置的過程，定位是通過工件定位基準而與夾具定 位元件的定位面接觸成配合實現的，正定位可以保證加工面的尺寸和位置的精度要求。 2）.夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在 加工時，受到各種力的作用若不將其固定，則工件會松動、脫離，因此夾緊為工件提 高了安全和可靠的加工條件。 2．機床夾具的特殊功能 機床夾具的特殊功能主要是對刀與導向。 1）.對刀 調整刀具切削相對工件或夾具的正確位置如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確 定銑刀相對于夾具的正確位置。 2）.導向 如銑床夾具中的鉆模板與鉆套，能迅速的確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削， 4 導向元件制成模板形成故鉆床夾具常稱為鉆模、鏜床夾具（鏜模）也是具有導向的功 能的。 2.4 機床夾具組成 一、機床夾具的基本組成部分 雖然各類機床夾具的結構有所不同但按主要功能加以分析。機床夾具的基本組成 部分是定位元件，夾緊裝置和夾具體三個部分，這也好似夾具體的主要內容。 1.定位元件 定位元件是夾具的主要功能元件之一 ，通常當工件定位基準面的形狀確定后， 定位元件的結構也就確定了。 2.夾緊裝置也是夾具的主要元件之一，一般鉸鏈壓板、螺釘、夾緊裝置等。 3.夾具體 通常夾具作為鑄件的結構、鍛件結構、焊接結構，形狀有回轉體形和底座等多種 定位元件，夾緊裝置等分布在夾具體不同的位置上。 二、夾具的其他組成部分 為滿足夾具的其他功能要求，各種夾具好要設計其他的元件的裝置。 1.連接元件 根據機床的工作特點，夾具在機床上的安裝。 連接常有的兩種方式：一種是安裝在機床工作臺上，另一種是安裝在機床主軸上， 連接元件用于確定夾具本身在機床上的位置。 2.對刀與導向裝置 對刀裝置常見在銑床夾具中，用以對刀塊 調銑刀對刀前的位置，對刀時，銑刀不能與對刀塊直接相連，以免碰傷銑刀的切削刃 和對刀塊工作表面。 導向裝置鉆模板、鉆套、鏜模的鏜模支架。鏜套，它們能確定刀具的位置，并引 導刀具進行切削。 3.其他元件和裝置 根據加工的需要，有些夾具分別采用分度裝夾，例如靠模裝置上下料加工工藝機 器人等。 5 2.5 機床夾具的分類 1.按夾具的通用特性分類 這是一種基本的分類方法，主要反應夾具在不同生產類型中的通用特性，故也是 選擇夾具主要依據。目前，我國常用的夾具有通用夾具、專用夾具和自動化生產夾具 等五大類。 1）.通用夾具 通用夾具是指結構、尺寸已規(guī)格化，具有一定通用性的夾具、如三爪自定心卡盤、 四爪單動卡盤、臺虎鉗、萬能分度頭、頂尖、中心架、電磁吸盤等。其特點是使用 性強，不需調整或稍加調整就可以裝夾一定形狀和尺寸范圍內的各種工件，這類夾 具以商品化，且成為機床附件，采用這種夾具可減少生產周期，減少夾具品種從而 降低生產成本，其缺點是夾具的精度不高，生產效率也較低，且較難裝夾形狀復雜 的工件，故使用與單件小批量生產中。 2）.專用夾具 專用夾具是針對一個工序的要求而專門設計和制造夾具，其特點是針對性極強， 沒有通用性，在產品相對穩(wěn)定批量較大的生產中，常用各種專用夾具，可獲得較長， 隨著現代多品種中小批量的發(fā)展專用夾具在專用性和經濟性等方面已多生許多問題。 3）.可調夾具 可調夾具是針對通用夾具專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的異類新型夾具對不同類型 和尺寸的工件，只需調整或更換原來夾具上的個別定位元件和夾緊元件便可使用。它 一般又稱為通用可調夾具和成組夾具兩種，前者的通用范圍比通用夾具更大，后者則 是一種可調夾具，它按成組原理設計并能加工一組相似零件，故在多品種中，中小批 生產中上午有較好的經濟效應。 4）.組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具，標準的模塊元件有較高的精度和耐磨性，可組裝 成各種夾具，夾具用完后元件既可拆除，又可留用組裝新的夾具，由于使用組合夾具 可縮短生產準備周期，元件能重復多次使用，并且有可減少專用夾具數量的優(yōu)點，因 此、組合夾具在單件中小批多品種生產和數控加工中，是一種較經濟的夾具，組合夾 具也已商品化。 