發(fā)動機曲軸加工工藝分析與設計方案.doc

發(fā)動機曲軸加工工藝分析與設計摘 要曲軸是汽車發(fā)動機的關鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機的質量和壽命.曲軸在發(fā)動機中承擔最大負荷和全部功率,承受著強大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時經受著長時間高速運轉的磨損，因此要求曲軸材質具有較高的剛性、疲勞強度和良好的耐磨性能。發(fā)動機曲軸的作用是將活塞的往復直線運動通過連桿轉化為旋轉運動，從而實現發(fā)動機由化學能轉變?yōu)闄C械能的輸出。本課題僅175型柴油機曲軸的加工工藝的分析與設計進行探討。工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制訂中的關鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質量和生產率，而且影響到工人、設備、工藝裝備及生產場地等的合理利用，從而影響生產成本。所以，本次設計是在仔細分析曲軸零件加工技術要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經過查閱相關參考書、手冊、圖表、標準等技術資料，確定各工序的定位基準、機械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。關鍵詞：發(fā)動機，曲軸，工藝分析，工藝設計 目 錄第一章 概述 1第二章 確定曲軸的加工工藝過程 32.1曲軸的作用 32.2曲軸的結構及其特點 32.3曲軸的主要技術要求分析 42.4曲軸的材料和毛坯的確定 42.5曲軸的機械加工工藝過程 42.6曲軸的機械加工工藝路線 5第三章 曲軸的機械加工工藝過程分析 63. 1曲軸的機械加工工藝特點 63. 2曲軸的機械加工工藝特點分析 7 3. 3曲軸主要加工工序分析 8 3.3.1銑曲軸兩端面,鉆中心孔8 3.3.2曲軸主軸頸的車削 8 3.3.3曲軸連桿軸頸的車削 8 3.3.4鍵槽加工 9 3.3.5軸頸的磨削 9第四章 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 94.1曲軸主要加工表面的工序安排 94.2機械加工余量、工序尺寸及公差的確定 104.2.1主軸頸工序尺寸及公差的確定 104.2.2連桿軸頸工序尺寸及公差的確定 104.2.322 -00.12外圓工序尺寸及公差的確定 104.2.420 0-0.021外圓工序尺寸及公差的確定 114.3 確定工時定額 114.4 曲軸機械加工工藝過程卡片的制訂 12謝 辭 13參考文獻 14附 錄 15第一章 概述曲軸是發(fā)動機上的一個重要的旋轉機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復運動變成循環(huán)(旋轉運動。曲軸主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。發(fā)動機工作過程就是：活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉變?yōu)樾D運動。而曲軸加工的好壞將直接影響著發(fā)動機整體性能的表現。發(fā)動機機體是構成發(fā)動機的骨架，是發(fā)動機各機構和各系統(tǒng)的安裝基礎，其內、外安裝著發(fā)動機的所有主要零件和附件，承受各種載荷。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋等零件組成。1）氣缸體水冷發(fā)動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有許多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。2）曲軸箱氣缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼。油底殼受力很小，一般采用薄鋼板沖壓而成，其形狀取決于發(fā)動機的總體布置和機油的容量。油底殼內裝有穩(wěn)油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，減少發(fā)動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止?jié)櫥托孤?。；V型發(fā)動機曲軸的曲拐數等于氣缸數的一半。主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數目不僅與發(fā)動機氣缸數目有關，還取決于曲軸的支承方式。連桿軸頸是曲軸與連桿的連接部分，在連接處用圓弧過渡，以減少應力集中。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接部分，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有平衡重塊。平衡重塊用來平衡發(fā)動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一部分往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩(wěn)。曲軸前端裝有齒輪，驅動風扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成擋油凸緣與回油螺紋，以阻止機油向后竄漏。2.3曲軸的主要技術要求分析1.主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關等級IT6，表面粗糙度Ra值為1.250.63m。軸頸長度公差等級為IT9IT10。軸頸的形狀公差，如圓度、圓柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.030.08mm。