曲轴加工工艺模板.doc

发动机曲轴加工工艺分析和设计摘 要曲轴是汽车发动机关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机质量和寿命.曲轴在发动机中负担最大负荷和全部功率,承受着强大方向不停改变弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转磨损，所以要求曲轴材质含有较高刚性、疲惫强度和良好耐磨性能。发动机曲轴作用是将活塞往复直线运动经过连杆转化为旋转运动，从而实现发动机由化学能转变为机械能输出。本课题仅175型柴油机曲轴加工工艺分析和设计进行探讨。工艺路线确实定是工艺规程制订中关键阶段，是工艺规程制订总体设计。所撰写工艺路线合理是否，不仅影响加工质量和生产率，而且影响到工人、设备、工艺装备及生产场地等合理利用，从而影响生产成本。所以，此次设计是在仔细分析曲轴零件加工技术要求及加工精度后，合理确定毛坯类型，经过查阅相关参考书、手册、图表、标准等技术资料，确定各工序定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制订出曲轴零件加工工序卡片。关键词：发动机，曲轴，工艺分析，工艺设计 目 录第一章 概述 1第二章 确定曲轴加工工艺过程 32.1曲轴作用 32.2曲轴结构及其特点 32.3曲轴关键技术要求分析 42.4曲轴材料和毛坯确实定 42.5曲轴机械加工工艺过程 42.6曲轴机械加工工艺路线 5第三章 曲轴机械加工工艺过程分析 63. 1曲轴机械加工工艺特点 63. 2曲轴机械加工工艺特点分析 7 3. 3曲轴关键加工工序分析 8 3.3.1铣曲轴两端面,钻中心孔8 3.3.2曲轴主轴颈车削 8 3.3.3曲轴连杆轴颈车削 8 3.3.4键槽加工 9 3.3.5轴颈磨削 9第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差确实定 94.1曲轴关键加工表面工序安排 94.2机械加工余量、工序尺寸及公差确实定 104.2.1主轴颈工序尺寸及公差确实定 104.2.2连杆轴颈工序尺寸及公差确实定 104.2.322 -00.12外圆工序尺寸及公差确实定 104.2.420 0-0.021外圆工序尺寸及公差确实定 114.3 确定工时定额 114.4 曲轴机械加工工艺过程卡片制订 12谢 辞 13参考文件 14附 录 15 第一章 概述曲轴是发动机上一个关键旋转机件，装上连杆后，可承接活塞上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。曲轴关键有两个关键加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈和连杆大头孔连接，连杆小头孔和汽缸活塞连接，是一个经典曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气燃爆，推进活塞做直线运动，并经过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工好坏将直接影响着发动机整体性能表现。发动机机体是组成发动机骨架，是发动机各机构和各系统安装基础，其内、外安装着发动机全部关键零件和附件，承受多种载荷。机体组关键由气缸体、曲轴箱、气缸盖等零件组成。（1）气缸体水冷发动机气缸体和上曲轴箱常铸成一体，气缸体通常见灰铸铁铸成，气缸体上部圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴曲轴箱，其内腔为曲轴运动空间。在气缸体内部铸有很多加强筋，冷却水套和润滑油道等。（2）曲轴箱气缸体下部用来安装曲轴部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱和气缸体铸成一体，下曲轴箱用来贮存润滑油，并封闭上曲轴箱，故又称为油底壳。油底壳受力很小，通常采取薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机总体部署和机油容量。油底壳内装有稳油挡板，以预防汽车颠动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中金属屑，降低发动机磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，预防润滑油泄漏。（3）气缸盖气缸盖安装在气缸体上面，从上部密封气缸并组成燃烧室。它常常和高温高压燃气相接触，所以承受很大热负荷和机械负荷。水冷发动机气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面冷却水孔和缸体冷却水孔相通。利用循环水来冷却燃烧室等高温部分。缸盖上还装有进、排气门座，气门导管孔，用于安装进、排气门，还有进气通道和排气通道等。汽油机气缸盖上加工有安装火花塞孔，而柴油机气缸盖上加工有安装喷油器孔。顶置凸轮轴式发动机气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。