5）.自動化生產專用夾具 6 自動化生產專用夾具主要分為線夾具和數控機床專用夾具兩大類，自動線夾具有 兩種：一種是固定完成夾具，一種是隨行夾具，數控機床夾具還包括加工中心夾具和 柔性制造系統(tǒng)專用夾具，隨著制造的現代化，在企業(yè)中數控機床的夾具比例正在增加， 得以滿足數控機床的加工要求，數控幾傳呼的典型結構是平裝夾具，它是利用標準的 模塊組裝的夾具。 2.按夾具使用的機床分類 這是專用夾具設計使用的分類方法，如車床、銑床、刨床、鉆床、數控車床等夾 具。設計專用夾具時機床的類別、組別、型別主要參數均以確定。它們不同點是機床 切削成型運動不同、故夾具與機床的連接方式不同它們的加工精度要求也各不相同。 2.6 機床夾具的設計要求 設計夾具時必須使工件的加工質量、生產效率、勞動條件和經濟效益等四方面達 到辯證的統(tǒng)一。其中能穩(wěn)定地保證加工質量是最基本的要求。為了提高生產率，夾具 采用先進的結構和機械傳動裝置以及快速高效的夾緊裝置，以縮短輔助時間，這往往 會增加夾具的制造成本，但當工件的批量增加到一定規(guī)模時，因為單件的工時下降所 獲得的經濟效益將得到補償，從而降低工件的制造成本。因此所設計的夾具其復雜程 度和工作效率必須與生產規(guī)模相適應，才能獲得良好的經濟效果。 但是，任何技術措施都會遇到某些特殊情況，故對以上四方面有時候也很側重。 例如對于位置精度要求很高的工件加工，往往著眼于滿足加工精度要求；對于精度要 求不高的而生產批量較大的工件，則需要著重考慮提高夾具的工效。 總之，設計夾具時應該滿足以下幾個基本要求： 1）.保證工件的加工精度 即在機械加工工藝系統(tǒng)中，夾具在滿足以下三個 要求：工件在夾具中的定位，夾具在機床上的位置，刀具的正確位置。 2）.保證工人的造作安全； 3）.達到加工的造作生產率要求 4）.滿足夾具一定的使用壽命和經濟效應 2.7 現代機床夾具的發(fā)展發(fā)向 由于市場需求的變化多端以及機電產品的競爭日益激烈，產品更新換代的周期短， 7 多品種、中小批量生產的比例在提高。為了適應現代化機械工業(yè)向高、精、尖方向發(fā) 展的需要，現代機床夾具也必須與時俱進，傳統(tǒng)的生產技術準備工作和傳統(tǒng)的夾具結 構已經不適應新的生產特點，其發(fā)展方向主要表現為“四化” 。 （1）標準化 夾具的標準化與通用化是相互聯系的兩個方面，在制造典型夾具，結構的基礎上， 首先進行夾具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近 的夾具元件和不見的形成：舍棄一些功能低劣的結構，通用化方法包括：夾具、部件、 元件、毛坯和材料的通用化夾具的標準化階段是通用化的深入并為工作圖的審查創(chuàng)造 了良好的條件。目前，我國已有夾具零件、部件的國家標準以及通用夾具標準，組合 夾具標準等。夾具的標準化也是夾具柔性化高效化的基礎，作為發(fā)展趨勢， ，有利于 夾具的專業(yè)化生產和有利于縮短生產準備周期，降低生產總成本。 （2）可調化、組合化 夾具的可調化、組合化即夾具的柔性化，它與機床的柔性化相似，它是通過調 組合等方式，以適應工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產 批量、工件的形狀和尺寸等，具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通 用可調夾具、成組夾具、模塊夾具、數控夾具等，在較長時間內，夾具的柔性化趨向 將是夾具發(fā)展的主要方向。 （3）精密化 隨著機械產品精度的日益提高，勢必也相應提高對其精度要求。精密化夾具的結 構類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度可達正負 0.1，用于精密車削的高 精度三爪卡盤，其定心精度為 5um，又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的 圓度可達 0.5um。 （4）高效自動化 高效化夾具主要用來減少工件加工的機動時的和輔助時的，以提高勞動生產率， 減少工人勞動強度，常見的高效化夾具有：自動化夾具、告訴化夾具、具有夾緊動力 模塊的夾具等。例如使用電動虎鉗裝夾工件，可使工件效率比普通虎鉗提高了 5 倍左 右；而高速卡盤則可保證卡爪在轉速 9000r/min 的條件下能正常夾緊工件，使切削速 度大幅度提高。 8 第三章 零件的分析 3.1 零件的作用 CA10B 解放牌汽車前剎車調整臂外殼，主要是對前剎車調整臂進行支撐保護。 3.2 零件的工藝分析 零件加工過程中，要保證側孔 φ13.8，φ13，φ16 在同一個中心線上，中心軸線 距定位基準 φ60 孔為 39.5±0.2 的位置精度要求；另外，上端 R11 孔對右側凸臺端面 有 70±0.25 的位置精度要求；零件大端兩側端面相對中心線有 的尺寸要求等。32?0.170 主要工序加工面如下示例： 9 第四章 工藝規(guī)程設計 4.1 確定毛坯的制造形式 零件的材料為 KT350,零件承受的沖擊載荷不是很大，且零件的輪廓尺寸較大，結 構較為復雜，又為大批量生產，而且表面粗糙度質量要求也不是很高，故可采用鑄件， 以提高生產效率和效益。 4.2 基準的選擇 基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，對零件的生產是非常重要。 1） 粗基準的選擇 按照粗基準的選擇原則，應選取盡量不加工的表面為粗基準，故選用 R41 外圓面 及大端端面為粗基準。以 V 型塊定位并進行壓緊。 2） 精基準的選擇 粗加工進行后，以一端端面為精基準，加工另一側端面。仍然以外圓用 V 型塊定 位，加工一側端面和內孔。主要考慮精基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重 合的時候，應該進行尺寸換算，這在以后還要進行專門的計算，在此不再重復。 4.3 制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度的技術 要求能得到合理的保證，在生產綱領已確定為大批量生產的條件下，可以考慮采用萬 能機床以及專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外還應當考慮經濟效 果，以便生產成本盡量降低。 1）工藝路線方案一 工序 1 粗,精車 φ60 孔, φ60 孔前后兩端面； 10 工序 2 粗、精車 φ60 孔左右兩端面； 工序 3 鉆、擴、鉸 φ12 孔,鉆、鉸 5×φ4.3 孔； 工序 4 粗、精車 φ12 孔前后兩端面； 工序 5 粗、精車 φ60 孔上方槽內表面,鉆、鉸 M10X25 螺孔；. 工序 6 擴、鉸 φ13.8 孔、鉆、擴、鉸 φ16 孔,φ13 孔； 工序 7 鉆鉸 Rc1/8 錐孔； 工序 8 去毛刺，檢查。 按此工藝加工不太合理，我們知道對于一般零件采用基準先行原則應該先加工面 后加工孔，才可滿足零件的加工要求，因此換方案如下： 2）工藝路線方案二 工序 1 粗車大端前后兩端面； 工序 2 精車 φ12 孔前后端面； 工序 3 粗車大端左右兩端面； 工序 4 鉆、擴、鉸 φ12 孔； 工序 5 鉆、擴、鉸 5×φ4.3 孔； 工序 6 鉆、擴、鉸 φ60 孔； 工序 7 粗車、精車槽端面； 工序 8 車螺紋孔頂面，鉆攻 M10 螺紋； 工序 9 鉆、擴、鉸 φ13、φ13.8、φ16 孔； 工序 10 攻 Rc 1/8 錐孔； 工序 11 去毛刺，檢驗。 此方案較上述方案更加合理了，但是仍有些不足，例如前幾個工序裝夾反復次數 較多，生產 效率較低，影響經濟效益，不適合大批量生產；工序 6 中的 φ60 孔，由于鑄件孔 徑已經達到 φ50，直徑較大，而精度要求不高，用車削即可。