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1、精品学习资源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,承担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、疲惫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
2、装备及生产场地等的合理利用，从而影响生产成本；所以，本次设计是在认真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其次章 确定曲轴的加工工艺过程32.1 曲轴的作用 32.2 曲轴的结构及其特点32.3 曲轴的主要技术要求分析42.4 曲轴的材料和毛坯的确定42.5 曲轴的机械加工工艺过程42.6 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63. 1 曲轴的机械加工工艺特点
3、63. 2 曲轴的机械加工工艺特点分析73. 3 曲轴主要加工工序分析83.3.1 铣曲轴两端面 ,钻中心孔 83.3.2 曲轴主轴颈的车削8欢迎下载精品学习资源3.3.3 曲轴连杆轴颈的车削 83.3.4 键槽加工 93.3.5 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94.1 曲轴主要加工表面的工序支配94.2 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定104.2.1 主轴颈工序尺寸及公差的确定104.2.2 连杆轴颈工序尺寸及公差的确定104.2.3 22 -00.12 外圆工序尺寸及公差的确定104.2.4 20 0-0.021 外圆工序尺寸及公差的确定114.3 确定工时定额
4、 114.4 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、外安装着发动机的全部主
5、要零件和附件，承担各种载荷；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；在气缸体内部铸有很多加强筋，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；上曲轴箱与欢迎下载精品学习资源气缸体铸成一体，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，一般采纳薄钢板冲压而成，其外形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
6、底壳底部仍装有放油螺塞，通常放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑，削减发动机的磨损；在上下曲轴箱接合面之间装有衬垫，防止润滑油泄漏； V 型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半；主轴颈是曲轴的支承部分，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中；主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，仍取决于曲轴的支承方式；连杆轴颈是曲轴与连杆的连接部分，在连接处用圆弧过渡，以削减应力集中；曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接部分，断面为椭圆形，为了平稳惯性力，曲柄处铸有或紧固有 平稳重块；平稳重块用来平稳发动机不平稳的离心力矩，有时仍用来平稳一部分往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳；曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带
7、轮以及起动爪等；为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封；曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻挡机油向后窜漏；2.3 曲轴的主要技术要求分析1. 主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6 ，表面粗糙度Ra值为 1.25 0.63 m ；轴颈长度公差等级为IT9 IT10 ；轴颈的外形公差，如圆度、圆柱度掌握在尺寸公差之半；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
8、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担很大的转矩及交变的弯曲应力，简单门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲惫强度和耐磨性；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，可采纳40Cr 、42Mn2V等材料；本课题采纳球墨铸铁QT600-2.曲轴的毛坯依据批量大小、尺寸、结构及材料品种来打算；批量较大的小型曲轴，采纳模锻；单件小批的中大型曲轴，采纳自由锻造；而对于球墨铸铁材料就采纳铸造毛坯；欢迎下载精品学习资源2.5 曲轴的机械加工工艺过程曲轴的尺寸精度、加工表面外形精度以及位置精度
9、的要求都很高，但刚性比较差，简单产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必需予以充分的重视；曲轴需要加工的表面有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、22的外圆；由于使用了工艺搭子， 铣键槽支配在切除工艺搭子后，磨削外圆支配在保留工艺搭子前；依据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工次序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和20 、22外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等；2.6 曲轴机械加工工艺路线在进行大量的工艺分析之后，制定出大批大量生产曲轴的加工工艺路线：1 ） 锻造2 ） 热处理3 ） 铣两端面4 ） 车两端工艺搭子外圆5
10、） 钻主轴颈中心孔6 ） 钻连杆轴颈中心孔7 ） 检验8 ） 粗车三个连杆轴颈9 ） 精车三个连杆轴颈10 ） 车工艺搭子两端面11 ） 粗车各处外圆12 ） 精车各处外圆13 ） 检验14 ） 磨削连杆轴颈外圆15 ） 磨削两主轴颈16 ） 磨削 22-00.12mm外圆17 ） 磨削 20 0 -00.021mm外圆18 ） 检验19 ） 车掉两端工艺搭子20 ） 车两端面21 ） 铣键槽欢迎下载精品学习资源22 ） 倒角23 ） 去毛刺24 ） 最终检验第三章 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，主要包括外形复杂
11、，刚性差及技术要求高，针对这些特点应实行相应的措施，分析如下：1、外形复杂曲轴主轴颈与连杆轴颈不在同一轴上线，偏心距有肯定的尺寸要求，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稳块，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. 为排除加工时的不平稳力的产生，设计夹具时应精确设计平稳重；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峻的扭曲及弯曲变形，特殊在单边传动的机床上加工更为严峻，在工艺设计中应解决以下问题：1 ）：粗加工时由于
12、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 ）：合理支配工位次序以削减加工变形，按先粗后精的原就支配加工工序，逐步提高精度； 该零件是三拐小型曲轴，生产批量不大，应选用中心孔定位，它是帮助基准，装夹方便，节约找正时间，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
