阀体强度较核的设计 目 录
双偏心密封蝶阀的特点：YD300M系列适用于石化，电力，冶金，轻工等行业。它的阀板与阀座磨损小，密封寿命长；密封性能卓越，软密封为零泄漏；适用于一般腐蚀性气体，液体介质的调节和切断用；使用柔性石墨填料金属密封阀座，完全满足火灾安全要求；低维修。
双偏心原理：阀板和阀座密封圈中心与阀杆中心（旋转中心）偏离，位于阀杆一侧，这样阀板在旋转过程中，只有在即将闭合的（开启）的微小过程中，才逐渐接触（离开）阀座，蝶板与阀座才发生摩擦，其余旋转过程，蝶板均在阀体内空间自由旋转，因此该阀门具有启闭省力、使用寿命长，可任意更换密封件，维修方便等优点。
一.零件的分析-----------------------------------------2
二. 阀体强度较核--------------------------------------3
三.阀体加工工艺规程-----------------------------------6
四. 夹具设计------------------------------------------13
五. 设计小结------------------------------------------20
七.致谢-----------------------------------------------21
六. 参考资料------------------------------------------22
八. .英文翻译-----------------------------------------24 双偏心密封蝶阀的特点：YD300M系列适用于石化，电力，冶金，轻工等行业。它的阀板与阀座磨损小，密封寿命长；密封性能卓越，软密封为零泄漏；适用于一般腐蚀性气体，液体介质的调节和切断用；使用柔性石墨填料金属密封阀座，完全满足火灾安全要求；低维修。
双偏心原理：阀板和阀座密封圈中心与阀杆中心（旋转中心）偏离，位于阀杆一侧，这样阀板在旋转过程中，只有在即将闭合的（开启）的微小过程中，才逐渐接触（离开）阀座，蝶板与阀座才发生摩擦，其余旋转过程，蝶板均在阀体内空间自由旋转，因此该阀门具有启闭省力、使用寿命长，可任意更换密封件，维修方便等优点。
一、零件的分析
阀体是工业阀门的一个主要零件。阀芯通过安装在阀体上实行流体流量的控制，蝶阀的阀芯即阀板，阀座与阀体是一体的，阀板与阀体内部接触形成密封。φ48的轴孔是通过连接轴连接阀板与执行机构的，以此来控制阀板旋转角度，控制流量。上端面通过4-M16的螺栓与填料压盖连接。
（2）零件的技术要求分析
由图可知，其材料为WCB。该材料具有较高的强度、耐磨性，适用与要求耐磨的场合。
该零件上的主要加工面为两端法兰面，φ305的内孔，φ342的内孔，φ314的内孔，φ303的内孔，φ300.1的内孔，φ38、φ48、φ44.5的轴孔，上下两端面及端面的螺纹孔。
由于该阀是双偏心的，偏心线的准确划出是很重要的，阀体中心与阀杆中心偏移量1.5，阀体方板平面及轴承孔侧平面的厚度偏心线。采用双偏心就是为了更好的密封，若偏心线划的不准确，阀板与阀体将产生间隙或开度不够。这样就不能够保证设计要求，不能够保证客户的需要。阀体方板平面上的螺纹孔的位置度要求也比较高，如果螺纹孔的位置度偏差较大，就不能保证填料压盖与阀体的联接，就不能够保证填料压盖的位置度，从而影响填料的压紧，最后的结果就是产生泄漏，不能够满足客户的要求。
阀体设计阶段
同一种材料,随着温度的变化,压力容器所承受的压力因为材料容许应力的变化而发生变化;不同种材料因为材料之间的容许应力不同也会使耐压不同。因此按材料和温度而分的温度压力等级就非常重要了,有助于我们选择合适磅级的阀门。
因为阀体、阀盖以及阀内件,都可以作为压力容器来处理。但在确定压力等级的时候,一般只以阀体作为基础,阀盖及阀内件采取和阀体相同的压力等级。特别阀盖,应该采取和阀体相同的材料。
所以说阀体的材料、温度压力等级，是非常重要的。在这里就举一例来设计阀门:
一公司要求生产一双偏心蝶阀，工作介质为天然气，最大流量为4
