R180柴油機曲軸的工藝設(shè)計及其中兩道工序的夾具設(shè)計

1、0 引言本次畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于R180柴油機曲軸的工藝設(shè)計及其中兩道工序的夾具設(shè)計。曲軸是柴油機中的關(guān)鍵零件之一，其材質(zhì)大體分為兩類：一是鋼鍛曲軸，二是球墨鑄鐵曲軸。由于采用鑄造方法可獲得較為理想的結(jié)構(gòu)形狀,從而減輕質(zhì)量，且機加工余量隨鑄造工藝水平的提高而減小。球鐵的切削性能良好，并和鋼制曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理，來提高曲軸的抗疲勞強度和耐磨性。而且球鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比鋼大，減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應(yīng)力，應(yīng)力集中也沒有鋼制曲軸來的敏感。所以球墨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到廣泛采用。本次設(shè)計中曲軸的材質(zhì)為球鐵。從目前整體水平來看, 毛坯的鑄造工藝存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機械

2、性能不穩(wěn)定、精度低、廢品率高等問題。從以下幾個工藝環(huán)節(jié)采取措施對提高曲軸質(zhì)量具有普遍意義。熔煉 國內(nèi)外一致認為,高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān)鍵所在。為獲得高溫低硫磷的純凈鐵水，可用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。球化處理 孕育處理 沖天爐熔化球鐵原鐵水,對銅鉬合金球鐵采用二次孕育。這對于防止孕育衰退，改善石墨形態(tài)，細化石墨及保證高強度球鐵機械性能具有重要作用。合金化配合好銅和鉬的比例對形成珠光體組織十分有利,可提高球鐵的強度,而且銅和鉬還可大大降低球鐵件對壁厚的敏感性。 造型工藝氣流沖擊造型工藝優(yōu)于粘土砂造型工藝，可獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂

3、型具有無反彈變形量的特點,這對于多拐曲軸尤為重要。澆注冷卻工藝采用立澆立冷，斜澆斜冷、斜澆反斜冷三種澆注方式較為理想,其中后一種最好。斜澆反斜冷的優(yōu)點是：型腔排氣充分，鐵水充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)撇渣效果好，冒口對鑄件的補縮效果好，適應(yīng)大批量流水線生產(chǎn)。目前，國內(nèi)大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機床和專用組合機床組成的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率、自動化程度較低。曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項目仍與國外相差12個數(shù)量級。國外的機加工工藝大致可歸納為如下幾個特點。廣泛采用數(shù)控技術(shù)和自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應(yīng)性。采用龍門式自動上下料，集放式機動滾道傳輸，切削液分粗加工與精加工兩段集中供

4、應(yīng)和回收處理。曲軸的主要加工工序基準中心孔，一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣在靜平衡時，加工量很少。軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車拉工藝。工序質(zhì)量可達到國內(nèi)粗磨后的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車拉是曲軸粗加工的發(fā)展方向。國外的曲軸磨床均采用CNC控制技術(shù)，具有自動進給、自動修正砂輪、自動補償和自動分度功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線，近幾年隨著槍鉆技術(shù)的應(yīng)用，油孔的加工大多已采用槍鉆自動線鉆孔修緣拋光。曲軸的拋光采用CNC控制的砂帶拋光機，所有軸頸一次拋光只需20多秒，粗糙度可達Ra0.4以下，大大減小了發(fā)動機的磨合期。動平衡一般采用CNC控制的綜合平

5、衡機，測量、修正一次完成。檢驗一般在生產(chǎn)線上配備MARPOSS或HOMWORK綜合檢測機，實現(xiàn)在線檢測，對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示和打印。曲軸的清洗采用專用精洗機定點定位清洗，保證了曲軸清潔度要求。廣泛采用了軸頸過渡圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制，對所有軸頸圓角進行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角度可自動調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余壓應(yīng)力，提高了曲軸的疲勞強度。曲軸熱處理的關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理。一般均正火處理，為表面處理作好組織準備。表面強化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引進了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備。球鐵曲軸具有諸多優(yōu)點，國內(nèi)外廣泛采用。但整體水平與國外還有相

