設(shè)計(jì)《175F》柴油機(jī)曲軸零件的機(jī)械加工藝規(guī)程及加工Ф20H11鉆床夾具

1、課程設(shè)計(jì)題 目 名 稱 設(shè)計(jì)“175f柴油機(jī)曲軸”零件的機(jī)械加 工藝規(guī)程及加工20h11鉆床夾具 課 程 名 稱 汽車(chē)制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名 毛 亞 俊 學(xué) 號(hào) 0841128015 系 、專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械與能源工程系 指 導(dǎo) 老 師 劉 玉 梅 職 稱 教 授 2011年 9 月 16 日摘 要曲軸是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和壽命.曲軸在發(fā)動(dòng)機(jī)中承擔(dān)最大負(fù)荷和全部功率,承受著強(qiáng)大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時(shí)經(jīng)受著長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)的磨損，因此要求曲軸材質(zhì)具有較高的剛性、疲勞強(qiáng)度和良好的耐磨性能。發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的作用是將活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)連桿轉(zhuǎn)化為旋

2、轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)由化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的輸出。本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是為175f柴油機(jī)的曲軸設(shè)計(jì)工藝規(guī)程、工序卡和夾具。經(jīng)過(guò)查閱資料，首先要對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，經(jīng)過(guò)工藝分析，對(duì)工序進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)選定某一工序設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具，選擇定位基準(zhǔn)、定位方法和定位元件。在說(shuō)明書(shū)中第一部分，主要敘述了專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)基本要求和特點(diǎn)，對(duì)零件的工藝分析，完成了工藝方案的確定。第二部分，對(duì)夾具設(shè)計(jì)，對(duì)夾具設(shè)計(jì)計(jì)算。最后對(duì)主要零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇，以及為裝配圖各尺寸提供依據(jù)。通過(guò)前面的設(shè)計(jì)方案畫(huà)出模具各零件圖和裝配圖。本次設(shè)計(jì)闡述了專(zhuān)用夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程。本夾具性能可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)

3、成本。 關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī) 曲軸 工藝分析 工藝設(shè)計(jì) 夾具設(shè)計(jì)目 錄 前言11 零件分析1.1曲軸的功能和用途21.2曲軸的設(shè)計(jì)要求1.3繪制曲軸零件圖（見(jiàn)附圖1）2毛坯的選擇2.1 毛坯類(lèi)型32.2 毛坯余量確定33機(jī)械加工工藝路線確定33.1加工方法分析確定33.2加工順序的安排及制定工藝路線44曲軸20h11孔的加工工藝卡（見(jiàn)附表1）5曲軸20h11的夾具設(shè)計(jì)5.1對(duì)夾具所要定位加工部件的分析105.2曲軸定位方案的確定105.3定位元件的確定105,4定位誤差的分析與計(jì)算125.5夾具的裝配圖126總結(jié)12致 謝13參考文獻(xiàn)13前言本次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是為175f柴油機(jī)的曲軸設(shè)計(jì)工藝規(guī)程、工

4、序卡和夾具。為此首先要做的是要對(duì)所要設(shè)計(jì)的對(duì)象有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。大家都知道曲軸在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要性。曲軸的功用是承受連桿傳來(lái)的力，并由此造成繞其本身軸線的力矩，并對(duì)外輸出轉(zhuǎn)矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，曲軸受到旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的離心力、周期性變化的氣體壓力和往復(fù)慣性力的共同作用，使曲軸承受彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷。為保證工作可靠，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，各工作表面要耐磨而且潤(rùn)滑良好。曲軸要求用強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性都比較好的材料制造，一般采用中碳鋼模鍛。為了提高曲軸的耐磨性，其主軸頸和曲軸銷(xiāo)表面上均需高頻淬火或滲氮，在經(jīng)過(guò)精磨，以達(dá)到高密度和較小的表面粗糙度值。在一些強(qiáng)化程度不高的發(fā)動(dòng)機(jī)上，還采用高度的稀土球磨鑄

5、鐵鑄造曲軸。曲軸的設(shè)計(jì)或者是加工的工藝質(zhì)量達(dá)不到要求的情況下，會(huì)給整個(gè)柴油機(jī)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，直接影響著柴油機(jī)的性能指標(biāo)。例如在提高柴油機(jī)的機(jī)械效率，改善柴油機(jī)的換氣過(guò)程和提高換氣質(zhì)量，燃料的供給與燃燒，減少熱損失與降低熱負(fù)荷，減少柴油機(jī)的排氣污染物和控制內(nèi)燃機(jī)的噪聲與震動(dòng)都起著核心作用。所以說(shuō)曲軸的質(zhì)量直接影響著柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、動(dòng)力性、可靠性、耐久性等。1零件分析1.1曲軸的功能和用途 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上極為重要的零件，他是將連桿傳來(lái)的徑向力轉(zhuǎn)變成饒其本身軸線旋轉(zhuǎn)的扭矩，并將此扭矩輸出給汽車(chē)或其他裝置。同時(shí)，曲軸還驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)以及其它各輔助裝置。曲軸在工作時(shí)，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩

6、的作用，受力大而且受力復(fù)雜，曲軸又是高速旋轉(zhuǎn)件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強(qiáng)度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤(rùn)滑良好。1.2曲軸的設(shè)計(jì)要求分析 而在實(shí)際加工的過(guò)程中應(yīng)確保的就是去曲軸的設(shè)計(jì)型位尺寸，表面粗糙度，材料本省的力學(xué)性能。下面是曲軸零件圖中的技術(shù)要求。1. 未注明鍛造圓角半徑為r3r5，拔模斜度35。2. 曲軸的鍛件應(yīng)經(jīng)調(diào)制處理。硬度為207302hbs。同一根曲軸的硬度差不小于50hbs。調(diào)質(zhì)基本金相顯微組織為索式體，按照gb/t13320評(píng)定，14為合格。3. 曲軸鍛件，不允許有折痕、折疊、起鱗、裂紋、氧化皮等缺陷，不允許用焊接和壓焊的方法消除曲軸毛坯缺陷。4. 曲軸

7、鍛件熱處理后應(yīng)作噴丸處理。5. 機(jī)械性能：屈服強(qiáng)度470588mpa，相對(duì)延伸率18%，沖擊韌性58.8j/cm。6. 連桿軸頸進(jìn)行高頻淬火，淬火層深度24.5mm。按gb/t5617測(cè)定硬度為5563hrc，一根曲軸頸上的硬度差不大于6hrc。淬火區(qū)長(zhǎng)度不小于20，淬火區(qū)兩端距凸臺(tái)端面不小于4.5，硬化層金相顯微組織為細(xì)針狀馬氏體，按jb/t9205評(píng)定，35級(jí)合格。7. 工作面應(yīng)光潔，不允許有碰痕、黑點(diǎn)、裂紋加渣和非金屬雜質(zhì)物等缺陷。8. 用錐度量規(guī)用涂色檢驗(yàn)錐面，密合度應(yīng)不小70%。9. 曲軸按jb/t6729的規(guī)定進(jìn)行磁粉探傷檢驗(yàn)，并退磁。10. 去銳邊尖角，仔細(xì)清楚油道及各部位的金屬

8、和雜質(zhì)。11. 其他未注明的公差尺寸的極限偏差按it14制造12. 主軸頸和連桿軸頸與曲軸臀的連接地過(guò)渡圓角應(yīng)為圓滑過(guò)渡，連接處不應(yīng)有明顯接痕。1.3繪制曲軸零件圖（見(jiàn)附圖1）2毛坯的選擇2.1毛坯類(lèi)型曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上必須的傳動(dòng)件，工作時(shí)要承受很大的轉(zhuǎn)矩及變形的彎曲應(yīng)力，容易產(chǎn)生扭振、折斷及軸頸磨損，因此其質(zhì)量好壞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能有重大影響，為確保曲軸的設(shè)計(jì)性能，要求其具有較高的剛度、強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌度。再根據(jù)技術(shù)要求最終選45號(hào)鋼，鍛造而成。2.2毛坯余量確定毛坯尺寸通過(guò)確定加工余量后決定。 3機(jī)械加工工藝路線確定3.1加工方法分析確定該零件是單拐曲軸，采用中心孔定位，它是輔助基準(zhǔn)，裝夾方便

9、節(jié)省找正時(shí)間又能保證連桿軸頸的位置精度，連桿軸頸與主軸頸的中心距不能直接的軸端面上鉆中心孔，加工連桿時(shí)，可利用已加工過(guò)的主軸頸定位，安裝到專(zhuān)用的偏心卡盤(pán)分度夾具中使連桿軸頸的軸線與轉(zhuǎn)動(dòng)軸線重合。3.2加工順序的安排及制定工藝路線由于鍛造曲軸相對(duì)于鑄造曲軸的工藝更復(fù)雜，設(shè)備要求更高。而且在校期間沒(méi)有多少實(shí)際的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。所以參照一下斯太爾六缸曲軸的鍛造過(guò)程。由于其機(jī)構(gòu)相對(duì)于175f柴油機(jī)來(lái)說(shuō)更復(fù)雜，所以能以高等曲軸的技術(shù)要求與規(guī)范肯定能滿足本項(xiàng)目的要求。斯太爾曲軸的鍛造工藝如下：分為備料、剝皮、加熱、鍛造、切邊、扭拐、校正1、校正2、熱處理、檢查、冷校直（酌情）、去應(yīng)力退火（酌情）、拋丸、探傷、磨