300Nm3/h阀前压力为10～20kPa,阀后压力为8～10 kPa，工作温度30℃，阀全关时阀前最大压力为0.4MPa，阀后最小压力0
Cv值的计算
Cv=
Cv——阀门流量系数
q——带连接体积流量
N7——公式常数
Fp——管道几何形状系数，无量纲
P1——阀前压力
Y——膨胀系数
X——压力降与阀前压力比
M——分子量
T1——阀前绝对温度
Z——压缩系数
利用计算软件，计算得Cv值nor961.03，max970.06;相对开度定为60%
查表定额定Cv值为2500，由于蝶形阀的流量特性接近等百分比，所以根据公式(R—可调比，即控制阀所能控制的最大流量与最小流量之比)，经验算是可以满足要求的，最终确定阀门口径为300A，额定压力等级150#
2确定最小壁厚
A)英制 t＝1.5×
其中: t＝计算壁厚(in) (ANSI 16.34有表，也可参考《阀门设计手册》)
2. 额定工作压力的确定
A)英制 ＝
其中: ＝在某温度T下的额定工作压力(psi)
＝最高使用压力(ANSI 16.34有表)
＝额定压力等级(如:300#,＝300 psi;但150#例外,＝115 psi)
＝在某温度T下的材料的容许应力(psi)
由上式公式计算的T=30,Pst<Pca=150。又因为工作介质为天然气。所以选用WCB（根据《阀门设计手册》选的）。
阀体加工工艺规程设计
一、计算生产纲领，确定生产类型
图所示的阀体，该产品年产量为1000台，设其备品率为15%，机械加工废品率为0.5%，现制定该零件的机械加工工艺规程。
技术要求
铸件不得有缩孔、疏松、裂纹等缺陷，不得用堵塞焊接等方法消除泄漏。
内腔及外表面光滑、无明显缺陷。
轮廓及过渡区圆整光滑。
铸件表面质量按GB12231规定，铸件上的粘砂、浇口、冒口、多肉、夹砂、结疤、毛刺氧化皮等应清除干净。
按ANSI150#进行耐压试验。
未注铸造圆角为R3。
*标记尺寸以阀杆为中心加以加工。
N=Qn(1+a%+b%)
=1000×1×(1+15%+0.5%)台/年
=1200台/年
阀体年生产量为1200台/年，现通过计算，该零件质量约为15KG。根据教材表3-3生产类型与生产纲领的关系可确定其生产类型为中批量生产。
二、确定毛坯、画毛坯-零件综合图
根据零件材料WBC确定毛坯为铸件，又已知零件生产纲领为1200台/年，该零件质量约为15KG，可知，其生产类型为中批量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于阀体的内腔及法兰两端的流道需要铸造。故还应安放型芯。此外，为了消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
铸件尺寸公差
铸件尺寸公差分为16级，由于是中批量生产，毛坯制造方法采用砂型机器制造，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为CT10级，选用铸件错箱值为1.0mm。
（2）铸件机械加工余量
对成批和大量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得，选取MA为G级，各表面的总余量见表1。由工艺人员手册可得铸件主要尺寸公差见表2。
表1 各加工表面总余量/mm
加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明
车ø300.1内孔 300.1 H 2 内表面
车ø305内孔 305 H 7 内表面
车ø303内孔 303 H 5 内表面
车ø314内孔 314 H 16 内表面
车ø324内孔 324 H 26 内表面
车端面总厚78 78 H 1 圆柱面、侧面
钻扩ø38孔 38 H 3 内表面
镗ø48内孔 48 H 10 内表面
钻4-M16内孔 16 H 1.7 内表面
钻2-M14内孔 14 H 1.7 内表面
铣方板平面至阀体中心252 252 G 4 圆柱面、侧面
钻4-M10内孔 10 H 1.4 内表面
（3）零件-毛坯综合图
