發(fā)動機曲軸的加工工藝分析與設計

PAGE3目錄TOC\o"1-3"\h\u19013設計概述 420271、任務分析及設計思路 516441.1任務分析 5167701.2設計思路 555422、研究和分析零件的工作圖 6198302.1零件的結(jié)構(gòu)分析 6317422.2零件圖的工藝分析 6221222.3零件的作用及構(gòu)造 774983、毛坯種類的確定 8280803.1毛坯的選擇的確定 8222993.2計算生產(chǎn)總綱生產(chǎn)類型的確定 8281503.3確定毛坯熱處理方式 8182424、擬定零件加工的工藝路線 9236104.1定位基準的選擇 929224.2確定主要表面的加工方法 93784.3制定工藝路線 10272915、擬定各工序的機床設備、工藝裝備 1227435.1工序的機床設備確定 1280885.2工藝裝備和輔助工具確定 12108236、確定各工序的加工余量、工序尺寸及公差 13295626.1工序的加工余量 1346127、確定各工序的切削用量及工時定額 15172877.1工序的切削用量的選擇 1534367.2工時定額的選擇 16102118、填寫工藝文件 17254489、作品特點 201842310、設計總結(jié) 211432611、參考文獻 22

設計概述機械加工制造業(yè)從建國后至今經(jīng)過60多年的發(fā)展，它在不斷的壯大，并發(fā)展成我國的先進制造業(yè)，這是一個巨大的進步，從一開始制造那些小零件到現(xiàn)在大型機械裝置，這是一個質(zhì)的飛躍。在本次課程設計的過程中，讓我對機械加工工藝方面有了一個了解：1.能熟練運用加工工藝設計中，并且熟練的掌握基礎知識和實訓中所學到的實踐知識，如何來理解零件在加工工藝的設計方法、零件工藝加工尺寸的確定等問題，零件加工性能的確定。2.對以上加工工藝設計分析和理解之后。能夠單獨完成畢業(yè)設計的制作。3.去書上以及網(wǎng)上查看加工工藝設計手冊及文獻資料。對這些資料進行分析和理解。就我個人而言，這次畢業(yè)設計的制作，讓我學會了對零件從毛坯到成品的加工工藝設計，并且對工藝路線的制定以及加工工藝裝備的選擇和切削用量的選擇方面有了深刻的了解。不僅加深了我對課程基本理論的理解而且在加強對解決加工實際問題能力的方面有著很好的促進作用。在設計過程中得到老師的大力幫助和輔導，在此表示深深的敬意和衷心的感謝！1、任務分析及思路1.1任務分析1）查找文獻資料，下載相關設計文件，制定好畢業(yè)設計的框架;2)針對花鍵軸類零件在機械加工中的注意事項，深入車間請教師傅，提出創(chuàng)新性的解決辦法。3)CAD畫出發(fā)動機曲軸零件圖，了解加工工藝，選擇加工方法流程。4)針對任務書里面的八個方面完成說明書，并且制出工藝卡片。1.2設計思路1)分析CAD零件圖;2)選擇毛坯的制造方法和形狀;3)擬定曲軸工藝路線;4)選擇曲軸定位基準;5)曲軸工序所需的設備、計算工序尺寸和公差的確定;6)曲軸工序設備和輔助工具的確定;7)確定各工序技術(shù)要求及檢驗方法;8)曲軸切削用量和工時定額的確定;9)工藝文件的制作；10)介紹作品的特點;2、研究和分析零件的工作圖圖1-12.1零件的結(jié)構(gòu)分析根據(jù)花鍵軸零件圖分析：曲軸一般是由軸端、軸頸、曲柄臂三個部分組成的。曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及位置精度要求都很高，但其剛性較差，極易產(chǎn)生變形，這樣加工起來就困難了許多。2.2零件圖的工藝分析該零件的是材料是40Cr合金鋼，40Cr屬于合金鋼,小型曲軸，生產(chǎn)批量不大，故選用中心孔定位，它是輔助基準，裝夾方便，節(jié)省找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸分別是φ20mm和φ25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在q32mm的圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端φ45mm的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，達到用中心孔定位的目的。