特此修改如下： 11 3）工藝路線方案三 工序 1 車大端兩端面； 車 φ60 孔，采用 C620-1 車床，使用專用夾具； 工序 2 銑小端兩端面； 工序 3 鉆、擴 φ12 孔； 工序 4 一面兩銷，銑方槽； 工序 5 以 φ60 孔，φ12 孔與端面一面兩銷，銑三個凸臺； 工序 6 一面兩銷，鉆、擴、鉸 φ13、φ13.8、φ16 的孔； 工序 7 鉆、攻 M10 螺紋； 工序 8 一面兩銷，鉆、擴、鉸 5×φ4.3； 工序 9 攻 Rc 1/8 錐孔； 工序 10 去毛刺； 工序 11 檢驗。 此工藝路線裝夾重復次數少，加工工序能夠滿足零件的生產要求，生產效率較高， 適合大批量生產，就此采用。 4.4 機械加工余量及毛坯尺寸的確定 CA10B 解放牌汽車前剎車調整臂外殼的材料為 KT350，σ b =350MPa，毛坯重量 2.5kg，生產類型為中批量，鑄造毛坯。 試確定各加工表面的機械加工余量及毛坯尺寸如下： 1） 非加工表面 考慮其零件非加工表面，沒有粗糙度要求，因此直接鑄造可成。 12 2） 大端端面及小端端面沿軸線方向的加工余量 查《機械制造技術基礎課程設計指南》 （以 下稱《設計指南》 ）表 5-4，取鑄件的機械加工 余量等級為 F 時的機械加工余量 RAM 均為 1.5mm；查表 5-1 取公差等級為 CT11，再查表 5-3 得出尺寸公差 CT 為 3.6mm。 由《設計指南》表達式 5-1,5-2,5-3；則毛 坯鑄造時，工件兩側總共需要的留出的金屬余 量(雙側加工 ) ΔR=2RAM+CT/2= 2 1.5+3.6/2=4.8mm，以單? 側為 2.4mm 余量加工，單側工序余量如下： 粗車 2mm； 半精車 0.4mm； 3） 內孔 φ60（已鑄 φ50 孔） ，φ12（已鑄 φ6 孔） 仿照 2） ，查《設計指南》 ，得鑄件留出的金屬余量(雙側加工) φ60 是 10mm，φ12 是 6mm；現制定單側工序余量如下： ① φ60 粗車 3.5mm； 半精車 1.5mm； ② φ12 鉆 2.5mm； 擴 0.5mm； 鉸 0 mm； 13 4） 方槽 同上，取方槽端面鑄造余量為 2.5mm，工序余量 如下： 粗銑 2 mm； 半精銑 0.5 mm； 5） 三個凸臺 同上，取凸臺的鑄造加工余量均為 2mm， 則工序余量如下： 粗銑 1.5 mm； 半精銑 0.5 mm； 6）其他尺寸直接鑄造得到 由于零件的粗糙度要求不是很高，且為中批量生產，應該采用調整加工。因此在計 算最大、最小加工余量時都應按調整法加工方式予以確認。 14 4.5 確立切削用量及基本工時 工序一 以 R41 外圓為粗基準，車大端端面以及 φ60 孔 (1) 加工條件 工件材料：KT350,σ b =350MPa ,鑄造。 加工要求：粗車大端端面，表面粗糙度 Ra=12.5um，半精車大端端面，表面粗糙度 Ra=6.3um；粗車 φ60 孔，表面粗糙度 Ra=12.5um，半精車 φ60 孔，表面粗糙度 Ra=6.3um； 機 床：C620-1 型臥式車床。 刀 具：根據《機械加工工藝手冊》第二卷（以下簡稱《工藝手冊》 ）加工鑄鐵選 擇高速鋼端面車刀。根據車床中心高選擇刀桿尺寸 16mm 25mm；選刀具前角 ＝15°,后?0? 角 ＝8°，副后角 ’=10°,主刃 =60°,副刃 ’=15°0?0?r?r? (2) 切削用量 1）車大端端面 1. 確定進給量 根據《設計指南》表 5-114，當車刀刀桿尺寸為 16mm 25mm，αp≤3mm 時，工件? 的直徑為 60mm-100mm 時，f=0.4-0.5mm/r。根據《設計指南》表 5-57，取 f=0.5mm/r。 2. 計算切削速度 查《工藝手冊》表 1.1-55，車削速度的計算公式 （m/min） vyxpmckfaTvv? 上式中 ， ， mm， ， ， ， ；8.4Cv125.0?pa0?vx5.vy.0?f1vk 計算得，車削速度 m/min。3c 3. 確定主軸轉速 由公式 min/7.1625.10rdvnws ???? 15 按《設計指南》表 5-56，與 162.7r/min 相近的車床轉速為 150r/min 和 185r/min, 現取 185r/min，如果選 150r/min，則速度損失很大，所以實際的切削速度為 =37.76m/min。