1、- 1 -摘 要本文主要介绍了 R180 柴油机曲轴工艺设计及其中两道工序的夹具设计。本文作者是在保证产品质量、提高生产率、降低成本、充分利用现有生产条件、保证工人具有良好而安全劳动条件的前提下进行设计的。在工艺设计中，作者结合实际进行理论设计，对曲轴传统生产工艺进行了改进，优化了工艺过程和工艺装备，使曲轴的生产加工更经济、合理。在夹具设计部分，作者在收集加工所用机床、刀具及辅助工具等有关资料后，对工件材料、结构特点、技术要求及工艺分析的基础上，按照夹具设计步骤设计出符合曲轴生产工艺及夹具制造要求的夹具。关键词：柴油机 曲轴 工艺 夹具柴油机曲轴工艺设计及夹具设计- 2 -AbstractTh
2、is text introduce R180 diesel engine crankshaft technological design and two of them jig of process design mainly. The author of this text is guaranteeing product quality, boost productivity, lower costs, utilize existing working condition, guaranteeing worker to have good work prerequisite of terms
3、 to design . In technological design, the author combine carrying on theory design, improve the traditional production technology of the crankshaft actually, optimize craft course and craft equip, enable economy rational even more of production and processing of the crankshaft. Designing in the jig
4、, the author collect the relevant materials, such as lathe, cutter and handling tool，etc. At the foundation of the analyse of work piece material, specification requirement and craft, and make jig of request according to jig measure design and cankshaft production technology and jig.Keywords : Diese
5、l engine Crankshaft Technology Jig- 3 -0 引言本次毕业设计是关于 R180 柴油机曲轴的工艺设计及其中两道工序的夹具设计。曲轴是柴油机中的关键零件之一，其材质大体分为两类：一是钢锻曲轴，二是球墨铸铁曲轴。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状,从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平的提高而减小。球铁的切削性能良好，并和钢制曲轴一样可以进行各种热处理和表面强化处理，来提高曲轴的抗疲劳强度和耐磨性。而且球铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢制曲轴来的敏感。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到广泛采用。本次设计中曲轴的材质
6、为球铁。从目前整体水平来看, 毛坯的铸造工艺存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能不稳定、精度低、废品率高等问题。从以下几个工艺环节采取措施对提高曲轴质量具有普遍意义。熔炼 国内外一致认为,高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在。为获得高温低硫磷的纯净铁水，可用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。球化处理 孕育处理 冲天炉熔化球铁原铁水,对铜钼合金球铁采用二次孕育。这对于防止孕育衰退，改善石墨形态，细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。合金化 配合好铜和钼的比例对形成珠光体组织十分有利,可提高球铁的强度,而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。
7、 造型工艺 气流冲击造型工艺优于粘土砂造型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量的特点,这对于多拐曲轴尤为重要。浇注冷却工艺 采用立浇立冷，斜浇斜冷、斜浇反斜冷三种浇注方式较为理想,其中后一种最好。斜浇反斜冷的优点是：型腔排气充分，铁水充型平稳，浇注系统撇渣效果好，冒口对铸件的补缩效果好，适应大批量流水线生产。目前，国内大部分专业厂家普遍采用普通机床和专用组合机床组成的流水线生产，生产效率、自动化程度较低。曲轴的关键技术项目仍与国外相差 12 个数量级。国外的机加工工艺大致可归纳为如下几个特点。广泛采用数控技术和自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成，具有很高
