发动机飞轮壳加工工艺及其夹具设计大学论文.docx
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发动机飞轮壳加工工艺及其夹具设计大学论文
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摘要
本毕业设计的课题是康明斯发动机飞轮壳的加工工艺及其夹具设计，关键的工作任务有两个：
一是飞轮壳零件加工工艺规程的设计；二是飞轮壳零件的工装夹具的设计。
对于发动机飞轮壳工艺设计时，首先要做的是对零件进行结构和加工工艺的分析，做了第一步分析以后，根据飞轮壳的生产纲领，材料及其加工要求等来确定毛坯到底应该以什么样的方式来制造，另外就是基准选择和工艺路线的制定，最后进行机床和刀具的选择，加工余量、工序尺寸及切削用量等计算与确定。
第二篇夹具设计中，设计了一套车端面、内孔的夹具，首先是定位基准的选择，根据各自工序的不同特点来进行定位基准的选择，其次进行切削力及夹紧力的计算，最后进行误差分析。
关键字：
飞轮壳康明斯工艺规程定位工装夹具
Abstract
ThegraduatedesignissueistheprocessofCumminsEngineflywheelhousingandfixturedesign,twokeytasks:
First,theflywheelhousingpartsprocessplanningdesign;flywheelhousingpartsfixturedesign.Fortheprocessdesignoftheengineflywheelhousing,thefirstthingtodoisstructureandprocessanalysisoftheparts,thefirststep,accordingtotheflywheelhousingproductionprogram,materialsandtheirprocessingrequirementstodeterminetheroughintheendshouldbewhatkindofapproachtomanufacturing,theotheristhecalculationofthereferenceselectionandformulationoftheprocessroute,thefinalchoiceofmachinesandtools,allowance,stepsizeandcuttingOK.Thesecondfixturedesign,thedesignofacarfacetheinnerholeofthejig,thefirstisthechoiceofthepositioningreference,accordingtothedifferentcharacteristicsoftherespectivesteptothechoiceofpositioningreference,followedbythecalculationofthecuttingforceandtheclampingforce,Finally,erroranalysis.
Keywords:
FlywheelhousingCumminsPositioningLocateFixture
摘要
（1）
Abstract……………………..
（2）
1.绪论
1.1本课题的来源、目的及意义（5）
1.2国内外概况、预测（6）
2.零件分析
2.1飞轮壳的结构工艺性分析（8）
2.2飞轮壳加工方案设计（8）
2.3飞轮壳的加工特点（9）
2.4飞轮壳的技术要求分析（9）
3.工艺规程设计
3.1确定生产纲领和生产类型（11）
3.2确定毛坯制造形式（11）
3.3制定工艺路线（11）
4.机械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸的确定
4.1确定加工余量（17）
4.2确定工序尺寸（17）
5.切削用量及工时的计算
工序一粗车端面、内孔（21）
工序二粗铣顶面（22）
工序三钻、扩、铰定位孔（27）
工序四半精车内孔、端面（30）
工序五精车内孔、止口、端面（35）
工序六粗铣悬挂面（39）
工序七精铣顶面（43）
工序八精铣悬挂面（44）
