曲轴是最重要的锻件之一。曲轴锻造技术是微车曲轴锻造成形工艺的重要发展趋势。对于精密锻造的微车曲轴，非调制钢将逐渐替代其它原材料。曲轴锻后只进行可控冷却，而不需要进行热处理，避免了热处理变形，节约了能源消耗。精锻后的曲轴只需少量加工就可直接使用，提高了生产效率及材料利用率，降低了生产成本，因此大大提高了曲轴的市场竞争能力。
从80年代发展至今，许多发达国家在曲轴生产过程中，广泛运用CAD／CAM，CAE技术，采用生产管理信息系统和集成制造系统，实现了锻造生产对原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制，其锻造生产的合理化、自动化程度很高。
微型车曲轴成形工艺及模具的设计这一课题研究的主要内容有：曲轴的国内外现状，曲轴毛坯成形方法及特点的比较，曲轴结构的设计，曲轴锻造工艺及工艺方案的确定，曲轴模具的设计。
因此，通过课题的研究过程掌握汽车发动机曲轴模具的设计过程，了解锻造的基本工艺，熟练应用PROE、CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。

关键词：曲轴；成形；工艺；模具设计；模锻

ABSTRACT

The crankshaft is the most important one of the forgings. The crankshaft forging technology is microcar crankshaft forging an important development trend forming process. For precision forging microcar crankshaft, the modulation of the steel will gradually replace other raw materials. The crankshaft forging only controlled cooling after heat treatment. without the need to avoid the heat treatment deformation, save the energy consumption. After precise forging the crankshaft small quantities processing can be used directly. improve the production efficiency and material utilization and reduced production cost, thus greatly improve the market competition ability of the crankshaft.
From the 1980s development so far. many developed countries in the crankshaft production process. the widely used CAD/CAM. CAE technology. using production management information system and integrated manufacturing system. realize the forging production material. process and process equipment best options and the entire process control. the forging production rationalization, high degree of automation.
Microcar forming technology and crankshaft mold design and the subject of research contents include: of the crankshaft situation at home and abroad. crankshaft blank forming methods and characteristics of comparison. crankshaft structure design. crankshaft forging process and technology strategy decision. crankshaft die design.
