柴油机曲轴加工工艺说明书

HL195 柴油机曲轴零件的工艺及钻床夹具设计学 院 机电工程学院专 业 机械设计制造及其自动化班 级 24060108学 号 2012040601365姓 名 谈振兴指导教师负责教师沈阳航空航天大学2016 年 6 月沈阳航空航天大学毕业设计（论文）I摘 要曲轴是车辆发动机的关键零件之一，其性能好坏直接影响到车辆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。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。本课题以 HL195 型柴油机曲轴的加工工艺的分析与设计进行研究。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。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。关键词：曲轴；发动机；工艺规程设计；夹具设计；毛坯制造；工艺分析HL195 柴油机曲轴零件的工艺及钻床夹具设计IIAbstractCrankshaft is one of the key parts of the vehicle engine, its performance directly affects the quality and life of the vehicle engine. Bear in the engine crankshaft and the maximum total power load, under strong direction changing moment and torque, high-speed operation while experiencing prolonged wear, thus requiring the crankshaft of a material having high rigidity, fatigue strength and good resistance grinding performance. The role of the engine crankshaft is linear reciprocation of the piston into rotational motion through the link, in order to achieve the engine by the chemical energy into mechanical energy output.The role of the engine crankshaft is linear reciprocation of the piston into rotational motion through the link, in order to achieve the engine by the chemical energy into mechanical energy output.This paper to analyze and design HL195 diesel engine crankshaft processing technology was studied. Routing is the process of preparation of regulations to develop the critical stage is to develop the overall design process specification. Reasonable process route or not, will not only affect the processing quality and productivity, but also affects the rational use of workers, equipment, process equipment and production sites, etc., thus affecting production costs. Therefore, this design is, after careful analysis of crank parts processing technology and precision requirements, reasonably determine the rough type, through access to relevant reference books, manuals, diagrams, standards and other technical information, reference to determine the positioning of each step, machining allowance , step dimensions and tolerances, and ultimately to develop parts of the crankshaft machining process.Keywords： Crankshaft; Engine; Technologiral process design; Jig design; Blank manufacturing；Process design沈阳航空航天大学毕业设计（论文）III目 录1 机械加工工艺规程设计 .11.1 生产纲领和生产类型 .11.1.1 生产纲领 .11.1.2 生产类型 .11.2 分析零件图及零件的工艺分析 .21.2.1 零件的作用 .21.2.2 零件的精度要求 .21.2.3 初步拟定加工方案 .21.3 毛坯的制造形式和选择 .31.3.1 选择毛坯时考虑的因素 .31.3.2 零件毛坯的选择 .41.4 表面加工方法的确定 .41.5 制定零件的机械加工工艺路线 .51.5.1 工序安排的原则 .61.5.2 热处理工序的按排 .61.5.3 辅助工序的安排 .71.5.4 确定零件的工艺路线 .71.6 定位基准的选择 .81.6.1 定位基准的选择要求 .81.6.2 粗基准的选择 .91.6.3 精基准的选择原则 .91.6.4 确定曲轴的定位基准 .101.7 各工序机床及工序装备的选择 .101.7.1 机床的选择原则 .101.7.2 刀具的选择原则 .111.7.3 量具的选择原则 .111.7.4 确定曲轴个加工工序的机床及装备 .111.8 机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定 .18HL195 柴油机曲轴零件的工艺及钻床夹具设计IV1.8.1 加工余量的概念 .181.8.2 影响加工余量的因素 .181.8.3 确定加工余量的方法 .181.8.4 确定曲轴的工艺尺寸 .191.9 切削用量的选择及工时定额的计算 .211.9.1 切削用量的选择 .211.9.2 工时定额的计算 .211.9.3 曲轴的切削用量及工时定额的计算 .221.10 加工方案的技术经济分析 .351.10.1 工艺方案的选择 .351.10.2 工艺方案的经济计算 .361.10.3 最佳生产纲领的分析 .371.10.4 临近生产纲领和投资回收期限的分析 .392 专用夹具 .412.1 专用夹具的设计方案 .412.2 专用夹具的设计步骤 .412.2.1 钻螺塞孔夹具设计 .422.2.2 钻斜油道孔夹具的设计 .45结论 .47参考文献 .48致谢 .49沈阳航空航天大学毕业设计（论文）11 机械加工工艺规程设计1.1 生产纲领和生产类型1.1.1 生产纲领零件的生产纲领是指包括备品和废品在内的该产品的年产最。零件的生产纲领可按公式计算：N=Qn（1+%）（1+%）式中：N 零件的生产纲领（件/年）Q 零件的生产纲领（台/年）N 每年产品中该零件的数量（件/台）% 零件的生产纲领（台/年）% 零件的生产纲领（台/年）其中，备品百分率的多少要根据用户和维修单位的需要来考虑，一半有调查及可在 0-100%内变化。零件的废品百分率根据生产条件不同，各生产工生产条件稳定、产品定型，如汽车、机床等产品废品率一半为 0.5%一 1.0%。根据生产纲领的大小，可分为三种不同的生产类型：1.单件生产：少量地制造不同结构和尺寸的产品，且很少重复。如新产品试制，专用设备和修配件的制造等。2.成批生产：产品数量相比之下较大，一年中分批制造相同的产品，周期性重复生产。而小批生产接近于单件生产，大批生产接近于大量生产。3.大量生产：当一种零件或产品数量很大，而在大多数工作地点经常是重复性的进行相同的工序。1.1.2 生产类型根据生产纲领，产品复杂程度和重量不同可分为单件生产，成批生产（小批、HL195 柴油机曲轴零件的工艺及钻床夹具设计2中批、大批）和大量生产三种类型。当零件重量100kg，零件的生产纲领在 500-50000 件属于大批生产。因为曲轴的年产量为 20000 件，所以曲轴零件属于大批量生产。（参照机械加工手册李洪主编.北京出版、1990）取 %=5% %=3%Q=20000 台/ 年 n=1N=200001（1+5%）（1+3%）=21630 （件/年）1.2 分析零件图及零件的工艺分析1.2.1 零件的作用曲轴零件的连杆轴颈与连杆相连，曲轴的一端与飞轮连接，另一端与齿轮连接，它是柴油机的动力传递元件。通过柴油的燃烧膨胀让活塞作直线运动，通过连杆和曲轴将活塞的直线运动转化为曲轴的圆周运动，通过齿轮传动将扭矩传向外界。1.2.2 零件的精度要求曲轴的加工表面主要是回转表面和端面，而且两主轴颈、曲轴的连杆轴颈以及锥度锥面，不仅有自身的精度要求，而且还要有较高的相互位置精度要求。主要要求有：（1）70h6 两主轴颈同轴度为 0.04mm，圆柱度为 0.008mm。（2）50h6 的轴颈对两主轴颈轴线的跳动 0.03mm。（3）6 斜油道孔对于基准 F，D 的位置精度为 2mm。（4）1:10 锥度对于两主轴颈轴线的跳动量为 0.025mm，键槽中心线对主轴颈轴线的对称度为 0.03mm。1.2.3 初步拟定加工方案根据对零件的精度要求分析，首先应加工工件端面及钻中心孔，然后加工轴颈。并且在轴颈的加工中，应该用粗、精加工分开，互为基准的方法进行加工，这样才能满足同轴度的要求。同时，在零件的加工中，要求内部宏观组织不允许有缩孔、疏松、渣子等及影响曲轴结构强度的缺陷;要求加工表面光洁，不允许有碰痕、气孔、裂纹、凹陷、气沈阳航空航天大学毕业设计（论文）3孔、黑点、蜂窝孔、缩孔、夹渣和非金属杂物等缺陷。在非加工表面上允许有个别不影响曲轴结构强度的凹陷、刻痕等缺陷。由此可知，在制定工艺路线是应该将粗、细加工分开进行。而且在精加工轴颈后安排检查工作，这样可以及早发现上述各种缺陷，以便及早采取措施.否则，由于在粗加工时，切除的金属较多，切屑热较多，所需夹紧力也较大，产生的切屑力较大、工艺系统的受力变形，受热变形和应力也非常大，不能保证所要求的较高的尺寸精度和表面粗糙度。此外，50h10 对两主轴颈的中心线跳动要求 0.03，可通过磨削加工达到要求而且 70h6 两主轴颈的同轴度要求为 0.04，圆柱度为 0.08，所以需精磨才能满足要求 1:10 锥度的要求也较高，用锥形环规涂色检查，贴合度不小于 70%。对于 6 斜油道孔采用专用夹具，保证加工要求，对于 30 的轴颈也通过磨削加工来保证精度要求。1.3 毛坯的制造形式和选择毛坯的选择包括选择毛坯的种类和确定毛坯的制造方法两方面。本工艺设计的零件柴油机曲轴，所采用的零件材料为 QT600-3，=600N/mm。概括起来而言，毛坯的制造方法越先进、毛坯制造精度越高，形状和尺寸越接近于零件，就能使机械加工的劳动量大大减少，材料的损失也会降低，是机械加工成本降低，可是毛坯的制造费用会因为使用了先进的设备而大大提高。所以在选择毛坯时需要全面考虑各方面的因素。1.3.1 选择毛坯时考虑的因素选择毛坯时主要考虑以下因素：1、零件的材料及其力学性能零件的材料能够确定毛坯的种类。而且材料力学性能的高低也是会在一定程度上影响毛坯的种类的选择，比如力学性能要求比较高的刚件，其毛坯就最好是采用锻件。2、生产类型不同种类的生产类型决定不同的毛坯制造方法。大批大量生产中，应该选择精度和生产率都相对比较高的先进毛坯制造方法，单件小批址生产所以采用木模手工HL195 柴油机曲轴零件的工艺及钻床夹具设计4造型或者自由端等相对方便的毛坯制造方法。3、零件的几何形状和外形尺寸在充分分析了上述的两个因素后，而且零件的结构形状和外形也是会影响毛坯的种类和制造方法。4、充分考虑利用新技术和新材料的可能性为了能够节约能源，尽量减少机械加工余址，同时提高经济效益，就必须尽量采用精密铸造、粉末冶金冷挤压、和工程塑料等新工艺和新材料。在考虑上述因素的同时，