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1、 综合训练报告书 题 目 先导式溢流阀设计与制造 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 1002班 学生姓名 康 豪 学号 201002010524 . 指导教师 胡竟湘 钟定清 . 完成日期 2013年12月25日 . 机械工程学院 湖南工程学院 综合训练任务书 设计题目：
2、 先导式溢流阀设计与制造 姓名 康豪 专业 机械设计制造及其自动化 班级 1002 班 学号 201002010524 指导老师 胡竟湘 钟定清 教研室主任 一、训练目的 机械产品设计制造综合训练是专业教学计划中规定的重要实践教学环节，通过完成指定产品或机械装置的设计制造过程，巩固和深化学生综合运用所学机械设计、制造工艺及CAD/CAM技术等方面的基础理论、基本知识和基本技能，较全面地获得机械产品的生产实际知识和综合应用能力，
3、以培养具备现代机械设计制造技术基础知识与应用能力，具有较强的工程实践能力和创新能力的应用型工程师。 二、训练任务 在四周时间内完成先导式溢流阀的设计、零件加工及装配。 1.1 先导式溢流阀的设计 1）先导式溢流阀产品功能分析及结构设计 2）零件设计 2.2 零件制造工艺设计 1）机械加工工艺过程卡 2）机械加工工序卡 2.3 加工制造 2.4 检验分析 2.5 产品装配 2.6 综合训练说明书 三、训练要求 1）进行产品的结构设计，运用CAD技术完成零件三维建模和产品装配建模。 2）绘制指定零件的工程图，按国标正确标注尺寸、形位公差及技术要求。 3）对零件
4、进行正确的工艺分析，按指定的格式填写加工工艺文件。 分析产品零件图样，确定毛坯，拟订工艺路线，选择设备及工艺装备。 根据机械加工工艺卡片，确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差，详细地说明整个零件各个工序的要求。 4）编制零件的加工工序卡，填写加工程序单，填写刀具调整单。 5）完成零件加工制造。按照制定工艺文件，在老师指导下，遵守机床设备操作规程，独立调整、操作相应机床，进行零件加工。 6）零件加工质量检测。正确地选用检验方法及计量器具，对零件进行质量检测和分析。 7）产品装配。根据结构设计要求，正确装配。 8）撰写综合训练说明书（上交电子稿和打印稿）。说明书应涵盖整个训练内容
5、字数不少于3.5千字。 9）加工制造过程必须做好安全防范工作。 四、成绩评定 成绩评定是对学生在实训过程的能力、态度表现情况综合给出成绩，具体考核包括以下内容： 1）机械设计能力。包括结构设计正确、合理性，工程图质量，工艺参数选定等。（20分） 2）CAD技术应用能力。利用CAD/CAM 软件系统完成设计，包括零部件的设计和造型。（15分） 3）实际加工操作水平，所完成的零件质量以及装配质量。（40分） 4）综合训练报告。（15分） 5）平时成绩。（10分） 目 录 课程设计任务书…………………………………………………………………………………I 0前言………
6、…………………………………………………………………1 1. 溢流阀的简介……………………………………………………………………2 1.1溢流阀的结构简图和工作原理………………………………………………2 2. 溢流阀的设计……………………………………………………………………3 2. 1参数设计……………………………………………………………………9 2. 2选择材料……………………………………………………………………10 2. 3溢流阀的结构设计…………………………………………………………10 2. 4溢流阀的精度设计…………………………………………………………11 2.5溢流阀的零