工藝分析主要從結(jié)構(gòu)、尺寸、精度分析，主要從以下兩個方面進行分析：主要方面：主軸頸、連桿軸頸本身的精度即尺寸公差等級為IT6，表面粗糙度Ra值在1.6~0.8um之間曲軸各主軸頸的同軸度:小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.03~0.08mm位置精度包括主軸頸與連桿軸頸的平衡度。一般為100um之內(nèi)不大于200um次要方面：它不與其它零件相配合，也不影響產(chǎn)品性能，只構(gòu)成零件的形狀。車拉加工只需要更換編程，略作調(diào)整，就可以滿足不同類型不同尺寸的大批量生產(chǎn)。2.3零件的作用及構(gòu)造曲軸是汽車發(fā)動機的重要組成部分之一，其作用就是將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動，將其作用在活塞上的氣體壓力變成扭矩，用來驅(qū)動工作機械和汽車發(fā)動機各輔助系統(tǒng)之間的工作。圖2-13、毛坯種類的確定3.1毛坯選擇的確定毛坯種類的確定需要與零件的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料的性能和零件的生產(chǎn)類型相結(jié)合來確定，還與毛坯車間的生產(chǎn)條件有關。毛坯種類包括鑄件、鍛件、型材、焊接件。根據(jù)零件的材料所知，確定毛坯的材料為35CrMo。曲軸為發(fā)動機上的一個關鍵的核心零件，它的生產(chǎn)類型是大批量的；所以毛坯宜采用模鍛成型，這樣做的優(yōu)點在于鍛造精度高，加工余量少。3.2計算生產(chǎn)總綱和生產(chǎn)類型的確定零件圖中所示為汽車發(fā)動機曲軸，該產(chǎn)品量Q=50（臺/年），n=1(件/臺)，設備品率ɑ=10%，機械加工的廢品率β=1%，結(jié)合制定該曲軸的零件加工工藝設計。年生產(chǎn)總綱：N=Q*n*(1+ɑ+β)=500*1*(1+10%+1%)=50件/年3.3確定毛坯熱處理方式機械零件常采用的熱處理工藝有退火、正火、調(diào)質(zhì)，時效、淬火、回火、滲碳及氧化等。熱處理工藝分為預備熱處理和最終熱處理兩大類，由于采用的35CrMo是最常見的合金鋼，其力學性能較好，應選擇使用850℃加熱淬火，熱處理后對該材料的試件進行其拉伸試驗和沖擊550Mpa，這樣便于改善材料的性能因此許多中碳鋼常采用這種熱處理方法，要安排在粗車之后半精之前完成。4、擬定零件加工的工藝路線4.1定位基準的選擇定位基準包括粗基準和精基準。粗基準；曲軸的毛坯一般都是呈現(xiàn)彎曲的狀態(tài)，為保證其兩端的中心孔都能在兩端面的幾何中心孔上，粗基準應選擇曲軸兩端的軸頸的近端。精基準；曲軸的精基準一般選取曲軸一端的端面或軸頸的止推面。曲軸的圓周方向上的精基準一般是選取曲軸上的定位平臺或定位孔。4.2確定主要表面的加工方法曲軸的尺寸精度、加工表面形狀精度以及，位置精度的要求都很高，但剛性比較差,容易產(chǎn)生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必須予以充分的重視。

