法蘭加工工藝改進及其車床或鉆床夾具設計

白潔

摘 要：對于法蘭的制造，傳統生產工藝是采用車外圓后鉆孔的方法，造成定位精度降低，為此，提出改進的加工方案，并對車床或鉆床的夾具進行了優化設計，以期提高企業的經濟效益。

關鍵詞：法蘭；鉆孔；車削；夾具設計

隨著法蘭等連接裝備制造的設計及實踐的不斷進步，如何更經濟、專業的提高法蘭的制造質量和工藝，滿足技術條件和圖紙設計要求，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，提出合理的改進工藝方案，并對其夾具設計進行分析，提高法蘭的制造水平和質量。

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行研究。該結構廣泛應用于熱交換設備，主要材質為碳鋼，有連接和密封的作用，中批量生產。管板法蘭中間的熱交換管孔與換熱管焊接并保證法蘭強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，進一步研究加工工藝方案，并提出了改進方案。

2 改進后零件工藝分析

通過對圖紙及原加工工藝的分析，確定方案為：首先對碳鋼管板進行初加工，先加工密封部分的襯環表面、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，進行車外圓至要求。

具體加工工序如下：

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

（2）用仿形切割機獲得碳鋼毛胚，調整好工件尺寸和氣割的氣體流量，再選擇適當的切割速度，按照經驗或目測合格即可，使外圓尺寸達到Φ340mm；

（3）手工操作磨光機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，選用合適鉆頭進行鉆孔；

（5）以此孔為基準完成其他孔的鉆、鉸；

（6）選擇基準孔進行外圓車削，加工至圖紙要求。

3 鉆床或車床夾具設計

1）夾具設計的基本要求。（1）夾具設計要求是要確保工件的加工質量，因此對定位及加緊的方案選擇要合理，同時設計的夾具應該符合相關設計標準；

（2）夾具需滿足操作方便、勞動強度低、使用安全的要求。其中，安全系數以及工人的作業習慣是在設計夾具時重點考慮；

（3）生產效率高、成本低、符合生產綱領。夾具的設計對批量生產的工件而言，在確保夾具功能的基礎上要符合批量生產的條件，且方便拆卸和安裝，使得輔助時間縮短，并且夾具設計的結構應該簡單，便于制造。

2）夾具總體結構的設計要點。一般情況下，車床夾具工作時處于懸臂狀態，夾具結構緊湊簡單、安全輕便其目的是為了確保工件在加工過程中的穩定性。因此，應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：

當夾具的直徑D<150mm，LD≤54；

當夾具的直徑150mm當夾具的直徑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）定位裝置的設計要點。在設計車床夾具的定位裝置時，需要使得其自由度得到限制，并使機床主軸回轉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系。因此，必須要對定位元件的公差和位置尺寸進行標注。

4）夾具設計。（1）定位裝置設計。根據生產實踐經驗，以法蘭的外徑作為基準，采用V形結構對稱布置在分度盤上（見圖1），分度盤上開設T型槽，其中一V形結構通過與槽下的滑塊連接，通過滑塊移動，調整位置，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，避免分度盤轉動時造成工件的移動；

（2）鉆模板設計。針對常規法蘭，根據其鉆孔規格要求，制作了一鉆模板，有效節約購置或生產相關夾具的成本。鉆模板采用翻板式結構，且鉆套采用可換方式，主要是考慮到使用一段時間后磨損，方便進行更換；

（3）夾緊裝置設計。根據生產中法蘭的加工工藝，該夾具設計為螺旋夾緊機構。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（壓板大小根據法蘭規格調整）。工作時，旋動壓緊絲桿壓板帶動向下，夾緊工件。

5）車削裝置設計。

根據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 結語

加工法蘭時，改進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。夾具設計也非常重要，夾具可以使工件迅速、準確地進行定位以及夾緊，進而產品的質量得到保證及勞動強度降低等。為了得到穩定的加工精度，應該在加工時使用預先就調整好的刀具和機床，提高經濟效益。

參考文獻：

[1]龐懷玉.機械制造工藝學[M].機械工業出版社，1998.

[2]陳國甫.車床夾具[J].機械工人.冷加工，2010（12）.