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柴油机曲轴加工工艺及夹具设计

目  录

摘要                                                              1
Abstract                                                          2
0  引言                                                           1
1  R180柴油机曲轴工艺设计                                         3
1.1  分析零件图                                                   3
1.2  确定生产类型                                                 3
1.3  确定毛坯                                                     3
1.4  机械加工工艺过程设计                                         3
1.5  选择加工设备和工艺装备                                       6
1.6  确定工序尺寸                                                 7
1.7  确定切削用量立即间定额                                       9
1.8  填写工艺规程卡                                              15
2  R180柴油机曲轴第一套夹具设计                                  16
2.1  明确设计任务、搜集分析原始资料                              16
2.2  确定夹具结构方案                                          17
2.3  绘制夹具结构草图                                            19
3  R180柴油机曲轴第二套夹具设计                                  21
3.1  明确设计任务、搜集分析原始资料                              21
3.2  确定夹具结构方案                                          22
3.3  夹具定位误差分析                                            22
3.4  拟订夹具总装图尺寸、公差和配合及技术要求                  22
3.5  绘制夹具总装图                                              23
4  结论                                                          24
致谢                                                             25
参考文件                                                         26
附件清单                                                         27

摘　要

本文关键介绍了R180柴油机曲轴工艺设计及其中两道工序夹具设计。本文作者是在确保产品质量、提升生产率、降低成本、充足利用现有生产条件、确保工人含有良好而安全劳动条件前提下进行设计。在工艺设计中，作者结合实际进行理论设计，对曲轴传统生产工艺进行了改善，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴生产加工更经济、合理。在夹具设计部分，作者在搜集加工所用机床、刀具及辅助工具等相关资料后，对工件材料、结构特点、技术要求及工艺分析基础上，根据夹具设计步骤设计出符合曲轴生产工艺及夹具制造要求夹具。

关键词：柴油机  曲轴　工艺　夹具
Abstract
This text introduce R180 diesel engine crankshaft technological design and two of them jig of process design mainly. The author of this text is guaranteeing product quality, boost productivity, lower costs, utilize existing working condition, guaranteeing worker to have good work prerequisite of terms to design . In technological design, the author combine carrying on theory design, improve the traditional production technology of the crankshaft actually, optimize craft course and craft equip, enable economy rational even more of production and processing of the crankshaft. Designing in the jig , the author collect the relevant materials, such as lathe, cutter and handling tool，etc. At the foundation of the analyse of work piece material, specification requirement and craft, and make jig of request according to jig measure design and cankshaft production technology and jig.

