1、摘 要发动机曲轴是发动机上的一个重要零件，在轴类零件分类中属于异形轴，它的功能是承受活塞和连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构转变为旋转运动，并将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作中受到气体力、往复惯性力以及它们产生的转矩和弯矩的作用，受力情况十分复杂。其精度要求非常高，它的加工质量对内燃机的工作性能，对装配劳动量都有很大的影响。因此在曲轴的生产中，对曲轴的加工工艺和夹具设计进行探讨是非常有必要的。本论文以 S1005021-37K 发动机曲轴为研究对象，设计内容包括两个方面即曲轴的加工工艺设计及夹具设计。首先是对曲轴加工工艺的分析和设计。文章中采用先粗后精的方法，对发动机曲轴的加
2、工工艺设的阐述，经过研究分析制定大概的加工工艺过程为：确定毛坯类型热处理批量毛坯检测铣两端面钻中心孔车长短头车连杆轴颈加工端面孔磨主轴颈、连杆轴颈清洗、检验、包装。在此基础上对零件加工要求进行分析，最终确定毛坯材料，选择定位基准，计算加工余量。综合上述分析，制定出曲轴的加工工艺路线。其次是曲轴的夹具设计。为了设计出高效合理的夹具，采用先分析后设计的方法，通过对曲轴切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析，完成对该夹具的夹具体及夹具零件 V 型块、压板等零件的设计，最终画出夹具装配图及夹具零件图。本次设计中的夹具具有可调度高，加工范围大的特点，操作简单，使用方便，有效的减轻了工人的劳动强度，扩大了机
3、床的使用范围。具有很强的实用性和一定的创新性。通过上述设计，最终绘制出毛坯图、夹具图、零件图，编制出工艺卡片。关键词：发动机；曲轴；加工工艺；夹具设计ABSTRACTEngine crankshaft is the important parts of the engine in axial parts classification belong to abnormity axis, its function is to inherit the piston and rod assembly came, and the force of piston reciprocating motion
4、through the crank rod system into the rotary motion, and the engine the work done is delivered. The crankshaft work in physical strength, reciprocating inertia force by gas and they produce of torque and bending moment role, stress is very complex. Its accuracy requirement is loftily, its processing
5、 quality of internal combustion engine work performance, the amount of labor on the assembly has a great impact. So in the crankshaft production, the processing technology of crankshaft and fixture design is necessary to discuss. The design S1005021-37K engine crankshaft to the object, the design in
6、cludes two aspects, namely, the crankshaft design and fixture design process.In this paper, after fine approach first rough on the engine crankshaft design elaboration process, developed through research and analysis about the machining process to: determine the volume of rough type heat treatment t
7、est milling rough surface at both ends of the center hole drilled Vehicle length car head-side connecting rod journal processing grinding spindle face neck, connecting rod journal cleaning, inspection, packaging. Based on this analysis of the part processing requirements, and ultimately determine th
8、e rough material, select locating datum, calculated allowance. Comprehensive above analysis, formulate the crankshaft processing technology route. On the other hand in order to design reasonable and efficient fixtures, using the first method of analysis, design, cutting force on the crankshaft, the
