曲轴葙加工工艺

曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 1 页 共 30 页 曲轴箱三维造型及机械加工工艺分析 作者：李凌 指导老师：尹成龙 学校：安徽农业大学 学院：工学院 年级专业： 05 级机械设计制造及其自动化 合肥 230036 摘要 ： 本次毕业设计的重要部分是对零件的三维造型构建，并对其机械加工工艺分析，而 曲轴箱作为发动机的重要组成部分之一，本文针对 简单的曲轴箱 进行 分析 。首先分析 其 结构特点， 并对曲轴箱加工技术条件分析。再者 运用 CAD、 UG 等作图软件进行，二维作图和三维造型 ，并且详细叙述了构建曲轴箱盖的详细步骤。再者分析曲轴箱的加工工艺路线，举例出曲轴箱盖的加工工序 ，绘制曲轴箱箱盖加工工序卡片。本设计从实际出发，通过详细的过程说明及大量图片说明使读者清楚明白的了解三维建模过程和机械加工工艺分析。 关键词 ： 曲轴箱 三维造型 加工工艺分析 1 引言 汽缸体下部用来安装曲轴的部位称为曲轴箱，曲轴箱分为曲轴箱盖和曲轴箱体。曲轴箱盖与汽缸体相连，曲轴箱体用来储存润滑油，并封闭曲轴箱盖，故又称为油底壳。曲轴箱受力很小，一般采用铸造或薄钢板冲压而成，其形状取决于发动机的总体布置和机油的容量。曲轴箱内装有稳油挡板，以防止汽车颤动时油面波动过大。油底壳底部还装有放油螺塞，通常 放油螺塞上装有永久磁铁，以吸附润滑油中的金属屑 ，减少发动机的磨损。在曲轴箱体和箱盖接合面之间装有 衬垫 ，防止润滑油泄露。 汽车发动机行业的发展前景 良好。 2007 年中国汽车销售 879.16 万辆， 2010年汽车销售规模将达到 1263 万辆。汽车起动机市场也随之蕴含着巨大商机。目前，我国汽车起动机和发电机及其主要零部件产品的制造企业在 600 家以上，其中具有整机生产能力的约 300 家。随着竞争的加剧，业内市场分割日趋明朗，国 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 2 页 共 30 页 产汽车起动机和发电机的国内配套市场覆盖率达到 99%以上，包括国产乘用车、微型车、轻型车、客车、载货 汽车、各类工程及农用机械、船舶等。其中外商独资以及外资企业合资企业，市场扩张迅速，逐渐成为我国乘用车、商用车行业配套机器的主力供应商。相对固定的市场竞争格局使行业原有生产能力得到基本释放，可以预测，行业内新一轮大规模的投资即将兴起。 2000 年 2006 年，汽车发动机行业的产销率均在行业标准值 96%以上。 所以我选择曲轴箱三维造型及其机械加工工艺分析作为我的毕业设计题目。 2 曲轴箱结构 曲轴箱是一个薄壁腔体件，其壁厚仅为 20mm，内部结构复杂，布有多处油道，为减少质量和提高刚度，还布置了大量的加强筋。曲轴箱 是发动机的安装基体，其内部装有曲轴连杆机构、配气机构、润滑系统、起动机构和传动机构等零部件其外部采用吊耳、支架与车架相连，受力情况相当复杂。因此除要求曲轴箱具有足够的强度和刚度外，还应该保证其具有相应的加工精度。机动车辆的心脏是发动机，而发动机的心脏是曲轴箱，所以要把发动机制造好，首先应该把箱体做好。 2.1 曲轴箱的结构特点 曲轴箱为分体式结构，分为曲轴箱盖和曲轴箱体，见图。在发动机中，曲轴箱的加工精度要求是较高的。其加工精度对发动机的工作质量和工作性能，发动机的噪声，功率及装配质量都有较大影响，况且它 又是发动机装配中的基础件，因此曲轴箱盖及箱体的加工质量就成为发动机制造中很重要的一环。曲轴箱盖和箱体的加工主要是两半部的接合面，简称合箱面、缸箱接合面及其他平面，还有一些孔系和孔的端面。由于曲轴箱有加强筋和隔板，其刚性较高，所以在装夹过程中变形较小。 2.2 曲轴箱加工技术条件分析 曲轴箱对轴孔精度要求很高，轴孔的尺寸精度和形状精度，对轴承的配合有很大关系， 因而也对轴的回转精度、传动平稳性、噪声及轴承寿命有重大影响。曲轴箱体和箱盖轴孔的尺寸精度、粗糙度和形状精度要求都较高，尤其以曲轴轴承孔要求最高，其尺寸 精度为 0.03mm、箱盖和箱体轴承孔的轴心线对分割面的对称度公差为 0.02mm、两个直径 100mm 轴承孔的同轴度公差为 0.03mm。 轴孔位置精度同一轴心线上各轴孔的同轴度和端面对轴心线的垂直度误差，会使轴承歪斜，影响轴的回转精度和轴承寿命轴心线之间的平行度误差会影响轴上齿轮的啮合质量轴心线之间的距离偏差对渐开线齿轮来讲影响较小，但要防止距离过小，使齿轮啮合时没有齿侧间隙，甚至咬死。所以规定各轴承孔的位置度对于曲轴轴承孔为0.03mm. 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 3 页 共 30 页 平面精度左右曲轴箱作为发动机的基础件，其合箱面及于侧盖接合面，平面度 要求为 0.03mm。这些平面在加工过程中作为定位基面，在设计中作为设计基准，在测量中作为测量基准。此外，对其平面度要求是要保证发动机时的密封性，以防止工作时润滑油渗漏。在加工曲轴箱盖的时候，由于其刚性较差，在铣面时，采用辅助支承可解决其铣平面的变形问题。 