v 4. 校驗機床功率 由《工藝手冊》表 1.1-57，切削需要的功率 上式中 ， ， ， ， ， ，980?ZFC2pa5.0?f0.1FzX75.?FzY0Fzn 代入計算得 kw；51.P 由《設計指南》表 5-55，查 C620-1 車床的主電動機的功率為 7kw，當主軸轉速為 185r/min 時，主軸傳遞的最大功率為=5.9kw，所以機床的功率足夠，可以正常加工。 故所選 背吃刀量 mm，進給量 。2?parmf/5.0? （3) 基本工時 因為工件面積很小，表面粗糙度要求很低，且若換刀或者變換切削速度所節(jié)約的 時間很少，故只改變切削深度。半精車時再以 0.4mm 為切削深度，其余變量不變，走 刀一次，故車大端端面所需時間 t=28.5s 4=114s。? 2） 車 φ60 孔 (1) 切削用量 1. 確定進給量 根據《設計指南》表 5-114，當刀桿尺寸 16mm 25mm， 時，工件?map53?? 直徑為 60mm 時，f=0.5-0.8mm/r，根據《設計指南》表 5-57，取 f=0.71mm/r。 2. 計算切削速度 查《工藝手冊》表 1.1-55，車削速度的計算公式 416??VcPZFfFZnYXk?sfnt wm5.28.0154???? 16 （m/min） vyxpmckfaTvv? 上式中 ， ， mm， ， ， ， ；8.4Cv125.0?pa2.0?vx5.vy.0?f1vk 計算得，車削速度 m/min。6c 3. 確定主軸轉速 由公式 min/69.145.210rdvnws ???? 按《設計指南》表 5-56，與 162.7r/min 相近的車床轉速為 150r/min 和 185r/min, 選 150r/min，所以實際的切削速度為 =25.91m/min。v 4. 校驗機床功率 由《工 藝手冊》表 1.1-57，切削需要的功率 上式中 ， ， ， ， ， ，980?ZFC2pa71.0?f0.FzX75.?FzY0Fzn 代入計算得 kw；6.1P 由《設計指南》表 5-55，查 C620-1 車床的主電動機的功率為 7kw，當主軸轉速為 185r/min 時，主軸傳遞的最大功率為=5.9kw，所以機床的功率足夠，可以正常加工。 故所選 背吃刀量 mm，進給量 。2?parmf/71.0? (2) 基本工時 因為工件面積很小，若換刀或者變換切削速度所節(jié)約的時間可以忽略，再快速走 刀兩次即可達到表面粗糙度要求。 工序二 以 φ60 孔和大端端面為精基準，銑小端端面 (1) 加工條件 4106???VFcPZFfFZnYXk?sfnt wm6.95018..???? 17 工件材料：KT350,σ b =350MPa ,鑄造； 加工要求：銑小端端面，表面粗糙度 Ra=6.3um； 機 床： X5012 型立式銑床 刀 具：根據《工藝手冊》表 2.1-40 選擇高速鋼銑刀。根據表 2.1-20，選擇刀 桿直徑 d=40mm，長度 L=63mm，齒數 z=8；選刀具前角 ＝15°,后角 ＝12°，已知銑0?0? 削寬度 40mm，銑削深度 αp=2mm，銑雙面。 (2) 切削用量 1. 確定每齒進給量 根據《設計指南》表 5-65，X5012 型銑刀功率為 1.5kw，工藝系統(tǒng)剛性為中等，根 據《工藝手冊》表 2.1-71，查得進給量 f=0.12-0.2mm/z，取 f=0.15mm/z。 2. 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度。 查《工藝手冊》表 2.1-75，銑刀最大的磨損量為 0.5mm，耐用度 90min。 3. 確定切削速度和工作臺每分鐘的進給量 其中 ， ， ， ， ， ，mae40?ap27?vC45.0qv1.?xv4.0yv ， ， ， ， ，8..1???kSvMv 3.uv1.0v3min9T ，d=40 ，將以上數據代入公式：zmfz/5.0Zin/21.78.0415.02971.3.0..3.0vc ???? 