气缸盖通常采取灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金导热性好，有利于提升压缩比，所以多年来铝合金气缸盖被采取得越来越多。而作为发动机上一个关键旋转机件曲轴，其加工方法仍有通常轴加工规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光，不过曲轴也是有它特点，它由主轴颈，连杆轴颈和连杆轴颈之间连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，所以安排曲轴加工工艺应采取对应工艺方法。 在曲轴机械加工中，采取新技术和提升自动化程度全部不停取得进展。现在，中国较陈旧曲轴生产线多数由一般机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备通常采取多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，轻易产生较大加工应力，难以达成合理加工余量。精加工普遍采取MQ8260等一般曲轴磨床进行粗磨、半精磨、精磨、抛光，通常靠人工操作，加工质量不稳，尺寸一致性差。现在加工曲轴粗加工比较流行工艺是：主轴颈采取车拉工艺和高速外铣，连杆颈采取高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采取干式切削。在对连杆颈进行随动磨削时，曲轴以主轴颈为轴线进行旋转，并在一次装夹下磨削全部连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转连杆颈进行磨削加工。当然，现在国际上还有愈加优异曲轴加工工艺和机床设备，只钻一对质量中心孔，选择日本Mazak五轴联动数控机床进行一系列加工。类似这么新技术，现在中国汽车发动机曲轴加工还处于研究阶段，从经济效益和加工难度上考虑这是显而易见。不过对于新技术、新工艺追求是不会止步，这就需要我们现代青年和科技工作者不停努力。第二章 确定曲轴加工工艺过程2.1曲轴作用曲轴是汽车发动机中关键零件，它和连杆配合将作用在活塞上气体压力变为旋转动力，传给底盘传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，所以，要求曲轴含有足够刚度和强度，含有良好承受冲击载荷能力，耐磨损且润滑良好。2.2曲轴结构及其特点 图2-1 曲轴结构图曲轴通常由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴曲拐数等于气缸数二分之一。主轴颈是曲轴支承部分，经过主轴承支承在曲轴箱主轴承座中。主轴承数目不仅和发动机气缸数目相关，还取决于曲轴支承方法。连杆轴颈是曲轴和连杆连接部分，在连接处用圆弧过渡，以降低应力集中。曲柄是主轴颈和连杆轴颈连接部分，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡离心力矩，有时还用来平衡一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵皮带轮和起动爪等。为了预防机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴后端用来安装飞轮，在后轴颈和飞轮凸缘之间制成挡油凸缘和回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。2.3曲轴关键技术要求分析1.主轴颈、连杆轴颈本身精度，即尺寸公关等级IT6，表面粗糙度Ra值为1.250.63m。轴颈长度公差等级为IT9IT10。轴颈形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包含主轴颈和连杆轴颈平行度：通常为100mm之内小于0.02mm；曲轴各主轴颈同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.030.08mm。3.各连杆轴颈位置度小于20。2.4曲轴材料和毛坯确实定曲轴工作时要承受很大转矩及交变弯曲应力，轻易门生扭振、折断及轴颈磨损，所以要求用材应有较高强度、冲击韧度、疲惫强度和耐磨性。常见材料有：通常曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采取40Cr、42Mn2V等材料。本课题采取球墨铸铁QT600-2.曲轴毛坯依据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大小型曲轴，采取模锻；单件小批中大型曲轴，采取自由铸造；而对于球墨铸铁材料则采取铸造毛坯。2.5曲轴机械加工工艺过程曲轴尺寸精度、加工表面形状精度和位置精度要求全部很高，但刚性比较差，轻易产生变形，这就给曲轴机械加工带来了很多困难，必需给予充足重视。曲轴需要加工表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、22外圆。