9、clamping force calculation and analysis of positioning error to complete the specific folder of the fixture and the fixture part V-block, Plate and other parts of the design, final draw and fixture parts fixture assembly drawing plans. The design of fixture is high, large range of scheduling the cha
10、racteristics of processing, simple operation, easy to employ, effectively reduce the labor intensity of the workers, the scope of application of the machine .Functional and creative.Through this design, the final draw rough maps, fixture plans, part plans, the preparation of a process card.Keywords:
11、 engine; crankshaft; processing technology; Fixture Design目 录第一章 绪论 .61.1 研究背景 .61.2 发展现状 .21.3 本次设计的主要内容 .2第二章 S1005021-37K 发动机曲轴零件图的分析 .32.1 曲轴的结构特点 .32.2 零件的技术要求 .42.3 零件的设计要求 .5第三章 工艺规程设计 .53.1 曲轴材料及毛坯的选择 .53.1.1 确定毛坯种类 .53.1.2 确定铸件余量及形状 .53.2 计算生产纲领，确定生产类型 .63.3 选择定位基准 .63.4 制定工艺路线 .73.5 定毛坯尺寸、
12、机械加工余量设计毛坯图 .83.5.1 确定机械加工余量 .83.5.2 设计毛坯图 .83.5.3 画出曲轴毛坯图(见曲轴零件毛坯图) .93.6 选择加工设备与工艺装备 .93.7 确定工序尺寸 .93.8 确定切屑用量及时间定额 .103.8.1 工序 4（铣两端面）切屑用量及时间的确定 .103.8.2 工序 5（钻中心孔）切屑用量及时间的确定 .113.8.3 工序 6(车前端及主轴颈）切屑用量及时间的确定 .123.8.4 工序 7(车前端）切屑用量及时间的确定 .133.8.5 工序 8(铣平衡重）切屑用量及时间的确定 .133.8.6 工序 9（钻端面孔）切屑用量及时间的确定
13、.133.8.7 工序 14（磨轴颈、连杆轴颈）切屑用量及时间的确定 .14第四章 夹具设计 .144.1 夹具设计的基本要求 .144.2 夹具设计的程序 .154.2.1 夹具设计规范化概述 .154.2.2 夹具设计的规范程序 .164.3 夹具的分类及其作用 .174.4 S1005021-37K 发动机曲轴夹具设计的设计思路 .184.4.1 定位基准的选择 .184.4.2 计算切削力和夹紧力 .194.4.3 定位误差分析 .214.5 夹具结构设计 .214.6 夹具的使用方法 .23第五章 总结 .24参考文献 .25致谢 .26第一章 绪论1.1 研究背景当今的汽车发动机制
14、造技术正朝着高速、智能、复合、环保方面发展，其发展特点是竞争加剧，如何能不断提高生产效率、降低制造成本，以具有竞争力的价格向客户提供高质量的产品，及时满足用户日益增长的需求，成为各企业共同关注的焦点。曲轴作为发动机上的一个重要部件，其加工质量的好坏直接关系到整个发动机系统的使用性能。目前曲轴精加工采用国内数控磨床磨削情况已相当普遍，产品加工精度已有相当程度的提高。为满足曲轴日益提高的加工要求，对曲轴磨床提出了很高的要求。随着现代驱动和控制技术，测量控制，CBN（立方氮化硼）砂轮和先进的机床部件的应用，为曲轴磨床的高精度、高效磨削加工创造了条件 1，国内发动机曲轴制造技术与国外先进技术的差距是显
15、而易见的。其表现主要为:刀具行业生产缺乏标准化、通用化，因而不能满足曲轴制造行业对刀具的高效加工要求;设计开发能力低、技术落后产品质量不稳定；主机厂配套工作力度不够 1。所以，对曲轴的加工工艺及夹具设计的研究对我国曲轴行业的发展有着重要的实际意义。1.2 发展现状我国内燃机及其配附件企业近 500 家，近年来随着汽车行业的不断发展，通过引进技术消化吸收，自行开发总体水平有了较大的提高。国内很多骨干企业从发达国家引进了不少先进设备。但是由于整体规模小，专业化程度低等原因，我国的发动机曲轴制造行业面临着激烈的市场竞争。目前我国发动机曲轴生产线存在较多的是陈旧生产线。陈旧生产线主要由普通机床和专用机
16、床组成，生产效率和自动化程度较低，粗加工是沿用 20 世纪 70 年代以前就盛行的车削方法，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。采用的刀具材料是高速钢和普通硬质合金。一般精加工采用 MQ8260 等普通曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光，1通常靠手工操作，加工质量不稳定，尺寸一致性差。老生产线一个主要的特点就是普通设备太多，按加工球墨铸铁曲轴来算，一条生产线 35-40 台设备，生产效率完全是靠多台设备分解工序和余量来提高的。而在国外，大都采用高科技的自动化生产设备，规模大、专业程度高、产品寿命可靠。因此我们只有借鉴国外的先进经