3.各連桿軸頸的位置度不大于20。2.4曲軸的材料和毛坯的確定曲軸工作時要承受很大的轉矩及交變的彎曲應力，容易門生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求用材應有較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性。常用材料有：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對于高速、重載曲軸，可采用40Cr、42Mn2V等材料。本課題采用球墨鑄鐵QT600-2.曲軸的毛坯根據批量大小、尺寸、結構及材料品種來決定。批量較大的小型曲軸，采用模鍛；單件小批的中大型曲軸，采用自由鍛造；而對于球墨鑄鐵材料則采用鑄造毛坯。2.5曲軸的機械加工工藝過程曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及位置精度的要求都很高，但剛性比較差，容易產生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必須予以充分的重視。曲軸需要加工的表面有：主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、22的外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保留工藝搭子前。 根據曲軸的結構特點及機械加工的要求，加工順序大致可歸納為：銑兩端面；車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和20、22外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。2.6曲軸機械加工工藝路線在進行大量的工藝分析之后，制定出大批大量生產曲軸的加工工藝路線：1） 鍛造2） 熱處理3） 銑兩端面4） 車兩端工藝搭子外圓5） 鉆主軸頸中心孔6） 鉆連桿軸頸中心孔7） 檢驗8） 粗車三個連桿軸頸9） 精車三個連桿軸頸10） 車工藝搭子兩端面11） 粗車各處外圓12） 精車各處外圓13） 檢驗14） 磨削連桿軸頸外圓15） 磨削兩主軸頸16） 磨削22-00.12mm外圓17） 磨削20 0 -00.021mm外圓18） 檢驗19） 車掉兩端工藝搭子20） 車兩端面21） 銑鍵槽22） 倒角23） 去毛刺24） 最后檢驗第三章 曲軸的機械加工工藝過程分析3. 1曲軸的機械加工工藝特點三拐曲軸除了具有軸的一般加工規(guī)律外，也有它的工藝特點，主要包括形狀復雜，剛性差及技術要求高，針對這些特點應采取相應的措施，分析如下：1、形狀復雜曲軸主軸頸與連桿軸頸不在同一軸上線，偏心距有一定的尺寸要求，并且兩軸有較高的位置度要求，同時主軸頸與連桿軸頸間有較大的平衡塊，因此在工藝設計中應解決以下幾點問題：a.設計加工連桿軸頸的偏心夾具，即連桿軸頸與機床主軸重合，并使夾具能回轉180度，加工另一連桿軸頸。b.為消除加工時的不平衡力的產生，設計夾具時應精確設計平衡重。2、剛性差因本曲軸長徑比較大，同時具有曲拐，因此剛性較差。曲軸在切削力及自重的作用下會產生嚴重的扭曲及彎曲變形，特別在單邊傳動的機床上加工更為嚴重，在工藝設計中應解決以下問題：1）：粗加工時由于切削余量大，切削力也較大，可用中間托架來增強剛性，減小變形和振動，同時機床刀具及夾具都應有較高的剛度。2）：在加工時盡量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同時橫向進給。3）：合理安排工位次序以減少加工變形，按先粗后精的原則安排加工工序，逐步提高精度。 該零件是三拐小型曲軸，生產批量不大，故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便，節(jié)省找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸分別是20mm和25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在32mm的圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端45mm的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，達到用中心孔定位的目的。 2）在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸為粗基準，鉆好主軸頸的一對中心孔；然后以這一對中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準劃線，再將曲軸放到回轉工作臺上，加工32mm、圓周120均布的三個連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。 3）該零件剛性較差，應按先粗后精的原則安排加工順序，逐步提高加工精度。對于主軸頸與連桿軸頸的加工順序是，先加工三個連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以避免一開始就降低工件剛度，減少受力變形，有利于提高曲軸加工精度。 4）由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進行，故磨外圓工序必須提前在還保留工藝搭子中心孔時進行，同時要注意防止已磨好的表面被碰傷。 3. 3曲軸主要加工工序分析3.3.1銑曲軸兩端面,鉆中心孔本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長及中心孔的質量，若端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此采用先面后孔的原則。中心孔除影響曲軸質量分布外，它還是曲軸加工的重要基準貫穿整個曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設計中因考慮設備因素，采用找出曲軸的幾何中心代替質量中心。