定位方式，工件的定位方式对其精度影响很大，一种是采用一面两销定位，但是这种凡是有种缺点，由于存在导管孔及气门座到销孔的位置精度误差，因此使加工余量不均匀，不易达到产品精度要求。而采用以平面和凸缘定位，使 轴孔纵向轴线与机床主轴轴线相重合，则可使加工余量均匀， 加工精度高。但是，这种工艺在一个工位上只能加工一个轴孔，生产率较低。因此，大批量生产时，仍然经常采用一面两销定位，作为加工线全线的统一精基准。 3 曲轴箱的三维造型 3.1 曲轴箱箱盖的三维造型 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 4 页 共 30 页 3.2 曲轴箱箱体 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 5 页 共 30 页 3.3 曲轴箱 3.4 曲轴箱箱盖具体步骤 1）运行 UG 程序，在弹出的“新部件文件”对话框中选择文件保存路径，然后选择度量单位为毫米。 2）选择“应用”中的“建模”命令，系统进入建模模块。 3）选择“插入 ” 中的草图命令，选择坐标平面 XC-YC 作为草图平面创建草图。 4）退出草图，选择“插入 ” 中的 ” 设计特征 ” 中的拉伸命令，先选取刚绘制好的草图，设置拉伸参数，然后确定 。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 6 页 共 30 页 5）选择“插入”中的“设计特征”中的凸垫命令，单击“直角坐标”按钮中的“矩形凸垫”对话框，以刚创建的拉伸体为凸垫放置平面，设置凸垫参数，定位凸垫边缘到拉伸体边缘的距离，都为 50， 进行拔模，角度为 45。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 7 页 共 30 页 6）选择“插入”中的“细节特征”中的“边倒圆”命令，选取需要倒圆的边，按照要求对箱盖进行半径为 5 的倒圆。 7）选择“插入”中的“设计特征”中的“腔体”命令，单击在“直角坐标”中的“矩形的腔体” 对话框。箱盖基体底面为腔体的放置平面，设置腔体参数，定位腔体边缘到底面边缘的距离为 70，然后确定。 8）选择“插入”中的“设计特征”中的“圆台”命令，选取箱体一侧面作为圆台的放置平面，设置圆台参数高度 40mm.直径 160mm，定位圆台中心到侧面边缘的距离为 340，然后单击确定。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 8 页 共 30 页 9）选择“插入”中的“设计特征”中的“孔”命令，以圆台为孔的放置平面，以圆台的圆心为孔的放置平面，设置孔参数，直径 100mm,深度为 70mm，然后确定。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 9 页 共 30 页 10）选择 “插入”中的“设计特征”中的“孔”命令，以圆台为孔的放置 平面，设置孔的参数，直径 12mm,深度 45mm，定位孔的圆心到圆台的距离为 35，到侧面边缘的距离为 340mm，然后确定。 11）选择“插入”中的“设计特征”中的“螺纹”命令，选取刚刚创建的孔，设置符号螺纹参数，然后确定。 12）选择“插入”中的“关联复制”中的“引用”命令。单击“环形阵列”按钮，对圆台上的螺纹孔，环形阵列，创建所有螺纹孔。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 10 页 共 30 页 13）选择“插入”中的“基准 /点”中的“基准平面”命令，选择固定平面 ZC-XC创建基准平面。 14）选择“插入”中的“关联复制”中的引用对话框，单击“镜像特征”按 钮，选取圆台，中心孔、凸垫、凸垫上的沉头孔以及圆台上的所有的螺纹孔，以刚刚创建的基准平面为对称面，创建箱盖另一侧的模型特征。 15）选择“插入”中的“ TRIM BODY” 命令，先选取好创建好的箱盖，选择箱盖基体底面作为裁剪依据平面，然后确定。 16）根据图样，在基准轴上找出箱盖上的镗孔圆心，凸台的直径为 140mm，在草图上修改，退出草图，在“插入”中选择“拉伸”按钮，高度为 8mm，然后在凸台同圆心找准孔的圆心，直径为 100mm，在“插入”中“孔”命令，深度为 28mm，然后确定。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 11 页 共 30 页 17）在草图中找出 12 个凸台的位置，凸台的直径为 32mm，退出草图，在“插入”中“设计特征”中的“拉伸”命令，高度为 3mm。 然后在“插入”中“设计特征”中的“孔”命令，圆心和凸台是同点，直径为16mm，然后确定。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 12 页 共 30 页 18）对图的细节进行修改。 曲轴箱箱体三维造型构图过程，略。 