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300MW汽轮发电机定子半轴套管的工艺规程及夹具设计

来源:用户上传      作者: 许鑫磊

  中图分类号:TM311 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)21-0105-02
  一、半轴套管的工艺分析
  1.1 半轴套管的作用
  半轴套管是300MW汽轮发电机定子机座上的关键部件,承担突然短路时产生扭矩和保护半轴的重要作用,以装配机座与座板间的轴向固定键。半轴套管是承受力矩的重要零件,套管是个卸荷支撑保护了半轴。材料采用球墨铸铁,牌号为QT50-5,有中等强度、韧性、耐磨性。
  1.2 半轴套管的分析
  半轴套管为轴套类零件,多数工序选择一面一销作为定位基准,符合“基准统一原则”,左、右端门可互为粗基准,限制轴向的移动自由度,以左、右端面为精基准加工内孔及内孔台阶面,以零件下部两平面为粗基准技工零件上部联接面,限制垂直轴向方向的自由度,最后仍以一面一销为基准加工四个凸平台。
  1.3 表面加工方法
  粗糙度要求为12.5的平面粗铣,要求为6.3的平面分粗铣、精铣两个加工阶段。孔的加工:在一次定位夹紧后,通过旋转夹具,可加工出四个方向的孔,由于各个孔的精度和位置度要求均不高,无螺纹孔可一次钻削完成,螺纹孔可分两步完成加工,两端面上的孔亦是如此
  1.据“先粗后精”原则,零件的加工分粗加工和精加工两个阶段
  2.据“先面后孔”原则,在加工过的表面上钻孔,防止表面过于粗糙是钻头引偏或打刀
  3.由于为单位小批量生产,因此安排的工序较为集中。
  2.基准的选择
  定位基准的选择合理与否,将直接影响所制定的零件加工规程的质量。在选择定位基准时,通常按照如下次序考虑:
  1.选择精基准
  2.选择粗基准
  2.1 精基准的选择
  选择精基准时,应重点考虑如何减少工件的定位误差,保证加工精度,并使夹具结构简单,工件装夹方便。具体选择原则如下:
  1. 以设计基准作定位精基准,以便消除不重合误差,即“基准重合原则”。
  2. 当工件以某一组精基准定位,可以方便的加工其他面时,应尽可能在多数工序中采用次组精基准定位,即“基准统一原则”.
  3. 当精加工或者工序要求余量小而且均匀时,应选择加工表面本身作为精基准,而该加工表面与其他表面之间的位置精度,则要求由先行工序进行保证,即“自为基准原则”。
  4. 为了获取均匀的加工余量,在选择精基准时,可遵守“互为基准原则”。
  5. 精基准的选择应定位准确,夹紧可靠。因此,精基准的面积与被加工表面相比,应有较大的长度和宽度,以提高其位置精度。
  2.2 粗基准的选择
  粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面间的位置精度,因此,粗基准的选择是非常重要的。
  粗基准的选择原则如下:
  1. 如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求,则应以不加工边面为基准。如果工件上有许多不加工表面,则应与加工位置精度较高的表面为粗基准。
  2. 如果必须首先保证工件某些重要边面的余量均匀,则应选择该表面作基准。
  3. 选择为粗基准的表面,应平整、没有浇口、冒口、飞边等缺陷
  4. 粗基准只能用一次,即应不重复使用,以免产生较大误差。
  3.1 确定毛坯的制造形式
  在制定零件机械加工工艺规程之前,还要对零件加工前的毛坯种类及不同的制造方法进行选择。由于零件机加工的工序数量,材料消耗,加工劳动数量等都在很大程度上与毛坯的选择有关,故正确的选择毛坯具有重大的技术经济意义。综合考虑半轴套管的形状及精度要求,确定毛坯采用铸件。
  正确选择铸造方法的原则是:根据产量的大小和各厂设备、技术的实际条件,结合各种铸造方式的基本工艺特点,在首先保证零件的技术要求的前提下,选择工艺简单、质量稳定和成本低廉的铸造方。
  3.2 制定工艺路线
  3.2.1 加工方法的选择
  既要保证零件的加工质量,又要使成本最低,是选择加工方法的基本原则。