因为使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保留工艺搭子前。 依据曲轴结构特点及机械加工要求，加工次序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和20、22外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。2.6曲轴机械加工工艺路线在进行大量工艺分析以后，制订出大批大量生产曲轴加工工艺路线：（1） 铸造（2） 热处理（3） 铣两端面（4） 车两端工艺搭子外圆（5） 钻主轴颈中心孔（6） 钻连杆轴颈中心孔（7） 检验（8） 粗车三个连杆轴颈（9） 精车三个连杆轴颈（10） 车工艺搭子两端面（11） 粗车各处外圆（12） 精车各处外圆（13） 检验（14） 磨削连杆轴颈外圆（15） 磨削两主轴颈（16） 磨削22-00.12mm外圆（17） 磨削20 0 -00.021mm外圆（18） 检验（19） 车掉两端工艺搭子（20） 车两端面（21） 铣键槽（22） 倒角（23） 去毛刺（24） 最终检验第三章 曲轴机械加工工艺过程分析3. 1曲轴机械加工工艺特点三拐曲轴除了含有轴通常加工规律外，也有它工艺特点，关键包含形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取对应方法，分析以下：1、形状复杂曲轴主轴颈和连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定尺寸要求，而且两轴有较高位置度要求，同时主轴颈和连杆轴颈间有较大平衡块，所以在工艺设计中应处理以下几点问题：a.设计加工连杆轴颈偏心夹具，即连杆轴颈和机床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另一连杆轴颈。b.为消除加工时不平衡力产生，设计夹具时应正确设计平衡重。2、刚性差因本曲轴长径比较大，同时含有曲拐，所以刚性较差。曲轴在切削力及自重作用下会产生严重扭曲及弯曲变形，尤其在单边传动机床上加工更为严重，在工艺设计中应处理以下问题：（1）：粗加工时因为切削余量大，切削力也较大，可用中间托架来增强刚性，减小变形和振动，同时机床刀具及夹具全部应有较高刚度。（2）：在加工时尽可能使切削力作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。（3）：合理安排工位次序以降低加工变形，按先粗后精标准安排加工工序，逐步提升精度。 （4）：在有可能产生变形工序后面增设校直工序。 3、技术要求高曲轴技术要求较高，加工面多，需要确保尺寸、形状、位置精度较多。所以总工艺路线较长，精加工占有相当百分比。加工时应要处理以下问题：A：正确分配粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基准选择用曲轴两端中心孔。中心孔加工以主轴颈外圆作为基准，这么能确保曲轴加工径向及轴向加工余量均匀性。C：精加工时仍用中心孔作为基准，但要重新修磨中心孔，避免精加工时因中心孔磨损引发加工误差。也可一端用主轴颈定位，另一端用中心孔定位以提升刚度。D：曲轴轴向定位以主轴颈轴肩定位，工艺设计时定位基准应尽可能和设计基准一致。3. 2曲轴机械加工工艺特点分析 1)该零件是三拐小型曲轴，生产批量不大，故选择中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能确保三处连杆轴颈位置精度。但轴两端轴颈分别是20mm和25mm，而三处连杆轴颈中心距分布在32mm圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端45mm工艺搭子，这么就能够在工艺搭子上钻出四对中心孔，达成用中心孔定位目标。 2）在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工32mm、圆周120均布三个连杆轴颈中心孔，这么就确保了它们之间位置精度。 3）该零件刚性较差，应按先粗后精标准安排加工次序，逐步提升加工精度。对于主轴颈和连杆轴颈加工次序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其它各处外圆，这么安排能够避免一开始就降低工件刚度，降低受力变形，有利于提升曲轴加工精度。 4）因为使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必需提前在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意预防已磨好表面被碰伤。 3. 3曲轴关键加工工序分析3.3.1铣曲轴两端面,钻中心孔本工序在钻铣车组合车床上完成，关键确保曲轴总长及中心孔质量，若端面不平则中心钻上两切削刃受力不均，钻头可能引偏而折断，所以采取先面后孔标准。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工关键基准贯穿整个曲轴加工一直。