7、件设计 …………………………………………………………12 2.5.1主阀体的结构设计 …………………………………………………13 2.5.2主阀体的精度设计…………………………………………………… 3. 溢流阀的三维建模………………………………………………………………12 3.1主阀体的建模………………………………………………………………13 3.2溢流阀的装配………………………………………………………………15 4. 主阀体的工艺设计………………………………………………………………16 4.1 主阀体的加工工艺分析…………………………………………………
8、…17 4.1.1 毛坯的选择……………………………………………………………18 4.1.2工艺分析………………………………………………………………19 4.1.3机床的选择……………………………………………………………21 4.2 确定主阀体加工工艺路线…………………………………………………22 4.3 工艺过程卡…………………………………………………………………23 4.4加工工序卡…………………………………………………………………24 5. 主阀体加工及工序验证………………………………………………………33 5.1主阀体的加工……………………………………………………………
9、…34 5.2验证加工工序………………………………………………………………35 6. 样机的装配调整及结论………………………………………………………39 心得体会……………………………………………………………………………41 参考文献……………………………………………………………………………42 设计与制造说明书 0．前言 《机械工程综合训练》是个重要的教学环节，进一步培养提高学生的动手能力及分析问题、解决问题的能力。在综合训练的过程中，让我们了解到了各种典型机床构造、运动和用途，熟悉机床的操作和调整。通过综合训练使我们能过综合的运用机械制图、机械设计基础、金属切削机床、工程材料
10、及热处理、机械制造技术等相关知识，进行工程设计的能力。提高我们的计算能力和绘图能力，使学生熟悉设计手册、图册资料的使用，掌握经验估算的基本技能，为毕业设计做好技术准备。 而我们选择的课题是先导式溢流阀的设计。而液压技术在功率密度、结构组成、响应速度，调速保护，过载保护等方面独特的优势，使其成为现代传动和控制的重要技术手段和不可替代的关键基础技术之一，其应用遍及国民经济各个领域。 建国以来，我国液压行业及液压阀的制造生产，从无到有，发展很快，取得了巨大的成绩。经过几十年的发展，减压阀的种类已经相当全面，有关液压阀的国家标准已相当完备，针对减压阀的技术参数已形成了系列化，标准化。这为液压阀的发
11、展奠定了良好的基础。随着工业技术的发展，液压系统在当今机械领域用途越来越广泛，各种大、中、小型液压设备中，液压溢流阀是系统中的一个关键性的压力控制元件，它们的性能和寿命在很大程度上决定着整个液压系统的平稳性和工作能力。科学技术的不断进步，溢压阀的性能及结构也越来越完善，如工业设备、医疗机械以及轮船和航空上都得到了广泛应用。 而作为机械专业的学生对于溢流阀相关知识的学习和认识十分必要。本次课程设计主要以溢流阀为基础，对先导式溢流阀进行研究。本课题的研究方向基于现有的溢流阀的设计制造技术，针对本次课程设计的要求进行设计，并在从设计的角度就注意解决现有的溢流阀存在的一些问题。并运用了三维造型软件对