4 针对本箱体的几点工艺分析 1）曲轴箱箱盖，箱体主要加工部分是分割面、轴承孔、缸体、通孔和螺孔，其中轴承孔及箱盖上缸孔要在箱盖、箱体合箱后再进行 镗孔及刮削端面的加工，以保证两轴承孔同轴度、端面与轴承孔轴心线的垂直度、缸孔端面与轴承孔轴心线的平行度要 求等。 2）曲轴箱在加工前，要进行人工时效处理，以消除铸件的内应力。加工时应注意夹紧位置，夹紧力大小及辅助支承的合理使用，防止零件的变形。 3）箱盖、箱体分割面上的 12 6mm 孔的加工，采用统一钻模，均按外形找正，这样可保证孔的加工精度要求。 4）曲轴箱箱盖和箱体不具互换性，所以每装配一套必须钻、铰定位销，做标记和编号。 5）轴承孔分割面对称度的检验，用一平尺安装上百分表，分别测量箱盖、箱体两个半圆的半径值，其差为对称度公差。 6）箱盖缸孔端面与轴承孔轴心线的平行度检验，首先在轴承孔内安装测 T 心轴两端最高 点，其差值即为平行度误差。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 13 页 共 30 页 4.1.1 曲轴箱箱盖机械加工工艺过程卡 见表 4.1.1 4.1.2 曲轴箱箱体机械加工工艺过程卡 见表 4.1.2 4.1.3 曲轴箱机械加工工艺过程卡 见表 4.1.3 5 曲轴箱箱盖加工工艺卡 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 14 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 备坯 工序号 0 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸 件 设备 名称 型号 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 按图铸造 2 清砂 3 按毛坯二级精度检验 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 1 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 15 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 时效处理，涂漆 工序号 5 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 时效 HBS160-220 2 非加工表面涂防锈漆 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 2 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 16 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 划线 工序号 10 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 划轴承孔线，按分割面凸缘找正，划尺寸 230mm 高度线 2 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 3 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 17 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 铣 工序号 15 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 数控铣床 X53K 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 以分割面定位，按分割面加工线找正，装夹工件，铣上平面 180mm170mm 至划线处 面铣刀 游标卡尺 机用虎钳 2 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 4 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 18 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 铣 工序号 20 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 数控铣床 X53K 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 以平面 180mm 170mm 定位装夹工件，在凸缘上加辅助支撑点， 粗 铣分割面，留磨余量 0.5-0.8mm 铣刀 游标卡尺 机用虎钳 2 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 5 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 19 