10、毛邊和裂紋、浸油（酌情）、入庫(kù)等工序。備料工序:選用精煉45號(hào)鋼,化學(xué)成份和機(jī)械性能符合gb699和gb3077的規(guī)定,并要求mo的含量小于千分之1和經(jīng)過(guò)熱頂鍛實(shí)驗(yàn)。規(guī)格為165mm的專(zhuān)用軋材,鋸床下料。由于國(guó)產(chǎn)原材料的脫碳層較深,直接影響曲軸鍛件的表面質(zhì)量。故下料后要進(jìn)行剝皮，厚度為2.5mm。加熱工序：采用步進(jìn)式煤氣加熱爐加熱，始鍛溫度為1180正20負(fù)10度。鍛造工序：分為頂鍛 、終端兩道工步，都為水平分模。精煉45號(hào)鋼的曲軸終鍛溫度控制在1050度以上，使用16t模鍛錘。終鍛結(jié)束后在12.5mn曲柄壓力機(jī)上切邊。曲軸切邊后在2mn扭拐機(jī)上進(jìn)行扭拐。曲軸扭拐的溫度為950-1050度。曲

11、軸扭拐時(shí)，幾乎是全塑性變形狀態(tài)下進(jìn)行的。根據(jù)曲軸扭拐計(jì)算公式，可以計(jì)算出一次扭二拐的扭矩約為56.6kn-m。校正工序：扭拐后的曲軸要進(jìn)行兩次校正。在16mn液壓校正機(jī)上校正。校正的主要目的是校正主軸頸的直線度和連桿頸之間的夾角， 第一次校正后旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)行第二次校正。 校正的溫度應(yīng)高于800度 一般在850度左右。校正后的曲軸要進(jìn)行熱處理。精煉45鋼的曲軸要求正火處理，熱處理后的硬度hb180-228，晶粒度為5-8級(jí)。42crmo材料的曲軸要求調(diào)制處理，熱處理后的硬度hb237-286。熱處理后的曲軸首先要進(jìn)行檢查，主軸頸擺差、連桿徑夾角和熱處理。硬度要進(jìn)行百分之百檢查，其余尺寸抽查。擺差

12、不合格的曲軸要進(jìn)行冷校直和去應(yīng)力退火，硬度不合格的曲軸要重新進(jìn)行熱處理。連桿徑夾角不合格者單獨(dú)放置，待一定批量以后，重新進(jìn)行校正工序。以上的合格品都要進(jìn)行噴丸處理，清除鍛件表面的氧化皮。拋丸后的曲軸要進(jìn)行表面磁力探傷，進(jìn)一步檢查裂紋。如發(fā)現(xiàn)有裂紋要用砂輪磨掉，不能鑿掉。磨削的深度在磨口處理小于加工余量的一半。在非加工面處要小于加工余量的一半，在非加工面處要求磨平，不要形成明顯的凸起或者凹坑，深度不超過(guò)尺寸偏差范圍，磨削寬度為深度的6倍。在磨裂紋的同時(shí)要修磨殘余毛邊。合格的曲軸要浸油處理，以防庫(kù)存生銹。以上就是斯太爾六缸機(jī)的曲軸生產(chǎn)過(guò)程，這對(duì)175f的曲軸生產(chǎn)有很大的借鑒意義。他們之間的相同點(diǎn)在

13、于都采用的是45號(hào)鋼以鍛造的方式成型，所以一部分的工藝規(guī)程是相似的。他們之間的不同點(diǎn)在于175f曲軸是單缸的所以就沒(méi)有扭轉(zhuǎn)曲拐的工藝過(guò)程，再有就是一個(gè)是水冷一個(gè)是風(fēng)冷、轉(zhuǎn)速、功率、震動(dòng)頻率、排放要求等不同使得曲軸的力學(xué)性能要求有很大的差異，但這是設(shè)計(jì)上得范疇，而保證設(shè)計(jì)要求的工藝規(guī)程種類(lèi)與順序是大體相當(dāng)?shù)摹Ｋ愿鶕?jù)以上，可以初步的制定175f的工藝規(guī)程有：備料、剝皮、加熱、鍛造、切邊、校正、 機(jī)加工、熱處理、檢查、冷校直（酌情）、去應(yīng)力退火（酌情）、拋丸、探傷、磨毛邊和裂紋、浸（酌情）、入庫(kù)等工序。再通過(guò)查詢相依的工藝手冊(cè)可以制定詳細(xì)的流程如下表。 序號(hào) 工藝內(nèi)容0100 備料 精選45號(hào)鋼

