曲軸的加工工藝及夾具設(shè)計

明達職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計專業(yè)機電一體化技術(shù)學(xué)生姓名鄭為山班級09機電一班學(xué)號62093138指導(dǎo)教師問德剛完成時間2011年12月15日目錄摘要………………………21軸零件圖的分析………..31.1曲軸零件及其工藝特點…………….31.2曲軸的主要技術(shù)要求………………41.3曲軸零件加工要求…………………41.4曲軸零件工藝特點…………………..42曲軸的機械加工…………42.1曲軸的材料和毛坯………………….42.2曲軸的機械加工工藝過程…………53曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計…………….143.1機床夾具的分類、根本組成和功用………………..143.2加緊方案……………153.3定位基準的選擇………153.4定位誤差分析………153.5夾具結(jié)構(gòu)簡圖………173.6夾具的使用方法……………………19總結(jié)……………………….20參考文獻…………………..21致謝……………………..22曲軸加工工藝及曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計鄭為山【摘要】曲軸是汽車發(fā)動機的關(guān)鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發(fā)動機的質(zhì)量和壽命.曲軸在發(fā)動機中承當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(jīng)受著長時間高速運轉(zhuǎn)的磨損，因此要求曲軸材質(zhì)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(fù)直線運動通過連桿轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，從而實現(xiàn)發(fā)動機由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的輸出。本課題是曲軸的加工工藝的分析與設(shè)計進行探討。工藝路線的擬定是工藝規(guī)程制訂中的關(guān)鍵階段，是工藝規(guī)程制訂的總體設(shè)計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且影響到工人、設(shè)備、工藝裝備及生產(chǎn)場地等的合理利用，從而影響生產(chǎn)本錢。所以，本次設(shè)計是在仔細分析曲軸零件加工技術(shù)要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經(jīng)過查閱相關(guān)參考書、手冊、圖表、標準等技術(shù)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?！娟P(guān)鍵詞】發(fā)動機曲軸工藝分析工藝設(shè)計夾具1軸零件圖的分析1.1曲軸零件及其工藝特點曲軸是組成發(fā)動機的重要零件之一，它的作用是將活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，這一旋轉(zhuǎn)運動傳遞給其他工作機械。曲軸工作時的受力情況非常復(fù)雜。它不但受到很大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和大小、方向都在周期性變化的彎曲應(yīng)力的作用，而且還受到振動所產(chǎn)生的附加應(yīng)力的作用。因此曲軸應(yīng)具有足夠的強度、剛度、抗疲勞度及抗沖擊韌性。