零件-毛坯综合图一般包括以下内容：铸造毛坯形状、尺寸及公加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、浇冒口残根位置、工艺基准及其他有关技术要求等。
零件-毛坯综合图上技术条件一般包括下列内容。
①合金牌号。
②铸造方法。
③铸造的精度等级。
④未注明的铸造斜度及圆角半径。
⑤铸件的检验等级。
⑥铸件综合技术条件。
⑦铸件交货状态。如允许浇冒口残根大小等。
⑧铸件是否进行气压或液压实验。
⑨热处理硬度。
零件-毛坯综合图见图纸。
三、工艺规程设计
（1）定位基准的选择
①精基准的选择。在本阀体中以法兰一端面作为精基准，以它作为精基准的的主要原因是，它能够实现“一面两孔”的典型定位方式；其余各面和孔的加工也能够用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，密封槽面的面积较大，定位比较简单、可靠，操作方便。
②粗基准的选择。考虑到以下几点要求，选择阀体零件的两法兰的任意一端为粗基准。
i、保证各加工面均有加工余量的前提，使重要孔的加工余量尽量均匀；
ii、能够保证定位准确、夹紧可靠。
最先进行加工的表面是精基准面。法兰面的任意一端。这时的定位装夹方按是用三抓卡盘装夹。
⑵制定工艺路线
根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下：根据图纸可知两法兰的表面加工要求不是很高，在车床上加工能够达到设计要求，所以第一步先是用车床的三爪卡盘夹注密封槽侧外圆，车另一端面见平，确保φ305的尺寸及端面到中心线的距离38mm。再调头车端面见平，再加工φ342φ314φ303φ300.1，在这过程中要确保两端面距离78mm的尺寸。之所以要在车完端面后车孔，一次装夹完成是为了图纸要求的同轴度，垂直度及平行度。
当径向尺寸加工结束后，镗轴向尺寸方板平面、填料孔、螺纹孔。先铣方板平面，保证平面至阀体中心的距离为320mm，再镗内孔φ38，精镗填料孔φ48，最后钻各螺纹孔。
拟订加工工艺路线见下表。
序号 工序内容 简要说明
铸造.
时效 消除内应力
10 粗车法兰一端突面 先加工基准面
20 精车法兰的突面 最终加工
30 通车Ф300.1内孔 留精车余量
40 车Ф305内孔 最终加工
50 调头粗车密封槽侧平面 先加工基准面
60 精车密封槽侧平面 最终加工
70 车Ф342Ф314Ф303的孔 最终加工
80 精车Ф300.1内孔 最终加工
90 铣方板平面 最终加工
100 钻扩ф38内孔 留精镗余量
110 精镗ф38ф48的内孔 最终的加工
120 钻M16M14的螺纹孔 后加工孔
130 调头铣另一平面 最终加工
140 钻扩ф38轴承孔 留精镗余量
150 精镗ф38轴承孔 最终的加工
160 钻M10M5螺纹孔 后加工孔
170 攻M16M14M10M5螺纹孔 最终的加工
180 检验
190 入库
⑶选择加工设备及工艺装备
由于生产类型为中批量生产，部分内孔的加工要求很高，部分不高，故加工宜采用车床和镗床进行加工，辅以少量专用机床。
①粗车法兰端面。考虑到工件的定位夹紧方按和设计要求。宜采用车床进行加工，选用CD6140车床，专用夹具和游标卡尺。
②精车法兰端面。采用同样的定位夹紧方按。选择相同型号的刀具。
③粗车ф300.1内孔，车ф305内孔，采用同样的定位夹紧方按。选择相同型号的刀具
④车ф342ф314ф303内孔，软爪撑夹ф305内孔。选择相同型号的刀具
⑤铣方板平面。采用卧式镗床。在镗杆上装上镗刀。
⑥钻扩内孔。选用Z3025摇臂钻床加工。采用ф30的钻头。
⑦精镗阀体内的各孔。采用卧式双面组合镗床，选用功率为1.5KW的1TA20的镗削头。
⑧钻螺纹底孔。选用摇臂钻床Z3025加工。采用专用夹具。选用游标卡尺和塞规检查孔径。
攻螺纹选用摇臂钻。采用机用丝锥、丝锥夹头、专用夹具和螺纹塞规。
四、填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序
机床夹具设计
下图所示为中批生产的双偏心密封蝶阀的毛坯图。现设计用于车端面及镗ф305ф300.1ф303ф314ф342的孔的镗床夹具。