打中心孔以毛坯的外表面作為基準，因而毛坯外表面質量好壞直接影響孔的位置誤差。3.3.2曲軸主軸頸的車削由于曲軸年產量不大，主軸頸加工采用車削，在剛度較強的普通車床上進行。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。由于加工余大且不均勻，旋轉不平衡，加工時產生沖擊，因此工件要夾牢固。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削順序是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側用頂尖以中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個軸頸，半精度及精車都按此順序進行，逐漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。3.3.3曲軸連桿軸頸的車削主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準，采用專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在普通車床上進行。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位兩連桿軸頸軸線需要控制在180度+30度或180度30度）以及曲軸旋轉的不平衡問題。這些都由專用夾具來保證，夾具體為一對用以定位的V型塊組成，裝在接盤上。接盤與車床過渡接盤靠中間的定位銷定位并連接，接盤在過渡接盤上靠棱形定位銷可轉180度，依次車削兩個連桿軸頸。V型塊中心與車床主軸線距離一個曲軸半徑。車削過程中，一端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔，中心孔偏心距同樣為一個曲軸半徑。用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線一致。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消除曲軸旋轉時不平衡力矩的生。曲軸加工時由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形，為了加強工件剛度，用撐桿來撐住另一個曲拐的開移。車削連桿軸頸時為了使切削力不致于太大，每次車削余量控制在11.5mm內，同時車床旋轉不能太高，刀具采用高速鋼。3.3.4鍵槽加工這個鍵槽主要用于飛輪，加工此鍵槽應安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及控制鍵槽的深度以及對稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在普通銑床上進行。3.3.5軸頸的磨削由于主軸頸及連桿軸頸精度較高，尺寸精度為IT6級，表面粗糙度1.60.8m，并且具有較高的形狀精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進行磨削，以提高精度表面粗糙度。在工藝設計中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法基本上與車軸頸相同，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進行，磨連桿軸頸則以經過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進行的。由于軸頸寬度不大，采用橫向進給磨削法，生產率較高，磨輪的外形需仔細地修整，因為直接影響軸頸與圓角的形狀，磨削余量根據車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.20.3mm，精磨余量控制在0.10.15 mm內。在橫向進給磨削中，磨輪對工件的壓力很大，為避免曲軸彎曲，采用可以調節(jié)的中心架，否則就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個軸頸的擺差減小才開始使用中心架。磨削主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準中心孔的精度，磨削工序之前必須修研中心孔。第四章 機械加工余量、工序尺寸及公差的確定4.1曲軸主要加工表面的工序安排 曲軸的主要加工表面為主軸頸、連桿軸頸、各外圓；次要加工表面為兩端面、鍵槽。此外，還有還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。連桿各主要表面的工序安排如下：1）、主軸頸：粗車、精車、磨削；2）、連桿軸頸：粗車、精車、磨削；3）、220-0.12mm外圓：粗車、精車、磨削； 被吃刀量 ：取 =1mm，2 進給量f：取 。3 機床主軸轉速: 取n=600r/min4 切削速度： 5 計算切削工時：被切削層長度 =322=66mm ，因為粗車走刀兩次，故tm=0.44min工序 9 ：精車三個連桿軸頸至24.50-0.033。選用機床：CA6140臥式車床 1 被吃刀量 ：取 =0.65mm，2 進給量f：取f=0.3mm/r3 機床主軸轉速: 取n=800r/min4 切削速度： 5 計算切削工時：被切削層長度 =322=66mm ，因為粗車走刀兩次，故tm=0.55min4.4 連桿機械加工工藝過程卡片的制訂制訂機械加工工藝規(guī)程的最后一項工作就是填寫工藝卡片，它主要包括發(fā)動機曲軸的工序順序及內容的填寫、工序簡略的繪制、合理選擇各工序所用機床設備的名稱與型號、工藝裝備即刀具、夾具、量具等）的名稱與型號。見附錄：參考文獻1 陳明主編，機械制造工藝學M. 北京:機械工業(yè)出版社, 2005.072 陳宏鈞主編，實用機械加工工藝手冊：38-4012 田曉鋒，閆紅彥，常新錄，100系列發(fā)動機曲軸淬火工藝實驗