工序九粗镗油封孔、油封孔下台、马达孔（47）
工序十半精镗油封孔、油封孔下台、马达孔（50）
工序十一精镗Φ160mm油封孔下台、精镗马达孔（53）
工序十二扩、铰Φ29.6孔（55）
工序十三钻6-Φ13.5孔（57）
工序十四钻、攻3-M10螺纹和钻、攻2-M8螺纹（58）
工序十五钻、攻8-M12螺纹（62）
工序十六钻Φ23.3孔、攻管螺纹（64）
工序十七钻、攻M18螺纹孔（65）
工序十八钻、攻12-M10螺纹底孔（68）
6.夹具设计
6.1夹具的设计（70）
6.2零件的定位分析和基准选择（70）
6.3零件的夹紧分析（71）
6.4零件的夹紧力和夹紧力计算（71）
6.5定位误差分析（73）
总结（74）
致谢（75）
参考文献（76）
1绪论
1.1课题来源、目的、意义
1.1.1课题的来源
本课题将针对东风汽车有限公司商用车发动厂制造车间实际的发动机飞轮壳加工工艺及其夹具设计。
1.1.2本课题研究目的
本课题基于飞轮壳的汽车零部件产品的开发需要，对康明斯飞轮壳进行了研究：
（1）结合零件的结构特点，合理安排各道工序的加工余量，反推毛坯的各尺寸，以达到节约成本、提高加工效率的目的。
（2）分析零件结构特点，合理安排各道工序的顺序，在达到零件的精度要求的前提下，最大限度的减轻工人的劳动强度，节约成本、提高加工效率。
（3）如何根据工艺加工要求，设计一套工装（刀具、夹具）。
1.1.3本课题研究的意义
中国加入世贸组织以后，汽车零部件的进口平均关税将降到10%，配额将逐步减少，国产化率的鼓励措施将取消，多年来一直受关税和国产化双重保护的国内众多汽车零部件企业将面临巨大的挑战。
汽车零部件企业属于传统的大批大量生产类型企业，讲究的是规模效益，但随着市场竞争的不断深化，顾客的需求不断变化，其生产方式也在向着多品种、中小批量生产方式转化，汽车零部件企业要实现跨越性的发展，不仅需要在提高产品质量、不遗余力地采用新工艺、新技术，不断进行产品创新等方面下功夫，还要不断的更新观念，优化生产组织方式，积极主动地应对市场不断变化的需求，降低成本、提高效益，以保持在市场上的竞争优势。
全球采购在带给我们挑战的同时也带来了机遇，国际上一些著名的汽车、发动机制造商纷纷把目光瞄向中国，他们需要在中国找到质量好、成本低的产品，以实现他们的成本削减计划，应对挑战。
以飞轮壳产品为例，从2003年开始，象康明斯、道依茨、卡特彼勒、水星等一些公司己经开始在中国开始寻找供应商，他们在中国都设有专门的办事机构负责供应商的评价、培训。
目前国内生产飞轮壳的专业厂不是很多，甚至有些发动机厂自己生产飞轮壳，每家厂的产能都没有超过30万件/年。
市场的分散就造成资源的分散，无法形成规模效益，也就没法在装备上、制造水平进行投入，新工艺、新方法得不到应用，所以产品质量与上述公司的要求普遍有一定的距离。
为此，谁能快速提升产能、水平、质量，谁就能占领国际市场，形成良性循环。
对飞轮壳产品而言，在进行新的工艺设计时，必须在遵循工艺设计的基本原则基础上，充分借鉴国外的先进工艺方法，运用高速加工技术、成组技术等先进方法，认识现有工艺中存在的工序分散、设备效率低、夹具多、非有效工时长、质量靠工人个人技术保证等重要缺陷，通过对原有的方法进行优化，最终设计一套能消除夹紧变形，减少无效工时，高质量、低成本的工艺方法。
工艺设计是工艺规划的前提和基础，是连接产品设计和生产制造的重要纽带。
产品的制造可以采用几种工艺方案，零件加工也可以采用不同设备、不同的加工方法、不同的工艺方案。
同样一个产品，使用不同的工艺方法进行加工，就会产生不同的质量、不同的成本。
所以，效率高、质量好、成本低是衡量工艺设计好坏的重要标准。
1.2国内外概况、预测和文献综述
在学校图书馆，网上和网上图书库上搜索关于发动机飞轮壳的国内外现状和发展，发现很少关于这方面的资料。
据说，可能是因为这里面涉及到重要技术的问题，大部分都会被保密。
但通过在网上查找的资料发现在发动机飞轮壳加工工艺方面有新的研究方法，比如柔性自动化技术在发动机飞轮壳工艺方面的应用，通过对发动机飞轮壳的加工工艺特点的分析并结合工厂生产实际，对飞轮壳的加工工艺进行了系统的研究，依据现代自动化制造系统的规划、设计和运行原理对三种飞轮壳的机械加工柔性生产线进行了规划设计，规划出了一条由六台卧式加工中心组成的柔性生产线设计方案，整个柔性加工线设备利用率高、生产能力稳定、可靠性好，解决了企业生产中的飞轮壳加工的瓶颈问题，适合创新公司未来发展的需要。
