4110发动机飞轮壳零件加工工艺与夹具设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计1摘 要本文主要是对说明了研究目的和意义及其现状，再分析这次设计的内容及方法。通过对飞轮壳的工作条件、结构、技术要求的了解，对文对夹具设计的相关知识进行了整合，并提出了在夹具设计中应注意的问题和应遵守的原则。在对国内外夹具的设计现状进行分析的基础上，针对中小企业广泛使用夹具常出现的情况，我们有必要对夹具进行设计，具有现代机床夹具设计的相关知识，这样可有效地提高夹具设计的速度和质量，从而提高企业效益。此外，本文顺应现代机械设计发展趋势，利用设计还培养了自己综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。关键词：飞轮壳；工艺；夹具；计黑龙江工程学院本科生毕业设计2摘要 第1章绪论 题背景和目的意义 内外研究现状及发展趋势 计研究的主要内容 3第2章 4110飞轮壳的制造工艺分析 轮壳的用途及结构特点.析飞轮壳的技术要求.查飞轮壳的工艺性. 飞轮壳毛坯及制造工艺 择毛坯.析毛坯制造工艺.定毛坯的尺寸公差和机械加工余量. 加工的工艺规程 位基准的选择.面加工方法的确定.工阶段的划分.序的集中.序顺序的安排.定工艺路线. 加工工序过程 章小结 20黑龙江工程学院本科生毕业设计4第3章夹具设计方案的确定 床夹具在机械加工中的作用 床夹具的分类 夹具的使用特点分类.使用机床分类.夹紧的动力源分类. 机床夹具的组成 品零件加工部位的技术要求 作原理 案分析 章小结 24第4章钻床夹具的设计 位装置 位面的选择.位销.位销的精度选择及提高定位精度的措施. 夹紧装置 紧装置的技术要求.紧机构. 导向元件的设计 套的基本类型.套高度和排屑间隙. 钻模板 具体 .具体的外型尺寸.差和技术要求. 误差计算 章小结 34结论 35参考文献 36致谢 37附录 38黑龙江工程学院本科生毕业设计6第1章 绪 用是连接发动机与变速器，承担发动机及变速器的部分重量，保护离合器和飞轮，而且还是发动机的支撑部件。该零件结构复杂，形似盆状，薄壁，盆底定位面有1/3悬空，工件的刚性差，加工时易变性，属难加工零件。在选材中，了解其加工工艺，并在工艺设计中，合理安排加工工序，设计合理的夹具，对产品的最终质量具有十分重要的意义1。夹具设计一般是在零件的机械加工工艺过程制订之后按照某一工序的具体要求进行的。制订工艺过程，应充分考虑夹具实现的可能性，而设计夹具时，如确有必要也可以对工艺过程提出修改意见。夹具的设计质量的高低，应以能否稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力和制造、维护容易等为其衡量指标。飞轮壳是汽车发动机上的重要部件，它是连接发动机和变速器的主要零件。其结构和加工工艺直接影响零件的性能。在飞轮壳结构复杂，加工部位除了前后端面及孔之外，在周边，不同的角度上有平面加工和孔的加工。工艺设计是工艺规划的前提和基础，是连接产品设计和生产制造的重要纽带。产品的制造可以采用几种工艺方案，零件加工也可以采用不同设备、不同的加工方法。不同的工艺方案。同样一个产品，使用不同的工艺方法进行加工，就会产生不同的质量、不同的成本。飞轮壳的主要功能是实现发动机与变速器的有效联接，通过它的变化，同一型号的发动机可以搭载不同型号的汽车，飞轮壳大多采用灰铸铁铸造毛坯，材料结构特点是壁厚不均匀，加工的部位多，加工难度大，各个加工面和加工孔均要求较高的精度。其与发动机及离合器连接的两个面面积较大，压铸容易产生变形，并且变形量不容易控制，两个面连接孔必须进行机械加工2。夹具广泛应用于各种制造过程中，用以将工件定位并牢固的夹持在一定的位置，以便按照产品设计设计规定完成要求的制造过程，一个好的夹具不论在传统制造，还是现在知道系统，都起着十分重要的作用，夹具对加工质量、生产率和产品成本有直接的影响。保证加工精度，采用夹具安装，可以准确的确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高，提高了生产率。用夹具装夹工件，可以迅速定位夹紧。扩大机床的工艺范围，使用专用夹具可以改变原机床的用途和旷达机床的使用范围，实现一机多能。采用夹具安装，黑龙江工程学院本科生毕业设计7可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高而且稳定。用夹具装夹工件，无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧，显著地减少了辅助工时、多工位夹具装夹工件，并采用高效夹紧机构，这些因素均有利于提高劳动生产率。针对4110发动机飞轮壳零件进行加工工艺和夹具设计，另外，采用夹具后，产品质量稳定，废品率下降，可以安排技术等级较低的工人，明显地降低了生产成本3。