一种阀体的加工工艺分析和夹具设计

杨清华

（江苏城市职业学院，江苏 常州213001）

1 阀体的工艺性分析

此阀体零件由台阶圆柱表面，R 倒角圆弧，美制航空连接螺纹，内孔等表面组成。根据技术要求，对内部孔径的尺寸精度和表面粗糙度要求很高。两个NPT1/2 的螺纹的相互位置度较高。用常规的四爪卡盘装夹加工不能满足螺纹孔和活塞孔的相互位置度的要求。必须制作相应的车夹具才能满足图纸的要求。此外，零件的技术要求分析时候还要注意一下几点：加工表面的尺寸精度要求；主要表面的形状精度要求；主要加工表面之间的位置精度；有的零件需关注热处理要求；其他要求,如需动平衡、去除锐边、毛刺，毛坯要求等。

2 阀体加工的方案选择

加工中心具有加工精度高镗孔粗糙度小，孔相互位置度高，一次装夹可同时加工2 个孔，加工效率高的优点，而加工中心刀具费用高，无法加工锥螺纹，螺纹精度不高且对操作人员要求高。

四爪卡盘适合划线打样冲加工，零件夹紧易变形，偏心加工需增加平衡块，且对操作人员技术要求较高，加工孔的相互位置度不能保证，加工效率较低。

车夹具对操作人员技术要求不高，加工时容易观察且螺纹加工质量高。在加工前需对夹具本体在平衡架上进行配重平衡处理。

根据阀体的结构特点和具体的条件决定采用两个十字孔加工用夹具的方案，夹具体采用弯板形式和车床的三爪卡盘相连接。工件以已经加精基准平面和孔径定位，M20*1.5 细牙螺杆顶紧，进行配重处理后再进行十字孔的车加工。

3 加工工艺的编排

3.1 毛坯材料的选择

根据实际使用环境，阀体的使用介质为加热至80℃的酸性介质，选用进口PP 材料。此材料无毒，耐热性比较好，具有一定的韧性，耐化学性好。

3.2 基准的选择

结合水阀阀体的图纸技术要求，确定阀体的基准如下：以pp 材料棒的外圆为粗加工基准，加工外圆和R 圆弧、1/8NPT 螺纹孔；以加工过的外圆为精基准准，加工内孔各台阶、螺纹孔；以内孔和平面为精基准，在车夹具上加工两个十字孔；钻模板加工平面上的1/4 美制安装螺纹孔。

3.3 装夹方案的确定

根据阀体的结构和具体加工条件，加工外圆时拟采用三爪自定心卡盘装夹；加工内孔时拟采用三爪自定心卡盘装夹；加工十字孔时拟采用专用车夹具装夹。

4 专用夹具设计

4.1 机床夹具的分类

4.1.1 定位元件。定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置，包括各种定位销、V 型铁、小锥度芯轴等。

4.1.2 夹紧装置。夹紧元件的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工过程中的正确位置不发生变化，包括各种螺杆、螺母、压板和气缸等。

4.1.3 夹具与机床之间的连接元件。这种元件用于确定夹具对机床主轴、工作台、或导轨之间的相互位置，如各种定位键、连接套筒、连接法兰等。

4.1.4 对刀或导向元件。这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置，如铣床用的对刀块、镗床用的对刀套、钻床用的钻套等。

4.1.5 其他装置或元件。为了适应不同的加工工序，有的夹具上会设置分度装置、靠模装置和工件顶出器等。

4.2 专用夹具设计

此夹具的结构设计具备一定的尺寸精度和尺寸稳定性还具备足够的强度和刚度；结构工艺性教好；排屑性能较好，在机床上安装使用方便并稳定可靠[1]。具体形状尺寸如图1 所示。

图1 夹具体

4.3 阀体在夹具中的定位

在加工第一个中心高为43mm 十字孔，根据工件的图纸和加工技术要求，没有必要限制工件的全部自由度。零件安装在车夹具体定位销上，以一面一销定位，一个平面限制了沿Z 轴的移动，绕X 轴的转动，绕Y 轴的转动。一个圆柱销限制了X 的移动，Y 的移动两个自由度。此夹具以共限制了X 轴,Y 轴,Z 轴,A 轴,B 轴5 个自由度，因为是加工的第一个孔，在圆周上的位置无任何要求，所以围绕Z 轴(零件的轴心线)的转动的自由度不必限制，只需要5 点定位即可满足要求。零件夹紧时用M20*1.5的细牙螺栓夹紧即可。在加工第二个中心高为24mm 孔时，需对夹具进行相应调整：将原先的定位销拆下来，更换定位销，定位面增高了19mm,从而保证零件第二个孔的中心高为24mm。在已经加工好的第一个孔里安装一个长度为25mm 的1/2NPT 螺杆，起定位作用，用以限制零件围绕Z 轴（零件轴线）的转动，从而保证了两个十字孔间的相互位置。

图2 阀体在夹具中的定位

4.4 夹具上定位销尺寸计算

由于孔与心轴的接触情况不同，便有不同的计算结果。如果采用过盈配合，定位没有间隙，此时可以保证定位基准的位移量为零。但由于工件夹紧后加工，由于是过盈配合，造成零件的拆装比较麻烦，对已经加工的零件表面会造成损伤，所以不能采用过盈配合。

为了零件的安装和拆卸方便，必须对定位销的尺寸进行严格控制。定位销的尺寸计算需控制在小间隙配合。一般根据经验法，孔与定位销的配合间隙需控制在0.025～～0.04mm 之间，才能正常安装和拆卸。根据图纸要求，将定位销的尺寸孔在Φ41+0.05+0.02mm。

结束语

本设计具有结构简单、经济适用、便于加工和调整、操作简单省力的特点。实践证明此设计可以用于实际生产，满足阀体的尺寸精度要求。