6、當差距，除生產(chǎn)規(guī)模小、管理落后外，主要差距仍是制造工藝的落后。借鑒國外的先進技術(shù)和工藝方法是提高我國曲軸制造水平的捷徑。制定工藝規(guī)程的思路是：收集和熟悉制定工藝規(guī)程的有關(guān)資料圖樣，進行零件的結(jié)構(gòu)工藝性；確定毛坯的類型及制造方法；選擇定位基準；擬定工藝路線；確定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；確定各工序的設(shè)備，刀具、夾具、量具和輔助工具；確定各工序的切削用量及時間定額；確定主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法；進行技術(shù)經(jīng)濟分析，選擇最佳方案；編制工藝文件。機械制造技術(shù)的新發(fā)展包括計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計和計算機輔助制造。計算機輔助制造是指通過計算機直接或間接地與企業(yè)中的物質(zhì)資源和人力資源交換信息，實現(xiàn)

7、計算機對制造過程各環(huán)節(jié)的管理、控制和操作。柔性制造系統(tǒng)工作內(nèi)容有：生產(chǎn)工程分析和設(shè)計；生產(chǎn)計劃調(diào)度；工作站和設(shè)備的運行控制；工程監(jiān)測和質(zhì)量保證；物資供應(yīng)與財會管理。計算機集成制造系統(tǒng)包括計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工藝規(guī)程、計算機輔助制造、計算機輔助質(zhì)量管理和自動存取等。夾具設(shè)計的思路是：明確設(shè)計任務(wù)，收集設(shè)計資料；擬訂夾具的結(jié)構(gòu)方案、繪制結(jié)構(gòu)草圖；繪制夾具總裝圖。繪制夾具總裝圖的順序和方法：用雙點化線或紅色筆繪出工件的輪廓外形和主要表面，并用網(wǎng)紋線表示出加工余量；視工件輪廓為透明體，分別繪出定位、導向、夾緊及其他元件或裝置，最后繪制夾具體，形成一個夾具整體；標注尺寸、公差與配合和技術(shù)要求；對零

8、件進行編號，填寫零件明細欄和標題欄；繪制夾具零件圖。計算機輔助繪制夾具裝配圖：1、通常采用“菜單”的形式，對夾具元件圖形進行編目和檢索。2、夾具裝配圖由若干夾具元件圖形拼接而成。在微機上開發(fā)的系統(tǒng)中可采用以下幾種方法進行圖形消隱：按配合形式分別存圖；利用圖形軟件的一些基本命令作消隱處理；參數(shù)化建庫的消隱處理。 1 R180柴油機曲軸工藝設(shè)計1.1 分析零件圖1.1.1 零件的作用曲軸是柴油機的一個主要零件。曲軸主要用于作往復(fù)運動的機械中。1.1.2 零件的工藝分析曲軸圖樣的視圖、尺寸、公差和技術(shù)要求齊全、正確；零件選用材料為QT800-2，該材料具有較高的強度、韌性和塑性，切削性能良好；結(jié)構(gòu)工

9、藝性比較好。根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟精度及一般機床所能達到的位置精度，該零件沒有很難加工的表面，上述各表面的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證。1.2 確定生產(chǎn)類型已知零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)為件，零件質(zhì)量3.76kg，由機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表152可確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。故初步確定工藝安排的基本傾向為：加工設(shè)備以自動化和專用設(shè)備為主，通用設(shè)備為輔；機床按流水線或自動線排列；采用高效專用夾具；廣泛采用專用夾具；廣泛采用專用量具、量儀和自動檢驗裝置。這樣生產(chǎn)效率高。1.3 確定毛坯1.3.1 確定毛坯種類根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件。并依其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小和生產(chǎn)類型，毛坯的鑄造方法選用金屬模機