12、设计的溢流阀进行三维造型。通过设计造型以达到用途与外观的完美结合。 1.溢流阀简介 1.1溢流阀的结构简图和工作原理 溢流阀有直动式和先导式两种结构形式。在先导式溢流阀中，对溢流阀的主要要求：调压范围大，调压偏差小，压力振摆小，动作灵敏，过载能力大，噪声小。其结构简图如图1： 图1 工作原理如图：进口压力P1经减压口减压后压力变为出口压力P2，出口压力油经主阀体上的通道和底座上的通道进入主阀芯的下腔，再经过主阀芯上的阻尼孔进入主阀芯的上腔和先导阀的前腔，然后再通过锥阀座中的阻尼孔后，作用到先导锥阀上。当出口压力低于调定压力时，先导阀口关闭，主阀芯下端的阻尼孔中没有油液流动
13、主阀芯上、下两端的油压力相等，主阀芯在弹簧力的作用下处于最下端位置，减压口全开，不起减压作用，即P1≈P2。当出口压力超过调定压力时，出油口部分液体经过阀座上的通道、主阀芯阻尼孔、主阀腔、先导阀口、先导阀上的泄漏油口L流回油箱。阻尼孔有油液通过，产生压力损失，使主阀芯上下腔产生压力（P2>P1），此压力差所产生的作用力大于主阀弹簧力时，主阀上移，使节流口（减压口）关小，减压作用增强，直到主阀芯稳定到某一平衡位置，此时出口压力P2取决于先导阀弹簧所调定的压力值。 2. 溢流阀的设计 2.1参数设计 溢流阀的进出口油直径D0取12 mm。主阀芯大直径D及中间小直径D1。适当增大主阀芯大直径
14、D，可以提高阀的灵敏度，降低压力超调量；可以提高开启压力，保证阀的压力稳定。不过，D值过大时将会使阀的结构尺寸和阀芯质量加大、主阀上腔容积增加，导致动态过渡时间延长。从强度考虑：D1≥D/2，所以，取D=16mm， D1=10mm。尼小孔直径d0及长度L0,设计时一般根据经验选取：所以，取d0=4mm , L0=28mm。适当减小先导阀锥角2，除了可以减小先导阀的液动力刚度、提高先导阀的稳定性外，还可以增大阀芯与阀座接触的支反力R，提高密封性能，以免在外界油压发生变化时，由于密封性能不良，导致先导阀振动，但是先导阀锥角2也不易取得过小。因为锥角过小，一方面影响阀的溢流性能，另一方面导致支反力R
15、过大。所以取2=40°。 主阀弹簧的作用是在主阀芯上升时作为复位力，并且主阀弹簧刚度较小，因此又称为弱性弹簧。根据已有的性能良好的溢流阀资料统计，主阀弹簧的预压紧力Pt可以按照以下范围来选取：对于工作压力为21～31.5Mpa的减压阀，额定流量小于250L/min时，主阀弹簧的预压紧力Pt=19.6～45N；额定流量q=250L/min～500L/min时，根据工作要求确定弹簧的结构、材料和许用应力，要求中需滑阀动作灵敏、可靠；所以这种弹簧材料为碳素弹簧应该列为第Ⅰ组类 首先初选弹簧的直径为d=2mm， 选择弹簧的指数C，有表12-6[2] 李振清，彭荣济，崔国泰合编，《机械零件》，北
16、京工业学院出版社.1987]，C=10 这里也考虑到了外径为20mm左右。 计算弹簧丝的直径，有公式得：曲度系数 =1.145 (12-3) 有表12-1[2]查得，弹簧材料在d=2mm时，碳素弹簧钢丝的拉伸强度极限=2000Mpa，查表12-3得，=0.4×2000=800Mpa。最大工作载荷为F，其强度公式为： 再根据设计公式： =1.86mm (12-5) 式中—弹簧材料的许用扭转应力（Mpa）； F—轴向载荷（N）； d —弹簧丝的直径（mm）； C—弹簧指数，又称为旋绕比，C=，为弹簧的中径； K—曲度系数，又称应力修正系数。 d<
17、2mm，说明与初选值相符。 故采用d=2mm的弹簧丝。 计算弹簧的工作圈数 有公式，G—弹簧材料的剪切弹性模量，对于钢G为80000Mpa，青铜G为40000Mpa； =6.37，取为7圈 (12-2) 技术要求：1.总圈数：=9.5 2.工作圈数：n=7 3.旋向 右旋4.制造技术条件按GB1239-76。 2.2 选择材料 以液压油为工作介质的普通液压阀中阀体的材料绝大多数为孕育铸铁或者是球墨铸铁，油道多数为铸造成型。液压件铸件毛坯要有足够的强度、韧性、弹性模量等力学性能及致密性，以便承受较高的工作压力；铸造毛坯要有精度的定位基