1．确定定位方案
在考虑定位方案时，应先按工件的精度要求和工序内容来决定应限制的自由度个数，然后选择定位基准，并考虑所需的定位元件。
因ф305ф300.1ф303ф314ф342的内圆孔有较高的同轴度要求，所以采用完全定位，即限制6个自由度。该零件可以作为精基准的表面只有两端的法兰外圆的端面。这两法兰都是已加工表面，将它们组合起来便可有如下两种定位方案：
(1)阀座外圆用两V型块定位，再以耳座上两螺纹孔定位
(2) 以方板平面及耳座上面的螺栓孔定位，一面两孔。
上述两种方案都可以满足限制6个自由度的要求，但在具体选用时仍有优劣之分。
方案(1)的主要定位元件为两V型块，而且明显的过定位，虽然能够满足加工要求，但其工件的拆卸不方便，其结构复杂。
方案(2)为典型的一面两孔定位相比之下，方案(2)的定位比较合理，其结构简单，操作也较方便，工件也方便于拆卸，因此是一个较好的方案。
2、确定夹具形式
由于该零件主要的加工部分为与阀板相配合的ф305ф300.1ф303ф314ф342孔和ф38轴承孔，ф48填料孔的光洁度；还有与法兰相配合的端面。特别注意的是：在这么多须加工的部位。ф38ф48的加工要求很高。且有端面的加工要求。而且工件的尺寸不是很大。在选用镗床加工还是车床加工时根据工件的外型大小，加工效率，加工的方便性，成本。来进行比较，采用镗床加工比较方便、经济合理。设计镗具。有关夹具的具体结构尺寸、公差配合、被加工面的距离等，均可在夹具设计手册中查得。
3．确定夹紧方案
考虑夹紧方案时，应遵循教材中所讲的原则。其步骤为：确定夹紧力的方向和施力点的布局；进行夹紧力的估算；设计或选择动力源；初步考虑夹紧机构的具体结构等。
该零件为中批生产，零件尺寸也不大，宜采用手动夹紧。经过再三考虑，还是用两点联动夹紧装置。此种夹紧装置可以平衡两边的夹紧力。使之两边的夹紧里平衡。可以保证加工零件的装夹平稳，使工件在加工过程中不至于打晃，上下跳动。而且这种装夹方法简便，更换加工零件快，操作简便，夹具体轻便。所以说此夹具用在本零件中最为合适。
4．绘制夹具总装图（见夹具总图）
在可能的情况下，应该按1：1的比例绘出工件的三视图。线型用双点划线，以表示工件的假想位置。工件应该是“透明”的，不遮挡夹具的有关部分。一般只绘出工件的外形轮廓，以及定位、夹紧的有关部分，其它细部可以不必画出。
先绘制定位元件，计算好结构尺寸，并按照选好的定位方式进行布置；再绘制导向元件及夹紧机构；然后绘制夹具体，把各部分联接起来，形成一个有机的整体。在设计夹具体时，要保证其有足够的刚度和良好的工艺性，并使操作和排屑都比较方便。
5．夹具精度的效核
夹具装配图画好后，应进行精度验算，以判定该夹具能否保证零件的加工精度。
夹具精度分析
为了保证夹具设计的正确性，首先要在设计图样上对夹具的精度进行析。
用夹具装夹工件进行加工时，其工序误差可用误差不等式ΔD+ΔA+ΔT+ΔG≤δK来表示。但由于各种误差均为独立的随机变量，应将各误差用概率法相加，即：
Δ2D+Δ2A+ΔT2+Δ2G≤δK2
式中 ΔD---定位误差，mm；
ΔA---安装误差，mm；
ΔT---调整误差，mm；
ΔG---加工误差分析，mm；
δK---工件工序尺寸公差，mm。
上述各项误差中，与夹具直接有关的误差为ΔD、ΔA、ΔT三项，可用计算法计算。加工方法误差具有很大的偶然性，很难精确计算，通常这项误差取1/3δK作为估算范围。即
Δ２Ｄ＋Δ２Ａ＋Δ２Ｔ≤（2/3δＫ）
（２）夹具在镗床上的安装误差ΔＡ
①对于镗床的梯形槽，夹具的安装误差ΔＡ，就是梯形槽对夹具体底面的平行度。规定这个平行度公差后即可控制夹具体安装基面本身的误差和它对镗床床身表面的相互位置误差。
②镗床专用夹具一般使用双头螺柱与床身连接。此即夹具安装误差ΔＡ。
当定位元件工作面与夹具体有位置尺寸要求时，夹具上尺寸Ｈ的公差δＨ即为安装误差ΔＡ。
③对刀或导向误差ΔＴ
夹具在镗床上安装后，需要调整刀具对夹具上定位元件的位置。如果夹具上的对刀或导向装置对定位元件的位置不正确，将会导致加工表面的位置发生变化，由此而造成的加工尺寸的误差即为对刀或导向误差ΔＴ。