我国汽车工业早已成为国际大汽车制造商竞争的舞台，新型车的开发速度越来越快，产品将以多品种，中小批量的生产规模为主。
随着中国加入WTO，中国的零部件加工企业将面临严峻的“全球采购”竞争压力。
对于国内历史较老的零部件企业想要在新形势下生存、参与市场竞争，必须应用数控技术提高现有的工艺制造水平。
在新产品加工工艺上的选择，这些企业必须放弃由传统的专用组合机、通用设备组成生产线的方案，采用先进的数控技术：
对飞轮等盘类零件采用数控机床，飞轮壳等壳类零件采用立式加工中心。
由于考虑到成本经济性等情况，对飞轮壳产品而言，在进行新的工艺设计时，必须在遵循工艺设计的基本原则基础上，充分借鉴国外的先进工艺方法，运用高速加工技术、成组技术等先进方法，认识现有工艺中存在的工序分散、设备效率低、夹具多、非有效工时长、质量靠工人个人技术保证等重要缺陷，通过对原有的方法进行优化，最终设计一套能消除夹紧变形，减少无效工时，高质量、低成本的工艺方法。
2.零件分析
2.1飞轮壳的结构工艺性分析
飞轮壳的主要作用是联接发动机与变速器，当联接方式变化时，同型号的发动机可以搭载在不同的汽车上，满足需求。
同一系列飞轮壳与发动机联接面尺寸基本相同，与离合器连接面则不同，但具有相同的功能孔。
飞轮壳是盘类零件，外形尺寸大是其突出的结构特点，直径最大达480mm,高150mm。
飞轮壳的毛坯材料基本是铸铁，其另一个结构特点是壁厚不均匀，一般壁厚为6-8mm，壁厚最薄处只有5mm，壁厚最大处却达40mm。
顶面（与发动机联接）和端面（与离合器联接）的面积较大，铸造时容易变形，而且不易控制变形量，所以两个面上的连接孔必须进行机械加工。
2.2飞轮壳加工方案设计
对薄壁壳体类零件的加工，由于工件容易变形，且面与孔之间、孔与孔之间、面与面之间经常有尺寸关联要求，所以如何选择定位基准，如何安排工艺顺序就非常关键，所以加工中通常应注意以下几个问题:
2.2.1基准的选择
通常选与发动机结合面和该平面上相距尽可能远的两个孔，采用一面两销的定位方式。
当毛坯铸造精度很高，且外形变化不明显时，可以以毛坯面做定位基准，在一次装夹中完成全部或大部分工序的加工。
2.2.2粗、精加工的划分
由于工件在粗加工后会引起显著变形时，所以常将平面和孔的加工交替进行，在这些表面都粗加工以后，再精加工基准面及其它表面及面上各孔。
（1）粗加工阶段
通常先用端面定位，粗铣顶面，然后再以粗铣后的顶面为基准，粗铣端面及其他表面，去除毛坯余量。
（2）半精加工阶段
通常安排一些半精加工工序，将精度和光洁度要求中等的一些表面加工完成，而对于要求高的表面进行半精加工，为以后的精加工做好准备。
（3）精加工阶段
通常首先完成定位基准面（顶面）的精铣及面上两销孔的精加工，并以此为精基准完成对精度和光洁度要求高的表面及孔的加工。
2.2.3次要表面及孔的加工
如螺纹孔，可以在精加工主要表面后进行，一方面加工时对工件变形影响不大，同时废品率也降低。
另一方面如果主要表面出废品后，这些表面就不必再加工了，从而也不会浪费工时。
但是，如果小表面的加工很容易碰伤主要表面时，就应该把表面的加工放在主要表面的精加工之前。
2.2.4热处理的安排
有些飞轮壳有热处理的要求。
为了消除内应力，需要进行人工时效，所以通常将热处理放在粗加工之后，半精加工之前。
又如为了提高工件的表面硬度，需进行淬火，就要安排在半精加工之后，精加工之前。
2.2.5辅助工序的安排
如检验，在零件全部加工完毕后、各加工阶段结束时、关键工序前后，都要适当安排。
其他辅助工序还有清洗、去飞刺、表面处理、气密试验、包装等，也应按其要求排入工艺过程。
2.3飞轮壳的加工特点
飞轮壳加工首先解决的问题是顶面的平面度。
若顶面的平面度不好，则在加工端面的过程中将产生定位误差，在后续的工序加工中也会产生误差，出现测量基准与定位基准不统一的问题。
即使测量与定位基准统一，也会发生零件合格与否的误判;其次是轴孔的加工。
如何保证相互之间位置精度是此工序的关键:
另外，对连接用螺栓孔的加工也很关键。
2.4飞轮壳的技术要求分析
为了保证飞轮壳在工作过程中有良好的稳定性和密封性，在其重要表面和孔上均有详尽的技术要求。