所以直接影响曲轴加工精度。打中心孔在此次工艺设计中因考虑设备原因，采取找出曲轴几何中心替换质量中心。打中心孔以毛坯外表面作为基准，所以毛坯外表面质量好坏直接影响孔位置误差。3.3.2曲轴主轴颈车削因为曲轴年产量不大，主轴颈加工采取车削，在刚度较强一般车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈车削。因为加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，所以工件要夹牢靠。车床、刀具、夹具要有足够刚性。主轴颈车削次序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车全部按此次序进行，逐步提升主轴颈及其它轴颈加工精度。3.3.3曲轴连杆轴颈车削主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈基准，采取专用车夹具、车削连杆轴颈，车削一样在一般车床上进行。车削连杆轴颈需要处理是角度定位（两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度30度）和曲轴旋转不平衡问题。这些全部由专用夹具来确保，夹具体为一对用以定位V型块组成，装在接盘上。接盘和车床过渡接盘靠中间定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心和车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端和曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距一样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这么就能确保连杆轴颈轴线和车床主轴线一致。安装夹具体接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩生。曲轴加工时因为受到离心力和两顶尖轴向压紧偏心力作用，轻易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在11.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采取高速钢。3.3.4键槽加工这个键槽关键用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序以后，这么能确保定位精度及控制键槽深度和对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，一样用专用夹具在一般铣床上进行。3.3.5轴颈磨削因为主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度1.60.8m，而且含有较高形状精度及位置精度。所以主轴颈和连杆轴颈精车后要进行磨削，以提升精度表面粗糙度。在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其它轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈安装方法基础上和车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈则以经过精磨两端主轴颈定位，以确保和主轴颈轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行。因为轴颈宽度不大，采取横向进给磨削法，生产率较高，磨轮外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈和圆角形状，磨削余量依据车削后精度而定，粗磨余量值每边0.20.3mm，精磨余量控制在0.10.15 mm内。在横向进给磨削中，磨轮对工件压力很大，为避免曲轴弯曲，采取能够调整中心架，不然就不能去掉上道工序留下弯曲度，最好待这个轴颈摆差减小才开始使用中心架。磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹洁净，去砂粒及油泥，确保加工基准中心孔精度，磨削工序之前必需修研中心孔。第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差确实定4.1曲轴关键加工表面工序安排 曲轴关键加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽。另外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。