发动机曲轴加工工艺分析与设计方案.pdf

1/12 发动机曲轴加工工艺分析与设计摘 要曲轴是汽车发动机的关键零件之一,其性能好坏直接影响到汽车发动机的质量和寿命.曲轴在发动机中承担最大负荷和全部功率,承受着强大的方向不断变化的弯矩及扭矩，同时经受着长时间高速运转的磨损，因此要求曲轴材质具有较高的刚性、疲劳强度和良好的耐磨性能。发动机曲轴的作用是将活塞的往复直线运动通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的输出。本课题仅 175 型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行探讨。工艺路线的拟定是工艺规程制订中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计。所撰写的工艺路线合理与否，不但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的合理利用，从而影响生产成本。所以，本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，确定各工序的定位基准、机械加工余量、工序尺寸及公差，最终制定出曲轴零件的加工工序卡片。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 确定曲轴的加工工艺过程 3 2.1曲轴的作用 3 2.2曲轴的结构及其特点 3 2.3曲轴的主要技术要求分析 4 2.4曲轴的材料和毛坯的确定 4 2.5曲轴的机械加工工艺过程 4 2.6曲轴的机械加工工艺路线 5 第三章 曲轴的机械加工工艺过程分析 6 3.1曲轴的机械加工工艺特点 6 3.2曲轴的机械加工工艺特点分析 7 3.3 曲轴主要加工工序分析 8 3.3.1 铣曲轴两端面,钻中心孔 8 3.3.2 曲轴主轴颈的车削 8 2/12 3.3.3 曲轴连杆轴颈的车削 8 3.3.4 键槽加工 9 3.3.5 轴颈的磨削 9 第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 9 4.1曲轴主要加工表面的工序安排 9 4.2机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 10 4.2.1 主轴颈工序尺寸及公差的确定 10 4.2.2 连杆轴颈工序尺寸及公差的确定 10 4.2.3 22-00.12 外圆工序尺寸及公差的确定 10 4.2.4 20 0-0.021 外圆工序尺寸及公差的确定 11 4.3 确定工时定额 11 4.4 曲轴机械加工工艺过程卡片的制订 12 谢 辞 13 参考文献 14 附 录 15 第一章 概述曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复 运动变成循环(旋转 运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。发动机机体是构成发动机的骨架，是发动机各机构和各系统的安装基础，其内、外安装着发动机的所有主要零件和附件，承受各种载荷。机体组主要由气缸体、曲轴箱、气缸盖等零件组成。1）气缸体水冷发动机的气缸体和上曲轴箱常铸成一体，气缸体一般用灰铸铁铸成，气缸体上部的圆柱形空腔称为气缸，下半部为支承曲轴的曲轴箱，其内腔为曲轴运动的空间。在气缸体内部铸有许多加强筋，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的部位称为曲轴箱，曲轴箱分上曲轴箱和下曲轴箱。上曲轴箱与文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 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IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。2.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于 0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03 0.08mm。3.各连杆轴颈的位置度不大于 20。2.4曲轴的材料和毛坯的确定曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V 等材料。本课题采用球墨铸铁QT600-2.曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；而对于球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 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曲轴的机械加工工艺过程分析3.1曲轴的机械加工工艺特点三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施，分析如下：1、形状复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有一定的尺寸要求，并且两轴有较高的位置度要求，同时主轴颈与连杆轴颈间有较大的平衡块，因此在工艺设计中应解决以下几点问题：a.设计加工连杆轴颈的偏心夹具，即连杆轴颈与机床主轴重合，并使夹具能回转180度，加工另一连杆轴颈。b.为消除加工时的不平衡力的产生，设计夹具时应精确设计平衡重。2、刚性差因本曲轴长径比较大，同时具有曲拐，因此刚性较差。曲轴在切削力及自重的作用下会产生严重的扭曲及弯曲变形，特别在单边传动的机床上加工更为严重，在工艺设计中应解决以下问题：1）：粗加工时由于切削余量大，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都应有较高的刚度。2）：在加工时尽量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同时横向进给。3）：合理安排工位次序以减少加工变形，按先粗后精的原则安排加工工序，逐步提高精度。该零件是三拐小型曲轴，生产批量不大，故选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈分别是20mm和 25mm，而三处连杆轴颈中心距分布在 32mm的圆周上，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的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，达到用中心孔定位的目的。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，钻好主轴颈的一对中心孔；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 均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。3）该零件刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。4）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保留工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的表面被碰伤。3.3 曲轴主要加工工序分析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，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，若端面不平则中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差。3.3.2 曲轴主轴颈的车削由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。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的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。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，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。3.3.3 曲轴连杆轴颈的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的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的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）以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 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键槽加工这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。3.3.5 轴颈的磨削由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，表面粗糙度1.60.8 m，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度表面粗糙度。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余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法基本上与车轴颈相同，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的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直 接 影 响 轴 颈 与 圆 角 的 形 状，磨 削 余 量 根 据 车 削 后 的 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，磨轮对工件的压力很大，为避免曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否则就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的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干净，去砂粒及油泥，确保加工基准 中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。第四章 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定4.1曲轴主要加工表面的工序安排曲轴的主要加工表面为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工表面为两端面、键槽。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。连杆各主要表面的工序安排如下：1）、主轴颈：粗车、精车、磨削；文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 ZV6O4L3T8F4文档编码:CO3X6S9X10L3 HD7D3S8Z6K1 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