6170曲軸加工工藝及其夾具設計舊

1、目錄第1章 零件分析1.1 曲軸作用分析11.2 曲軸工藝分析1第2章 確定毛坯、畫毛坯-零件圖 2.1.1 選擇曲軸毛坯種類2 2.1.2 確定毛坯尺寸及機械加工余量3 2.2.1 繪制曲軸毛坯圖 2.2.2 繪制毛坯-零件合圖第3章 工藝規(guī)程設計 3.1 定位基準的選擇 3.2 制定工藝路線 3.3 選擇加工設備及刀、夾、量具 3.4 加工工序設計 3.5 填寫機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡第4章 總結致謝參考文獻1 曲軸分析1.1 曲軸的作用及工作狀況曲軸是發(fā)動機中承受沖擊載荷、傳遞動力的重要零件，是發(fā)動機的心臟，它需要承受活塞通過連桿傳來的力，將活塞的往復運動變?yōu)樾D運動，并將這一

2、旋轉運動傳遞給其他部分。曲軸工作時的受力情況非常復雜。它不但受到很大的扭轉應力和大小、方向都在周期性變化的彎曲應力的作用，而且還受到振動所產(chǎn)生的附加應力的作用。因此曲軸應具有足夠的強度、剛度、抗疲勞強度和抗沖擊韌性。同時，曲軸工作時旋轉速度很高，曲軸的主軸頸和連桿軸頸應具有足夠的耐磨性。再加上曲軸工作的環(huán)境十分復雜、工作條件惡劣，因此對曲軸材質以及毛坯加工技術、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強化、動平衡等要求都十分嚴格。如果其中任何一個環(huán)節(jié)質量沒有得到保證，則可能嚴重影響曲軸的使用壽命和整機的可靠性。圖1 6170曲軸Fig 1 the 6170 crank shaft圖1 6170曲軸1.2

3、 曲軸的工藝分析曲軸屬于細長軸類零件，它的幾乎所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度通過加工即可獲得，由于其工作環(huán)境的惡劣，加工精度要求較高。為了保證曲軸正常的工作，曲軸要有相對嚴格的技術要求。主要有：曲軸主軸頸和連桿軸頸尺寸公差等級不低于IT6，軸頸的圓度和軸頸母線間的平行度不大于，軸頸表面粗糙度值為；連桿軸頸軸線對主軸頸軸線的平行度允差為；曲柄半徑公差為；主軸頸、連桿軸頸與曲柄連接圓角的表面粗糙度值不大于；曲軸各連桿軸頸軸線之間的角度偏差不大于；曲軸的主軸頸和連桿軸頸，應經(jīng)過表面淬火或氮化，硬度應在范圍內等。2 確定毛坯，畫毛坯-零件圖2.1.1 選擇曲軸毛坯種類毛坯的材料在發(fā)

4、動機工作過程中，曲軸承受著很大的方向不斷變化的彎矩和扭矩，也經(jīng)受著高速運轉中長時間的磨損，因此，要求曲軸的材質具有較高的疲勞強度以及良好的耐磨性能。制造曲軸的材料目前主要有三大類，即鍛鋼、鑄鋼、和球墨鑄鐵。鍛鋼曲軸可以按一定規(guī)定的鋼或、的合金制造，也有的需要用機械性能不低于上述牌號的其他鋼材制造。鑄鋼的曲軸一般采用鋼制造。而球墨鑄鐵曲軸則一般采用不低于牌號的球墨鑄鐵制造。我們在實際生產(chǎn)實踐中要根據(jù)不同的生產(chǎn)類型、不同的工作環(huán)境以及工廠的具體條件等選擇合適的材料加工曲軸。由于球墨鑄鐵的切削性能良好，可以獲得較理想的結構形狀，并且和鋼質曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理來提高曲軸的抗疲勞強度