同時，由于曲軸工作時的旋轉(zhuǎn)速度提高，所以再設(shè)計曲軸時，應(yīng)使曲軸的主軸頸和連桿軸頸具有足夠的耐磨性，且曲軸的質(zhì)量應(yīng)當平衡分布，以減少不平衡帶給曲軸的附加載荷。不同型式和功用的發(fā)動機，為了保證曲軸能正常工作，對曲軸規(guī)定了嚴格的技術(shù)要求。對汽車、拖拉機發(fā)動機和柴油機的曲軸，有關(guān)部門制定了部頒標準。1.2曲軸的主要技術(shù)要求所有主軸項頸和連桿軸頸尺寸公差等級不低于IT6，軸頸的圓度和軸頸母線間的平行度不大于0.015mm，軸頸外表粗糙Ra值為0.4~0.2μm；連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度允差為0.02/100mm;長度小于1.5m的曲軸，以兩端的主軸頸支撐時，中間主軸頸的徑向跳動允差為0.03mm;裝飛輪法蘭盤的端面跳動允差為0.02/100mm，法蘭盤的端面只允許凹入，不允許凸起，以保證和飛輪端面可靠貼合；曲柄半徑公差為±0.05mm;主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的外表粗糙度Ra值不大于0.4μm;多缸發(fā)動機曲軸、各連桿軸頸軸線之間的角度偏差不大于±30°精加工后的曲軸必須經(jīng)過動平衡，所要求的平衡精度決定于發(fā)動機的用途、軸頸數(shù)目和每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)；曲軸的主軸頸和連桿軸頸，應(yīng)經(jīng)過外表淬火或氮化，根據(jù)材料及熱處理標準的不同，其硬度為50~62HRC；曲軸經(jīng)精加工后需進行磁力探傷，磁力探傷技術(shù)條件由制造廠規(guī)定，并應(yīng)做退磁處理。在我國，汽車、拖拉機發(fā)動機生產(chǎn)廠家眾多，各生產(chǎn)廠家對曲軸加工的技術(shù)要求不盡相同。1.3曲軸零件加工要求所有主軸頸和連桿軸需經(jīng)高頻淬火，其硬度為55-62HRC，淬火層深度不小于3mm;曲軸的動力不平衡量不得大于120g;已加工外表上不得有碰痕、裂紋、發(fā)紋、黑點、夾渣、毛刺、凹陷等缺陷；油道孔內(nèi)不允許有鐵屑和臟物，要用煤油清洗，并用壓縮空氣吹干凈；非加工外表應(yīng)清潔，不得有氧化皮、疊縫、結(jié)疤、分層和裂縫，不允許用錘輾或焊補法消除缺陷；未注尺寸公差：加工尺寸按Q/SB123—64，鍛造尺寸按Q/SB125—64。圖1-1所示曲軸的結(jié)構(gòu)特點是：主軸頸和連桿軸頸分布在同一平面內(nèi)。四個連桿軸頸在主軸頸兩側(cè)呈兩兩分布。由此可見，曲軸是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)要求高、剛性特別差的軸類零件。1.4曲軸零件工藝特點零件的工藝特點主要取決于結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求。作為曲軸加工，其主要問題就是工件本身的剛性差、零件技術(shù)要求高。這就需要在加工過程中采取一系列相應(yīng)的措施，以使加工后的零件符合圖紙的設(shè)計要求。應(yīng)采取的措施大致有：盡量減少或抵消切削力；提高曲軸的支承剛性，以減小受力變形；在工藝路線中設(shè)置校直工序，以減少前工序的彎曲變形對后續(xù)工序的影響；加工工藝路線要分階段，以減少粗加工對經(jīng)精加工的影響；2曲軸的機械加工2.1曲軸的材料和毛坯曲軸材料一般采用45鋼〔精選含碳量為0.42%~0.47%〕，45Mn2，50Mn，40Cr，35CrMo鋼、QT800-2球墨鑄鐵等。根據(jù)不同的生產(chǎn)類型和工廠的具體條件，鋼制曲軸毛坯，在單件、小批生產(chǎn)中常采用自由鍛造；在大批、大量生產(chǎn)中一般采用模鍛法壓制。在我國，還廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。