確定機床主軸轉速： 。mi/.rdvnwcs?? 根據《設計指南》表 5-72 選擇 n=130r/min，則實際的切削速度為 v=16.2m/min， 所以工作臺每分鐘的進給量 fmz in/156 根據《設計指南》表 5-73，X5012 立式銑床的工作臺進給量選擇 fmz=100mm/min, 則實際每齒的進給量 fz=0.2mm/z。 4.校驗機床功率。 根據《工藝手冊》2.1-78 計算銑削功率的公式為 vpzpTqvckfdvUYXm 18 式中 ， ， ， ， ，294?ZFCpa71.0?f0.FzX72.?FzY ， ， ， ， mm/z，0zn86.uFw2pazf 860q 代入計算得 =930.14N, kw；c5.P 因為 X5012 型銑床的主電動機的功率為 1.5kw，故所選的切削用量可用。 (2) 基本工時 根據《工藝手冊》表 2.1-99，一次進給銑削一端開口槽的基本時間是 由于表面的粗糙度值為 6.3，一次銑削基本就可以達到精度要求，為保證精度要求 合格，可再快速進給一次，機動時間約為 8s。 工序三 以 φ60 孔和大端端面為精基準，鉆、擴、鉸、精鉸 φ12 孔 (1) 加工條件 工件材料：KT350,σ b =350MPa ,鑄造； 加工要求：鉆擴 φ12 孔，表面粗糙度 Ra=6.3um； 機 床： Z535 鉆床 刀 具：根據《工藝手冊》選擇麻花鉆 d=11mm，d=12mm (2) 切削用量 1） 鉆孔 φ11 1. 確定進給量 由《設計指南》表 5-127 可查，當鑄鐵的 σb>200Pb，選 d=11 時，則每轉進給量 f=0.31-0.39mm/r。現根據《設計指南》表 5-66，選擇 Z535 鉆床的進給量為 0.32mm/r。 310???VFcPfcwqueYXpkndzfcff FFZ ?svT flw6.240??? 19 2. 確定鉆頭磨鈍標準及壽命 后刀面最大磨損限度（查《工藝手冊》 ）為 0.6mm，壽命 。min45?T 3. 確定切削速度 根據《設計指南》表 5-134，取切削速度 v=45m/min，所以鉆床的轉速 根據《設計指南》表 5-65 可選 Z535 的轉速接近 1302.8r/min 的是 750r/min，則實 際的切削速度 v=33.16m/min。 （3) 基本工時 2） 擴孔至 φ12。 (1) 切削用量 1. 確定進給量 查《設計指南》表 5-129，擴孔進給量為： ，并由《設計指南》rmf/6.0~5? 表 5-133，最終選定機床進給量為： 。rf/.0 2. 確定切削速度 根據 = ，則主軸的轉速為 ，按鉆擴 vv3.05??min/15~.2 in/4.651~3.r 《設計指南》表 5-65 取 n=530r/min，則實際切削速度為 v=19.97m/min (2) 基本工時 3） 鉸孔 ：選高速鋼鉸刀 n=100r/min f=2mm/min d=11.94mm min/8.1302450rns???syLt 68.4032.7516032.75???????? syLt 5.460.531260.5???????? sLt 6.30216021????? 20 vpezpTqvckafdvUYXm? 工序四 以 φ60 孔，φ12 孔和大端端面為精基準，一面兩銷銑方槽 (1) 加工條件 工件材料：KT350,σ b =350MPa ,鑄造； 加工要求：銑方槽，表面粗糙度 Ra=6.3um； 機 床： X5012 型立式銑床 刀 具：根據《工藝手冊》表 2.1-40 選擇高速鋼銑刀。根據表 2.1-20，選擇圓 柱形銑刀直徑 d=3.5mm，長度 L=63mm，齒數 z=3； (2) 切削用量 1. 確定每齒進給量 根據《設計指南》表 5-65，X5012 型銑刀功率為 1.5kw，工藝系統(tǒng)剛性為中等，根 據《工藝手冊》表 2.1-71，查得進給量 f=0.12-0.2mm/z，取 f=0.15mm/z。 2. 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度。 