柴油机曲轴的加工工艺设计.docx

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1、柴油机曲轴的加工工艺设计摘 要 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

2、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I Abstract Abstract Crankshaft is one of the key parts of a car engine, its performance has a direct impact on the quality and life of automotive engines.

3、 Crankshaft bearing the greatest load in the engine and all power, under strong direction changing moment and torque, while withstand the wear long high-speed operation, thus requiring high rigidity crank materials, fatigue strength and good wear resistance. The role of the engine crankshaft is reci

4、procating piston linear motion into rotary motion through the connecting rod, enabling the engine from the chemical energy into mechanical energy output. This issue only 175 diesel engine crankshaft machining process analysis and design are discussed. The development of process routes is the key pro

5、cess planning stage of development is the process to formulate the design rules. The writing process route is reasonable or not, will not only affect the processing quality and productivity, but also affect the workers, equipment, technical equipment and production facilities such as the rational us

6、e, thus affecting production costs. Therefore, this design is a careful analysis of technical requirements and crankshaft machining precision, the rationally determine the rough type, through access to relevant reference books, manuals, diagrams, standards and other technical data, to determine the

7、process of locating datum, machining allowances , process dimensions and tolerances, culminating in a crankshaft machining processes card. Keywords: Engine Crankshaft Process Analysis Process DesignII 目 录 目 录 摘要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 第一章 概述 . 1 1.1汽缸体 . 1 1.2曲轴箱 . 1 1.3曲轴箱 . 1 第二章 曲轴工艺设计 . 3 2

8、.1分析零件图 . 3 2.1.1零件的作用 . 3 2.1.2零件的工艺分析 . 3 2.2确定生产类型 . 3 2.3确定毛配 . 3 2.3.1零件的工艺分析 . 3 2.3.2零件的工艺分析 . 3 2.3.3画铸件、加工图纸 . 3 第三章 机械加工工艺过程设计 . 5 3.1机械加工工艺过程设计 . 5 3.1.1选择表面加工方法 . 5 3.1.2确定工艺过程方案 . 5 3.2选择加工设备而被与工艺装备 . 7 3.2.1选择机床 . 7 3.2.2选择夹具 . 7 3.2.3选择刀具 . 8 3.2.4选择量具 . 8 3.3确定工序尺寸 . 8 3.4确定切削用量及时间定额

9、 . 10 3.4.1工序070切削用量及时间定额 . 10 3.4.2工序130切削用量及时间定额 . 11 3.4.3工序220切削用量及时间定额 . 12 3.5填写工艺规程卡 . 14 3.5.1机械加工工艺规程卡 . 14 3.5.1机械加工工艺规程卡 . 15 总 结 . 16 谢 辞 . 错误！未定义书签。 参考文献 . 18 附录 . 19 附件清单 . 21 III 目 录 IV 第一章 概述 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

10、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。 1.1汽缸体 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

11、，冷却水套和润滑油道等。 1.2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，一般采用薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。油底壳内装有稳油挡板，以防止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，以吸附润滑油中的金属屑，减少发动机的磨损。在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏。 1.3曲轴箱 气缸盖安装在气缸体的上面，从上部密封气缸并构成燃烧室。它经常与高温高压燃气相接触，因此承受很大的热负荷和机械负荷。水

12、冷发动机的气缸盖内部制有冷却水套，缸盖下端面的冷却水孔与缸体的冷却水孔相通。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。汽油机的气缸盖上加工有安装火花塞的孔，而柴油机的气缸盖上加工有安装喷油器的孔。顶置凸轮轴式发动机的气缸盖上还加工有凸轮轴轴承孔，用以安装凸轮轴。 气缸盖一般采用灰铸铁或合金铸铁铸成，铝合金的导热性好，有利于提高压缩比，所以近年来铝合金气缸盖被采用得越来越多。 1 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 而作为发动机上的一个重要的旋转机件曲轴，其加工方法仍有一般轴的加工规律，如铣两端面，钻中心孔，车、磨及抛光

13、，但是曲轴也是有它的特点，它由主轴颈，连杆轴颈与连杆轴颈之间的连接板组成，其结构细长、曲拐多、刚性差，因而安排曲轴加工工艺应采取相应的工艺措施。 在曲轴的机械加工中，采用新技术和提高自动化程度都不断取得进展。目前，国内较陈旧的曲轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备一般采用多刀车床车削曲轴主轴颈及连杆轴颈，工序质量稳定性差，容易产生较大的加工应力，难以达到合理的加工余量。精加工普遍采用MQ8260等普通曲轴磨床进行粗磨、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的工艺是：主轴颈采用车拉工艺和高速外铣，连杆颈