近年來，很多工廠廣泛使用具有中國特點的稀土球墨鑄鐵曲軸。圖1-1所示曲軸采用精選QT800-2模鍛毛坯。其鍛造工藝過程為：將坯料加熱至1180~1240℃為了保證曲軸毛坯具有良好的機械加工性能及各加工外表余量均勻等要求，對曲軸毛坯規(guī)定了嚴格的技術(shù)要求，其主要要求如下。熱處理：調(diào)質(zhì)硬度為207~241HBS。法蘭端面對主軸中心線的垂直度：當法蘭厚度小于等于26.5mm時，不大于1mm;當法蘭厚度大于26.5mm時，不大于2.5mm。法蘭上孔中心對主軸頸中心不同軸度不大于2mm。曲軸彎曲不大于1mm。錯模誤差：縱向，當連桿軸頸長小于等于48mm時，不大于1mm，軸頸長大于48mm，不大于2.5mm；徑向，當連桿軸頸小于等于Φ3mm，不大于1mm，軸頸大于Φ3mm時，不大于2mm。外表缺陷深度：不加工外表，允許有不大于2mm的凹坑及鏟除休整的痕跡；加工外表允許有不大于實際余量1/2的凹坑、發(fā)裂及氣孔。周邊除注明處外，毛刺不大于8mm；B處毛刺不大于4mm；Φ166圓周縱向毛刺不大于8mm。不加工外表不允許有氧化皮、折疊、裂紋等缺陷。Φ166和Φ52不充滿處允許焊補并磨光，具體按焊接技術(shù)條件進行。2.2曲軸的機械加工工藝過程為某中批大量生產(chǎn)類型工廠加工圖1-1所示鋼制發(fā)動機曲軸的機械加工工藝過程。曲軸示意圖圖1-1中批量生產(chǎn)類型曲軸的加工工藝過程工序號工序名稱工序簡圖及說明設(shè)備1熱處理正火2锪前端面，并從兩面鉆中心孔Vc=7m/minf=0.06mm/r臥式雙面中心孔鉆床3切第四、五側(cè)板面，車第三主軸頸Φ87外圓：Vc=11.8m/minf=0.4mm/r側(cè)板：Vc=35m/minf=0.3mm.rΦ105外圓：Vc=14.2m/minf=0.1mm/r特種多刀車床4校直校直時，曲軸的彎曲撓度允許在5mm范圍內(nèi)壓床5粗磨第三主軸頸Vc=20.3m/minf=0.005mm外圓磨床6檢驗〔抽檢〕Φ86外圓上偏差0下偏差-0.14，長度65.95上偏差0.12下偏差0，粗糙度6.3在工作地點7車一、二、四、五主軸頸和前后端I、II、IV、V主軸頸Vc=6m/minf=0.6mm/r法蘭外圓及端面Vc=11.2m/minf=0.Φ42外圓Vc=2.9m/minf=0.1mm/r特種多刀車床8檢驗〔抽檢5%〕在工作地點9粗磨第一第五主軸頸粗磨第一軸頸外圓Φ860-0.14長度為60.85上偏差為0.12，下偏差為0粗磨第五軸頸外圓Φ860-0.14長度為84.6上偏差為0.12，下偏差為0倒圓角為R6Vc=24.3m/minf=0.005mm/r外圓磨床10粗磨第二、第四主軸頸粗磨第一軸頸外圓Φ860-0.14長度為59.75上偏差為0.2，下偏差為0粗磨第一軸頸外圓Φ860-0.14長度為60.85上偏差為0.2，下偏差為0倒圓角為R6Vc=24.3m/minf=0.005mm/r外圓磨床11銑定位面“E”Vc=29.8m/minf=臥式銑床12切第一、二、七、八側(cè)板，并粗車第一、四連桿軸頸Φ87外圓：高速Vc=11.8m/minf=0.4mm低速Vc=6.1m/minf=0.2特種多刀車床13切第三、四、五、六側(cè)板，并粗車第二、三連桿軸頸Φ87外圓：高速Vc=11.8m/minf=0.4mm低速Vc=6.1m/minf=0.2特種多刀車床14檢驗〔抽檢5%〕檢驗11、12工序尺寸精度，及粗糙讀在工作地點15校直校直時，允許曲軸被壓彎撓度不得大于5mm壓床16粗磨第一、二、三、四連桿軸頸軸頸外圓Φ86，長度59.75+0.20倒圓角R6Vc=21.6m/minf=0.004特種外圓磨床17精車法蘭外圓及端面，車油封軸頸并倒角Φ160.8外圓：Vc=146.5m/minΦ110外圓：Vc=102m/min手動進給Φ85.6外圓：Vc=78m/min手動進給法蘭內(nèi)，外端面：Vc=146.5m/min手動進給車床18精車軸前端Φ45.6外圓：Vc=68m/minf=0.42Φ38.6外圓：Vc=57.6m/minf=0.