8、的灵活性和适应性。采用龙门式自动上下料，集放式机动滚道传输，切削液分粗加工与精加工两段集中供应和回收处理。曲轴的主要加工工序基准中心孔，一般采用质量定心加工方式，这样在静平衡时，加工量很少。轴颈的粗加工一般采用数控铣削或车拉工艺。工序质量可达到国内粗磨后的水平，且切削变形小、效率高。铣削和车拉是曲轴粗加工的发展方向。国外的曲轴磨床均采用 CNC 控制技术，具有自动进给、自动修正砂轮、自动补偿和自动分度功能，使曲轴的磨削精度和效率显著提高。油孔的加工采用柴油机曲轴工艺设计及夹具设计- 4 -鼓轮钻床和自动线，近几年随着枪钻技术的应用，油孔的加工大多已采用枪钻自动线钻孔修缘抛光。曲轴的抛光采用 C
9、NC 控制的砂带抛光机，所有轴颈一次抛光只需 20 多秒，粗糙度可达 Ra0.4 以下，大大减小了发动机的磨合期。动平衡一般采用 CNC 控制的综合平衡机，测量、修正一次完成。检验一般在生产线上配备MARPOSS 或 HOMWORK 综合检测机，实现在线检测，对曲轴的几乎所有机加工项目均可一次完成检测、显示和打印。曲轴的清洗采用专用精洗机定点定位清洗，保证了曲轴清洁度要求。广泛采用了轴颈过渡圆角滚压技术。专用圆角滚压机自动控制，对所有轴颈圆角进行一次滚压，而且滚压力和滚压角度可自动调节，使圆角处产生最佳的残余压应力，提高了曲轴的疲劳强度。曲轴热处理的关键技术是表面强化处理。一般均正火处理，为表
10、面处理作好组织准备。表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺，少数厂家还引进了圆角淬火技术和设备。球铁曲轴具有诸多优点，国内外广泛采用。但整体水平与国外还有相当差距，除生产规模小、管理落后外，主要差距仍是制造工艺的落后。借鉴国外的先进技术和工艺方法是提高我国曲轴制造水平的捷径。制定工艺规程的思路是：收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性；确定毛坯的类型及制造方法；选择定位基准；拟定工艺路线；确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；确定各工序的设备，刀具、夹具、量具和辅助工具；确定各工序的切削用量及时间定额；确定主要工序的技术要求及检验方法；进行技术经济分析，选择最佳方案；编制
11、工艺文件。机械制造技术的新发展包括计算机辅助工艺规程设计和计算机辅助制造。计算机辅助制造是指通过计算机直接或间接地与企业中的物质资源和人力资源交换信息，实现计算机对制造过程各环节的管理、控制和操作。柔性制造系统工作内容有：生产工程分析和设计；生产计划调度；工作站和设备的运行控制；工程监测和质量保证；物资供应与财会管理。计算机集成制造系统包括计算机辅助设计、计算机辅助工艺规程、计算机辅助制造、计算机辅助质量管理和自动存取等。夹具设计的思路是：明确设计任务，收集设计资料；拟订夹具的结构方案、绘制结构草图；绘制夹具总装图。绘制夹具总装图的顺序和方法：用双点化线或红色笔绘出工件的轮廓外形和主要表面，并
12、用网纹线表示出加工余量；视工件轮廓为透明体，分别绘出定位、导向、夹紧及其他元件或装置，最后绘制夹具体，形成一个夹具整体；标注尺寸、公差与配合和技术要求；对零件进行编号，填写零件明细栏和标题栏；绘制夹具零件图。计算机辅助绘制夹具装配图：1、通常采用“菜单”的形式，对夹具元件图形进行编目和检索。2、夹具装配图由若干夹具元件图形拼接而成。在微机上开发的系统中可采用以下几种方法进行图形消隐：- 5 -按配合形式分别存图；利用图形软件的一些基本命令作消隐处理；参数化建库的消隐处理。 1 R180 柴油机曲轴工艺设计1.1 分析零件图1.1.1 零件的作用曲轴是柴油机的一个主要零件。曲轴主要用于作往复运动
13、的机械中。1.1.2 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。1.2 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；采用高效专用夹具；广泛采用专
14、用夹具；广泛采用专用量具、量仪和自动检验装置。这样生产效率高。1.3 确定毛坯1.3.1 确定毛坯种类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。1.3.2 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 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。1.3.3 画铸件零件综合图
15、（见曲轴零件毛坯图）柴油机曲轴工艺设计及夹具设计- 6 -1.4 机械加工工艺过程设计1.4.1 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） 。50 圆柱面：粗车（IT12）半精车（IT10
16、）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 38.5X3（IT10）铣