Therefore. through the topic research process master automobile engine crankshaft mould design process, understand the basic process. skilled forging PROE. such as CAD application of the drawing software. and has certain experiment skill and production practice knowledge.

Key words: The Crankshaft; Forming; Craft; Mold Design; Mould Forging

摘要 ………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论……………………………………………………………………………1
1.1曲轴成形国内外研究现状………………………………………………………1
1.1.1国内研究现状…………………………………………………………1
1.1.2国外研究现状…………………………………………………………2
1.2曲轴毛坯成形方法及特点比较………………………………………………3
1.2.1铸造成形………………………………………………………………3
1.2.2 锻压成形………………………………………………………………5
1.3 选题意义………………………………………………………………………7
第2章曲轴结构的设计………………………………………………………8
2.1 曲轴的工作条件和设计要求…………………………………………………8
2.2 曲轴结构设计的主要内容………………………………………………………9
2.2.1 曲轴的材料及结构型式的选择………………………………………9
2.2.2 曲轴主要尺寸的确定…………………………………………………9
2.3 本章小结………………………………………………………………………14
第3章曲轴锻造工艺及工艺方案的确定………………………………………15
3.1 曲轴锻造工艺概述………………………………………………………………15
3.1.1曲轴的自由锻工艺……………………………………………………16
3.1.2曲轴的模锻工艺………………………………………………………16
3.1.3曲轴的全纤维锻造工艺………………………………………………17
3.2曲轴精密模锻成形工艺……………………………………………………18
3.2.1精密模锻主要应用……………………………………………………18
3.2.2锻件材料特性…………………………………………………………19
3.2.3 曲轴精锻工艺分析……………………………………………………19
3.3热锻件图尺寸的确定………………………………………………………21
3.4预锻件的设计……………………………………………………………………24
3.5设备吨位的选择………………………………………………………………26
3.6毛坯尺寸的确定…………………………………………………………………27
3.7本章小结………………………………………………………………………27
第4 章曲轴锻模设计………………………………………………………………28
4.1模具结构设计…………………………………………………………………28
4.2锻模材料和热处理规范概述……………………………………………………32
4.3曲轴模具加工工艺………………………………………………………………33
4.4本章小结…………………………………………………………………………33
结论………………………………………………………………………………………34
参考文献 ………………………………………………………………………………35
致谢………………………………………………………………………………………37
附录………………………………………………………………………………………38

题目名称微型车曲轴成形工艺及模具设计
一、设计（论文）目的、意义
汽车曲轴是汽车发动机的主要运动部件，工作情况极其复杂，他的性能优劣直接影响着发动机的可靠性和寿命。由于曲轴的锻造工艺复杂，如何降低载荷、提高模具的使用寿命都是制定曲轴成形工艺所必须重点考虑的，因此，优化曲轴模具结构、消除成形缺陷、提高材料利用率、改善曲轴精密模锻工艺不但可以提高生产效率，也可以为同类曲轴相关模具设计提供理论和实践依据。