18、准、准确光整的外形及光滑的铸造内流道，以便满足数控机床、加工中心等加工手段的要求并减小系统压力损失；铸件内腔应该清洁，无任何残砂、锈蚀、氧化皮和其他杂物，以便提高阀及系统工作的可靠性。所以，阀体和先导阀体选取HT200. 油压阀中阀芯、阀套等精密零件一般选用45钢材料。要求材料具有良好的耐磨性、线胀系数和变形量小等优点。为了提高阀芯的耐磨性，必须使材料的表面达到一定的硬度。因而，针对不同的材料可选用淬火、渗碳、渗氮等不同的热处理手段。 2. 3 溢流阀的结构设计 由于先导式溢流阀工作要求定压精度高、灵敏度高、工作平稳，无振动和噪声，当主阀关闭时密封要好，泄露要小。因此在机构设计上要考虑以
19、上主要要求。为满足以上的结构设计要求，需先大量的查询目前的结构设计案例，进行分析，取长补短。 2. 4 溢流阀的精度设计 阀芯与阀体应为间隙配合，阀芯需要有很好的耐磨性，材料选用45钢。公差等级要求为7级，外圆柱表面粗糙度要求为1.6，其他表面要求6.3。阀类元件要求阀芯在阀体孔内移动灵活、工作可靠，泄漏小且寿命长，对于阀芯和阀孔的形状精度，位置精度及其表面粗糙度都有较严格的要求。 2.5溢流阀的零件设计 2.5.1主阀体的结构设计 本次设计为先导式溢流阀的设计，由于先导式溢流阀由导阀和主阀两部分构成。导阀通常是锥阀式结构；而主阀有全周开口节流口的滑阀结构和弓形节流口的插装式结构。
20、首先要根据要求的参数进行方案确定、结构设计，然后根据设计确定各零件的尺寸、设计及造型。 2.5.2主阀体的精度设计 阀芯与阀孔为基孔制间隙配合，阀芯与阀孔的配合表面，一般要求粗糙度为Ra的值为0.1～0.2μm。考虑到孔的加工比外圆困难，阀孔内圆表面公差等级要求为7级，外圆柱表面粗糙度要求为1.6，其他表面要求6.3。， 3. 溢流阀的三维建模 3.1主阀体的建模 根据设计要求的参数利用SolidWorks 软件进行三维结构设计，然后根据设计确定各零件的尺寸、设计及造型。主阀体的三维图如图2，图3。其工程图如图4 图2
21、 图3 图4 主阀体 3.2溢流阀的装配 根据设计要求利用SolidWorks 软件对其它各零件进行三维结构设计，根据设计确定各零件的尺寸、设计及造型。然后进行装配。其结构如图5，工程图如图6 图5 图6 先导式溢流阀 1，六角头螺栓 2，O型密封圈 3，先导阀体 4，先导阀座 5，先导阀芯6，弹簧 7，锁紧螺母 8，O型密封圈 9，调压螺栓 10，调压螺帽 11，内六角螺栓 12，工艺堵塞 13，阀体 14，O型密封圈 15，自制螺栓16，主阀芯
22、17，弹簧 18，O型密封圈 4.主阀体的工艺设计 4.1 主阀体的加工工艺分析 4.1.1 毛坯的选择 根据设计要求主阀体为铸造成型。根据铸造成型的要求铸造毛坯，铸件毛坯要有足够的强度、韧性、弹性等性能及致密性，以便承受较高的工作压力；铸造毛坯要有精度的定位基准、准确光整的外形及光滑的铸造内流道，以便满足加工手段的要求并减小系统压力损失。 4.1.2工艺分析 根据设计阀芯和阀孔的形状精度，位置精度及其表面粗糙度都有较严格的要求。为了达到所要求的加工精度，考虑到孔的加工困难和设备的实际情况，所以阀孔的加工为钻孔、车孔、磨孔。其它面和孔的加工都选用铣床和钻车加工。加
23、工完后再进行钳工攻丝。 4.1.3机床的选择 参考各机床参数以及结合实验楼设备的实际情况，机床型号选择如下: 车 床 CF6140 铣 床 X8126B 钻 床 Z512-2 磨 床 M1432A 4.2 确定主阀体加工工艺路线 参照前述加工工艺分析，现将主阀体的加工工艺路线列述如下: 铸造-粗铣-精铣-粗车-钻－精车-磨 辅助工序：去毛刺，锐边 4.3 工艺过程卡 22 机 械 加 工 工 艺 过 程 卡 湖南工程学院 机械加工工艺过程卡 零件名称 零件图号 第 1页 共 1页