5、、硬度和耐磨性。而球墨鑄鐵曲軸成本只有調質鋼曲軸成本的1/3左右，可以為工廠生產(chǎn)節(jié)省成本，提高效率等，所以球墨鑄鐵曲軸在國內外得到了廣泛應用。因此本次設計6170曲軸選用球墨鑄鐵作為曲軸的毛坯材料。毛坯的制造工藝在進行曲軸加工工藝過程設計中，曲軸毛坯類型是選擇加工總余量及前幾道工序的加工余量的決定因素，也是選擇刀具材料及設備性能的依據(jù)。毛坯的種類和其質量對機械加工的質量、材料的節(jié)約、勞動生產(chǎn)率的提高和成本的降低都有密切的關系。好的毛坯制造工藝和毛坯質量，往往可大幅度降低機械加工勞動強度、提高勞動生產(chǎn)率，而且比采取某些高生產(chǎn)率的機械加工工藝措施更為有效。如自由鍛件改進為模鍛件，球墨鑄鐵件取代鑄鋼

6、件等。前者可提高毛坯制造和機械加工效率，大批量生產(chǎn)條件下也可降低毛坯制造生產(chǎn)成本，同時可保證非加工面的結構一致性，便于曲軸的靜、動平衡，提高柴油機性能。球墨鑄鐵取代鑄鋼曲軸，降低了毛坯制造成本和機械加工生產(chǎn)成本，節(jié)約資源和提高了勞動生產(chǎn)率。曲軸屬于細長軸類零件，質量較大，近年來采用電渣熔鑄技術1鑄造鋼質曲軸使得鑄件質量大大提高，鑄造廢品率得以降低，曲軸的使用壽命也有所延長，會在將來成為廣泛應用的新技術。目前在工廠中廣泛使用的曲軸毛坯制造工藝有鑄造成型、鍛造成型以及全纖維鍛造成型等工藝。本次設計選用切削性能較好，生產(chǎn)成本較低的球墨鑄鐵做為曲軸材料。采用鑄造成型的方法制造球墨鑄鐵曲軸。球墨鑄鐵曲軸

7、鑄造時容易產(chǎn)生夾渣和皮下氣孔等缺陷,因此，澆注系統(tǒng)應能保證鐵水平穩(wěn)的流入鑄型，并要求有良好的擋渣作用。同時，由于球墨鑄鐵的澆注溫度一般比灰鑄鐵低，為了防止冷隔和澆注不足發(fā)生，必須采取較快的澆注速度，相應的增加澆道的尺寸，以保證鐵水進入橫澆道后流速顯著減小，在略有壓力的作用下平穩(wěn)的進入型腔，而不會出現(xiàn)噴射飛濺現(xiàn)象。毛坯圖如下圖所示：圖2 6170曲軸毛坯圖2.1.2 確定毛坯尺寸及機械加工余量根據(jù)6170曲軸的功用和技術要求，確定其鑄件毛坯精度中等，公差等級可達級（參照參考文獻2機械制造技術課程設計指導查表），再根據(jù)參考文獻機械制造技術課程設計指導，查表查得各毛坯尺寸的單邊加工余量。 見表1：表

8、1 毛坯尺寸零件尺寸單面加工余量鑄件毛坯尺寸曲軸毛坯尺寸公差同樣根據(jù)參考文獻機械制造技術課程設計指導表查得見表：表2 毛坯尺寸偏差鑄件毛坯尺寸偏 差3 工藝規(guī)程設計3.1 定位基準的選擇制定工藝路線首先要選擇好定位基準，包括粗、精基準的選擇。選擇的粗基準要便于加工精基準，使所有加工表面有足夠的加工余量并且保證相互位置精度，還要滿足方便裝夾等要求。選擇精基準時要考慮的主要問題是如何保證設計技術要求的實現(xiàn)以及裝夾準確、可靠、方便；要保證零件的加工精度，滿足基準重合、基準統(tǒng)一、互為基準、自為基準和便于裝夾原則等。6170曲軸為細長軸類零件，在曲軸加工過程中，為了保證質量中心孔鉆在主頸毛坯外圓面的軸線

9、位置上，選用主軸頸的外圓面為粗基準同時為了保證所加工的基準面的軸向尺寸，選用第四主軸頸兩側面為軸向粗基準。同時，在第四主軸頸兩側上銑出兩個工藝平面作為加工連桿頸時的輔助粗基準；在加工主軸頸及同軸心的軸頸外圓時，以質量中心孔為精基準；加工連桿頸時，用加工的法蘭和小頭的外圓及連桿頸外圓作為精基準。這樣便于保證技術要求。3.2 制定工藝路線機械加工工藝路線是機械加工工藝規(guī)程的核心。按照先加工基準面后加工其他表面，先粗基準表面后精基準表面，先主要表面后次要表面以及先加工平面后加工孔等原則進行加工，制訂出適合工廠自身條件，確保加工質量、高效和低成本的最佳工藝路線。本次設計的曲軸加工工藝路線如下：工序1毛