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 磨 工序 号 25 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 卧轴矩台 平面磨床 M7150A 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 以平面 180mm 170mm 平面定位装夹，磨分割面，至图样尺寸 230mm 游标卡尺 机用虎钳 2 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 6 页 安徽农业大学 机械加工工序卡片 工序名称 钻 工序号 30 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 20 页 共 30 页 机械设计制造及其自动化 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 摇臂钻床 Z3050 专用工装 工步号 工步内容 刀具 量具 夹具 1 以 180mm 170mm 平面定位装夹工件，采用钻模按分割面外形找正，选12 16mm 孔 16mm 钻头 游标卡尺 机用 虎钳 2 锪 12 32mm 凸台 锪钻 游标卡尺 机用虎钳 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 7 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 21 页 共 30 页 安徽农业大学 机械设计制造及其自动化 机械加工工序卡片 工序名称 钻 工序号 35 零件名称 曲轴箱箱盖 零件图号 零件重量 同 时 加 工 零件数 材料 毛坯 牌号 硬度 型式 重量 HT200 HBS160-220 铸件 设备 名称 型号 摇臂钻床 Z3050 工步号 工步内容 刀具 量 具 夹具 1 钻 2 M8 孔至 5 7 钻头 游标卡尺 机用虎钳 2 对上述螺纹孔 M8 攻丝 M8 丝锥 螺纹塞规 3 设计者 李凌 指导教师 尹成龙 共 8 页 第 8 页 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 22 页 共 30 页 结 论 综上所述，曲轴箱的机械加工工艺技术关键和整体工艺水平正在随着高技术含量内燃机的发展而日趋提高和完善，国外工艺水平已与产品开发水平呈现同步水平，国内工艺水平随着与国际接轨和科技发展将由落后变为逐步接近产品开发水平，解决好加工工艺技术关键是工艺设计的 的核心和前提。但是工艺的设计编制，受到诸多因素的影响 ，如产品的精度高低，产品的工艺性好坏，生产纲领的大小，投资力度的强弱，企业现状等等。因此，合理的最佳的工艺方案不仅需要对某一关键部位或某一关键工序认真论证、合理配置，更必须整线通盘考虑，最终是否取得最佳效果必须经过实践检验。 致 谢 毕业设计是我们在学完四年教学计划所规定的全部课之后，综合运用所学过的全部理论知识与实践相结合的实践环节，它培养我们进行综合分析和提高解决实际问题的能力，从而达到巩固，扩大，深化所学知识的目的，它培养我们调查研究熟悉有关技术，运用国家标准，规范，手册，图册等工具书。 在这次 设计中，运用到了 UG 和 CAD 等画图软件，学习运用了大量的画图技巧，掌握综合性的建模设计过程，并且结合所学课程知识，熟练查阅相关手册和资料，通过查阅手册和资料，进一步熟悉常用方法的用途和技巧，并掌握这些方法的具体含义和如何使用这些方法解决实际问题。 而在这次设计活动中，长达二个月的时间里，顺利的完成设计任务，和老师的辛勤教导，同学的热心帮助是分不开的，这里也非常感谢他们。 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 23 页 共 30 页 参 考 文 献 1 郑修本 机械制造工艺学 机械工业出版社 2 李 华 机械制造技术 高等教育出版社 3 王英杰 .金属材料及热处理 M.北京 :机械工业出版社 ,2007. 4 魏康明 .机械加工技术 M.西安 :西安电子科技大学出版社 ,2006. 5 蔡兰 .机械设计工艺性手册 M.北京 :机械工业出版社 ,2007. 6 Glencoe McGraw-Hill and McGraw-Hill。 Basic Technical Drawing, Student Edition。 New York : Glencoe/McGraw-Hill。 2004 7 H. D Orth。 Basic engineering drawing。 Longman Scientific & Technical。 1990 8 Joseph J. Almon。 Visualized Basic Mechanical Drawing。 New York : Glencoe/McGraw-Hill。 1961。 9 Fitzhugh L Miller . 