除根据4110发动机飞轮壳确定参数，并完成发动机飞轮壳的工艺设计外，根据飞轮壳的工作条件和结构设计中的确定的材料性能，进行该飞轮壳毛坯和机械加工的工艺路线和加工方法的设计及专用夹具设计。同时，该设计还培养了我综合运用所学知识，独立完成产品设计的能力，以及分析和解决问题的能力。如康明斯、道依茨、卡特彼勒、水星等一些公司已经在中国寻找供应商，他们在中国设立了负责供应商目前国内生产飞轮壳的厂子不是很多，年产量一般不超过40万件。市场分散造就资源的分散，无法形成规模效益，所以谁先能创新，谁先能投入新的工艺，谁就可能形成新的发展趋势，才能占领新的市场。目前现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的竞争与需求。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，每隔三四年就要更新很多专用夹具。而夹具的实际磨损仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统等新加工技术的应用，对机床夹具提出了许多新的要求例如能迅速方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；能装夹一些特征的工件；提高机床夹具的标准化程度。夹具是机械加工不可或缺的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。合夹具元件模块化是实现组合化的基础。济夹具的通用性直接影响其经济性4。型工序夹具设计及黑龙江工程学院本科生毕业设计8夹具的绘制。具体内容归纳如下：14110发动机飞轮壳加工方案设计；24110发动机飞轮壳工艺卡片的编制；3专用夹具工艺设计；4零件及钻床夹具的流程设计；5误差计算。黑龙江工程学院本科生毕业设计9第2章 轮壳的用途及结构特点飞轮壳安装于发动机与变速箱之间，外接曲轴箱、启动机、油底壳，内置飞轮总成，起到连接、防护和载体的作用。飞轮壳的前端面与发动机的机箱联结，后端面内孔 416 轮飞轮壳内高速转动。飞轮在高速旋转的过程中，飞轮壳起到连接、防护和载体的作用，因此该零件应具有足够的强度且应具有较强的耐磨性，以适应飞轮壳的工作条件。该零件的主要工作表面为前端面、后端面、后端面内孔 设计工艺规程时应重点予以保证。析飞轮壳的技术要求4110飞轮壳选用的材料为光体灰铸铁。该材料强度、硬度相对较高，具有良好的减振性，对机械振动起缓冲作用，从而阻止振动能量的传播；具有优良的耐磨性，缺口敏感性小，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了零件工作的可靠性。因此被广泛地用来制作各种承受压力和要求消振性的床身、机架、结构复杂的箱体、壳体。4110飞轮壳形状简单，结构比较复杂，属壳体类零件。为实现飞轮壳连接、防护和载体的作用，其后端面内孔与飞轮盖的配合，因此加工精度要求较高。飞轮壳在工作过程中需要有良好的耐磨性，为增强其切削加工性能，去除内应力，该工件要求经过退火处理，硬度范围175225。端面孔 要与其他零件配合，为了保证配合精度，相对与析该飞轮壳的技术要求，轮壳零件技术要求表加工表面 尺寸及偏差 公差及 表面粗糙度黑龙江工程学院本科生毕业设计10/度等级 /9916 902 7 17 12 10 3 13 12 6 保证位置的准确，端面孔4- 17 保证装配精度，相对于端面马达螺孔2保证装配精度，上所述，该飞轮壳的各项技术要求制订的合理，符合该零件在工作中的功用。查飞轮壳的工艺性分析零件图可知，飞轮壳前后两端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相临表面，这样既减少了加工面积，又提高了工作时飞轮壳端面的接触刚度；前端面定黑龙江工程学院本科生毕业设计11位孔2- 4- 17 以防止加工过程中钻头钻偏，以保证孔的加工精度；另外，该零件除主要工作表面（飞轮壳前后两端面， 端面定位孔2- 达孔 ，其余表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过铣削、钻床的粗加工就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。择毛坯由飞轮壳的技术要求分析可知，其材料为毛坯选择铸件。由于要求铸件精度高、具有良好表面质量与机械性能，所以选择砂型铸造中的金属模机器造型，其生产效率较高，适用于大批大量生产6。析毛坯制造工艺飞轮壳的材料特性是该材料能承受较大的应力（抗拉强度达2002m ；抗弯强度达4002m ）。