Keywords : Diesel engine  Crankshaft　Technology　Jig

0 引言
此次毕业设计是相关R180柴油机曲轴工艺设计及其中两道工序夹具设计。
曲轴是柴油机中关键零件之一，其材质大致分为两类：一是钢锻曲轴，二是球墨铸铁曲轴。因为采取铸造方法可取得较为理想结构形状,从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平提升而减小。球铁切削性能良好，并和钢制曲轴一样能够进行多种热处理和表面强化处理，来提升曲轴抗疲惫强度和耐磨性。而且球铁中内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时扭转振动振幅和应力，应力集中也没有钢制曲轴来敏感。所以球墨铸铁曲轴在中国外得到广泛采取。此次设计中曲轴材质为球铁。
从现在整体水平来看, 毛坯铸造工艺存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能不稳定、精度低、废品率高等问题。从以下多个工艺步骤采取方法对提升曲轴质量含有普遍意义。①熔炼  中国外一致认为,高温低硫纯净铁水取得是生产高质量球铁关键所在。为取得高温低硫磷纯净铁水，可用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成份。②球化处理  ③孕育处理  冲天炉熔化球铁原铁水,对铜钼合金球铁采取二次孕育。这对于预防孕育衰退，改善石墨形态，细化石墨及确保高强度球铁机械性能含相关键作用。④合金化　配合好铜和钼百分比对形成珠光体组织十分有利,可提升球铁强度,而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚敏感性。 ⑤造型工艺　气流冲击造型工艺优于粘土砂造型工艺，可取得高精度曲轴铸件，该工艺制作砂型含有没有反弹变形量特点,这对于多拐曲轴尤为关键。⑥浇注冷却工艺　采取立浇—立冷，斜浇—斜冷、斜浇—反斜冷三种浇注方法较为理想,其中后一个最好。斜浇—反斜冷优点是：型腔排气充足，铁水充型平稳，浇注系统撇渣效果好，冒口对铸件补缩效果好，适应大批量流水线生产。
现在，中国大部分专业厂家普遍采取一般机床和专用组合机床组成流水线生产，生产效率、自动化程度较低。曲轴关键技术项目仍和国外相差1～2个数量级。国外机加工工艺大致可归纳为以下多个特点。①广泛采取数控技术和自动线，生产线通常由几段独立自动化生产单元组成，含有很高灵活性和适应性。采取龙门式自动上下料，集放式机动滚道传输，切削液分粗加工和精加工两段集中供给和回收处理。②曲轴关键加工工序基准中心孔，通常采取质量定心加工方法，这么在静平衡时，加工量极少。③轴颈粗加工通常采取数控铣削或车拉工艺。工序质量可达成中国粗磨后水平，且切削变形小、效率高。铣削和车拉是曲轴粗加工发展方向。④国外曲轴磨床均采取CNC控制技术，含有自动进给、自动修正砂轮、自动赔偿和自动分度功效，使曲轴磨削精度和效率显著提升。⑤油孔加工采取鼓轮钻床和自动线，近几年伴随枪钻技术应用，油孔加工大多已采取枪钻自动线钻孔—修缘—抛光。⑥曲轴抛光采取CNC控制砂带抛光机，全部轴颈一次抛光只需20多秒，粗糙度可达Ra0.4以下，大大减小了发动机磨合期。⑦动平衡通常采取CNC控制综合平衡机，测量、修正一次完成。⑧检验通常在生产线上配置MARPOSS或HOMWORK综合检测机，实现在线检测，对曲轴几乎全部机加工项目均可一次完成检测、显示和打印。⑨曲轴清洗采取专用精洗机定点定位清洗，确保了曲轴清洁度要求。⑩广泛采取了轴颈过渡圆角滚压技术。专用圆角滚压机自动控制，对全部轴颈圆角进行一次滚压，而且滚压力和滚压角度可自动调整，使圆角处产生最好残余压应力，提升了曲轴疲惫强度。
曲轴热处理关键技术是表面强化处理。通常均正火处理，为表面处理作好组织准备。表面强化处理通常采取感应淬火或氮化工艺，少数厂家还引进了圆角淬火技术和设备。
球铁曲轴含有很多优点，中国外广泛采取。但整体水平和国外还有相当差距，除生产规模小、管理落后外，关键差距仍是制造工艺落后。借鉴国外优异技术和工艺方法是提升中国曲轴制造水平捷径。
制订工艺规程思绪是：①搜集和熟悉制订工艺规程相关资料图样，进行零件结构工艺性；②确定毛坯类型及制造方法；③选择定位基准；④确定工艺路线；⑤确定各工序工序余量、工序尺寸及其公差；⑥确定各工序设备，刀具、夹具、量具和辅助工具；⑦确定各工序切削用量立即间定额；⑧确定关键工序技术要求及检验方法；⑨进行技术经济分析，选择最好方案；⑩编制工艺文件。
机械制造技术新发展包含计算机辅助工艺规程设计和计算机辅助制造。计算机辅助制造是指经过计算机直接或间接地和企业中物质资源和人力资源交换信息，实现计算机对制造过程各步骤管理、控制和操作。柔性制造系统工作内容有：①生产工程分析和设计；②生产计划调度；③工作站和设备运行控制；④工程监测和质量确保；⑤物资供给和财会管理。计算机集成制造系统包含计算机辅助设计、计算机辅助工艺规程、计算机辅助制造、计算机辅助质量管理和自动存取等。
夹具设计思绪是：①明确设计任务，搜集设计资料；②拟订夹具结构方案、绘制结构草图；③绘制夹具总装图。绘制夹具总装图次序和方法：①用双点化线或红色笔绘出工件轮廓外形和关键表面，并用网纹线表示出加工余量；②视工件轮廓为透明体，分别绘出定位、导向、夹紧及其它元件或装置，最终绘制夹具体，形成一个夹具整体；③标注尺寸、公差和配合和技术要求；④对零件进行编号，填写零件明细栏和标题栏；⑤绘制夹具零件图。计算机辅助绘制夹具装配图：1、通常采取“菜单”形式，对夹具元件图形进行编目和检索。2、夹具装配图由若干夹具元件图形拼接而成。在微机上开发系统中可采取以下多个方法进行图形消隐：①按配合形式分别存图；②利用图形软件部分基础命令作消隐处理；③参数化建库消隐处理。   
1 R180柴油机曲轴工艺设计
1.1 分析零件图
1.1.1 零件作用
曲轴是柴油机一个关键零件。曲轴关键用于作往复运动机械中。
1.1.2 零件工艺分析
曲轴图样视图、尺寸、公差和技术要求齐全、正确；零件选择材料为QT800-2，该材料含有较高强度、韧性和塑性，切削性能良好；结构工艺性比很好。
依据各加工方法经济精度及通常机床所能达成位置精度，该零件没有极难加工表面，上述各表面技术要求采取常规加工工艺均能够确保。
1.2        确定生产类型
已知零件年生产纲领为10件，零件质量3.76kg，由《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—2可确定其生产类型为大量生产。故初步确定工艺安排基础倾向为：加工设备以自动化和专用设备为主，通用设备为辅；机床按流水线或自动线排列；采取高效专用夹具；广泛采取专用夹具；广泛采取专用量具、量仪和自动检验装置。这么生产效率高。
1.3        确定毛坯
1.3.1 确定毛坯种类
依据零件材料确定毛坯为铸件。并依其结构形状、尺寸大小和生产类型，毛坯铸造方法选择金属模机械砂型铸造。依据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—5铸件尺寸公差等级采取CT9级。
1.3.2 确定铸件余量及形状
依据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—7，取加工余量为MA-G级。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—8确定各表面铸件机械加工余量。
对于金属模机械砂型铸造，依据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—9铸件最小孔直径，故本零件上孔不铸出。
1.3.3 画铸件—零件综合图（见曲轴零件毛坯图）
1.4  机械加工工艺过程设计