使用镗夹具加工时，采用标准塞尺和对刀块进行对刀，其对刀误差为
ΔＴ＝δs＋δh
式中 δs――塞尺的制造公差；
δh――对刀块工作面至定位元件的尺寸公差。
通常当定位误差ΔＤ≤１／３δＫ时，一般认为选定的定位方式可行。对于定位误差的分析计算前面以作了较详细的说明，很显然夹具的精度符合工件的加工要求。
6、夹具的经济分析
夹具的经济分析是研究夹具的复杂程度与工件工序成本的关系，以便分析比较和选定经济效益较好的夹具方案。
经济分析的原始数据
①工件的年批量N（件）
②单件工时td(h)
③机床每小时的生产费用f（元/h）。此项费用包括工人工资、机床折旧费、生产中辅料损耗费、管理费等。它的数值主要根据使用不同的机床而变化，一般情况可参考各工厂规定的各类机床对外协作价。
④夹具年成本Cj（元）。Cj为专用夹具的制造费用CZ摊在使用期内每年的费用与全年专用夹具的制造费用CZ由下式计算：
CZ=Pm+tfe
式中 P---材料的平均价格(元/KG)
m---夹具毛坯的重量(KG)
t ----夹具制造工时(h)
fe ---制造夹具的每小时平均生产费用(元/h)夹具年成本 Cj由下式计算
Cj=[(1+K1)/T+K2]CZ
式中K1---专用夹具设计系数,常取0.5
K2---专用夹具使用系数,常取0.2!~0.3
T--- 专用夹具使用年限,对于简单夹具,T=1a;对于中等复杂程度的夹具,T=2~3a,对于复杂夹具,T=4~5a.
CZ=Pm+tfe
CZ=22.5×15+30×16=871.5
Cj=[(1+K1)/T+K2]CZ
= [(1+0.5)/3+0.3]×871.5=679.2(元)
毕业设计小结
不知不觉，二个月的毕业设计已经接近尾声了，这次的毕业设计是我们大学三年的一次总结，也是我们在学校的最后一次任务。这次毕业设计，我设计的是“双偏心密封蝶阀”阀板零件的工艺工装设计。
在实践期间，我努力的将自己在学校所学的理论知识与实践相结合。在实习期间我能够遵守工作纪律，不迟到，不早退，认真完成上级交给的任务。
通过这次的毕业设计， 我深深的感觉到自己所学知识的肤浅和在实际运用中的专业知识的缺乏。这次的毕业设计使我受益匪浅，使得我对专业知识有了更深的了解。就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己所学的理论知识进行一次综合应用，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，并希望通过这次毕业设计养成一种严谨、务实、求真的工作态度，为今后参加工作打下一个良好的基础。
经过这次的毕业设计实习，我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用，过渡的作用，是人生的一段重要的经历，也是一个重要步骤，对我今后在工作岗位也有着很大帮助。向他人虚心求教，遵守组织纪律和单位规章制度，与人文明交往等一些做人处世的基本原则都要在实际生活中认真的贯彻，好的习惯也要在实际生活中不断培养。这一段时间所学到的经验和知识大多来自领导和师傅的教导，这是我一生中的一笔宝贵财富。
这次实习也让我深刻了解到，在工作中和同事保持良好的关系是很重要的。做事首先要学会做人，要明白做人的道理，如何与人相处是现代社会的做人的一个最基本的问题。对于自己这样一个即将步入社会的人来说，需要学习的东西很多，正所谓“三人行，必有我师”。要不耻下问、不断的激励自己，实现自我的人生价值。
致 谢
本论文是在许文工程师的精心指导和关怀下完成的。
在此论文完成之际，谨向许工所授予的严谨、细致、认真的指导和所付出的心血，致以崇高的敬意和衷心的感谢！
无锡职业技术学院的多位教师及无锡市亚迪流体控制技术有限公司的全体成员在此次毕业论文设计过程中，在学习、研究、工作、生活各方面给予了很多热情帮助和大力支持。为此，向他们表示诚挚的谢意和衷心的感谢。
在本班同学的大力协助下才使论文顺利完成，在此一并致谢！
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