在汽车锻件中，曲轴是最重要的锻件之一。曲轴精密锻造技术是微车曲轴锻造成形工艺的重要发展趋势。精锻后的曲轴只需少量加工就可直接使用，提高了生产效率及材料利用率，降低了生产成本，因此大大提高了曲轴的市场竞争能力。
因此，通过课题的研究过程掌握汽车发动机曲轴模具的设计过程，了解锻造的基本工艺，熟练应用PROE、CAD等绘图软件，并具有一定的实验技能和生产实践知识。

二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
主要内容：
1 总计国内外微型车曲轴的成形方法及研究现状
2 分析微型车曲轴的结构并设计曲轴
3 确定曲轴成形工艺并设计曲轴成形模具
技术要求：
1 总计国内外微型车曲轴的成形工艺的现状
2 分析微型车曲轴的结构并利用软件设计曲轴二位和三维零件图
3 总结曲轴的成形方法，确定曲轴成形工艺并设计曲轴成形模具，模具要求采用平面分模，上下模的对称度要求≤0.3mm。

三、设计（论文）完成后应提交的成果
论文一份（2万字以上），论文内容符合要求。
设计曲轴二维和三维零件图2张，设计曲轴成形模具图纸2张
四、设计（论文）进度安排
资料收集，整理，完成开题报告第1~2周
论文的撰写，完成中期检查第3~9周
毕业论文提交第9~13周
毕业论文修改完善第13~16周
毕业论文答辩第17周
五、主要参考资料
[1] 李海国．国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展趋势．制造技术与机床，2003，（5）：12-15
[2] 罗晴岚．曲轴锻件的生产与模锻线设计．锻压机械，2001，(2)：6-12
[3] 王一治．国内外曲轴制造工艺综述．山东农机，2001，05

微型车曲轴成形工艺及模具设计[汽车]

内容简介：: 优秀毕业设计推荐表题目微型车曲轴成形工艺及模具设计类别设计学生姓名吕守宏院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程 07 指导教师王国田职称实验师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计成绩评定表学生姓名吕守宏性别女院系汽车与交通工程学院专业车辆工程专业班级 07 设计题目微型车曲轴成形工艺及模具设计平时成绩评分（开题、中检、出勤）指导教师姓名职称指导教师评分（ X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（ Y）答辩组组长职称答辩组评分（ Z）毕业设计成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院系公章：年月日注： 1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制 =W+、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。毕业设计指导教师评分表学生姓名吕守宏院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07 指导教师姓名王国田职称实验师从事专业汽车服务是否外聘是否题目名称微型车曲轴成形工艺及模具设计序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名吕守宏专业班级车辆工程 07 指导教师王国田职称实验师题目微型车曲轴成形工艺及模具设计答辩时间月日时答辩组成员姓名出席人数序号评审指标满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总分 Z= 答辩过程记录、评语：自述思路与表达能力：好较好一般较差很差回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：答辩组长签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名吕守宏专业班级车辆工程 07 指导教师姓名王国田职称实验师题目微型车曲轴成形工艺及模具设计评阅组或预答辩组成员姓名出席人数序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）过程管理材料题目微型车曲轴成形工艺及模具设计学生姓名吕守宏院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程 