3D production drafting and presentation with AutoCAD 2002 . . New Jersey . Pearson Education Inc. 2002 (毕 业 论 文 外 文 摘 要 ) Title： Crankcase Three-dimensional modeling and analysis of machining process Abstract The graduation project is an important part of the parts to build three-dimensional modeling, and analysis of the machining process, and the engine crankcase as an important part of one of this paper, a simple analysis of the crankcase. First of all, analysis of its structural features, processing technology and crankcase analysis. Furthermore the use of CAD, UG, such as mapping software, two-dimensional drawing and three-dimensional modeling, and detailing the construction of the crankshaft cover the detailed steps. Further analysis of the processing technology crankcase line, for example, cover the crankshaft machining processes, mapping processes crankcase cover card. From a practical point of this design, through detailed description of the process and that a large number of photographs so that readers clearly understand the process of understanding three-dimensional modeling and analysis of the 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 24 页 共 30 页 machining process. Keywords： Crankcase ； analysis of three-dimensional； modeling process 附录： 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 25 页 共 30 页 安徽农业大学工学院 机械设计制造及其自动化 机械加工工艺过程卡片 零件号 零件名称 曲轴箱箱盖 工序号 工序名称 设备 夹具 内容 名称 型号 名称 铸造 清砂 清砂 热处理 人工时效处理 涂漆 非加工表面涂防锈漆 划线 划分割面加工线，画 100+0.035 0mm 轴承孔线，按分割面凸缘上面找正，划尺寸 230mm 高度线，照顾相互间尺寸，保证加工余量 铣 数控铣床 X53K 专用夹具 以分割面定位，按分割面加工线找正，装夹工件，铣上平面180mm 170mm 铣 数控铣床 X53K 专用夹具 以平面 180mm 170mm 定位装夹工件，并在凸缘上加辅助支撑点，铣分割面，留磨余量0.5-0.8mm 磨 磨床 M7150A 专用夹具 以平面 180mm 170mm 定位装夹工件，并在凸缘上加辅助支撑点，磨分割面，至图样尺寸230mm 钻 钻床 Z3050 专用工装 专用夹具 以 180mm 170mm 平面定位装夹工件，采用专用钻模按分割面外 形找正，钻 12 16mm 孔，锪 12 32mm 凸台 钻 立式钻床 Z3050 钻，攻 2 M8 螺纹孔 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 26 页 共 30 页 表 4.1.1 钳 修锉飞边毛刺 终检 曲轴箱三维造型及加工工艺分析 第 27 页 共 30 页 表 4.1.2 安徽农业大学工学院 机械设计制造及其自动化 机械加工工艺过程卡片 零件号 零件名称 曲轴箱箱体 工序号 工序名称 设备 夹具 内容 名称 型号 名称 铸造 清砂 清砂 热处理 人工时效处理 涂漆 非加工表面涂防锈漆 划线 划分割面加工线，划 100+0.035 0 mm 轴承孔线，照顾壁厚均匀，并保证轴承孔的加工量 刨 B1010A 专用夹具 以分割面定位，按分割面加工线找正，装夹工件，刨底面，留加工余量 2MM 刨 B1010A 专用夹具 以底面定位，装夹工件，刨分割面，留模余量 0.4-0.