法蘭加工工藝改進(jìn)及其車床或鉆床夾具設(shè)計(jì)

白潔

摘 要：對于法蘭的制造，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是采用車外圓后鉆孔的方法，造成定位精度降低，為此，提出改進(jìn)的加工方案，并對車床或鉆床的夾具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：法蘭；鉆孔；車削；夾具設(shè)計(jì)

隨著法蘭等連接裝備制造的設(shè)計(jì)及實(shí)踐的不斷進(jìn)步，如何更經(jīng)濟(jì)、專業(yè)的提高法蘭的制造質(zhì)量和工藝，滿足技術(shù)條件和圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，是目前需要面對和解決的重要課題。本文以法蘭加工工藝為例，提出合理的改進(jìn)工藝方案，并對其夾具設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，提高法蘭的制造水平和質(zhì)量。

1 法蘭加工工藝概述

以U型管式熱交換器固定管板法蘭為例進(jìn)行研究。該結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于熱交換設(shè)備，主要材質(zhì)為碳鋼，有連接和密封的作用，中批量生產(chǎn)。管板法蘭中間的熱交換管孔與換熱管焊接并保證法蘭強(qiáng)度與密封效果并要求與折流板的圓孔同心，所以加工精度要求較高，孔內(nèi)還要1.5的倒角。原加工工藝是先粗車外圓，再精車外圓至圖紙尺寸，外圓用V形塊支撐，壓板壓緊后鉆孔至要求。這樣的加工方案存在誤差，導(dǎo)致熱交換管孔定位精度不能滿足圖紙要求（與折流板配合裝配時，換熱管無法穿過）。為了解決原加工工藝問題，提高加工定位精度，進(jìn)一步研究加工工藝方案，并提出了改進(jìn)方案。

2 改進(jìn)后零件工藝分析

通過對圖紙及原加工工藝的分析，確定方案為：首先對碳鋼管板進(jìn)行初加工，先加工密封部分的襯環(huán)表面、分程隔板密封部分的矩形槽表面，然后按圖焊接矩形截面碳鋼嵌條，最后利用V 形塊支撐鉆孔，然后以孔為基準(zhǔn)，進(jìn)行車外圓至要求。

具體加工工序如下：

（1）根據(jù)加工工件的使用要求選擇材料為低碳鋼Q235B，厚度達(dá)到27.5mm，按實(shí)際情況，直接從市場上購買一底面粗糙度為Ra12.5的碳鋼；

（2）用仿形切割機(jī)獲得碳鋼毛胚，調(diào)整好工件尺寸和氣割的氣體流量，再選擇適當(dāng)?shù)那懈钏俣龋凑战?jīng)驗(yàn)或目測合格即可，使外圓尺寸達(dá)到Φ340mm；

（3）手工操作磨光機(jī)用砂輪拋光毛胚外圓表面，使其外圓大致光整，以確保毛胚容易在鉆床上夾緊定位；

（4）利用圖1所示夾具加緊工件，選用合適鉆頭進(jìn)行鉆孔；

（5）以此孔為基準(zhǔn)完成其他孔的鉆、鉸；

（6）選擇基準(zhǔn)孔進(jìn)行外圓車削，加工至圖紙要求。

3 鉆床或車床夾具設(shè)計(jì)

1）夾具設(shè)計(jì)的基本要求。（1）夾具設(shè)計(jì)要求是要確保工件的加工質(zhì)量，因此對定位及加緊的方案選擇要合理，同時設(shè)計(jì)的夾具應(yīng)該符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；

（2）夾具需滿足操作方便、勞動強(qiáng)度低、使用安全的要求。其中，安全系數(shù)以及工人的作業(yè)習(xí)慣是在設(shè)計(jì)夾具時重點(diǎn)考慮；

（3）生產(chǎn)效率高、成本低、符合生產(chǎn)綱領(lǐng)。夾具的設(shè)計(jì)對批量生產(chǎn)的工件而言，在確保夾具功能的基礎(chǔ)上要符合批量生產(chǎn)的條件，且方便拆卸和安裝，使得輔助時間縮短，并且夾具設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡單，便于制造。

2）夾具總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。一般情況下，車床夾具工作時處于懸臂狀態(tài)，夾具結(jié)構(gòu)緊湊簡單、安全輕便其目的是為了確保工件在加工過程中的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)該盡量減少懸伸長度，同時使得主軸前支承靠近夾具的重心。以下是L（夾具懸伸長度）與D（外廓直徑）之比：

當(dāng)夾具的直徑D<150mm，LD≤54；

當(dāng)夾具的直徑150mm當(dāng)夾具的直徑D>300mm，LD≤35。

各個元件（裝在夾具體上的）不能夠超出夾具體的直徑，且需要注意冷卻液的飛濺和切削的纏繞等對安全操作造成影響。

3）定位裝置的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在設(shè)計(jì)車床夾具的定位裝置時，需要使得其自由度得到限制，并使機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線與工件加工表面的軸線相重合。此外，工件加工表面的位置尺寸精度與定位裝置的元件在夾具體上的位置精度有直接聯(lián)系。因此，必須要對定位元件的公差和位置尺寸進(jìn)行標(biāo)注。

4）夾具設(shè)計(jì)。（1）定位裝置設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以法蘭的外徑作為基準(zhǔn)，采用V形結(jié)構(gòu)對稱布置在分度盤上（見圖1），分度盤上開設(shè)T型槽，其中一V形結(jié)構(gòu)通過與槽下的滑塊連接，通過滑塊移動，調(diào)整位置，從而滿足不同法蘭的定位需求。另一V形塊則通過夾緊絲桿夾緊法蘭，避免分度盤轉(zhuǎn)動時造成工件的移動；

（2）鉆模板設(shè)計(jì)。針對常規(guī)法蘭，根據(jù)其鉆孔規(guī)格要求，制作了一鉆模板，有效節(jié)約購置或生產(chǎn)相關(guān)夾具的成本。鉆模板采用翻板式結(jié)構(gòu)，且鉆套采用可換方式，主要是考慮到使用一段時間后磨損，方便進(jìn)行更換；

（3）夾緊裝置設(shè)計(jì)。根據(jù)生產(chǎn)中法蘭的加工工藝，該夾具設(shè)計(jì)為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)。在鉆模板中心加工Tr30×6梯形螺紋與壓緊絲桿連接，絲桿下部裝有壓板（壓板大小根據(jù)法蘭規(guī)格調(diào)整）。工作時，旋動壓緊絲桿壓板帶動向下，夾緊工件。

5）車削裝置設(shè)計(jì)。

根據(jù)固定管板法蘭換熱管孔的位置及精度加工夾緊法蘭1個和定位桿（雙頭螺紋）3個及軸體1根，因定位精度要求，故要求定位桿加工標(biāo)注尺寸偏差并要注意夾緊法蘭小于工件尺寸。將夾緊法蘭與軸體焊接并車削至與夾緊法蘭同軸，以保證該焊件與固定管板法蘭同軸度。將多個固定管板法蘭用該夾具夾緊后車削外圓至圖紙要求。

4 結(jié)語

加工法蘭時，改進(jìn)的加工工藝方案中采用先鉆孔，后車外圓的方法，提高了定位精度。夾具設(shè)計(jì)也非常重要，夾具可以使工件迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行定位以及夾緊，進(jìn)而產(chǎn)品的質(zhì)量得到保證及勞動強(qiáng)度降低等。為了得到穩(wěn)定的加工精度，應(yīng)該在加工時使用預(yù)先就調(diào)整好的刀具和機(jī)床，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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