10、坯檢測 工序2粗銑兩端面工序3劃兩端中心孔線 工序4鉆中心孔工序5粗車法蘭及小端外圓 工序6精車法蘭及小端外圓工序7銑平衡塊兩側 工序8粗車第四主軸頸工序9粗磨第四主軸頸 工序10車拉全部主軸頸工序11銑曲軸連桿軸頸 工序12車平衡塊外圓及倒角工序13鉆大頭端上定位銷孔 工序14鉆直油孔工序15鉆斜油孔 工序16去毛刺、清洗工序17中頻淬火 工序18精磨主軸頸和連桿軸頸工序19銑鍵槽 工序20鉆兩端孔工序21擴小端孔 工序22擴、鉸法蘭端孔工序23鉆6個螺紋底孔 工序24攻6個螺紋底孔螺紋工序25油孔孔口倒角、拋光 工序26擦拭及吹凈曲軸工序27磁力探傷及退磁 工序28軸頸滾壓工序29軸頸變形

11、檢測 工序30滾壓校直工序31軸頸修磨 工序32動平衡測量、去重工序33清洗表面鐵屑 工序34拋光所有軸頸工序35清洗、吹風 工序36最終檢驗工序37防銹。3.3 選擇加工設備及刀、夾、量具擬定出加工工藝路線后，需要選擇各工序的加工設備和工藝裝備。合理的加工設備、工藝裝備（機床、刀具、夾具以及量具等）使得加工出來的曲軸達到正常工作的要求，也能夠提高加工生產(chǎn)率從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。本設計加工設備、工藝裝備選擇如下：（1）第2道工序為粗銑兩端面。由于曲軸尺寸較大，在大批大量生產(chǎn)的前提下，采用雙面銑床可以滿足兩端面所需生產(chǎn)率要求以及加工精度等要求。本道工序選用雙端面銑床。采用專用夾具定位加緊。雙端

12、面銑床上使用硬質合金面銑刀。（2）第3道工序為劃兩端中心孔線。本道工序在生產(chǎn)車間將曲軸毛坯放置于工作臺V型架上劃線。（3）第4道工序為鉆兩端中心孔。曲軸兩端中心孔孔徑尺寸不大，由于曲軸尺寸較大，采用雙面中心孔鉆床。采用可調中心架，使用中心鉆（GB/T 6078.21998）。（4）第5、6道工序是粗、精車法蘭及小端外圓，可采用C630型車床進行車削。通過普通游標卡尺（GB/T 1214.21996）和普通式千分表（GB/T 12192000）檢驗。（5）第7道工序是銑平衡塊兩側，采用數(shù)控曲軸銑床進行銑削。銑床上采用盤銑刀進行加工。（6）第8道工序是粗車第四主軸頸，可采用C630型車床進行車削。

13、采用兩端中心孔定位。由于曲軸加工為大批大量生產(chǎn)，考慮到生產(chǎn)效率等方面的因素，在車床上選用可轉位車刀（GB/T 20761987）減少換刀時間以提高勞動生產(chǎn)率。通過普通游標卡尺（GB/T 1214.21996）檢驗。（7）第9道工序是粗磨第四主軸頸。由于第四主軸頸在后續(xù)加工中起到定位基準以及輔助支撐的作用，因此先要將其加工出來，兩端并且保證一定的精度。本道工序選用MQ8260型磨床。采用外徑千分尺（GB/T 12162004）來檢驗加工后是否達到要求的精度。（8）第10道工序是車拉全部主軸頸，可采用數(shù)控曲軸主軸頸車拉機床進行加工。以主軸頸為回轉中心，通過夾具裝夾。（9）第11道工序是銑連桿軸頸，