首先，两个定位孔是关键。
在加工完两个定位孔后的很多工序的定位都要用到这两个定位孔。
对其的尺寸精度要求较高，孔径精度达到了H7级，位置精度达到了IT8。
对其的粗糙度要求也很高，达到了Ra1.6。
其次马达孔Φ88.9和离合器结合孔Φ447.7也都达到了H7级。
在制定加工方案时要分析机械加工手册上提供的途径，保证粗糙度和尺寸精度都到达到要求的精度。
最后，端面和顶面在制定工艺路线时要经常被作为定位基准面，其中顶面对端面有平面度要求。
因此，应选择合适的方法加工Φ446.5孔。
其他面孔的加工也要达到其技术要求。
3工艺规程设计
3.1生产纲领和生产类型的确定
生产纲领N=Qn（1+
）（1+
）
N——零件的年产量
Q——产品年产量
n——每台产品中该零件的件数
——备品百分率
——废品百分率
N=50000
1
（1+1%）
（1+6%）=53530件/年
由《机械制造工艺学》表1-1可知零件的生产类型为大批生产
3.2确定毛坯制造形式
零件材料为HT250，质量约为45kg。
它承载着变速器的质量，起着动力传递支点的作用。
考虑到零件为薄壁类零件，宜变形，且结构复杂，因此应该选用壳膜铸件，以使零件的复杂机构以及精度要求得以保证。
该零件的年产量为50000件，已达大批生产的水平。
最后确定毛坯的具体技术要求为：
1.硬度187-241HBS
2.毛坯表面不允许有气孔和砂眼存在
3.铸件拔模斜度不大于3o
4.热处理后时效处理
3.3制定工艺路线
3.3.1制定工艺路线注意事项
制定的工艺路线应使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到保证。
在生产纲领以确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
拟订工艺路线是制定工艺工艺规程过程中重要的一步。
工艺方案制定的优劣，不仅关系到工件的加工质量和加工效率，而且关系到工人的劳动强度，车间面积，设备投资，生产成本等问题。
在制定工艺路线时，要从以下几个方面考虑。
本零件加工精度要求很高，最高的粗糙度要求为Ra=1.6μm，因此将整个工艺过程划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。
工作各表面的加工顺序，一般按照下述原则安排：
先粗后精，先基准后其它，先主后次，先面后孔。
根据上述原则，作为精基准的顶面和端面安排在工艺过程开始时加工。
精基准面加工好后，接着对精度要求高的主要表面进行粗加工和半精加工，并穿插进行一些次要表面的加工，然后进行各表面的精加工。
要求高的主要表面的精加工一般安排在最后进行，这样可避免已加工表面在运输过程中碰伤，有利于保证加工精度。
为了改善工件材料的机械性能和切削性能，在加工过程中常常需要安排热处理工序。
采用何种热处理工序以及如何安排热处理工序在工艺过程中的位置，要根据热处理的目的决定。
3.3.2工艺方案的分析与比较
（一）工艺路线一
1.粗车端面
2.粗车Φ446.5内孔表面
3.钻、扩、粗饺、精铰两个定为孔Φ18至图样尺寸
4.粗铣、精铣顶面
5.半精车、精车Φ446.5内孔表面
6.精车止口
7.半精车、精车端面
8.粗镗马达孔
9.粗镗油封孔、油封孔下台
10.半精镗马达孔
11.半精镗油封孔、半精镗油封孔下台
12.精镗马达孔
13.精镗油封孔、精镗油封孔下台
14.粗铣悬挂面
15.精铣悬挂面
16.扩、铰孔Φ29.6
17.钻6-Φ13.5
18.钻马达孔3-M10螺纹底孔
19.攻马达孔3-M10螺纹
20.钻2-M8螺纹底孔
21.攻2-M8螺纹
22.钻悬挂面8-M12螺纹底孔
23.攻悬挂面8-M12螺纹
24.钻孔Φ23.3
25.攻Φ23.3孔Z3/4寸管螺纹
26.钻M18螺纹底孔
27.攻M18螺纹
28.锪M18螺纹孔平面
29.钻12-M10螺纹底孔
30.攻12-M10螺纹
31.倒角、去毛刺
32.检验
（二）工艺路线二
1.粗车端面
2.粗车Φ446.5内孔表面
3.粗铣顶面
4.半精车Φ446.5内孔表面
5.半精车端面
6.钻、扩、粗饺、精铰两个定为孔Φ18至图样尺寸
7.精车Φ446.5内孔表面
8.精车止口
9.精车端面
10.粗铣悬挂面
11.精铣顶面
12.精铣悬挂面