07 指导教师王国田职称实验师教研室车辆工程教研室起止时间 2011 年 2 月 28 日 2011 年 6 月 24 日教务处制本科学生毕业设计微型车曲轴成形工艺及模具设计系部名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 7 学生姓名：吕守宏指导教师：王国田职称：实验师黑龙江工程学院二一一年六月 s 011I 摘要曲轴是最重要的锻件之一。曲轴锻造技术是微车曲轴锻造成形工艺的重要发展趋势。对于精密锻造的微车曲轴，非调制钢将逐渐替代其它原材料。曲轴锻后只进行可控冷却，而不需要进行热处理，避免了热处理变形，节约了能源消耗。精锻后的曲轴只需少量加工就可直接使用，提高了生产效率及材料利用率，降低了生产成本，因此大大提高了曲轴的市场竞争能力。从 80年代发展至今，许多发达国家在曲轴生产过程中，广泛运用用生产管理信息系统和集成制造系统，实现了锻造生产对原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制，其锻造生产的合理化、自动化程度很高。微型车曲轴成形工艺及模具的设计这一课题研究的主要内容有：曲轴的国内外现状，曲轴毛坯成形方法及特点的比较，曲轴结构的设计，曲轴锻造工艺及工艺方案的确定，曲轴模具的设计。因此，通过课题的研究过程掌握汽车发动机曲轴模具的设计过程，了解锻造的基本工艺，熟练应用具有一定的实验技能和生产实践知识。关键词：曲轴；成形；工艺；模具设计；模锻黑龙江工程学院本科生毕业设计 he is of is an of to be of 980s so in of of of at of AD of 黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要第 1 章绪论 1 轴成形国内外研究现状 1 内研究现状 1 外研究现状 2 轴毛坯成形方法及特点比较 3 造成形 3 压成形 5 题意义 7 第 2 章曲轴结构的设计 8 曲轴的工作条件和设计要求 8 曲轴结构设计的主要内容 9 曲轴的材料及结构型式的选择 9 曲轴主要尺寸的确定 9 本章小结 14 第 3 章曲轴锻造工艺及工艺方案的确定 15 轴锻造工艺概述 15 轴的自由锻工艺 16 轴的模锻工艺 16 轴的全纤维锻造工艺 17 轴精密模锻成形工艺 18 密模锻主要应用 18 件材料特性 19 轴精锻工艺分析 19 锻件图尺寸的确定 21 锻件的设计 24 备吨位的选择 26 黑龙江工程学院本科生毕业设计坯尺寸的确定 27 章小结 27 第 4 章曲轴锻模设计 28 具结构设计 28 模材料和热处理规范概述 32 轴模具加工工艺 33 章小结 33 结论 34 参考文献 35 致谢 37 附录 38 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章绪论汽车曲轴是汽车发动机的主要运动部件，工作情况极其复杂，他的性能优劣直接影响着发动机的可靠性和寿命。曲轴作为内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件，是内燃机 5大件 (机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴 )中最难以保证加工质量的零部件。曲轴恶劣的工况条件，对其材质、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。其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都有很大的影响。因此世界各国十分重视技术研究，不断改进曲轴加工工艺，最大可能地提高曲轴寿命。由于曲轴的锻造工艺复杂，如何降低载荷、提高模具的使用寿命都是制定曲轴成形工艺所必须重点考虑的，因此，优化曲轴模具结构、消除成形缺陷、提高材料利用率、改善曲轴精密模锻工艺不但可以提高生产效率，也可以为同类曲轴相关模具设计提供理论和实践依据。内研究现状近年来，我国汽车生产企业以及曲轴专业生产厂家通过对引进技术的消化吸收和自行开发，总体水平有了较大的提高。例如东风汽车公司载重汽车曲轴是在一条由德国奥姆科公司生产的自动线上，运用纤维墩锻法实现锻造的。