其金相组织结构为铁素体和渗碳体组成的机械混合物，由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的混合物，所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，故强度较高，硬度适中，有一定的塑性，从金相组织显微来看，珠光体中的铁素体与渗碳体一层层交替间隔，呈片状排列，而其余的碳是以片状石墨状态存在，使切削过程中切屑不能连续成形。由于灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。灰铸铁的焊接性能很差，如焊接区容易出现白口组织，裂纹的倾向较大。但灰铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。由于飞轮壳尺寸较大，形状较为复杂，毛坯宜用铸件。此外，灰铸铁一般不需要热处理，但消除残余应力，铸造后应安排时效处理。定毛坯的尺寸公差和机械加工余量查加工工艺手册大批量生产的毛坯铸件的公差等级知：砂型铸造机器造型和壳型灰铸铁的公差等级2，故取加工工艺手册毛坯铸件典型的机械加工余量等级知：砂型铸造机器造型和壳型灰铸铁的要求的机械加工余量等级为EG，故取为G。查加工工艺手册铸件尺寸公差和要求的铸件机械加工余量确定该铸件的尺寸公差和机械加工余量，轮壳铸造毛坯尺寸公差及机械加工余量黑龙江工程学院本科生毕业设计12项目/寸公差/械加工余量/孔径416 5 2 宽度190 4 择飞轮壳的前端面和前端面定位孔2- 们既是装配基准，有是设计基准，零件上很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，使加工遵循“基准统一”原则，实现壳体零件“一面二孔”的典型定位方式。前端面定位孔2- 用其作为精基准定位加工马达孔 端面孔4- 17 端面孔2- 13 现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工孔的位置度要求。选用飞轮壳前端面作为精基准同样是遵循了“基准重合”的原则，因为该飞轮壳在轴向方向上的尺寸多以该端面作设计基准；另外，由于飞轮壳零件抗拉强度低、韧性差，容易产生变形，为了避免在机械加工中产生夹紧变形，根据夹紧力应垂直于主要定位基面，并应作用在刚度较大部位的原则，夹紧力不能作用在后端面上。选用飞轮壳前端面作精基准，夹紧可作用在飞轮壳的前端面上，夹紧稳定可靠。有飞边、毛刺或其他表面缺欠。故在本次设计中选择飞轮壳的后端面和后端面内孔 用 用飞轮壳后端面作粗基准加工前端面，可以为后续工序准备好精基准7。面加工方法的确定根据飞轮壳零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，轮壳各表面加工方案黑龙江工程学院本科生毕业设计13加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度m 加工方案飞轮壳前端面 铣精车飞轮壳后端面 车精车后端面内腔孔 416 车精车前端面定位孔2- 粗铰精铰周边两平面 铣飞轮壳马达孔 82 镗精镗前端面孔2- 13 后端面孔4- 17 周边螺孔4攻丝后端面螺孔12攻丝前端面马达螺孔2攻丝周边面螺孔4工阶段的划分该飞轮壳加工质量要求较高，可将加工粗加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（飞轮壳前端面和前端面定位孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度的要求；然后粗铣周边两端面。在半精加工阶段，完成飞轮壳后端面和后端面孔的精车加工，以及各孔的钻、铰、攻丝加工。序的集中本设计选用工序集中原则安排飞轮壳的加工工序。该飞轮壳的生产类型为大批量生产，可以采用万能机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面与孔，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求8。械加工工序黑龙江工程学院本科生毕业设计141遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准飞轮壳前端面和前端面定位孔2- 粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3. 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面飞轮壳前端面与前端面定位孔2- 加工次要表面周边平面。面后孔”原则，先加工飞轮壳的各端面、平面，再加工飞轮壳前后端面，周边平面上的孔与螺孔。处理工序铸造成型后，进行退火处理，去除内应力，硬度范围175225改善工件材料的切削性能，在粗加工前安排时效处理。