三拐曲轴加工工艺及其夹具设计【10张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

目    录

    摘要…………………………………………………………………………1
    关键词…………………………………………………………………………1
    1前言………………………………………………………………………………2
    2曲轴的工艺分析及生产类型的确定…………………………………………2
    2.1曲轴的作用及工作状况…………………………………………………2
    2.2曲轴的工艺分析…………………………………………………………3
    2.3曲轴的生产类型…………………………………………………………3
3选择毛坯，确定毛坯尺寸…………………………………………………4
    3.1毛坯材料及其制造工艺…………………………………………………4
       3.1.1毛坯的材料……………………………………………………………4
       3.1.2毛坯的制造工艺………………………………………………………4
    3.2毛坯尺寸的确定…………………………………………………………5
    3.3确定毛坯尺寸的公差……………………………………………………6
4选择加工方法，制定加工路线………………………………………………6
    4.1定位基准的选择…………………………………………………………6
    4.2零件表面加工方法的选择………………………………………………7
    4.3制定工艺路线……………………………………………………………7
5工序设计………………………………………………………………………8
    5.1选择加工设备与工艺装备………………………………………………8
    5.2确定工序尺寸……………………………………………………………11
    5.2.1加工小端外圆柱面  ……………………………………… 11 
        5.2.2加工小端外圆柱面………………………………………11
        5.2.3加工法兰外圆柱面………………………………………12
        5.2.4加工主轴颈外圆柱面……………………………………12
        5.2.5加工连杆轴颈外圆柱面…………………………………13
6确定切削用量及基本工时…………………………………………………13
    6.1切削用量…………………………………………………………………13
    6.2基本时间的确定…………………………………………………………14
7曲轴加工质量研究…………………………………………………………16
    7.1曲轴的加工方法…………………………………………………………16
        7.1.1曲轴加工工艺的发展…………………………………………16
        7.1.2曲轴轴颈加工工艺分析………………………………………18
    7.2热处理和表面强化处理…………………………………………………22
        7.2.1热处理和强化工艺………………………………………………22
        7.2.2滚压工艺参数对曲轴疲劳强度的影响…………………………23
    7.3曲轴加工设备……………………………………………………………25
8夹具设计……………………………………………………………………25
    8.1铣两端面夹具设计…………………………………………………………25
    8.2钻斜油孔夹具设计…………………………………………………………26
9结论…………………………………………………………………………26
    参考文献 ………………………………………………………………………27
    致谢……………………………………………………………………………28
    附录…………………………………………………………………………28
    摘  要： 三拐发动机广泛应用于工程机械、船舶和发电机中。发动机中最重要的部件当属曲轴。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。本设计主要进行三拐曲轴的加工工艺路线的编制以及关键工序的夹具设计，通过曲轴加工工艺路线的编制以及有关工序夹具设计，对影响曲轴加工质量的因素加以研究并提出针对性的改进方案，以提高产品质量和生产率。
关键词：三拐; 发动机; 曲轴; 加工工艺路线; 夹具设计; 加工质量

Design of three Crankshfat’s Processing and Fixture
Abstract: Diesel Engines are widely applied in automobiles, engineering machinery, ships and generators. Without doubt, the crankshaft should be the most important part in engines. As crankshafts always work in poor conditions, it is necessary to be strict to the material, the blank processing, the accuracy, the surface roughness, the heat treatment, the surface intensification and the dynamic balance of crankshafts. This project aims at the compiling of the processing line of crankshafts and the fixture design of the critical process. Through the compiling and the design, I will figure out the factors that affect the quality of crankshaft machining and propose specific improvement so as to enhance the quality of products and productivity.
Key words:; engine; crankshaft; the processing line; the fixture design; the quality of crankshaft machining

1  前言
三拐发动机（柴油机）广泛应用于工程机械、船舶以及发电机组中。发动机曲轴的加工质量对于发动机的功效等尤为重要。曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，在发动机各个部件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。
而在三拐发动机曲轴的加工工艺中，曲轴连杆轴颈的加工以及钻斜油孔等关键工序很难加工，因此通过对曲轴加工工艺进行合理的编制，改进这些难保证加工质量部位的加工工艺，并着重分析影响曲轴加工质量的因素，提出改进措施。提高工件质量乃至整个发动机的功效。
本次毕业设计是我们在大学期间的最后一次设计，也是我们在学完了大学全部基础课、专业基础课以及全部专业课之后进行的。本次毕业设计也是需要综合运用大学四年所学的课程知识来解决生产实际中的问题。这是我们在进入生产实际以前对所学各门课程的一次综合应用，也是一次理论联系实际的好机会。
通过本次设计，我希望能锻炼自己综合运用所学知识的能力，接触现实生产中实际设计所遇到的问题，提高正确分析问题、解决问题的能力，为今后进入社会参加实践积累经验，打下良好的基础。
本次毕业设计是对我们的一次全面综合的考验，由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 
2  曲轴的工艺分析及生产类型的确定
2.1  曲轴的作用及工作状况
曲轴是发动机中承受冲击载荷、传递动力的重要零件，是发动机的心脏，它需要承受活塞通过连杆传来的力，将活塞的往复运动变为旋转运动，并将这一旋转运动传递给其他部分。
曲轴工作时的受力情况非常复杂。它不但受到很大的扭转应力和大小、方向都在周期性变化的弯曲应力的作用，而且还受到振动所产生的附加应力的作用。因此曲轴应具有足够的强度、刚度、抗疲劳强度和抗冲击韧性。同时，曲轴工作时旋转速度很高，曲轴的主轴颈和连杆轴颈应具有足够的耐磨性。再加上曲轴工作的环境十分复杂、工作条件恶劣，因此对曲轴材质以及毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。如果其中任何一个环节质量没有得到保证，则可能严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性。