14、連桿軸頸的加工是曲軸加工工藝中重點難點所在，由于其軸頸與主軸頸偏心，在曲軸旋轉加工中由于偏心力的作用加工容易出現(xiàn)較大誤差，因此要注意本道工序的加工，保證加工精度。采用數(shù)控曲軸內銑床。（10）第12道工序是車平衡塊外圓及倒角，平衡塊位于曲拐上，是偏心的，因此要采用多刀車床進行偏心車削。（11）第13道工序是鉆大頭端上定位銷孔，使用專用鉆床夾具裝夾，使用搖臂鉆床Z35進行鉆削。使用直柄麻花鉆（GB/T 6135.31996）。（12）第14道工序是鉆直油孔，可采用Z35搖臂鉆床使用專用鉆直油孔鉆模定位夾緊曲軸鉆出所要求的直油孔，鉆頭使用直柄長麻花鉆（GB/T 6135.41996）。（13）第15

15、道工序是鉆斜油孔，柴油機曲軸斜油孔的加工是曲軸加工工藝過程中比較關鍵的工序，由于其要求為斜油孔，位置與角度要求比較高，加工中要保證其位置精度。本道工序采用Z35搖臂鉆床進行鉆削加工。要使用專用鉆斜油孔鉆模定位夾緊工件，定位要滿足角度及位置要求，防止不能與直油孔對接等情況的發(fā)生。鉆頭使用直柄長麻花鉆（GB/T 6135.41996）即可。（14）第16道工序是去毛刺、清洗，使用高壓去毛刺清洗機器，通過高壓水形成多方向高壓水流的柔性刀具對各復雜表面、孔等進行清洗及去毛刺。（15）第17道工序是中頻淬火，采用曲軸淬火機床，進行感應淬火，以此改善曲軸材料表面組織，提高材料的表面強度。（16）第18道工

16、序是精磨主軸頸和連桿軸頸，采用數(shù)控曲軸磨床一次裝夾磨削。（17）第19道工序是銑鍵槽，采用X62W型臥式萬能升降臺銑床進行銑削。通過專用銑床夾具定位夾緊曲軸，銑削鍵槽。（18）第20道工序是鉆兩端孔，采用Z3080型搖臂鉆床。鉆頭使用錐柄麻花鉆（GB/T 1438.11996）。（19）第21道工序是擴小端孔，采用Z3080型搖臂鉆床。鉆頭使用直柄擴孔鉆（GB/T 42562004）。（20）第22道工序是擴鉸法蘭端孔，采用Z3080型搖臂鉆床。鉆頭使用錐柄擴孔鉆（GB/T 42562004），鉸刀型號為機用鉸刀（GB/T 11322004）。（21）第23道工序是鉆6個螺紋底孔，采用Z304

17、0型搖臂鉆床。鉆頭使用直柄麻花鉆（GB/T 6135.31996）。（22）第24道工序是攻6個螺紋底孔螺紋，采用絲錐攻絲。絲錐類型為機用絲錐（GB/T 3464.11994）。（23）第25道工序是油孔孔口倒角及拋光，采用油孔孔口倒角工具對孔口倒角，并利用砂布拋光孔口銳邊。（24）第27道工序是磁力探傷及退磁，根據(jù)國家頒布的曲軸技術條件規(guī)定，每根曲軸必須經(jīng)磁力探傷并執(zhí)行嚴格的磁力探傷標準。磁力探傷后要退磁。使用磁力探傷機進行檢測。（25）第28道工序是軸頸滾壓，進行軸頸滾壓工藝是為了提高曲軸圓角強度，起到冷作硬化的作用，在曲軸加工工藝中是較好的提高曲軸表面強度的工序。球墨鑄鐵曲軸圓角滾壓強化

18、將廣泛應用于曲軸加工中。采用曲軸圓角滾壓機床進行滾壓強化表面。（26）第29道工序是軸頸變形檢測，第30道工序是滾壓校直。通過曲軸滾壓、校直機床對曲軸滾壓強化后的軸頸進行直線度等的檢測，并對直線度沒有達到要求的軸頸進行滾壓校直，保證曲軸精度。（27）第32道工序是動平衡測量、去重，這是發(fā)動機曲軸加工過程中較為關鍵的一道工序，發(fā)動機在工作時要保證傳給作用力的大小和方向不隨時間變化，曲軸各個質點具有離心慣性力，而曲軸質量分布不均勻，因此需要對曲軸進行動平衡去重。采用動平衡機檢測，并去重。（28）第33道工序是清洗表面鐵屑，采用清洗機進行清洗。（29）第34道工序是拋光所有軸頸，采用拋光機利用砂帶進