17、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。1.4.2 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。表 1 工艺过程方案方案 方案- 7 -工序号 工序内容 工序号 工序内容毛坯 毛坯010 按铸件要求检验 010 批量毛坯抽检020 热处理 020 铣两端面030 批量毛坯抽检 030 钻中心孔 B5040 铣两端面 040 检测曲轴硬度方案
18、 方案工序号 工序内容 工序号 工序内容050 钻中心孔 B5 050 粗车短头，依次为40h6，50k6，60060 检测曲轴硬度 060 粗车长头，依次为M36X2，1：8 圆锥面，45h9，50m6, 60070 粗车短头，依次为40h6，50k6，60070 精车短头，依次为40h6，50k6，60080 粗车长头，依次为M36X2，1：8 圆锥面，45h9，50m6, 60080 精车长头，依次为M36X2，1：8 圆锥面，45h9，50m6, 60090 车开档，粗车连杆颈 45 090 割槽 38.5X3,割槽33X4.8,割槽 47X2.2100 精车短头，依次为40h6，50
19、k6，60,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, 割槽47X2.2110 粗、精车连杆颈 45120 精车连杆颈 45 120 钻孔 14.2130 钻孔 14.2 130 钻斜油孔 5140 钻斜油孔 5 140 钻孔 18.5，铰孔 19150 钻孔 18.5，铰孔 19 150 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 50 180 铣键槽 5N9190 粗磨连杆颈 45 190 铣键槽 12N9
20、200 铣键槽 5N9 200 铣 K 面210 铣键槽 12N9 210 钻铰 48220 铣 K 面 220 钻攻 2M10230 钻铰 48 230 钻攻 2M6240 钻攻 2M10 240 精磨主轴颈50k6，50m6，磨柴油机曲轴工艺设计及夹具设计- 8 -45h9250 钻攻 2M6 250 精磨连杆颈 45260 精磨主轴颈50k6，50m6，磨45h9260 磨 1：8 圆锥面270 精磨连杆颈 45 270 车螺纹 M36X2280 磨 40h6 280 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 M36X2 300 探伤方案
21、 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350 清洗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。根据以上分析，确定方案为曲轴零件加工的工艺路线。1.5 选择加工设备与工艺装备1.5.1 选择机床考虑到大量生产，尽量选用高效机床。 工序 070、080、090、
22、100 均为圆柱面的车削加工，用 CJK6140 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 JK101 数显曲轴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、X62W 万能铣床、Z5125 立式钻床等。1.5.2 选择夹具考虑到大量生产，均采用专用夹具。1.5.3 选择刀具- 9 - 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 P600X63X30
23、5，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。 在钻床上加工的工序，均选用麻花钻和机用丝锥。1.5.4 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025.841量器具不确定度允许值 =0.029mm。查互换性技术测量应用手册表 5.1-2，选U择分度值 0.02mm 的游标卡尺，其不确定度 U=0.02mm，U ，可以选用。1U其他工序所
24、用量具详见工序卡片。1.6 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 2。表 2 各表面工序尺寸及公差加工表面 加工内容 加工余量精度等级工序尺寸 表面粗糙度Ra()M36X2 螺纹 铸件车螺纹精车半精车粗车50.41.03.6CT9IT6IT10IT12411.0 10.283610.425.70.86.312.51：8 圆锥面 铸件磨削50.4CT9IT65.010.8柴油机曲轴工艺设计及夹具设计- 10
25、-半精车粗车1.03.6IT10IT123.059.0676.312.545 油封档 铸件研磨磨削半精车50.41.0CT9IT6IT10501.0062.451.01.0.80.86.3加工表面 加工内容 加工余量精度等级工序尺寸 表面粗糙度Ra()45 油封档 粗车 3.6 IT12 025.4612.550 主轴颈（长头）铸件精磨粗磨半精车粗车50.20.61.13.1CT9IT6IT7IT10IT12551.0 025.941.012.8503.90.80.86.312.560（长头） 铸件半精车粗车51.13.9CT9IT10IT12651.1 13.063.06.312.560（短头） 铸件半精车粗车51.13.9CT9IT10IT12651.1 13.063.06.312.5