17、验，立足本国现实，既要引进先进技术，还要进行消化吸收并实现创新，全面提高我国发动机曲轴制造技术水平 1。1.3 本次设计的主要内容本设计中，主要完成的内容包括两部分：曲轴工艺路线的制定以及曲轴夹具的设计。计中必须明确设计思路，通过对曲轴零件的技术要求机加工精度进行分析，从而确定毛坯类型，通过查资料，计算确定相关的定位基准、工序及公差，画出曲轴的零件图及毛坯图，明确曲轴的加工工艺过程，制定曲轴的加工工艺，制作加工工艺卡片并完成对曲轴夹具的设计。上述工作大概可以分为四个部分： 1曲轴的结构特点和技术要求；2.毛坯种类，铸件尺寸及其形状，设计曲轴的加工工艺规程；3.夹具设计，确定夹具的组织形式、具体
18、结构，画出夹具装配图、夹具零件图、曲轴零件图及毛坯图，写夹具说明书； 4.编写工艺过程卡片，加工工序卡，撰写设计说明书。第二章 S1005021-37K 发动机曲轴零件图的分析2第二章 S1005021-37K 发动机曲轴零件图的分析2.1 曲轴的结构特点曲轴是发动机上的一个重要零件，在轴类零件中属于异性轴，承受由活塞通过连杆传来的力，并将活塞的往复运动通过曲柄连杆机构转变为旋转运动，将发动机所做的功传递出去。曲轴在工作时受惯性力及惯性力矩的作用，做高速旋转，应具备足够的刚度及强度 2。本次设计的零件是中国第一汽车厂生产的曲轴 S1005021-37K 零件，如图 2.1所示。其材料为球墨铸铁
19、(QT700-4)，尺寸为 456 152 52，零件为铸件。汽车的发动机和固定式高速发动机的曲轴常用整体式锻模件，具有强度高、刚性好、结构紧凑等优点，但是组合式曲轴毛坯制造和机械加工比整体式曲轴简单。S1005021-37K 型曲轴由一个前端轴颈、五个主轴颈、四个连杆轴颈，四个曲柄、四个平衡重以及一个后端构成。其工作过程为：在外力作用下曲轴旋转，通过连杆轴颈上的连杆将运动传递到缸筒内的活塞，从而压缩缸内的高压油并将之点燃，高压油通过燃烧将自身内能转换为动能推动活塞运动，将运动传到连杆带动连杆轴颈，使曲轴继续旋转。图 2.1 S1005021-37K 曲轴示意图32.2 零件的技术要求 曲轴在
20、运行时主要受到惯性力及惯性力矩作用。曲轴的结构一般是整体式。主要由主轴颈和连杆轴颈组成。曲轴的加工工艺非常复杂，特别是轴颈尺寸和形位公差要求严格。本次设计中对曲轴加工的技术要求内容是：1.铸件必须清砂，保持铸件须清砂，保持两斜面最高点连接光滑，检查错位不得超 1mm;毛坯应无气孔、缩孔、裂纹、粘砂、夹渣、结疤、冷隔等影响曲轴强度的缺陷存在，并清除毛刺，飞边；2.按热处理要求正火，本体硬度为 240300HBS；3.屈服强度不小于 420MP，抗疲劳度不小于 700Mpa，延伸率不小于 4%，抗拉强度大于 800MPa,延伸率2%；4.尺寸公差按六级精度制造，即尺寸公差等级 IT6，表面粗糙度不
21、高于Ra0.8m。轴颈公差等级为 IT9IT10；5石化级别 1-3 级，石墨球径大小 6-8 级。珠光体含量大于 75%，游离渗碳体小于 2%，磷共晶小于 1.5%，游离渗碳体和磷共晶体同时存在时则应小于3%；6.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈间的平行度：一般为 100mm 之内不大于 0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速为 0.025mm，中大型低速曲轴为0.30.08mm ；7.曲轴硬度在 241-311HBW 范围内；8.各连杆轴颈的位置度不大于20。2.3 零件的设计要求曲轴的加工精度要求高，加工面数多，且种类繁多，需要车外圆面，车端面，车主轴颈、连杆轴颈，钻中心孔，钻斜油孔
22、等，对未知、形状、尺寸精度都各有要求。处于大批量生产的考虑，应当设计生产流水线对曲轴进行加工，多采用组合机床及专用夹具，以实现大批量生产，从而节约生产成本，提高生产效率，减轻工人的劳动强度。第三章 工艺规程设计4第三章 工艺规程设计3.1 曲轴材料及毛坯的选择3.1.1 确定毛坯种类由于零件材料为 QT700-4，故确定毛坯为铸件。零件质量 14.855Kg，故毛坯质量约为 25Kg。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 15-5，确定铸件公差等级采用 CT9 级。3.1.2 确定铸件余量及形状根据机械制造工艺及设备设计指导手册表 15-7，取加工余量为 M
23、A-G级。查机械制造工艺及设备设计指导手册表 15-8 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 15-9 规定，零件上的孔不用铸出。3.2 计算生产纲领，确定生产类型本次设计中的产品是一汽生产的 S1005021-37K 发动机的曲轴，该产品年产量 Q=10000（台/年）n=1（件/台），该零件设备的百分率 a 为 10%，废品率 b为 1%。该曲轴的生产纲领 3：（3.1）)1(baQnN：零件的生产纲领（件/年）；Q：产品的年生产量（台/年）；N：备件百分率， %；a：废品百分率， %。b计算 10%)()10(10)(1 bn曲轴的年产量为 11100 件，根据机械制造工艺及设备手册设计指导手册P321 表 15-2 生产纲领与生产类型的关系，可确定其生产类型为大批量生产。