助工序每道工序完成后，安排去毛刺工序；在半精加工后，安排清理、去尖角、毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该飞轮壳工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工以及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工9。定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，装的选用工序号 工序名称 机床设备 刀具 量具1 粗铣前端面 单柱立铣 密齿刀盘 游标卡尺、深度卡尺2 粗车后端面、孔 立车 车刀 游标卡尺、深度卡尺、塞规3 精车前端面 立车 车刀 游标卡尺、深度卡尺4 钻前端面孔钻铰定位孔 柄麻花钻铰刀 游标卡尺、深度卡尺塞规5 精车后端面孔 立车刀 游标卡尺、塞规6 精车后端面 立车 车刀 游标卡尺、深度卡尺7 铣周边平面 卧铣 铣刀 游标卡尺8 粗镗马达孔 刀 游标卡尺、深度卡尺黑龙江工程学院本科生毕业设计159 精镗马达孔 刀 游标卡尺、内径量表校表环规、塞规10 马达孔倒角 刀 游标卡尺11 钻周边孔 柄麻花钻直柄麻花钻锪刀 游标卡尺、深度卡尺12 周边孔攻丝 柄麻花钻直柄麻花钻机用丝攻 螺纹塞规13 钻后端面孔 柄麻花钻 游标卡尺14 锪后端面23040 锪刀 游标卡尺15 后端面孔攻丝 刀锥柄麻花钻机用丝攻 螺纹塞规16 钻前端面马达螺孔 柄麻花钻 游标卡尺17 前端面孔攻丝 柄麻花钻机用丝攻 螺纹塞规18 清理、去尖角、毛刺、打标记 三角刮刀细平锉6号钢字码19 成检 游标卡尺、深度卡尺高度游标卡尺螺纹塞规、塞规内径量表、校表环规20 清洗 清洗机21 油封、包装、序1 粗铣前端面黑龙江工程学院本科生毕业设计16背吃刀量的确定：该工步的背吃刀量等于前端面的毛坯总余量减去工序3的背吃刀量，即背吃刀量 41=3刀量即进给速度 f =100mm/据公式（算：n= 1000 （中 d刀具（或工件）直径（v切削速度（m/由加工工艺手册查得铣削速度=100m/公式（求得该工序铣刀转速n=1000100m/630照单柱立铣（21630A）主轴转速，取转速n=52r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际铣削速度=nd/1000=52r/630000=间定额的确定：基本时间 420s，辅助时间 （84s，其他时间（ xb ）=6%（ =6%504=件时间420s+84s+ 工序2粗车后端面及孔该工序包含以下4个工步：工步1是粗车后端面；工步2是粗车后端面孔；工步3是第二次车后端面；工步4是第二次车后端面孔。吃刀量 刀量即进给速度 f =40mm/55m/公式（求得该工序车刀速度n=100055m/450照立式车床主轴转速，取转速n=60r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=60r/450000=吃刀量 刀量即进给速度f =40mm/55m/公式（求得该工序车刀速度n=100055m/416照立式车床主轴转速，取转速n=60r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=60r/416000=吃刀量 刀量即进给速度 f =40mm/=70m/公式（求得该工序车刀速度n=100070m/50照立式车床主轴转速，取转速n=60r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=60r/450000=吃刀量 刀量即进给速度 f =40mm/70m/公式（求得该工序车刀速度n=100070m/416照立式车床主轴转速，取转速n=60r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=60r/416000=间定额的确定：基本时间 360s，辅助时间 72s，其他时间（ xb ）=6%（ =6%432=件时间 360s+72s+ 工序3 精车前端面背吃刀量的确定： 1刀量即进给速度 f =30mm/90m/公式（求得该工序车刀速度n=100090m/450照立式车床主轴转速，取转速n=100r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=100r/450000=间定额的确定：基本时间540s，辅助时间 108s，其他时间（ xb ）黑龙江工程学院本科生毕业设计18=6%（ =6%648=件时间 540s+108s+ 工序4 钻前端面孔、钻铰定位孔该工序分6个工步，工步1钻孔2）；工步2钻孔4）；工步3钻定位孔2-5；工步5粗铰定位孔2- 