锻件重量 150 动线由 6台主机和相配套的机械手组成。毛坯经中频感应加热后送入 930 辊锻备坯后由机械手送入 1 2万锻成型、切边后送入 800 180后将曲轴送入 1600条线的工作完全自动化，单件生产节拍 40S。中国第一汽车集团公司于 1991年装备了一条大体上相同的锻造自动线，用于锻造载重汽车曲轴。这条自动线是由德阳第二重型机器厂按照德国的生产许可证生产的。在引进技术、走跨越式发展道路的同时，我们也看到，国内曲轴制造技术的发展受到诸多方面的限制，距世界先进水平仍相差很远，甚至于还满足不了我国汽车制造业发展速度的需要。我国曲轴专业生产厂家不是很多。且整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低，这些都影响了汽车整车的技术需要和运行稳定性要求。目前，国内虽已有一批先进的锻造设备，但由于数量少，加之模具制造技术和其他一些设施跟不上，使一部分先进设备来充分发挥应有的作用。从总体上讲，改造和更新陈旧的普通锻造设各、黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 改进落后的曲轴制造工艺、推广应用曲轴设计先进技术，在我国锻造业尤其是汽车制造领域，显得尤为急迫。从大环境看，我国锻造业具有悠久的历史，对我国国民经济和社会主义现代化建设做出了巨大贡献，但是，整个锻造行业的发展与我国乃至世界信息化进程的速度相比，还很不适应。就锻造技术而言，还有不少落后的工艺、能耗高、科学化及现代化水平低，与国外先进水平相比尚有较大差距；就锻造设备而言，既有微机控制的自动锻造生产线，也有使用了近百年的夹杆锤。因此，我国的锻件总量可谓世界前列，但锻造业的发展并非世界强国，主要表现有：自动化水平低，设备重复建设，利用率偏低，特别是大型锻造设备，布局不合理：人均劳动生产率低：大锻件、模锻件的产量大，但锻件精度低，能耗高，材料利用率低；研究方法比较落后，新工艺推广慢，信息化与科技武装尚处于起步阶段。二十世纪九十年代中后期，锻造技术在中国大陆得到了快速发展，研究前沿主要在以下方面： (1)突出发展精密净形成型，发展少无切削技术。国内部分企业热精锻的齿轮精度己达 9级，冷精锻的尺寸精度可达 0 0205(2)塑性加工的智能化。在国内塑性加工业界，现代信息技术受到普遍重视，算机模拟成为国内塑性加工中一个最为活跃的领域。部分科研单位采用这一技术来进行塑性加工工艺过程的模拟，达到预知金属的流动、应变、应力、温度分布、模具受力、可能的缺陷及失效形式的目的。有科研人员开发的应用软件或者对已有软件进行的二次开发，甚至可以预知产品的显微结构、性能以及残余应力，这对于优化工艺参数和模具结构、缩短产品研制周期、降低研制成本具有重要意义。 (3)复合技术。如铸锻复合工艺、冲锻复合工艺、冷热复合锻造工艺以及轧锻复合工艺等，这些工艺的发展带动国内锻造行业不断探索新的工艺和新的设备与技术。 (4)液压成型技术。近年来由于国内汽车工业的发展，在液压成型汽车零部件方面有了新的进展。液压成型技术的应用，简化了模具结构，缩短了产品的生产周期，同时还可以制造出其它方法所不能制造的复杂工件。 (5)激光成型技术。激光在制造业得到越来越广泛的重视，国内锻造行业正在积极探索以激光成型技术为基础的快速原型制造。 (6)新材料精密成型工艺。为了减轻机械设各和汽车的重量，轻合金 (铝、镁合金等 )新材料的应用越来越多，这些新材料的精密成型技术是中国急需发展的重要技术方向，目前国内已着手研究具有自主知识产权的串行工艺和装备，以期进入世界竞争的行列。外研究现状随着经济的全球化，信息时代的深入发展，世界锻造市场进入了时尚市场的时代，即市场呈现多样性和多变性，主要特点为个性化需求明显，快字当头。欧洲锻造工业黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 自 1999年后呈现增长强劲，特别是 2000年其锻造业非常火爆。日本及亚洲其他一些国家的锻造业表现平平，其中日本和韩国在 2000年前后出现了前所未有的滑坡。印度锻造业有所发展，是亚洲地区近年来发展最快的国家。俄罗斯锻造工业复苏，不断地冲击着亚太市场。美国在汽车锻件生产方面有所回升，但仍受到巨大进口的冲击，其锻造业主要集中在航空、航天及军事器械领域，汽车锻件几乎被进口锻件占领。在美洲，巴西锻造工业开始显示强劲发展，成为欧、日锻造企业在美国市场上潜在的强有力的竞争对手。总的来讲，由于世界汽车工业、机车船舶工业以及航空航天业的高速发展，带动世界锻造业呈总体上升的趋势。