查《工藝手冊》表 2.1-75，銑刀最大的磨損量為 0.5mm，耐用度 90min。 3. 確定切削速度和工作臺每分鐘的進給量 其中 ， ， ， ， ， ，86m2?7vC45.0?qv1.xv4.0?yv ， ， ， ， ，.0.1??kSvMv 3.uv1.0pv3min9T ，d=3.5mm， ，將以上數據代入公式：zfz/5.0?Z 確定機床主軸轉速： 。min/51.4910rdvnwcs?? 根據《設計指南》表 5-72 選擇 n=355r/min，則實際的切削速度為 v=3.9m/min， 所以工作臺每分鐘的進給量 fmz i/7. 根據《設計指南》表 5-73，X5012 立式銑床的工作臺進給量選擇 fmz=165mm/min, 則實際每齒的進給量 fz=0.155mm/z。 4.校驗機床功率。 in/05.8.3865.2937.0.4.1.03. 0vc ??? 21 根據《工藝手冊》2.1-78 計算銑削功率的公式為 式中 ， ， ， ， ，294?ZFCpazmf/15.0?0.1?FzX72.FzY ， ，z=3， ， ， mm/z，0zn86.uFw86ea2zf 860?q 代入計算得 =3875.9N, kw；c2.P 因為 X5012 型銑床的主電動機的功率為 1.5kw，故所選的切削用量可用。 (2) 基本工時 根據《工藝手冊》表 2.1-99，一次進給銑削兩端開口槽的基本時間是 由于表面的粗糙度值為 6.3，一次銑削基本就可以達到精度要求，為保證精度要求 合格，可再快速進給一次，機動時間約為 10s。 工序五 以 φ60 孔，φ12 孔和大端端面為精基準，銑三個凸臺、 由工件的結構尺寸和表面精度要求可知道，三個凸臺面積與小端尺寸相近，且粗糙 度要求相同，故可以使用一套銑削參數就可以達到加工工藝設計要求，所以計算參數選 定相同。 (1) 加工條件 工件材料：KT350,σ b =350MPa ,鑄造； 加工要求：銑凸臺，表面粗糙度 Ra=6.3um； 機 床： X5012 型立式銑床 刀 具：根據《工藝手冊》表 2.1-40 選擇高速鋼銑刀。根據表 2.1-20，選擇刀 桿直徑 d=40mm，長度 L=63mm，齒數 z=8；選刀具前角 ＝15°,后角 ＝12°，已知銑0?0? 削寬度 40mm，銑削深度 αp=2mm。 310???VFcPfcwqueYXpkndzfcff FFZ ?svT fllw73.2602???? 22 (2) 切削用量 1. 確定每齒進給量 根據《設計指南》表 5-65，X5012 型銑刀功率為 1.5kw，工藝系統(tǒng)剛性為中等，根 據《工藝手冊》表 2.1-71，查得進給量 f=0.12-0.2mm/z，取 f=0.15mm/z。 2. 選擇銑刀磨鈍標準及耐用度。 查《工藝手冊》表 2.1-75，銑刀最大的磨損量為 0.5mm，耐用度 90min。 3. 確定切削速度和工作臺每分鐘的進給量 其中 ， ， ， ，mae30?ap27?vC45.0qv ， ， ， ， ， ，1.0?xv4.yv 8..1??kSvMv 3.0uv1.pv3m ， ，d=40， ，將以上數據代入公式：min9Tzfz/150Zin/7.18.083.2471..0.1.03.vc ???? 確定機床主軸轉速： 。mi/4.9rdvnwcs?? 根據《設計指南》表 5-72 選擇 n=130r/min，則實際的切削速度為 v=16.2m/min， 所以工作臺每分鐘的進給量 fmz in/156 根據《設計指南》表 5-73，X5012 立式銑床的工作臺進給量選擇 fmz=100mm/min, 則實際每齒的進給量 fz=0.2mm/z。 4.校驗機床功率。 根據《工藝手冊》2.1-78 計算銑削功率的公式為 式中 ， ， ， ， ， ，294?ZFCpa71.0?f0.FzX72.?FzYmae30 ， ， ， ， mm/z，0zn86.uFw2pazf 86q310???VFcPfcwqueYXpkndzfcff FFZ ? vpezpTqvckfadvUYXm 23 代入計算得 =617.78N, kw；Fc19.