10、械砂型鑄造。根據(jù)機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表155鑄件尺寸公差等級采用CT9級。1.3.2 確定鑄件余量及形狀根據(jù)機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表157，取加工余量為MA-G級。查機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表158確定各表面的鑄件機械加工余量。對于金屬模機械砂型鑄造，根據(jù)機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表159鑄件最小孔的直徑，故本零件上的孔不鑄出。1.3.3 畫鑄件零件綜合圖（見曲軸零件毛坯圖）1.4 機械加工工藝過程設(shè)計1.4.1 選擇表面加工方法根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，查機械制造工藝及設(shè)備設(shè)計指導手冊表1532表1534選擇零件主要表面（依次為從長頭到短

11、頭）的加工方法與方案如下：M36X2螺紋：粗車（IT12）精車（IT6）割槽33X4.8（IT11）車螺紋M36X2。1：8圓錐面：粗車（IT12）半精車（IT10）銑鍵槽12N9（IT8）磨削（IT6）。45圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）磨削（IT6）拋光（IT5）。50圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）割槽47X2.2粗磨（IT7）精磨（IT6）。60圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）。K面：銑（IT9）鉆孔48（IT12）鉸孔48（IT9）鉆孔2M10（IT12）攻絲2-M10。45連桿頸圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）粗磨（IT7）精磨（IT6）拋

12、光（IT5）。14.2斜孔：鉆（IT12）。5斜油孔：鉆（IT12）拋光（IT8）。60圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）。50圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）粗磨（IT7）精磨（IT6）。40圓柱面：粗車（IT12）半精車（IT10）割槽38.5X3（IT10）銑鍵槽5N9（IT8）粗磨（IT7）精磨（IT6）。19孔：鉆孔18.5（IT12）鉸孔19（IT8）。M6螺紋：鉆孔25（IT12）攻絲2-M6。1.4.2 確定工藝過程方案（1）擬定方案 由于各表面加工方法已基本確定，現(xiàn)按照“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基準先行”的原則，初步擬定兩種工藝過程方案，見

13、表1。表1 工藝過程方案方案方案工序號工序內(nèi)容工序號工序內(nèi)容毛坯毛坯010按鑄件要求檢驗010批量毛坯抽檢020熱處理020銑兩端面030批量毛坯抽檢030鉆中心孔B5040銑兩端面040檢測曲軸硬度方案方案工序號工序內(nèi)容工序號工序內(nèi)容050鉆中心孔B5050粗車短頭，依次為40h6，50k6，60060檢測曲軸硬度060粗車長頭，依次為M36X2，1：8圓錐面，45h9，50m6, 60070粗車短頭，依次為40h6，50k6，60070精車短頭，依次為40h6，50k6，60080粗車長頭，依次為M36X2，1：8圓錐面，45h9，50m6, 60080精車長頭，依次為M36X2，1：8圓

14、錐面，45h9，50m6, 60090車開檔，粗車連桿頸45090割槽38.5X3,割槽33X4.8,割槽47X2.2100精車短頭，依次為40h6，50k6，60,割槽38.5X3100車開檔110精車長頭，依次為M36X2，1：8圓錐面，45h9，50m6, 60, 割槽33X4.8, 割槽47X2.2110粗、精車連桿頸45120精車連桿頸45120鉆孔14.2130鉆孔14.2130鉆斜油孔5140鉆斜油孔5140鉆孔18.5，鉸孔19150鉆孔18.5，鉸孔19150修正中心孔160修正中心孔160粗磨兩端主軸頸50170按工藝要求進行中間檢驗170粗磨連桿頸45180粗磨兩端主軸頸

15、50180銑鍵槽5N9190粗磨連桿頸45190銑鍵槽12N9200銑鍵槽5N9200銑K面210銑鍵槽12N9210鉆鉸48220銑K面220鉆攻2M10230鉆鉸48230鉆攻2M6240鉆攻2M10240精磨主軸頸50k6，50m6，磨45h9250鉆攻2M6250精磨連桿頸45260精磨主軸頸50k6，50m6，磨45h9260磨1：8圓錐面270精磨連桿頸45270車螺紋M36X2280磨40h6280油孔5拋光290磨1：8圓錐面290在N處打廠標及檢驗標記300車螺紋M36X2300探傷方案方案工序號工序內(nèi)容工序號工序內(nèi)容310油孔5拋光310清洗320探傷320氮化330檢驗各