1.4.1 选择表面加工方法
依据各表面加工要求和多种加工方法所能达成经济精度，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—32～表15—34选择零件关键表面（依次为从长头到短头）加工方法和方案以下：
M36X2螺纹：粗车（IT12）—精车（IT6）—割槽Ф33X4.8（IT11）—车螺纹M36X2。
1：8圆锥面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—铣键槽12N9（IT8）—磨削（IT6）。
Ф45圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—磨削（IT6）—抛光（IT5）。
Ф50圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф47X2.2—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф60圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）。
K面：铣（IT9）—钻孔4—Ф8（IT12）—铰孔4—Ф8（IT9）—钻孔2—M10（IT12）—攻丝2-M10。
Ф45连杆颈圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）—抛光（IT5）。
Ф14.2斜孔：钻（IT12）。
Ф5斜油孔：钻（IT12）—抛光（IT8）。
Ф60圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）。
Ф50圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф40圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф38.5X3（IT10）—铣键槽5N9（IT8）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。
Ф19孔：钻孔Ф18.5（IT12）—铰孔Ф19（IT8）。
M6螺纹：钻孔2—Ф5（IT12）—攻丝2-M6。
1.4.2 确定工艺过程方案
（1）确定方案 
因为各表面加工方法已基础确定，现根据“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基准先行”标准，初步确定两种工艺过程方案，见表1。
表1    工艺过程方案
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序号
工序内容
工序号
工序内容

毛坯

毛坯
010
按铸件要求检验
010
批量毛坯抽检
020
热处理
020
铣两端面
030
批量毛坯抽检
030
钻中心孔B5
040
铣两端面
040
检测曲轴硬度
方案Ⅰ
方案Ⅱ
工序号
工序内容
工序号
工序内容
050
钻中心孔B5
050
粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
060
检测曲轴硬度
060
粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6, Ф60
070
粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
070
精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60
080
粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6, Ф60
080
精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6, Ф60
090
车开档，粗车连杆颈Ф45
090
割槽Ф38.5X3,割槽Ф33X4.8,割槽Ф47X2.2
100
精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60,割槽Ф38.5X3
100
车开档
110
精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6, Ф60, 割槽Ф33X4.8, 割槽Ф47X2.2
110
粗、精车连杆颈Ф45
120
精车连杆颈Ф45
120
钻孔Ф14.2
130
钻孔Ф14.2
130
钻斜油孔Ф5
140
钻斜油孔Ф5
140
钻孔Ф18.5，铰孔Ф19
150
钻孔Ф18.5，铰孔Ф19
150
修正中心孔
160
修正中心孔
160
粗磨两端主轴颈Ф50
170
按工艺要求进行中间检验
170
粗磨连杆颈Ф45
180
粗磨两端主轴颈Ф50
180
铣键槽5N9
190
粗磨连杆颈Ф45
190
铣键槽12N9
200
铣键槽5N9
200
铣K面
210
铣键槽12N9
210
钻铰4—Ф8
220
铣K面
220
钻攻2—M10
230
钻铰4—Ф8
230
钻攻2—M6
240
钻攻2—M10
240
精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9
250
钻攻2—M6
250
精磨连杆颈Ф45
260
精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9
260
磨1：8圆锥面
270
精磨连杆颈Ф45
270
车螺纹M36X2
280
磨Ф40h6
280
油孔Ф5抛光
290
磨1：8圆锥面
290
在N处打厂标及检验标识
300
车螺纹M36X2
300
探伤

车床主轴零件机械加工工艺规程设计【课程设计】