14、采用高速外铣，而且倾向于高速随动外铣，全部采用干式切削。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所有连杆颈。在磨削过程中，磨头实现往复摆动进给，跟踪着偏心回转的连杆颈进行磨削加工。 当然，目前国际上还有更加先进的曲轴加工工艺和机床设备，只钻一对质量中心孔，选用日本的Mazak五轴联动的数控机床进行一系列的加工。类似这样的新技术，目前国内汽车发动机曲轴的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的。但是对于新技术、新工艺的追求是不会止步的，这就需要我们当代的青年和科技工作者的不断努力。 2 第二章 曲轴工艺设计 第二章 曲轴工艺设计 2.1分析零件

15、图 2.1.1零件的作用 曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，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，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。 2.1.2零件的工艺分析 曲轴图样的视图、尺寸、公差和技术要求齐全、正确；零件选用材料为QT800-2，该材料具有较高的强度、韧性和塑性，切削性能良好；结构工艺性比较好。 根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上

16、述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。 2.2确定生产类型 已知零件的年生产纲领为120000件，零件质量3.76kg，由机械制造工艺及设备设计指导手册表152可确定其生产类型为大量生产。故初步确定工艺安排的基本倾向为：加工设备以自动化和专用设备为主，通用设备为辅；机床按流水线或自动线排列；广泛采用专用量具、量仪和自动检验装置。这样生产效率高。 2.3确定毛配 2.3.1零件的工艺分析 根据零件材料确定毛坯为铸件。并依其结构形状、尺寸大小和生产类型，毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造。根据机械制造工艺及设备设计指导手册表155铸件尺寸公差等级采用CT9级。 2.3.2零件的工艺分析

17、根据机械制造工艺及设备设计指导手册表157，取加工余量为MA-G级。查机械制造工艺及设备设计指导手册表158确定各表面的铸件机械加工余量。 对于金属模机械砂型铸造，根据机械制造工艺及设备设计指导手册表159铸件最小孔的直径，故本零件上的孔不铸出。 2.3.3画铸件、加工图纸 3 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 第三张 机械加工工艺过程设计 第三章 机械加工工艺过程设计 3.1机械加工工艺过程设计 3.1.1选择表面加工方法 根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查机械制造工艺及设备设计指导手册表1532表1534选择零件主要表面的加工方法与方案如下： M36X2螺纹：粗车精

18、车割槽33X4.8车螺纹M36X2。 1：8圆锥面：粗车半精车铣键槽12N9磨削。 45圆柱面：粗车半精车磨削抛光。 50圆柱面：粗车半精车割槽47X2.2粗磨精磨。 60圆柱面：粗车半精车。 K面：铣钻孔48铰孔48钻孔2M10攻丝2-M10。 45连杆颈圆柱面：粗车半精车粗磨精磨抛光。 14.2斜孔：钻。 5斜油孔：钻抛光。 60圆柱面：粗车半精车。 50圆柱面：粗车半精车粗磨精磨。 40圆柱面：粗车半精车割槽38.5X3铣键槽5N9粗磨精磨。 19孔：钻孔18.5铰孔19。 M6螺纹：钻孔25攻丝2-M6。 3.1.2确定工艺过程方案 拟定方案 由于各表面加工方法已基本确定，现按照“先粗

19、后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基准先行”的原则，初步拟定两种工艺过程方案，见表1.1。 5 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 表1.1工艺过程方案 方案 工序内容 毛坯 按铸件要求检验 热处理 批量毛坯抽检 铣两端面 方案 工序内容 钻中心孔B5 检测曲轴硬度 粗车短头，依次为40h6，50k6，60 粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 60 车开档，粗车连杆颈45 精车短头，依次为40h6，50k6，60,割槽38.5X3 精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 60, 割槽33X4.8, 割槽47X2.2 精车连杆颈45 钻孔14

20、.2 钻斜油孔5 钻孔18.5，铰孔19 修正中心孔 按工艺要求进行中间检验 粗磨两端主轴颈50 粗磨连杆颈45 铣键槽5N9 铣键槽12N9 铣K面 方案 工序内容 毛坯 批量毛坯抽检 铣两端面 钻中心孔B5 检测曲轴硬度 方案 工序内容 粗车短头，依次为40h6，50k6，60 粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 60 精车短头，依次为40h6，50k6，60 精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 60 割槽38.5X3,割槽33X4.8,割槽47X2.2 车开档 工序号 10 20 30 40 工序号 50 60 70 80 90 1

