柴油机曲轴的加工工艺设计.docx

1、柴油机曲轴的加工工艺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、工艺装备及生产场地等的合理

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

3、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 reciprocating piston lin

4、ear 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 process planning stage

5、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 use, thus affecting pr

6、oduction 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 process of locating

7、datum, machining allowances , process dimensions and tolerances, culminating in a crankshaft machining processes card. Keywords: Engine Crankshaft Process Analysis Process Design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

8、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，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

9、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

10、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。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，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

11、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

12、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。第二章 曲轴工艺设计2.1分析零件图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

13、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

14、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

15、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（附件）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（依次为从长头到短头）的加工方法与方案如下： M36X2螺纹：粗车（IT12）精车（IT6）割槽33X4.8（IT11）车螺纹M36X2。 1：8圆锥面：粗车（IT12）半精车（IT10）铣键槽12N9（IT8）磨削（IT6）。 45圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）磨削（IT6）抛光（IT5

16、）。 50圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）割槽47X2.2粗磨（IT7）精磨（IT6）。 60圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）。 K面：铣（IT9）钻孔48（IT12）铰孔48（IT9）钻孔2M10（IT12）攻丝2-M10。 45连杆颈圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）粗磨（IT7）精磨（IT6）抛光（IT5）。 14.2斜孔：钻（IT12）。 5斜油孔：钻（IT12）抛光（IT8）。 60圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）。 50圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）粗磨（IT7）精磨（IT6）。 40圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10）割槽3

17、8.5X3（IT10）铣键槽5N9（IT8）粗磨（IT7）精磨（IT6）。 19孔：钻孔18.5（IT12）铰孔19（IT8）。 M6螺纹：钻孔25（IT12）攻丝2-M6。3.1.2确定工艺过程方案（1）拟定方案 由于各表面加工方法已基本确定，现按照“先粗后精”、“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。表1.1工艺过程方案方案方案工序号工序内容工序号工序内容毛坯毛坯10按铸件要求检验10批量毛坯抽检20热处理20铣两端面30批量毛坯抽检30钻中心孔B540铣两端面40检测曲轴硬度方案方案工序号工序内容工序号工序内容50钻中心孔B550粗车短头，依

18、次为40h6，50k6，6060检测曲轴硬度60粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 6070粗车短头，依次为40h6，50k6，6070精车短头，依次为40h6，50k6，6080粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 6080精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 6090车开档，粗车连杆颈4590割槽38.5X3,割槽33X4.8,割槽47X2.2100精车短头，依次为40h6，50k6，60,割槽38.5X3100车开档110精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，45h9，50m6, 60, 割槽33X4.8

19、, 割槽47X2.2110粗、精车连杆颈45120精车连杆颈45120钻孔14.2130钻孔14.2130钻斜油孔5140钻斜油孔5140钻孔18.5，铰孔19150钻孔18.5，铰孔19150修正中心孔160修正中心孔160粗磨两端主轴颈50170按工艺要求进行中间检验170粗磨连杆颈45180粗磨两端主轴颈50180铣键槽5N9190粗磨连杆颈45190铣键槽12N9200铣键槽5N9200铣K面210铣键槽12N9210钻铰48220铣K面220钻攻2M10230钻铰48230钻攻2M6240钻攻2M10240精磨主轴颈50k6，50m6，磨45h9250钻攻2M6250精磨连杆颈452

20、60精磨主轴颈50k6，50m6，磨45h9260磨1：8圆锥面270精磨连杆颈45270车螺纹M36X2280磨40h6280油孔5抛光290磨1：8圆锥面290在N处打厂标及检验标记300车螺纹M36X2300探伤方案方案工序号工序内容工序号工序内容310油孔5抛光310清洗320探伤320氮化330检验各相关尺寸330抛光连杆颈、油封档340在N处打厂标及检验标记340清洗、检验、包装360氮化370按氮化工艺要求检验380抛光连杆颈、油封档390清洗、检验、包装（2）方案论证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

21、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数显万能钻铣床等。3.2.2选择夹具考虑到大量生产，均采用专用夹具。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

22、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粗加工可选通用量具。现按计量器具的不确定度选择量具。粗车40h6mm至mm。查互换性技术测量应用手册表5.1-1知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

23、度值0.02mm的游标卡尺，其不确定度U=0.02mm，UU1，可以选用。其他工序所用量具详见工序卡片。3.3确定工序尺寸径向各圆柱表面加工时的工艺基准与设计基准重合。前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现依据机械制造工艺及设备设计指导手册第十五章有关资料确定各表面精加工、半精加工余量，由后向前推算工序尺寸，并确定其公差，见表1.2。表1.2各表面工序尺寸及公差加工内容加工余量精度等级表面粗糙度Ra()M36X2螺纹铸件车螺纹精车半精车粗车50.41.03.6IT9IT6IT10IT120.86.312.51：8圆锥面铸件磨削半精车粗车50.4.03.6CT9IT6IT10IT120.