曲軸需要加工的表面有:主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、φ22的外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保留工藝搭子前。（查下表）序號加工方法1銑兩端面2車工藝搭子、鉆中心孔3粗、精車三連桿軸頸4粗、精車各處外圓5精磨連桿軸頸、主軸頸6精磨φ20、φ22外圓7切除工藝搭子、車端面4.3制定工藝路線制定曲軸工藝路線的出發(fā)點，應當使曲軸的幾何形狀、寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證工藝路線方案材料名稱及牌號435CrMo毛坯種類自由鍛工序號工序名稱工序簡要內(nèi)容1鍛造采用自由鍛鍛造成φ30±12劃線按照鍛造圖鍛造成型，以兩端軸頸為基準畫出兩端中心孔加工位置。3粗車粗車外圓φ20、φ22各級外圓，留余量。4熱處理調(diào)質(zhì)HRC21~265熱處理中頻淬火6鉗修研兩端中心孔。7半精車半精車外圓φ20、φ22各級外圓，留0.2mm左右余量8半精車按圖樣要求半精車前后端面9劃線劃22×22四方及?8.4孔加工位置線。10銑按劃線銑22×22四方達圖樣要求。11銑鍵槽按圖樣要求采用一夾一頂?shù)姆绞酱志娗S保證槽深8mm，槽寬7.9mm，成活。12倒角倒角C0.5去除毛刺。13鉆鉆斜油孔、法蘭孔14熱處理低溫回火15磨采用兩頂尖裝夾粗精磨?42a11、?35j6、?30h6、各級外圓達圖樣要求。16去毛刺去毛刺，修整17檢驗、入庫總檢、入庫5、擬定各工序的機床設備、工藝裝備5.1工序的機床設備確定（1）機床設備的選擇，根據(jù)工序來選擇相應的機床設備1、工序3-8采用的是粗車和半精車，故選用S1-206車床，即可滿足要求。2、工序13采用的鉆孔，可采用專用的分度夾具在立式鉆床上加工，故選用Z3050型搖臂鉆床。3、工序10、11采用的是三面刃粗銑和精銑，應選用萬能銑床。4、工序16采用M1412型外圓磨床。5.2工藝裝備確定（1）選擇夾具該零件粗銑及精銑槽以及倒角工序和車床工序都采用V型夾具。（2）選擇刀具根據(jù)工序選擇刀具1、在車床上加工的工序，并采用硬質(zhì)合金中的90°車刀、45°車刀，切槽刀應選用高速鋼。2、鉆斜油孔，由于有45°倒角，可采用復合鉆。3、銑鍵槽和四方體采用鑲齒的三面刃銑刀4、磨各級外圓采用氧化鋁砂輪（3）選擇量具該零件是單件小批量生產(chǎn)，通用量具用的最多1、選擇加工孔量具各個鉆孔之間的位置度由鉆模和鉆套保證，銷孔的位置度由可調(diào)定位銷保證。確定切削用量和工時一般分為三部分；切削深度、進給量、切削速度6、確定各工序的加工余量、工序尺寸及公差6.1工序的加工余量1、曲軸主軸頸的工序尺寸、公差工序名稱工序余量經(jīng)濟精度工序尺寸、公差鑄造Φ30±1粗車3.1mmIT10Φ精車1.3mmIT8Φ磨削0.5mmIT6Φ2、曲軸連桿頸的工序尺寸、公差工序名稱工序余量經(jīng)濟精度工序尺寸、公差鑄造Φ28±1粗車2.2mmIT10Φ精車1.3mmIT8Φ磨削0.5mmIT8Φ3、曲軸外圓φ20的工序尺寸、公差工序名稱工序余量經(jīng)濟精度工序尺寸、公差鑄造Φ26±1粗車3.5mmIT10Φ精車1.3mmIT8Φ磨削0.5mmIT8Φ4、曲軸外圓φ22的工序尺寸、公差工序名稱工序余量經(jīng)濟精度工序尺寸、公差鑄造Φ28±1粗車3.5mmIT11Φ精車1.3mmIT8Φ磨削0.5mmIT7Φ7、確定各工序的切削用量及工時定額7.1工序的切削用量的選擇切削用量包括ap，f和Vc確定切期用量的選擇參考《切削用量簡明手冊》本工序為粗車(車端面、外圓、切槽及鉆孔)。材料為35CrMo，碳素結(jié)構(gòu)鋼為600MPa，鍛件。采用通用夾具裝夾（1）粗車連桿軸頸選用機床CA6140臥式車床。Ⅰ.確定背吃刀量ap，粗車雙邊余量為2.2mm，故取ap=1mmⅡ.確定進給量查表可知在粗車鋼料、刀杠尺寸為19mm×28mm，ap≤3mm，工件直徑為100~400mm時，f=0.5~1.1mm/r，按CA6140車床的進給量，應選用f=0.5mm/r。Ⅲ確定Vc，機床主軸轉(zhuǎn)速取n=800r/min。故Vc=3.14×26.8×600÷1000=50.4m/min按CA6140車床的轉(zhuǎn)速查表可知選n=800r/min≈1r/s，則實際切削速度Vc=πdn÷1000=67.3m/min.最后確定的切削用量為ap=0.66mm，f=0.3mm/r，n=800r/min，Vc=67.3m/min。