步6精铰定位孔2- 3）背吃刀量的确定： 13/2=给量f=12m/公式（求得该工序钻头转速n=100012m/13照摇臂钻床转速n=300r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=300r/13000=7）背吃刀量的确定： 17/2=给量f=13m/公式（求得该工序钻头转速n=100013m/17=照摇臂钻床转速n=260r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=260r/17000=给量f=16m/公式（求得该工序钻头转速n=100016m/照摇臂钻床转速n=420r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=420r/000=545背吃刀量的确定： 16/2=8给量手动黑龙江工程学院本科生毕业设计19由加工工艺手册查得切削速度=12m/公式（求得该工序钻头转速n=100012m/16照摇臂钻床转速n=260r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=260r/16000= 给量f=2m/公式（求得该工序钻头转速n=10002m/照摇臂钻床转速n=63r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=63r/000= 给量f=4m/公式（求得该工序铰刀转速n=10004m/照摇臂钻床转速n=200r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际铰削速度=nd/1000=200r/000=间定额的确定：基本时间 474s，辅助时间 他时间（ xb ）=6%（ =6%件时间 312s+序5 精车后端面孔背吃刀量的确定：背吃刀量 刀量即进给速度 f =110m/公式（求得该工序车刀速度n=1000110m/16照立式车床主轴转速，取转速n=90r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=90r/416000=间定额的确定：基本时间120s，辅助时间 24s，其他时间（ xb ）黑龙江工程学院本科生毕业设计20=6%（ =6%144=件时间 120s+24s+序6 精车后端面背吃刀量的确定：背吃刀量 1刀量即进给速度 f =110m/公式（求得该工序车刀速度n=1000110m/50照立式车床主轴转速，取转速n=90r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际车削速度=nd/1000=90r/450000=间定额的确定：基本时间132s，辅助时间 他时间（ xb ）=6%（ =6%件时间 132s+序7 铣周边平面该工序分2个工步，工步1是铣左侧面；工步2铣右侧面。由于这两个工步是在一台机床上加工完成的，因此它们的切削用量三要素一致。背吃刀量的确定：背吃刀量 3刀量即进给速度 f =80mm/公式（求得该工序铣刀转速n=100025照卧式（万能）铣床主轴转速，取转速n=220r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际铣削速度=nd/1000=220r/125000=间定额的确定：基本时间 360s，辅助时间 72s，其他时间（ xb ）=6%（ =6%432=件时间 360s+72s+序8 粗镗马达孔背吃刀量的确定：背吃刀量 20给量f=25m/公式（求得该工序镗刀转速n=100025m/0照镗床转速n=200r/龙江工程学院本科生毕业设计21再将此转速代入公式（可求出该工序的实际铣削速度=nd/1000=200r/40000=间定额的确定：基本时间 120s，辅助时间 24s，其他时间（ xb ）=6%（ =6%144=件时间 120s+24s+ 工序9 精镗马达孔背吃刀量的确定：背吃刀量 2给量f=2mm/20m/公式（求得该工序镗刀转速n=100020m/0照镗床转速n=200r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际铣削速度=nd/1000=200r/40000=间定额的确定：基本时间 120s，辅助时间 24s，其他时间（ xb ）=6%（ =6%144=件时间 120s+24s+序10 马达孔倒角背吃刀量的确定：背吃刀量 2给量的确定：进给量手动；由加工工艺手册查得切削速度=25m/公式（求得该工序钻头转速n=100025m/40照摇臂钻床转速n=200r/将此转速代入公式（可求出该工序的实际钻削速度=nd/1000=200r/40000=