为适应制造业全球化生产和销售的需要，发达国家加大了锻造业的技术发展力度，基本走向如下： (1)突出发展精密净形成形和少无切削技术。 (2)锻造成形过程向着科学化、数字化和可控化发展。成形技术的开发和应用更加合理，更加符合金属实际情况，可以找到最优的方法和工艺。所有的变形和过程控制、设计都在实现数字化，如及模拟技术的应用，同时利用数字化技术，对整个成形过程进行控制。 (3)产品的全过程控制，锻造生产企业不再是简单的锻件供应商，而要发展成为零部件供应商，为此锻件从零件设计开始就要考虑整体工艺问题。 (4)锻造技术的灵活性与柔性发展。 (5)复合技术在锻造行业的应用引起重。轴毛坯成形方法及特点比较在几乎所有的将热能转换为机械能的机械中 , 曲轴都是不能缺少的零部件。在大型柴油机中 , 它的制造成本几乎占整个发动机的 50%。通常情况下 , 它的使用寿命几乎就代表了整个发动机的寿命。一台曲轴损坏了的发动机是没有太大的维修价值的 , 因为维修成本太高。曲轴在机械中承担的是复杂而又苛刻的交变应力 , 疲劳破坏是主要形式。如何提高曲轴的使用寿命 , 尽可能降低曲轴毛坯成本是热加工行业的重要课题。在我国 , 对于性能要求不高的曲轴采用铸造方法获得 ; 小型曲轴采用模锻方法生产 ; 低速柴油机曲轴依赖于进口 , 现已开始自由锻成形工艺研究 ; 中速柴油机曲轴生产采用全纤维锻造成形及自由锻成形。造成形用铸造的方法将毛坯生产出来也许是所有生产曲轴毛坯方法中工艺上最为简单的。用普通的型砂做模子 , 将用于制造曲轴的金属材料加热至液体状态后浇灌到砂模中 , 待金属液体冷却下来后去除型砂就可得到曲轴毛坯 , 这一过程的确不复杂。对铸造而言 , 曲轴算不上是复杂零件 , 制作砂型并不困难。但是 , 这种方法生产出来的曲轴质量和性能不容乐观 , 气空、缩松、成分偏析、晶粒粗大等铸造缺陷使其抗疲劳性能极差 , 重要机械用的曲轴是不能用这种方法生产的。不过用这种方法生产曲轴也有黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 优点 , 它不需要大型压力加工设备和昂贵的模具 , 生产周期短 (相比模锻 ), 毛坯的切削余量较小 (相比自由锻 )。单件小批量生产不重要的曲轴在经济上是合算的。考虑到钢的铸造性能不如铸铁 , 用球墨铸铁来生产小型曲轴 , 这种曲轴作为一般机械使用并无不妥 , 但作为重要动力机械 (如远洋轮船 )的大型曲轴那就很不合适了。为了安全可靠 , 它们必须用压力加工的方式来生产。随着球墨铸铁的发展 , 性能不断提高 , 球铁已成为取代锻钢制造小型曲轴的首选材料。球铁与锻钢相比 , 具有质量轻、成本低等优点。当前在轻型发动机中普遍采用铸态珠光体球铁。型由于球墨铸铁有较大的共晶膨胀特性 , 易造成铸件的外观变形 , 故铸型的紧实度必须要高 ,以使铸型有较大的刚度 , 一般要求铸型硬度大于或等于 90 单位 ; 型砂必须严格控制水分 , 一般在围内 , 视气候及造型方法而定 ;型砂必须有足够的透气性 , 型腔必须有足够好的排气功能 , 否则紧实度提高后 , 浇注时很容易“呛火” ;砂箱必须有足够的强度 ; 要有牢固的砂箱夹紧措施等。下面是曲轴生产中几种常用的造型方法 : 震压造型 : 震压造型曾是我国曲轴生产中应用较为广泛的造型方法。它与手工造型相比 , 虽有技术先进和较高的生产率等优点 , 但从铸铁石墨化膨胀对砂型硬度及刚性等工艺要求来看 , 则有些不足。首先是型面硬度不够高 ; 其次 , 该方法造型后其硬度分布不均匀 , 一般是型面较高、中间低、背面高且砂型的硬度分布不利于排气 ; 再次 ,这种造型方法起模机构不平稳、砂型精度低 , 从而导致铸件的尺寸及形状精度低 ; 此外 , 该方法噪音大 , 型面利用率低 , 故近几年在工业发达国家和我国主要汽车生产基地已趋于淘汰。高压造型 : 高压造型的特点是 , 砂型硬度高 ,有利于球铁石墨化膨胀的自补缩 , 对防止铁液凝固过程中石墨化膨胀而产生的型壁位移是很有利的 , 可以提高曲轴内在质量 ; 另一方面 , 它的铸型精度高。除这些优点外 , 它也存在一些不足 , 其一是砂型的透气性差 ; 其二是型面上水平面与侧立面的硬度差大 , 型面中心与砂箱边缘的硬度差也较大 , 影响了铸件材质的均匀性 ; 其三是设备一次性投资大 ; 其四是高压造型对砂箱要求高 , 模具寿命较短 , 型砂再生性差及设备维修费用高等。气冲造型 : 气冲造型方法是利用气流冲击型砂造型的一种方法。