確定端面及臺階面、銑槽、銑四方體的切削用量?？梢圆捎密囃鈭A的刀具加工這些表面，加工余量皆可一次走刀切除，端面及臺階面的ap=0.66.f=0.3mm/r。主軸轉(zhuǎn)速與車外圓時相同。7.2工時定額的選擇（1）粗車連桿軸頸工時的確定確定粗車連桿軸頸的時間，根據(jù)查《切削用量簡明手冊》可知，車連桿軸頸基本時間為時間T=切削長度L/切削速度Fn=66÷（600×0.5）=0.22min確定粗車主軸頸的時間，根據(jù)查《切削用量簡明手冊》可知，車主軸頸基本時間為時間T=切削長度L/切削速度Fn=66÷（800×0.3）=0.275min確定粗車外圓φ20的時間，根據(jù)查《切削用量簡明手冊》可知，車外圓基本時間為時間T=切削長度L/切削速度Fn=62÷（600×0.1）=1.03min確定粗車外圓?22mm的時間，根據(jù)查《切削用量簡明手冊》可知，車外圓基本時間為時間T=切削長度L/切削速度Fn=64÷（600×0.2）=0.5min8、填寫工藝文件工藝卡片機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品名稱曲軸零件名稱曲軸共1頁材料牌號35CrMo毛坯種類鍛件毛坯外形尺寸?22×?20每毛坯件數(shù)1件數(shù)1姓名工序號工序名稱工序內(nèi)容車間工段加工設備工藝裝備1備料?22×?20鋸機用虎鉗、游標卡尺2鍛造采用自由鍛鍛造成φ30±1鍛鍛壓機3粗車采用兩頂尖裝夾，劃線找正，粗車輸出軸前后端面及其他各部。車三爪自定心卡盤、游標卡尺、千分尺4粗車粗車外圓φ20、φ22各級外圓，留余量。車三爪自定心卡盤、游標卡尺、千分尺5熱處理調(diào)質(zhì)HRC21~266熱處理中頻淬火7鉗修研兩端中心孔。鉗通用夾具、游標卡尺、千分尺8半精車半精車外圓φ20、φ22各級外圓，留0.2mm左右余量車三爪自定心卡盤游標卡尺、千分尺9半精車按圖樣要求半精車前后端面車三爪自定心卡盤游標卡尺、千分尺10劃線劃22×22四方及?8.4孔加工位置線。車三爪自定心卡盤游標卡尺、千分尺11劃線按劃線銑22×22四方達圖樣要求。劃線劃線盤12銑鉆斜油孔、法蘭孔銑通用夾具、游標卡尺、千分尺13熱處理低溫回火14鉆鉆斜油孔、法蘭孔鉆通用夾具、游標卡尺、千分尺15鉗去毛刺，修整鉗通用夾具、游標卡尺、千分尺16磨按圖樣要求采用一夾一頂?shù)姆绞酱志娗S保證槽深8mm，槽寬7.9mm，成活。磨通用夾具、游標卡尺、千分尺17去毛刺倒角C0.5去除毛刺。鉗通用夾具、游標卡尺、千分尺18檢驗、入庫總檢、入庫檢驗設計（日期）校對（日期）審核（日期）標準化（日期）2018年11月182018年12月10標記處數(shù)更改文件號簽字日期標記處數(shù)更改文件號簽字日期9、作品特點本次設計的加工曲軸工藝流程，制定曲軸工藝路線的出發(fā)點，應當使曲軸的幾何形狀、寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，在大批量的生產(chǎn)情況下，可以考慮采用專用機床和專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，除此之外,還應當考慮經(jīng)濟因素,以降低生產(chǎn)成本。制定曲軸工藝路線的出發(fā)點，應當使曲軸的幾何形狀、寸精度及位置精度等技術(shù)要求得到合理保證，在大批量的生產(chǎn)情況下，可以考慮采用專用機床和專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率，曲軸的失效，往往會造成其它相關零件的損壞，同時，一些其它零件的損壞或狀態(tài)發(fā)生變化，也會帶來曲軸服役工況的改變，并導致曲軸的失效。實際分析時,應首先進行詳細的調(diào)查與現(xiàn)場分析，準確判定故障或事故過程中各個零件的損壞次序與過程，找出肇事件，這樣才能找出導致故障或事故發(fā)生的根本原因。合理優(yōu)化工藝流程可以明確車間的生產(chǎn)設備，