21、00 工序号 10 20 30 40 工序号 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 粗、精车连杆颈45 钻孔14.2 钻斜油孔5 钻孔18.5，铰孔19 修正中心孔 粗磨两端主轴颈50 粗磨连杆颈45 铣键槽5N9 铣键槽12N9 铣K面 钻铰48 钻攻2M10 6 第三张 机械加工工艺过程设计 230 240 250 260 270 280 290 300 工序号 310 320 330 340 360

22、 370 380 390 方案论证 钻铰48 钻攻2M10 钻攻2M6 精磨主轴颈50k6，50m6，磨45h9 精磨连杆颈45 磨40h6 磨1：8圆锥面 车螺纹M36X2 方案 工序内容 油孔5抛光 探伤 检验各相关尺寸 在N处打厂标及检验标记 氮化 按氮化工艺要求检验 抛光连杆颈、油封档 清洗、检验、包装 230 240 250 260 270 280 290 300 工序号 310 320 330 340 钻攻2M6 精磨主轴颈50k6，50m6，磨45h9 精磨连杆颈45 磨1：8圆锥面 车螺纹M36X2 油孔5抛光 在N处打厂标及检验标记 探伤 方案 工序内容 清洗 氮化 抛光连杆

23、颈、油封档 清洗、检验、包装 方案的优点在于基本遵循粗精加工划分阶段的原则。方案的不足之处是加工过程中的检验太少，不利于控制曲轴的加工质量。 根据以上分析，确定方案为曲轴零件加工的工艺路线。 3.2选择加工设备而被与工艺装备 3.2.1选择机床 考虑到大量生产，尽量选用高效机床。 工序070、080、090、100均为圆柱面的车削加工，用GSK6136-2广州数控车床加工方便且效率高。 工序180、190、260、270、280、290均为圆柱面的磨削加工，用J4M M1420A500万能外圆磨床加工方便且效率高。 其余表面加工均采用通用机床。如：C6140卧式车床、X5330B数显万能钻铣床

24、等。 3.2.2选择夹具 考虑到大量生产，均采用专用夹具。 7 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 3.2.3选择刀具 在车床上加工的工序，均采用YG6硬质合金外圆车刀，并尽量采用成形车刀。 在铣床上加工的工序，铣平面选用YG6A硬质合金圆盘铣刀，铣键槽选用键槽铣刀。 在磨床上加工的工序，磨主轴颈选用砂轮P600X63X305，C46K2B35，其外径为600mm，厚度为63mm，内径为305mm；磨连杆颈选用砂轮P600X25X305，C46K2B35，其外径为600mm，厚度为25mm，内径为305mm。 在万能钻铣床上加工的工序，均选用麻花钻和机用丝锥。 3.2.4选择量具 工序070粗加

25、工可选通用量具。现按计量器具的不确定度选择量具。 041.8-0.25mm。查互换性技术测量应用手册表5.1-1知粗车40h6mm至计量器具不确定度允许值U1=0.029mm。查互换性技术测量应用手册表5.1-2，选择分度值0.02mm的游标卡尺，其不确定度U=0.02mm，U3，故应乘孔深修正系数k1f=0.915，则 f=X0.915mm/r=0.340.41mm/r 按钻头强度决定进给量：根据切削用量简明手册表2.8，当灰铸铁硬度大于213HBS，d。=14.2mm，钻头强度允许的进给量f=1.0mm/r。 按机床进给机构强度决定进给量：根据切削用量简明手册表2.9，当灰铸铁硬度大于21

26、0HBS，d。14.5mm，机床进给机构允许的轴向力为8830N时，进给量为0.81mm/r。 从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是工艺要求，其值为f=0.340.41mm/r。根据Z5125钻床说明书，选择f=0.36mm/r。 2）决定钻头磨钝标准及寿命 由切削用量简明手册表2.12，当d。=14.2mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿命T=60min。 3）决定切削速度 由切削用量简明手册表2.15，当f=0.36mm/r时，Vt=13m/min。 切削速度的修正系数为：kTv=1.0，kcv=1.0，klv=0.85，ktv=1.0，故 v=vtkv=13X1.0X1.0X0.85X1.0m/min=11.1m/min n=1000v/(d。)=248.8r/min 根据万能数显钻铣床说明书，可考虑选择n=272r/min,但因所选转数较计算转数为高，会使刀具寿命下降，故