車床19精磨第一、五主軸頸Vc=20m/minf=0.003外圓磨床20精磨第二三、四主軸頸Vc=20m/minf=0.003外圓磨床21精磨法蘭端面精磨法蘭端面至要加工尺寸Vc=50.3m/minf=0.005外圓磨床22在后端擴、鏜、鉸軸承孔擴孔Φ58Vc=10m/minf=0.56鏜孔Φ62Vc=62.7m/minf=0.17鉸孔Φ62+0.0140.032Vc=62.7m/minf=0.17六角車床23精磨四個連桿軸頸Vc=21.4m/minf=0.003特種外圓磨床24檢驗檢驗臺25準備交驗在曲柄外表去所有的尖角和毛刺鉗工臺26校直校直時，曲軸被壓彎程度不得大于5mm液壓壓床27拋光拋光所有主軸頸和連桿軸頸轉(zhuǎn)速：n=60~80r/min凸輪車床28檢驗檢驗臺29清洗30油封31包裝入庫3曲軸連桿軸頸磨床夾具設(shè)計一個機床的機械制造工藝系統(tǒng)由機床、工件、刀具和夾具組成。機床夾具的用以裝夾工件的一種裝置，其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置，并在加工過程中這個位置不變，可以看出夾具在機械加工中占有很重要的地位，尤其是在成批生產(chǎn)時更是大量采用機床夾具，它們是機床和工件之間的連接裝置，使工件相對機床或刀具獲得正確的位置。機床夾具的好壞直接影響工件加工外表的位置精度。所以，機床夾具設(shè)計是裝備設(shè)計中的一項重要工作。3.1機床夾具的分類、根本組成和功用機床夾具按其使用范圍可分為以下五種根本類型：通用夾具，專用夾具，通用可調(diào)整夾具和成組夾具，組合夾具，隨行夾具。機床夾具的根本組成，根據(jù)功用一般可分為：1〕定位原件或裝置，用以確定工件在夾具中的正確位置；2〕刀具導(dǎo)向原件或裝置，用以引導(dǎo)刀具或用以調(diào)整刀具相對于工件的位置；3〕夾緊元件或裝置，用以夾緊元件；4〕連接原件，用以確定工件在機床上的正確位置并與機床相連接；5〕夾具體，用以連接各夾具元件及裝置，使之成為一個整體，并通過它將夾具安裝在機床上；6〕其他元件及裝置，如分度裝置、防錯裝置等。機床夾具的功用一般為：1〕保證加工質(zhì)量；2〕提高生產(chǎn)率，降低本錢；3〕擴大機床工藝范圍，做到一機多能；4〕平衡各工序時間，以便組織流水生產(chǎn)；5〕減輕工人勞動強度，保證生產(chǎn)平安。3.2夾緊方案曲軸在定位之后，為使其在加工過程中不因切削力的作用，而失去正確的定位位置，還必須設(shè)計夾緊機構(gòu)，找取設(shè)計的夾緊機構(gòu)主要是由壓板將力傳給壓緊螺釘，再由壓緊螺桿將力施加于壓塊，從而使工件牢牢地固定在V型塊上。3.3定位基準的選擇工件在機床上的定位，實際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機床上的定位兩個方面，這里只討論工件在夾具上的定位。在本夾具設(shè)計中，由零件圖可知，曲軸四個連桿軸頸中心線對主軸中心線有平衡度要求，其設(shè)計基準為主軸頸中心線。為了使定位誤差為零，應(yīng)該選擇以主軸頸為定位面的夾具，其軸向定位面為第一主軸頸上的止推面，因此這里設(shè)計以第一、五主軸頸和止推面為定位基準面的夾具。以曲軸的第一、五主軸頸為定位基準用兩個V型塊來限制曲軸、、、四個自由度，在第一主軸頸的軸肩平面貼靠V型塊的側(cè)面限制曲軸的軸向移動一個自由度，剩下一個回轉(zhuǎn)自由度由防轉(zhuǎn)塊得以限制，對照六點定位原那么，使曲軸得到完全定位。采用翻轉(zhuǎn)壓蓋式機械夾緊，具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性好、夾緊可靠、增力比大等特點。