16、相關(guān)尺寸330拋光連桿頸、油封檔340在N處打廠標及檢驗標記340清洗、檢驗、包裝350清洗360氮化370按氮化工藝要求檢驗380拋光連桿頸、油封檔390清洗、檢驗、包裝（2）方案論證 方案的優(yōu)點在于基本遵循粗精加工劃分階段的原則。方案的不足之處是加工過程中的檢驗太少，不利于控制曲軸的加工質(zhì)量。根據(jù)以上分析，確定方案為曲軸零件加工的工藝路線。1.5 選擇加工設(shè)備與工藝裝備1.5.1 選擇機床考慮到大量生產(chǎn)，盡量選用高效機床。 工序070、080、090、100均為圓柱面的車削加工，用CJK6140數(shù)控車床加工方便且效率高。 工序180、190、260、270、280、290均為圓柱面的磨削加

17、工，用JK101數(shù)顯曲軸磨床加工方便且效率高。 其余表面加工均采用通用機床。如：C6140臥式車床、X62W萬能銑床、Z5125立式鉆床等。1.5.2 選擇夾具考慮到大量生產(chǎn)，均采用專用夾具。1.5.3 選擇刀具 在車床上加工的工序，均采用YG6硬質(zhì)合金外圓車刀，并盡量采用成形車刀。 在銑床上加工的工序，銑平面選用YG6A硬質(zhì)合金圓盤銑刀，銑鍵槽選用鍵槽銑刀。 在磨床上加工的工序，磨主軸頸選用砂輪P600X63X305，C46K2B35，其外徑為600mm，厚度為63mm，內(nèi)徑為305mm；磨連桿頸選用砂輪P600X25X305，C46K2B35，其外徑為600mm，厚度為25mm，內(nèi)徑為30

18、5mm。 在鉆床上加工的工序，均選用麻花鉆和機用絲錐。1.5.4 選擇量具工序070粗加工可選通用量具?，F(xiàn)按計量器具的不確定度選擇量具。粗車40h6mm至mm。查互換性技術(shù)測量應(yīng)用手冊表5.1-1知計量器具不確定度允許值=0.029mm。查互換性技術(shù)測量應(yīng)用手冊表5.1-2，選擇分度值0.02mm的游標卡尺，其不確定度U=0.02mm，U3，故應(yīng)乘孔深修正系數(shù)k1f=0.915，則f=（0.370.45）X0.915mm/r=0.340.41mm/r 按鉆頭強度決定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表2.8，當灰鑄鐵硬度大于213HBS，d。=14.2mm，鉆頭強度允許的進給量f=1.0mm/r。

19、按機床進給機構(gòu)強度決定進給量：根據(jù)切削用量簡明手冊表2.9，當灰鑄鐵硬度大于210HBS，d。14.5mm，機床進給機構(gòu)允許的軸向力為8830N時，進給量為0.81mm/r。從以上三個進給量比較可以看出，受限制的進給量是工藝要求，其值為f=0.340.41mm/r。根據(jù)Z5125鉆床說明書，選擇f=0.36mm/r。2）決定鉆頭磨鈍標準及壽命 由切削用量簡明手冊表2.12，當d。=14.2mm時，鉆頭后刀面最大磨損量取為0.8mm，壽命T=60min。3）決定切削速度 由切削用量簡明手冊表2.15，當f=0.36mm/r時，Vt=13m/min。切削速度的修正系數(shù)為：kTv=1.0，kcv=1

20、.0，klv=0.85，ktv=1.0，故v=vtkv=13X1.0X1.0X0.85X1.0m/min=11.1m/minn=1000v/(d。)=248.8r/min根據(jù)Z5125鉆床說明書，可考慮選擇n=272r/min,但因所選轉(zhuǎn)數(shù)較計算轉(zhuǎn)數(shù)為高，會使刀具壽命下降，故可將進給量降低一級，即取f=0.28mm/r；也可選擇較低一級轉(zhuǎn)數(shù)n=195r/min,仍用f=0.36mm/r，比較這兩種方案：第一方案 f=0.28mm/r,n=272r/min nf=2720.28mm/min=76.16mm/min第二方案 f=0.36mm/r,n=195r/min nf=1950.28mm/mi