2.2  曲轴的工艺分析
曲轴属于细长轴类零件，它的几乎所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度通过加工即可获得，由于其工作环境的恶劣，加工精度要求较高。为了保证曲轴正常的工作，曲轴要有相对严格的技术要求。主要有：
曲轴主轴颈和连杆轴颈尺寸公差等级不低于IT6，轴颈的圆度和轴颈母线间的平行度不大于，轴颈表面粗糙度值为；
连杆轴颈轴线对主轴颈轴线的平行度允差为；
曲柄半径公差为；
主轴颈、连杆轴颈与曲柄连接圆角的表面粗糙度值不大于；
曲轴各连杆轴颈轴线之间的角度偏差不大于；
曲轴的主轴颈和连杆轴颈，应经过表面淬火或氮化，硬度应在范围内等。
2.3  曲轴的生产类型
本次毕业设计的生产类型为大批大量生产。
整体来看，曲轴加工的工艺原则：
曲轴具有完全互换性；
毛坯精度中等，加工余量中等；
设备采用通用机床、专用机床和数控机床等集中加工；
广泛采用夹具；
刀具以通用刀具为主，量具以通用量、检具为主；
需要一定熟练程度的工人。
3  选择毛坯，确定毛坯尺寸
3.1  毛坯材料及其制造工艺
3.1.1  毛坯的材料
在发动机工作过程中，曲轴承受着很大的方向不断变化的弯矩和扭矩，也经受着高速运转中长时间的磨损，因此，要求曲轴的材质具有较高的疲劳强度以及良好的耐磨性能。
制造曲轴的材料目前主要有三大类，即锻钢、铸钢、和球墨铸铁。锻钢曲轴可以按一定规定的钢或、、的合金制造，也有的需要用机械性能不低于上述牌号的其他钢材制造。铸钢的曲轴一般采用钢制造。而球墨铸铁曲轴则一般采用不低于牌号的球墨铸铁制造。
我们在实际生产实践中要根据不同的生产类型、不同的工作环境以及工厂的具体条件等选择合适的材料加工曲轴。由于球墨铸铁的切削性能良好，可以获得较理想的结构形状，并且和钢质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、硬度和耐磨性。而球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，可以为工厂生产节省成本，提高效率等，所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。因此本次设计三拐曲轴选用球墨铸铁作为曲轴的毛坯材料。
3.1.2  毛坯的制造工艺
在进行曲轴加工工艺过程设计中，曲轴毛坯类型是选择加工总余量及前几道工序的加工余量的决定因素，也是选择刀具材料及设备性能的依据。毛坯的种类和其质量对机械加工的质量、材料的节约、劳动生产率的提高和成本的降低都有密切的关系。
好的毛坯制造工艺和毛坯质量，往往可大幅度降低机械加工劳动强度、提高劳动生产率，而且比采取某些高生产率的机械加工工艺措施更为有效。如自由锻件改进为模锻件，球墨铸铁件取代铸钢件等。前者可提高毛坯制造和机械加工效率，大批量生产条件下也可降低毛坯制造生产成本，同时可保证非加工面的结构一致性，便于曲轴的静、动平衡，提高柴油机性能。球墨铸铁取代铸钢曲轴，降低了毛坯制造成本和机械加工生产成本，节约资源和提高了劳动生产率。
曲轴属于细长轴类零件，质量较大，近年来采用电渣熔铸技术[1]铸造钢质曲轴使得铸件质量大大提高，铸造废品率得以降低，曲轴的使用寿命也有所延长，会在将来成为广泛应用的新技术。
目前在工厂中广泛使用的曲轴毛坯制造工艺有铸造成型、锻造成型以及全纤维锻造成型等工艺。
本次设计选用切削性能较好，生产成本较低的球墨铸铁做为曲轴材料。采用铸造成型的方法制造球墨铸铁曲轴。球墨铸铁曲轴铸造时容易产生夹渣和皮下气孔等缺陷,因此，浇注系统应能保证铁水平稳的流入铸型，并要求有良好的挡渣作用。同时，由于球墨铸铁的浇注温度一般比灰铸铁低，为了防止冷隔和浇注不足发生，必须采取较快的浇注速度，相应的增加浇道的尺寸，以保证铁水进入横浇道后流速显著减小，在略有压力的作用下平稳的进入型腔，而不会出现喷射飞溅现象。
毛坯图如下图所示：