  零件表面的加工方法,首先取决于加工表面应有的技术要求,有时还由于工艺上的原因而在某些方面高于零件图上的要求,当明确了个加工表面的技术要求后,即可选择满足该要求的方法,并确定各个工步和各工步的加工方法。选择的加工方法应满足零件的质量、加工经济精度和高的生产效率。因此,选择加工方法时应该考虑以下因素:
  1. 任何一种加工方法能获得的加工精度和表面粗糙度都有一个相当大的范围,但只有在某一个较窄的范围内才是经济的,这个范围的加工精度,就是经济加工精度。
  2. 要考虑工件材料和热处理要求。
  3. 要考虑工件的结构,形状和尺寸。
  4. 要考虑生产效率和经济性要求。
  5. 要考虑工厂和车间的现有技术情况和技术条件。
  3.2.2 加工阶段的划分
  零件加工时,往往不是一次加工完各个平面,而是将各表面的粗、精加工分开进行,来保证零件的加工质量、生产率和经济性。对于一般精度的零件,可划分成粗加工、半精加工、精加工三个阶段。
  划分零件加工阶段,应考虑以下几个方面:
  1. 零件的技术要求。一般精度的零件可划分为粗加工和精加工两个阶段两个阶段,高精度零件可划分为精加工、半精加工和精加工三个阶段。
  2. 生产纲领和生产条件。在大量生产中,为了更合理的安排设备,加工阶段一般划分得比较细;单件小批量生产中则划分得较粗。
  3. 毛坯的情况。若毛坯的精度低,则可在粗加工前增加一道荒加工工序,来暴露毛坯的质量问题。若质量好,则可直接进行半精加工。   3.2.3 加工顺序的安排
  1. 机械加工顺序的安排:
  在半轴套管的加工过程中,大端面及Φ100孔被选作精基准,所以先加工,并且,零件先进行了粗加工,后进行了精加工。在粗加工过程中先对精度要求高的两个端面、内孔台阶面及右侧Φ100孔进行加工,后加工精度要求不高的四个凸台面及联结平面,在所有平面加工完毕后,加工各个平面上的孔。
  2. 热处理 为了消除半轴套管的内应力,在粗加工之后,经加工之前安排了人工时效。
  3. 辅助工序的安排 辅助工序包括:检验、去毛刺、清洗等。
  1).由于主要用于铸件的基本零件,安排在粗加工后。
  2).去毛刺工序是在机械加工完成之后,特别是经过铣削加工的零件,完成之后都要有去毛刺工序。
  3).检验工序安排在重要工序加工前后;不同加工阶段前后,如粗加工之后,精加工之前;工件从一个车间转到另一个车间前后;零件的全部加工结束后。
  二、夹具的设计
  1.1 问题的提出
  为了减少搬运、装夹零件的时间。将钻四个方向的孔放入一道工序中,即进行一次装夹,本工序分为四个工步,主要考虑的问题是如何使工人轻松的实现各工步,并使定位准确,夹紧可靠。
  1.2 夹具的设计
  定位结构的设计:根据上面提到的技术要求,考虑到实际加工的可能性,及确保加工质量,结构要尽可能简单,操作省力高效,制作成本低的原则。根据工件本身的结构特点,这里采用类似两顶尖的定位方法。用1销(短柱销)。1面(小平面)和1定位销。用一支撑钉限制绕轴的转动,由于加工的孔,分布上互相垂直在四个平面上,采用箱式反转夹具较合理。定位构件如下见图1-1:
  圆柱销限制了y、z方向的自由度,小平面限制了x一个方向的自由度;定位轴限制了y、z旋转自由度;支撑钉限制了x方向的旋转自由度。三个定位元件综合的结果,六个自由度都被限制了,属于完全定位,能够满足工件的加工要求。
  1.2.1 夹紧机构的设计
  从以上计算可知,零件的加工过程中所受的夹紧力太大,并且根据零件的形式,在夹具中安装定位及保证加工的正常进行可确定夹紧力应加的位置,故可采用机械夹紧,液压夹紧和气动夹紧。
  夹紧装置要有如下要求:
  1.夹紧力应有助于定位而不应破坏定位。
  2.夹紧力的大小,应能保证加工过程中,工件不发生位置变动和震动。
  3.工件在夹紧后的变形和受压表,不应超出允许的范围
  4.应有足够的夹紧行程。
  5.手动时要有自锁性能。
  6.结构简单、紧凑、动作灵活、制造方便、省力、安全,并有足够的强度和刚度。
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