生产表明 , 气流冲击造型工艺方法与其它粘土砂型工艺相比 , 具有紧实度高、噪音低、机器结构简单等特点 , 但也存在铸型硬度不均匀 , 在铸型上层紧实度低 , 当砂型很矮时 , 则有砂型紧实度低的缺点。铁型覆砂铸造 : 铁型覆砂铸造是应用得较广的一种特种铸造方法。优点是 : ( 1) 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 铸型的硬度高 ,易于实现自补缩 , 缩孔、缩松缺陷明显减少 , 组织致密。 ( 2) 金属液冷却速度快 , 使铸件晶粒细小 , 基体中珠光体的含量高 , 铸件质量高。 ( 3) 实现无冒口铸造工艺 , 尺寸及形状精度高 , 加工余量小 , 工艺出品率高。 ( 4) 适于大批量生产 , 劳动生产率高 ,覆膜砂用量少 , 劳动条件好 , 经济性好。缺点是 : 透气性差 , 易产生夹渣、气孔等缺陷 ; 设备投资大 , 通用性差。壳型填铁丸铸造 : 壳型填铁丸铸造方法是在壳型的外围填充铁丸以固定壳型 , 然后浇注铁液的一种先进的特种铸造方法。在国外普遍采用此方法生产球铁曲轴。我国仅上海汽车铸造总厂采用 , 以形成规模生产 , 一汽也正要上马该生产线该方法与铁型覆砂铸造有同样的优点 , 且透气性好 , 成本低 , 铁丸回收性好 , 可反复使用 ; 模具更改容易 , 通用性好 ; 铁丸冷却容易。该工艺适于大批量生产 , 是一种很有发展前途的工艺方法。注系统的设计球铁曲轴容易产生夹杂和皮下气孔缺陷 , 同时由于球化和孕育也要产生渣 , 因此 , 浇注系统应能保证铁水平稳地流入铸型 , 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较灰铸铁低 , 为了防止冷隔和浇不足 , 必须采取较快的浇注速度 , 故浇道尺寸就应相应地加大。一般采用 F 直 F 横 F 内 =4 8 3 的截面比例 , 它可保证铁水进入横浇口后流速显著减小 , 在略有压力作用下平稳进入型腔 , 不会出现喷射、飞溅。压成形锻成形：模锻是目前最常见的生产小型曲轴的方式 ,它是在大吨位锻压设备上用大型专用模具来生产曲轴毛坯。对于模锻而言 , 曲轴属于形状复杂的锻件 , 不能单靠一个模膛来完成成形 , 需要在一副锻模中开几个模膛 , 使毛坯在几个模膛中逐步变形 ,最后在终锻模膛中得到曲轴毛坯。模锻件的形状应使锻件能从模膛中顺利地取出和容易充满模膛。为此 , 在设计模锻件时 , 应考虑分模面、出模斜度及圆角等问题。通常是用锻件最大轮廓的纵向剖面作为分模平面。对曲轴而言 ,如果曲拐不是呈 180对称分布 , 为了锻件易于从模膛中取出 , 就得在一些地方加敷料。敷料加得越多 , 材料浪费越多 , 且机加工切削量越大。模锻时 ,模膛的周围沿分模面还须开有毛边槽 , 因而模锻件的四周就形成一圈毛边 , 需在切边压力机上切除。虽然有上述二种浪费 , 但由于模锻生产的曲轴精度大大高于自由锻 , 且敷料又大大少于自由锻 ,所以材料利用率仍然大大高于自由锻。模锻生产的曲轴明显的呈现金属纤维组织 ,性能提高 , 使得曲轴的性能和可靠性黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 优于自由锻。由于模具的作用 , 生产率大大高于自由锻用模锻方式生产曲轴是目前大批量生产曲轴的主要方式。随着生产批量的增大 , 模锻效率高 ,节省材料和切削加工工时等带来的经济利益就会大大超出模具费损失 , 使得模锻件的成本低于自由锻很多。这就是目前汽车、拖拉机等行业用模锻法生产曲轴的原因。模锻法生产曲轴的缺点在于模具成本相当高 , 生产批量小时无经济效益 ; 模具生产周期长 ,不利于快速组织生产 ; 所需设备吨位较大 , 在一定程度上限制了它的使用由锻成形曲轴自由锻成形 , 可分为块锻和弯锻 , 块锻曲轴由于曲拐处无法锻出 , 于是只好用加敷料的方式将其填平 , 机加工予以切除 , 再加上自由锻时其它地方的余量也很大 , 这就难免造成了自由锻曲轴毛坯的肥头大耳。由于毛坯加工成零件的过程中 , 机加工切削量极大 , 材料的利用率极低。这一方法生产的曲轴由于大量的切削加工使曲轴的纤维流线切断 , 使抗弯曲和抗疲劳能力受到影响。弯锻曲轴采用胎模锻出曲拐 , 因此较之块锻余量少 ,机加工切削量较少 , 材料的利用率较高 , 抗弯曲和抗疲劳能力较好。块锻和弯锻对工人的技术水平要求较高 , 仅适宜于单件小批量生产。我国船舶工业中许多厂家现在仍用这一方法生产曲轴毛坯。