24、 阀 体 YLT-02 材料名称 HT200 材料牌号 每批数量 1 毛坯种类 铸造件 工 序 号 工序 名称 工 序 内 容 机 床 夹 具 量具 时 间 定 额 名 称 型 号 名 称 编 号 名称 规格 10 铸造 铸造毛坯 20 热处理 时效处理 30 铣 铣66×81mm台阶面 万能工具铣 X8126B 平口钳 游标卡尺 40 铣 铣66×81mm平面 万能工具铣 X8126B 平口钳
25、 游标卡尺 50 车 平端面，钻Φ14的通孔 普车 CF6140 四爪卡盘 游标卡尺 粗车,精车Φ14的通孔至Φ16 内径千分表 车2mm×Φ22的孔和2个13mm×Φ24的孔 内径千分表 60 车 平端面,车M24的螺纹孔到Φ22 普车 CF6140 四爪卡盘 内径千分表 车6mm×Φ28的退刀槽 内径千分表 车M24的螺纹孔 70 钳 钳工划线 8
26、0 钻 钻66×81mm台阶面上Φ4的孔 台钻 Z512-2 平口钳 游标卡尺 钻3×Φ10的通孔和3×Φ14深5的沉头孔 游标卡尺 90 钻 钻66×81mm平面上Φ4的孔 台钻 Z512-2 平口钳 游标卡尺 钻2×Φ12深28的孔扩2×Φ22深2的孔 100 钻 钻50×50mm平面上Φ4深26的孔扩Φ6深2的孔 台钻 Z512-2 平口钳 游标卡尺 配钻4×M8的孔至Φ7深17 110 钳 钳工
27、攻M8的螺纹孔,去毛刺 平口钳 120 检 检验入库 更改内容 班 级 机械1002班 设计者姓名 设计日期 2013/12/23 4.4加工工序卡 机械加工工序卡片 湖南工程学院 机械加工工序卡片 零件名称 工序名称 工序号 阀 体 铣 30 材料名称 材料牌号 设备名称 设备编号 夹具名称 夹具编号 额定时间 共1 页 HT200 万能工具铣 X8130 平口钳 第 1页 工序简图 工步号 工步内容 进给量 mm/r 切
28、削速度 r/min (或m/min ) 刀具 量具 名称 规格 名称 规格 1 粗铣台阶面 0.5 50 硬质合金 Φ20 游标卡尺 0-150mm 精度0.02mm 2 半精铣台阶面 0.4 60 硬质合金 Φ20 游标卡尺 0-150mm 精度0.02mm 更改内容 班 级 机械1002班 设计者姓名 康 豪 设计日期 2013/12/23 机械加工工序卡片 湖南工程学院 机械加工工序卡片 零件名称 工序名称 工序号 阀 体 铣 40 材料名称 材料牌号 设备名称 设备编号 夹
29、具名称 夹具编号 额定时间 共1 页 HT200 万能工具铣 X8130 平口钳 第 1页 工序简图 工步号 工步内容 进给量 mm/r 切削速度 r/min (或m/min ) 刀具 量具 名称 规格 名称 规格 1 粗铣平面 0.5 50 硬质合金 Φ20 游标卡尺 0-150mm 精度0.02mm 2 半精铣平面 0.4 60 硬质合金 Φ20 游标卡尺 0-150mm 精度0.02mm 3 精铣平面 0.3 70 硬质合金 Φ20 游标卡尺 0-150mm 精度0.02mm
30、 更改内容 班 级 机械1002班 设计者姓名 康 豪 设计日期 2013/12/23 5. 主阀体加工及工序验证 5.1主阀体的加工 根据工艺过程卡及加工工序卡进行加工，加工时注意： 工步l：铣面时，注意选好切入点和切出点，限制好转速和进给量，以保证加工面的精度要求和尺寸要求。 工步2：车端面时，限制好转速，以免车至圆心时转速过高使工件飞出，注意选好切入点和切出点。为保证工件的表面质量，应使转速高些，进给量小些。 工步3：钻孔时为了保证安全，要选取合适的切削速度和进给量。 工步4：车内孔时为了要保证工件内表面质量，要将主轴调到适当的转速，选取适当的进给