14、軋材0200 剝皮 去除表面的氧化脫碳層0300 加熱 1180正20負(fù)10度0400 鍛造 溫度保持在1050度以上0500 切邊 在切邊機(jī)上切除毛邊0600 校正 保證主軸徑的直線度0700 熱處理 正火0800 噴丸處理0900 銑兩端面0901 鉆中心孔0902 粗車(chē)短頭40 0903 粗車(chē)長(zhǎng)頭302 1:8圓錐面 40f9 40m60904 粗車(chē)連桿軸徑39f60905 精車(chē)短頭40m60906 精車(chē)長(zhǎng)頭302 1:8圓錐面 40f9 40m60907 精車(chē)連桿軸頸39f60908 鉆攻2m101螺紋0909 鉆孔20h110910 鉆斜油孔40911 鉆孔18 0912 修正中心孔

15、0913 按照工藝要求進(jìn)行中間檢查0914 粗磨兩軸頸40m60915 粗磨連桿軸頸39f60916 銑鍵槽12n90917 銑s面0918 鉆4-m8孔0919 鉆攻2-m6螺紋0920 精磨主軸頸0921 精磨連桿軸頸0922 磨40f90923 磨1:8圓錐面0924 攻m302螺紋0925 油孔4拋光1000 軸頸表面處理 淬火1001 回火1010 表面滲氮1020 檢驗(yàn)1030 平衡1040 檢驗(yàn)1050 防銹處理1060 入庫(kù)4曲軸20h11孔的加工工藝卡（見(jiàn)附表1）5曲軸20h11的夾具設(shè)計(jì)為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專(zhuān)用夾具。我們所設(shè)計(jì)的工序是鉆2

16、0h11的鉆床夾具5.1對(duì)夾具所要定位加工部位的分析所要加工孔從圖中可以看出孔的基本直徑尺寸為20公差為0.13。通過(guò)查表可得公差等級(jí)為it11。所以可以知道公差等級(jí)要求不是太高。所以通過(guò)鉆床一次性加工就可以達(dá)到要求。只要確保進(jìn)給深度就可以了。（20孔位置示意圖）5.2曲軸定位方案的確定 跟據(jù)該工件的加工要求可知該工序必須限制工件四個(gè)自由度，即x軸的移動(dòng)、y軸的移動(dòng)、x軸的轉(zhuǎn)動(dòng)、y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，但為了方便控制刀具的走刀位置，還應(yīng)限制z軸的移動(dòng)和z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度，因而工件的六個(gè)自由度都被限制。5.3定位元件的確定由于本工序的定位面是以一面二銷(xiāo)定位2-m10螺紋孔，一個(gè)為菱形銷(xiāo)一個(gè)為圓柱銷(xiāo)，同時(shí)采

17、用兩塊相對(duì)的v型塊夾緊39外緣而實(shí)行定位。5.4定位誤差的分析 由于所要加工的孔20的公差等級(jí)為it11級(jí)，長(zhǎng)度為55mm所以很明顯這樣的定位方式在加工時(shí)是可以保證設(shè)計(jì)要求的。5.5夾具的裝備圖（見(jiàn)附圖2）6總結(jié)通過(guò)三周的課程設(shè)計(jì)，是我對(duì)夾具的設(shè)計(jì)有了更加清晰的認(rèn)識(shí)。由于缺乏實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)，所作的設(shè)計(jì)有很多是自己的個(gè)人理念并沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)際的可行性驗(yàn)證。還有對(duì)實(shí)際機(jī)床參數(shù)的缺乏使初步設(shè)計(jì)的夾具可能在于機(jī)床的匹配上面還會(huì)有很多的問(wèn)題。但是總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于一次獨(dú)立完成的作業(yè)來(lái)說(shuō)，認(rèn)真的三周做下來(lái)收獲還是非常的大的，為大四的課程學(xué)習(xí)提供了新的思路。更重要的是為明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)和以后的工作奠定了一定的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。當(dāng)然，由于能力所限我所做得設(shè)計(jì)是粗淺的，肯定有很多的錯(cuò)誤與不足之處。在以后的完善過(guò)程中還希望得到老師同學(xué)的指正與幫助。致謝 我本次的課程設(shè)計(jì)，得到了劉玉梅老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中無(wú)不飽含著老師的汗水和心血。在整個(gè)過(guò)程中她給了我很大的幫助。她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。老師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)