19、行拋光。3.4 加工工序設計 （1）機械加工順序 遵循“先基準后其他”原則。 遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原則，如先加工外圓表面，再加工鍵槽。 遵循“先面后孔”原則。（2）熱處理工序及強化曲軸在工作過程中將活塞連桿的住復運動變?yōu)樾D運動。曲軸在工作中承受著很大的彎曲應力和扭轉應力，受力情況非常復雜。此外，發(fā)動機的增壓、擴缸及提高轉速來提高功率，曲軸的各個軸頸要在很高的壓力下高速轉動，所以對曲軸的抗拉強度、剛度、耐磨性、耐疲勞性以及沖擊韌性提出了更高的要求?；谏鲜鲆螅仪S的主要失效形式是軸頸磨損和疲勞斷裂，因此必須對曲軸進行強化處理。目前國

20、內外曲軸常見的強化工藝大致有以下 5 種：(1)氮化：氮化能提高曲軸疲勞強度的 20%60%，適用于各類曲軸。(2)噴丸：曲軸經(jīng)過噴丸處理后能提高疲勞強度20%40%，鍛鋼曲軸經(jīng)過合理工藝噴丸強化后，其彎曲疲勞極限可以達到圓角淬火的水平。(3)圓角與軸頸感應淬火：該強化方式應用于球磨鑄鐵曲軸時，能提高疲勞強度 20%；用于鋼軸時，則能提高 l00%以上，故在鍛鋼軸中應用比較普遍。(4)圓角滾壓：曲軸工作時承受大而復雜的沖擊載荷,對抗疲勞強度的要求非常高，曲軸軸頸與側面的連接過渡圓角處為應力集中區(qū),也是疲勞破壞的敏感區(qū)域,是較薄弱的環(huán)節(jié)。通過曲軸圓角滾壓技術可以有效地提高曲軸的圓角強度。曲軸的圓

21、角滾壓,就是利用滾輪的壓力作用,在曲軸的主軸頸和連桿頸過渡圓角處形成一條滾壓塑性變形帶,這條塑性變形帶產(chǎn)生了殘余壓應力,可與曲軸在工作時的拉應力抵消或部分抵消,從而提高疲勞強度，提高曲軸表面硬度提高。滾壓使圓角處形成高硬度的致密層,使曲軸的機械強度和疲勞強度得到提高。大大減小了圓角處的應力集中,提高了疲勞強度。(5)復合強化：就是應用多種強化工藝對曲軸進行強化處理，例如曲軸圓角按壓加軸頸淬火等。據(jù)資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化工藝結合使用，可使整個曲軸的抗疲勞強度提高130%以上。所以綜合考慮，此次采用滾壓強化。（3）輔助工序 在對本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清

22、洗、終檢工序。3.5 填寫機械加工工藝過程卡和機械加工工序卡機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號零（部）件圖號產(chǎn)品名稱零（部）件名稱左支座共（ X ）頁第（ x ）頁材料牌號HT200毛坯種類鑄件毛坯外型尺寸每毛坯可制件數(shù)1每臺件數(shù)備注工序號工序名稱工序內容車間工段設備工藝裝備工步工時鑄造時效、涂漆10粗銑A面X52K專用夾具2030405060708090100描圖110120描校130檢驗140入庫底圖號設計日期審核日期標準化日期會簽日期裝訂號標記處數(shù)更改文件號簽字日期指導 機械加工工序卡片工序名稱 XXx 工序號 XX零件名稱 XXX 零件號零件重量 同時加工零件數(shù) 1 材 料 毛 坯 牌 號 硬 度 型 號重 量 HT200 灰鑄鐵 設 備夾具名稱輔助工具 名 稱型 號立式銑床 X52K 專用夾具安裝工步安裝及工步說明刀具量具走 刀長 度走 刀次 數(shù)切削深度進給量主軸轉速切削速度基本工時 11 粗銑A面 面銑刀游標卡尺1 3mm 2m