31、量。 工步5：钻孔时，进给量不宜选择过大，钻到孔要求的深度时应短时暂停，以保证环孔的表面质量。钻通孔时，应该注意孔快钻通时，下钻速度不宜过快，以保证安全。 工步6：扩孔时，为了保证孔的位置，在扩孔时应注意好下刀的位置。 …… . 5.2验证加工工序 零件加工后，用游标卡尺检测个加工表面尺寸，用内径千分表检测内孔。 结果如表所示。所加工零件尺寸全部合格。 零件检测记录表 测量对象 1 2 3 4 5 6 7 要求尺寸 50 81 Φ16﹢0.02 20±0.1 13±0.1 4±0.1 13±0.1 检测计量器具 游标卡尺 游标卡尺
32、 内径千分表 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 测量值 50.5 81.3 Φ16.02 20.1 13.1 4 12.9 结果 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 测量对象 8 9 10 11 12 13 14 要求尺寸 19 6 Φ28 M24 Φ4 28 Φ4 检测计量器具 游标卡尺 游标卡尺 内径千分表 卡规 内径千分表 游标卡尺 内径千分表 测量值 19 6 Φ28 M24 Φ4 28 Φ4 结果 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 测量对象
33、 15 16 17 18 19 20 21 要求尺寸 M8 50 Φ4 Φ22 Φ12 66 50 检测计量器具 卡规 游标卡尺 内径千分表 内径千分表 内径千分表 游标卡尺 游标卡尺 测量值 M8 50.1 Φ4 Φ22 Φ12 66 50 结果 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 测量对象 22 23 24 25 26 27 28 要求尺寸 Φ22 26 40 Φ10 检测计量器具 内径千分表 游标卡尺 游标卡尺 内径千分表 测量值 Φ22 2
34、6 40 Φ10 结果 合格 合格 合格 合格 心得体会 在这几年大学课程快将结束的时候，学院安排的这个综合课程设计，让我们受益非浅。 这四周的综合实训，让我们从新的认识到一些新的知识，虽然以前也做个课程设计，但以前的课程设计都只是设计，没有加工这一环节。而这次综合实训不仅只是我们要自己设计产品，而且还要自己动手加工出产品，虽然我们加工出来的产品没有达到设计的精度要求，但是，在这次实训中，让我们了解到从设计产品到生产成产品大致的全部过程。在这过程中，我们这组加工出来的产品大致上都还可以，但是，在
35、产品装配的过程中，我发现了许多问题，整个产品装配起来没有达到设计的要求，特别是配合的地方。所以，当我看到自己做出的产品感慨万千，对于我们这些即将离校的大四学生，看到做自己的产品，就会想到毕业出来我也有可能做同样的产品。所以，从这次实训中，我看到了自己的不足，所以，在以后的学习和工作中，应该努力去学习的弥补自己的不足。 总的来说，在这次四周的课程实训中，老师们对我们精心的指导和同学们的帮助，让我学到了许多的知识，在这次实训中对我帮助过的老师和同学们表示真诚的感谢！ 参考文献： [1]《金属机械加工工艺人员手册》修订组.金属机械加工工艺人员手册.上海科学技术出版社，1981.10 [2] 陈宏钧主编.车工速查速算实用手册.北京:中国标准出版社，2002 [3] 倪小丹等. 机械制造技术基础.北京：清华大学出版社，2007.3 [4] 胡竞湘. 液压与气压传动.大连：大连理工大学出版社，2009.10 [5] 朱理. 机械原理.北京：高等教育出版社，2010.4 [6] 胡凤兰. 互换性与技术测量基础.北京：高等教育出版社，2010.8
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