21、n=70.2mm/min因為第一方案nf的乘積較大，基本工時較少，故第一方案較好。這時Vc=12m/min;f=0.28mm/r。（3）計算基本工時 （12）式中L=l+y+，l=47mm，根據(jù)切削用量簡明手冊表2.29，入切量及超切量y+=6mm，則L=47+6mm=53mm，故tm=0.70min1.7.3 工序240（銑K面）切削用量及時間定額（1）選擇刀具1）根據(jù)切削用量簡明手冊表1.2，選擇YG6A硬質(zhì)合金刀片。根據(jù)切削用量簡明手冊表3.1，銑削深度p4mm時，圓盤銑刀直徑d。為 本工序是在工件其他表面半精加工后進行加工的，所以工件獲得比較精確的定位基面。 生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。所以應(yīng)

22、在保證工件加工精度要求和適當提高生產(chǎn)率的前提下，盡可能地簡化夾具結(jié)構(gòu)，以縮短夾具設(shè)計與制造周期，降低設(shè)計與制造成本，獲得良好的經(jīng)濟效益。3.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案此道工序的定位、夾緊方式和上面設(shè)計的夾具基本相同，由于設(shè)計說明書篇幅所限，這里就不再重述。這里主要確定引導元件的結(jié)構(gòu)類型和主要尺寸。鉆套結(jié)構(gòu)，由夾具零部件國家標準GB/T226391、GB/T26591來選取。主要尺寸如下：鉆套內(nèi)徑為14.2F8mm鉆套外徑為20m6mm3.3 夾具定位誤差分析由于定位方式、夾緊方式和上面所設(shè)計夾具的定位方式、夾緊方式基本相同，經(jīng)計算該夾具定位方案是可行的。3.4 擬訂夾具總裝圖的尺寸、公差與配合及技

23、術(shù)要求這里包括夾具總圖的主要尺寸和技術(shù)要求。主要尺寸指決定夾具精度和使用的那些尺寸,主要技術(shù)條件通常是指夾具上某些表面的形位公差要求和其他一些特殊技術(shù)說明。3.4.1 尺寸、公差與配合 夾具輪廓尺寸長寬高=240mm100mm255mm 工件與定位元件間的聯(lián)系尺寸兩定位塊要保證一定的同軸度要求。 夾具內(nèi)部的配合尺寸這部分的主要配合尺寸有20m6。3.4.2 制訂技術(shù)條件 主要包括以下幾個方面： 兩定位塊定位表面待裝配時進行調(diào)整加工； 配打定位塊與夾具體、鉆模板與夾具體定位用銷釘； 加工前調(diào)整墊圈，使支承釘5對工件定位。3.5 繪制夾具總裝圖步驟如下 根據(jù)工件在幾個視圖上的投影關(guān)系,分別畫出其輪

24、廓線； 布置定位元件； 布置夾緊機構(gòu)； 安排聯(lián)接元件、設(shè)計夾具體、并完成夾具總裝圖； 標注總圖尺寸、公差與配合、技術(shù)要求。 4 結(jié)論為期兩個半月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用所學基礎(chǔ)理論，專業(yè)知識與技能去分析和解決生產(chǎn)實際問題的一次綜合訓練。通過這次畢業(yè)設(shè)計鞏固、擴大和強化了自己所學到的理論知識與技能，提高自己設(shè)計計算、制圖、編寫技術(shù)文件的能力，學會正確使用技術(shù)資料、標準、手冊等工具書，并在設(shè)計中培養(yǎng)自己理論聯(lián)系實際，嚴肅認真的工作作風和獨立工作能力，為畢業(yè)后從事技術(shù)工作打下了良好的基礎(chǔ)。我是在保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、并充分利用現(xiàn)有生產(chǎn)條件保證工人具有良好而安全的勞動條件的前提下，進行工藝設(shè)計和夾具設(shè)