3.4定位誤差分析因為工件的定位基準和定位元件均有制造誤差，所以工件在夾具中定位后的實際位置將在一定范圍內(nèi)變動，即存在一定的定位誤差，設(shè)計定位裝置時，就要控制這一誤差在加工中所允許的范圍內(nèi)。產(chǎn)生定位誤差的原因有以下兩個方面：1〕定位基準和工序基準不重合；2〕定位基準位移。定位誤差就是由基準不重合誤差和基準位移公差綜合引起的同批工件工序尺寸的那局部公差，也就是等于兩者的代數(shù)和。本夾具的主要定位元件為V型塊，軸向定位時定位基準——右夾具體的左端面與止推面的接合面即為曲軸連桿軸頸工序基準，即不存在基準位移公差也不存在基準不重合誤差，所以。求工序尺寸Φ的定位誤差，定位基準為主軸頸與V型塊接觸母線A和B，工序基準為主軸中心線，當主軸頸直徑存在誤差時，定位基準A或B沿V型塊工作面的位移為所以基準不重合誤差為基準位移誤差為那么總的定位誤差為本工序中，，故3.5夾具結(jié)構(gòu)簡圖曲軸連桿軸頸磨床夾具件號名稱件數(shù)材料備注1防轉(zhuǎn)塊1Q2352過渡盤2HT2003V形架2HT2004雙頭螺柱2455帶肩螺母2456壓緊螺釘2457螺母2458擺動壓塊24550~55HRC9U形壓板24540~45HRC10支撐板4T1040~45HRC11防轉(zhuǎn)塊1Q23512配重塊HT2003.6夾具的使用方法1．本夾具用于M8230外圓磨床，半精磨汽油機曲軸的連桿軸頸。通過擰緊螺母，經(jīng)V形壓板帶動擺動塊夾緊工件。2．工件通過兩個V形架3上的支撐板10作為主定位支撐，由防轉(zhuǎn)塊1或11作為防轉(zhuǎn)支撐進行定位。通過擰緊螺母5，經(jīng)U形壓板9帶動擺動壓塊8夾緊工件。3．磨削完1、4連桿軸頸后，松開工件，使其轉(zhuǎn)180°，當工件的工藝定位面C與另一防轉(zhuǎn)塊11接觸后，將工件夾緊，即可磨削2、3連桿軸頸?？傮w來說，該夾具能夠大大提高生產(chǎn)效率，因為可以調(diào)整，所以其加工范圍增大，能夠解決設(shè)備缺乏的情況；能夠有效的保證加工精度，無需高技能操作者；結(jié)構(gòu)簡單。制造方便、快捷，能夠為新產(chǎn)品的順利生產(chǎn)奠定技術(shù)根底。總結(jié)對任何制造業(yè)來說，制造工藝的根本要求主要是兩個方面：一是質(zhì)量要到達產(chǎn)品的設(shè)計要求；二是生產(chǎn)時消耗的物質(zhì)和勞動量最少。在到達這兩項要求的情況下，才能使產(chǎn)品的質(zhì)量可靠，企業(yè)的經(jīng)濟效益好。對大量生產(chǎn)的汽車制造業(yè)來說，這兩個根本要求尤為重要。在好的產(chǎn)品設(shè)計的前提下，汽車的質(zhì)量和可靠性就取決于工藝工作的好壞。當然，目前國際上還有更加先進的曲軸加工工藝和機床設(shè)備，只鉆一對質(zhì)量中心孔，選用日本的Mazak五軸聯(lián)動的數(shù)控機床進行一系列的加工。類似這樣的新技術(shù)，目前國內(nèi)汽車發(fā)動機曲軸的加工還處于研究階段，從經(jīng)濟效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于新技術(shù)、新工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。參考文獻[1]徐灝.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,1995.[2]吳宗澤.機械設(shè)計師[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.[3]薛源順.機床夾具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社,2008.[4]李海國.曲軸制造技術(shù)進展與未來.汽車制造業(yè)，2005[5]王茂元.機械制造技術(shù).北京:機械工業(yè)出版社,2001[6]