24、86.312.545油封档铸件研磨磨削半精车50.41.0CT9IT6IT100.80.86.3加工表面加工内容加工余量精等级表面粗糙度Ra()45油封档粗车3.6IT1212.550主轴颈（长头）铸件精磨粗磨半精车粗车50.20.61.13.1CT9IT6IT7IT10IT120.80.86.312.560（长头）铸件半精车粗车51.13.9CT9IT10IT126.312.560（短头）铸件 半精车粗车5 1.1 3.9IT9 IT10 IT126.32.550主轴颈（短头）铸件精磨粗磨半精车粗车50.20.61.13.1CT9IT6IT7IT10IT120.80.86.312.56.34

25、0圆柱面铸件精磨粗磨半精车粗车50.20.61.03.2CT9IT6IT7IT10IT120.80.86.312.5加工表面加工内容加工余量精度等级表面粗糙度Ra()45连杆颈铸件研磨精磨粗磨半精车粗车50.20.61.03.2CT9IT5IT6IT7IT10IT120.40.80.86.312.548孔铰孔钻孔0.27.8IT8IT121.612.52-10X1.25攻丝钻孔8.8IT1212.519孔铰孔钻孔0.518.5IT8IT121.612.52M6攻丝钻孔5IT1212.514.2斜孔钻孔14.2IT1212.55斜油孔抛光钻孔5IT8IT120.812.5 3.4确定切削用量及时

26、间定额3.4.1工序070（粗车短头）切削用量及时间定额本工序选用C6140卧式车床，拨盘、顶尖装夹，分三个工步：工步1为车40h6，工步2为车50k6主轴颈，工步3为车60。加工后表面粗糙度为Ra12.5。(1) 工步1粗车40h61）选择刀具 选择外圆车刀。 根据切削用量简明手册表1.1，由于车床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度为4.5mm。 根据切削用量简明手册表1.2，可选择YG6牌号硬质合金。 车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，r=60，r=10，。=6，。=12，s= 10，=0.8mm，01=10，by1=0.4

27、mm。2）选择切削用量 确定切削深度p由于粗加工余量仅为1.6mm，可在一次走刀内切完，故p=（4541.8）/2mm=1.6mm 确定进给量f 根据切削用量简明手册表1.6，在粗车铸铁、表面粗糙度Ra=12.5m时f=0.250.40mm/r按C6140卧式车床说明书选择f=0.36mm/r 选择车刀磨钝标准及寿命根据切削用量简明手册表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为1.0mm，车刀寿命T=60min。 确定切削速度Vc切削速度Vc可根据公式计算，也可直接由表中查出。根据切削用量简明手册表1.27 (11)式中=故Vc=69.6m/min n=492r/min按C6140卧式车床说明书，选择

28、n=500r/min，这时Vc=110m/min。最后决定的车削用量为p=1.6mm，f=0.36mm/r，n=500r/min，Vc=110m/min。 （1-2）3）计算基本工时 式中L=l+y+，l=12mm，根据切削用量简明手册表1.26，车削时的入切量及超切量y+=2.1mm，则L=12+2.1mm=14.1mm，故 tm=0.08min(2) 工步2粗车50k6主轴颈1）选择刀具 选择外圆车刀。 根据切削用量简明手册表1.1，由于车床的中心高为200mm（表1.30），故选刀杆尺寸BXH=16mmX25mm，刀片厚度为4.5mm。 根据切削用量简明手册表1.2，可选择YG6牌号硬质合金。 车刀几何形状（见表1.3），选择平面带倒棱前刀面，r=60，r=10，。=6，。=12，s= 10，r=0.8mm，01=10，by1=0.4mm。3.4.2工序130（钻孔14.2）切削用量及时间定额本工序选用万能数显钻铣床，专用夹具装夹。（1）选择刀具选择高速钢麻花钻头，其直径d。=