连杆各关键表面工序安排以下：（1）、主轴颈：粗车、精车、磨削；（2）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；（3）、220-0.12mm外圆：粗车、精车、磨削；（3）、200-0.021mm外圆：粗车、精车、磨削;4.2机械加工余量、工序尺寸及公差确实定4.2.1主轴颈工序尺寸及公差确实定表4-1:曲轴主轴颈工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 301粗车 3.2mm IT11 26.80-0.13精车 1.3mm IT8 25.50-0.033磨削 0.5mm IT6 25+0.021 +0.0084.2.2连杆轴颈工序尺寸及公差确实定表4-2:曲轴连杆轴颈工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 281粗车 2.2mm IT10 25.80-0.084精车 1.3mm IT8 24.50-0.033磨削 0.5mm IT8 24-0.020 -0.0534.2.322 -00.12 mm外圆工序尺寸及公差确实定表4-3:曲轴220-0.12mm外圆工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 281粗车 3.5mm IT11 24.50-0.13精车 2mm IT8 22.50-0.033磨削 0.5mm IT11 220-0.124.2.420 -0 0.021mm外圆工序尺寸及公差确实定表4-4:曲轴20-0 0.021mm外圆工序及公差工序名称 工序余量 经济精度 工序尺寸及公差铸造 261粗车 3.5mm IT11 22.50-0.13精车 2mm IT8 20.50-0.033磨削 0.5mm IT7 20-0 0.0214.3确定工时定额工序 8 ：粗车三个连杆轴颈至25.80-0.084。选择机床：CA6140卧式车床。 1) 被吃刀量 ：取 =1mm，2) 进给量f：取 。3) 机床主轴转速: 取n=600r/min4) 切削速度： 5) 计算切削工时：被切削层长度 =322=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm=0.44min工序 9 ：精车三个连杆轴颈至24.50-0.033。选择机床：CA6140卧式车床 1) 被吃刀量 ：取 =0.65mm，2) 进给量f：取f=0.3mm/r3) 机床主轴转速: 取n=800r/min4) 切削速度： 5) 计算切削工时：被切削层长度 =322=66mm ，因为粗车走刀两次，故tm=0.55min4.4 连杆机械加工工艺过程卡片制订制订机械加工工艺规程最终一项工作就是填写工艺卡片，它关键包含发动机曲轴工序次序及内容填写、工序简略绘制、合理选择各工序所用机床设备名称和型号、工艺装备（即刀具、夹具、量具等）名称和型号。见附录：参考文件1 陈明主编，机械制造工艺学M. 北京:机械工业出版社, .072 陈宏钧主编，实用机械加工工艺手册（第2版）M. 北京:机械工业出版社, .083 王茂元主编，机械制造技术M . 北京:机械工业出版社, .084 丁柏群、王晓娟主编，汽车制造工艺技术M. 北京:国防工业出版社,.085 曾东建主编，汽车制造工艺学M. 北京:机械工业出版社，.096 林杰伦主编，内燃机工作过程数值计算M . 西安:西安交通大学出版社, 19867 周泽华主编，金属切削原理M. 上海：上海科学技术出版社，19928 吴国华主编，金属切削机床M. 北京:机械工业出版社，19969 马幼祥主编，机械加工基础M. 北京:机械工业出版社，198410 孙业保主编，车用内燃机M. 北京:北京理工大学出版社,199711 谢云臣, 赵英才，发动机曲轴工艺设备选型可拓评价研究J. 汽车技术, ，25(4)：38-4012 田晓锋，闫红彦，常新录，100系列发动机曲轴淬火工艺试验研究J. 拖拉机和农用运输车，34(6)：97-9813 宋正元，康明斯B系列曲轴工艺设计J. 柴油机，,(8)5：47-5014 王秋冰，马鸣，卢震鸣，来建刚，李光瑾，发动机曲轴用材料和工艺发展趋势，柴油机设计和制造，,15(1)：40-4415 .net附 录各工序简图编排：机械加工工艺过程综合卡片 产品名称 零件名称 材 料某 柴 油 机 厂 175型柴油机 曲 轴 球墨铸铁QT600-2序号 工序名称 技术条件及检验要求 工 序 简 图 设备1 铸造 按曲轴铸造工艺进行 2 热处理 正火 3 铣两端面 总长为265mm 铣床4 车两端工艺搭子外圆 直径45mm 车床5 钻主轴颈中心孔 车床6 钻连杆轴颈中心孔 正对连杆中心 7 检验 8 粗车三个连杆轴颈 留余量2.6mm 车床9 精车三个连杆轴颈 留余量0.5mm 车床10 车工艺搭子两端面 车床11 粗车各处外圆 留余量2mm 车床12 精车各处外圆 留余量0.5mm 车床13 检验 14 磨削连杆轴颈外圆 24-0.020 -0.053mm 外圆磨床15 磨削两主轴颈 25+0.021 +0.008mm 外圆磨床16 磨削 22 -00.12mm外圆 外圆磨床17 磨削 20 -0 0.021mm外圆 外圆磨床18 检验 19 车掉两端工艺搭子 长度为215mm以上 车床20 车两端面 表面粗糙度Ra=10 车床21 铣键槽 铣床22 倒角 为1mm 车床23 去毛刺 24 最终检验