13.粗镗油封孔下台
14.粗镗油封孔
15.粗镗马达孔
16.半精镗油封孔
17.半精镗油封孔下台
18.半精镗马达孔
19.精镗油封孔下台
20.精镗马达孔
21.扩孔Φ29.6
22.粗铰孔Φ29.6
23.钻6-Φ13.5
24.钻3-M10螺纹孔
25.攻3-M10螺纹
26.钻2-M8螺纹孔
27.攻2-M8螺纹
28.钻8-M12螺纹底孔
29.攻8-M12螺纹
30.钻Φ23.3
31.攻Z3/4管螺纹
32.钻M18螺纹底孔
33.锪M18螺纹孔平面
34.钻12-M10螺纹底孔
35.攻12-M10螺纹
36.倒角、去毛刺
37.检验
3.3.3工艺方案的比较与分析
上述两个工艺方案的特点在于：
在路线一中首先加工出了端面和Φ446.5孔，以其为定位再加工顶面一侧的面和孔，再以Φ446.5孔和顶面为定位加工端面方向上的面和孔，这样互为定位反复加工容易得到较高的精度，而且把两个定位孔的加工放在了靠前的工序中，便于以后工序的加工。
但在前面加工面的很多工序中把粗、精加工放在了一个工序里，这样虽然可以减少了装夹次数、节省时间提高了生产率，但在粗加工过程中，由于加工余量大，工件容易产生振动，从而影响了定位精度，这样也就直接影响了加工质量。
另外，飞轮壳属于薄壁类零件在粗加工时容易产生变形，而材料变形的恢复又是需要时间的，所以应该在粗加工后把工件放置一段时间。
因此，最好把粗、精加工分开。
另外，加工面和加工孔的工序混在了一起，违背了先面后孔的原则。
在线路二中，很好的遵从了先面后孔的原则，另外把很好的划分了粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段。
这样有利于保证加工质量，便于使用机床，便于安排热处理工序。
同时粗加工各表面后可以及早的发现毛坯的缺陷，即使报废和补修，以免继续进行加工而浪费了工时和制造费用。
精加工安排在最后可保护精加工后的表面不受损伤或少受损伤。
但在这两个加工路线中都出现了工序过多、加工繁琐的问题，这样会使工件反复的被拆卸安装，这样加工精度不容易保证，另外使辅助时间增多降低了生产率，增高了生产成本。
因此应尽量在一次装夹中加工尽可能多的面和孔，提高生产率。
综上所述，最后的加工路线确定如下表3.1：
表3.1飞轮壳加工路线
工序号
工步号
工位内容
定位基准
机床
一
1.
粗铣顶面
端面、Φ446.5孔
床身式万能铣床X715
二
1.
粗车端面
顶面、油封孔
立式车床EQ0301
2.
粗车孔Φ446.5
三
1.
钻定位孔
端面、Φ446.5孔
立式钻床Z525
2.
扩定位孔
3.
粗铰定位孔
4.
精铰定位孔
四
1.
半精车孔Φ446.5
顶面、定位孔
立式数控车床CK516
2.
半精车端面
五
1.
精车孔Φ446.5
顶面、定位孔
立式数控车床CK516
2.
精车止口
3.
精车端面
六
1.
粗铣悬挂面（马达孔端）
端面、定位孔
万能铣床X63W
2.
粗铣悬挂面（孔Φ29.6端）
七
1.
精铣顶面
端面、定位孔
床身式万能铣床X715
八
1.
精铣悬挂面（马达孔端）
端面、定位孔
万能铣床X63W
2.
精铣悬挂面（孔Φ29.6端）
九
1.
粗镗油封孔下台
端面、定位孔
卧式镗床T68
2.
粗镗油封孔
3.
粗镗马达孔
十
1.
半精镗油封孔
端面、定位孔
卧式镗床T68
2.
半精镗油封孔下台
3.
半精镗马达孔
十一
1.
精镗油封孔下台
端面、定位孔
卧式镗床T68
2.
精镗马达孔
十二
1.
扩孔Φ29.6
端面、定位孔
立式钻床Z535
2.
粗铰孔Φ29.6
十三
1.
钻孔6-Φ13.5
端面、定位孔
摇臂钻床Z3025
十四
1.
钻3-M10底孔
端面、定位孔
立式钻床Z525
2.
攻3-M10螺纹
3.
钻2-M8底孔
4.
攻2-M8螺纹
十五
1.
钻8-M12底孔
端面、定位孔
摇臂钻床Z3050
2.
攻8-M12螺纹
十六
1.
钻孔Φ23.3
端面、定位孔
摇臂钻床Z3050
2.
攻Z3/4寸管螺纹
十七
1.
钻M18底孔Φ16.5
端面、定位孔
摇臂钻床Z3050
2.
攻M18螺纹
3.
锪平螺纹孔
十八
1.
钻12-M10底孔
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