13、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，应按先粗后精的原就支配加工次序，逐步提高加工精度；对于主轴颈与连杆轴颈的加工次序是，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，这样支配可以防止一开头就降低工件刚度，削减受力变形，有利于提高曲轴加工精度；4） ）由于使用了工艺搭子，铣键槽工序支配在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必需提前在仍保留工
14、艺搭子中心孔时进行，同时要留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，如端面不平就中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采纳先面后孔的原就；中心孔除影响曲轴质量分布外，它仍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，采纳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，主轴颈加工采纳车削，在刚度较强的
15、一般车床上进行；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；由于加工余大且不匀称，旋转不平稳，加工时产生冲击，因此工件要夹坚固；车床、刀具、夹具要有足够的刚性；主轴颈车削次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次序进行，逐步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，采纳专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在一般车床上进行；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掌握在
16、180 度+30 度或 180 度30 度）以及曲轴旋转的不平稳问题；这些都由专欢迎下载精品学习资源用夹具来保证，夹详细为一对用以定位的V 型块组成，装在接盘上；接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180 度，依次车削两个连杆轴颈； V 型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径；车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径；用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一样；安装夹详细的接盘上有平稳块，排除曲轴旋转时不平稳力矩的生；曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作
17、用，简单发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移；车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量掌握在11.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采纳高速钢；3.3.4 键槽加工这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应支配在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及掌握键槽的深度以及对称度；键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在一般铣床上进行；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 ，并且具有较高的外形精度及位置精度；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，第一磨主轴颈然后磨连杆轴
18、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，磨连杆轴颈就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，采纳横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需认真地修整，由于直 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 ，精磨余量掌握在 0.10.15 mm 内；在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为防止曲轴弯曲，采纳可以调剂的中心架， 否就就不能去掉
19、上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开头使用中心架；磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹洁净，去砂粒及油泥，确保加工基准 中心孔的精度，磨削工序之前必需修研中心孔；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支配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，仍有仍有检验、清洗、去毛刺等工序；连杆各主要表面的工序支配如下：1 ）、主轴颈：粗车、精车、磨削；欢迎下载精品学习资源2 ）、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；3 ）、 220-0.12mm外圆：粗车、精车、磨削； 被吃刀量 ：取 =1mm ，2 进给量 f：取 ；3 机床主轴
20、转速 : 取 n=600r/min4 切削速度：5 运算切削工时：被切削层长度=3 22=66mm，由于粗车走刀两次，故tm=0.44min工序 9 ：精车三个连杆轴颈至24.50-0.033 ；选用机床： CA6140 卧式车床1 被吃刀量 ：取 =0.65mm ，2 进给量 f：取 f=0.3mm/r3 机床主轴转速 : 取 n=800r/min4 切削速度：5 运算切削工时：被切削层长度=3 22=66mm，由于粗车走刀两次，故tm=0.55min4.4 连杆机械加工工艺过程卡片的制订制订机械加工工艺规程的最终一项工作就是填写工艺卡片，它主要包括发动机曲轴的工序次序及内容的填写、工序简略
21、的绘制、合理挑选各工序所用机床设备的名称与型号、工艺装备 即刀具、夹具、量具等）的名称与型号；见附录：欢迎下载精品学习资源参考文献1 陈明主编，机械制造工艺学M. 北京 :机械工业出版社, 2005.072 陈宏钧主编，有用机械加工工艺手册 ： 38-4012 田晓锋，闫红彦，常新录，100 系列发动机曲轴淬火工艺试验讨论J. 拖拉机与农用运输车， 2007 ， 346 ： 97-9813 宋正元，康明斯 B 系列曲轴工艺的设计 J. 柴油机， 2000,85 ： 47-5014 王秋冰，马鸣，卢震鸣，来建刚，李光瑾，发动机曲轴用材料与工艺的进展趋势，柴油机设计与制造， 2007,151 ：
22、40-4415 附 录各工序简图编排：机械加工工艺过程综合卡片产品名称 零件名称 材 料某 柴 油 机 厂 175 型柴油机 曲 轴 球墨铸铁 QT600-2 序号 工序名称 技术条件及检查要求工 序 简 图 设备欢迎下载精品学习资源1 铸造 按曲轴铸造工艺进行2 热处理 正火3 铣两端面 总长为 265mm铣床4 车两端工艺搭子外圆直径 45mm车床5 钻主轴颈中心孔车床6 钻连杆轴颈中心孔正对连杆中心7 检验8 粗车三个连杆轴颈留余量 2.6mm车床9精车三个连杆轴颈留余量 0.5mm车床10 车工艺搭子两端面车床11 粗车各处外圆 留余量 2mm车床12 精车各处外圆 留余量 0.5mm车床13 检验14 磨削连杆轴颈外圆24-0.020 -0.053mm外圆磨床15 磨削两主轴颈 25+0.021 +0.008mm外圆磨床16 磨削22 -00.12mm外圆外圆磨床17 磨削20 -0 0.021mm外圆外圆磨床18 检验19 车掉两端工艺搭子长度为 215mm 以上 车床20 车两端面 表面粗糙度 Ra=10车床21 铣键槽铣床22 倒角 为 1mm车床23 去毛刺24 最终检验欢迎下载