全纤维镦锻曲轴是 20 世纪后期发展起来的一种新的曲轴毛坯生产技术 , 主要应用于中速柴油机中 , 其原理为先将金属材料锻造成棒料 ,然后机械加工成台阶轴 ,最后在镦锻专用模具内成形。模具每次只对一个曲拐进行热变形。在模具内 , 当上方的弯曲模块随液压机力对棒料进行弯曲的同时 , 位于下方的左右镦粗模块同时向中间作相对的镦粗运动 , 这样就锻出了一个曲拐。第一个曲拐不需定位 , 从锻第二个曲拐起 , 依次用已锻出的曲拐定位 , 如果各曲拐间同方向相隔同样的角度 , 那么从锻第二拐开始就不需要更换定位模块了 , 这样一次加热就可以锻出几个曲拐 , 甚至于可以锻出整个曲轴。如果各曲拐间不是依次相隔同样的角度 , 那么在角度发生变化时就需要变换定位模块了。在锻造一根曲轴的过程中 , 需要多少次更换定位模块要视各曲拐间隔角度的规律性而定。在进行全纤维镦锻曲轴的过程中 , 定位模块的更换次数越少越好 , 这样在一个锻造温度区间可多锻几个曲拐 , 不仅可以节省时间 , 还可以节省定位模块的费用 , 从而使曲轴毛坯的生产成本大幅下降。全纤维镦锻曲轴的装置把压力机一部分垂直力转换为水平力 , 一部分垂直力作为弯曲力。模具工装设计要解决的关键问题是如何将压力机的上下运动转变为协调的模具工装上下与左右运动 , 从而解决弯曲模在进行弯曲的同时左右方的镦粗模同时向中间运动而完成镦粗动作。黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 全纤维镦锻法生产曲轴有很多优点 : ( 1) 与上述的几种曲轴毛坯生产方法比较 , 金属流线好 , 有利于提高性能和使用寿命 ; ( 2) 镦锻前的棒料可进行需要的或较大锻造比的自由锻 , 以保证其内部组织符合要求 , 曲轴使用的可靠性最佳 ; ( 3) 曲轴毛坯的精度较高 , 可节省金属材料和切削加工工时 , 成本下降 ; ( 4) 因为每次只锻一个曲拐 , 所需锻造设备吨位也较小。全纤维镦锻是一种新型的、有前途的曲轴生产方法 , 它已在一些重要动力机械中经受过复杂载荷和苛刻工作环境的考验 , 必将在生产中得到越来越广泛的应用。题意义在汽车锻件中，曲轴是最重要的锻件之一。曲轴精密锻造技术是微车曲轴锻造成形工艺的重要发展趋势。精锻后的曲轴只需少量加工就可直接使用，提高了生产效率及材料利用率，降低了生产成本，因此大大提高了曲轴的市场竞争能力。目前我国生产的曲轴锻件仍然存在加工余量大且不均匀、锻件热成形充不满、锻件及模具结构设计困难等问题，使得曲轴的生产质量受到限制。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。世界汽车工业发达国家对曲轴的加工十分重视，并不断改进曲轴加工工艺。在生产实践中，有限元分析软件与变了我国传统锻造产业的基本面貌，主要表现在以下几个方面： (1)增加设计功能，减少设计成本； (2)缩短设计和分析的循环周期： (3)增加产品和工程的可靠性；(4)采用优化设计，降低材料的消耗或成本； (5)在产品制造或工程旌工前预先发现潜在的问题； (6)模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等等。因此，通过课题的研究过程掌握汽车发动机曲轴模具的设计过程，了解锻造的基本工艺，熟练应用具有一定的实验技能和生产实践知识。黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 第 2 章曲轴结构的设计曲轴是发动机中最重要的机件之一。它的尺寸参数在很大程度上不仅影响着发动机的整体尺寸和重量，而且也在很大程度上影响着发动机的可靠性与寿命。曲轴的破坏事故可能引起发动机其它零件的严重损坏，在发动机的结构改进中，曲轴的改进也占有重要地位。随着内燃机的发展与强化，曲轴的工作条件越来越恶劣了。因此，曲轴的强度和刚度问题就变得更加严重了。在设计曲轴时，必须正确选择曲轴的尺寸参数、结构型式、材料与工艺，以求获得经济最合理的效果。轴的工作条件和设计要求曲轴是在不断周期性变化的气体压力、往复和旋转运动质量的惯性力以及它们的力矩共同作用下工作的，从而使曲轴既扭转又弯曲，产生疲劳应力状态；对内不平衡的发动机曲轴还承受内弯矩和剪力；未采取扭转振动减振措施使曲轴还可能作用着幅值较大的扭转振动弹性力矩。这些载荷都是交变性的，可能引起曲轴疲劳失效。实践表明，弯曲载荷具有决定性作用，弯曲疲劳失效是主要破坏形式。因此曲轴结构强度的研究重点是弯曲疲劳强度，曲轴设计上要致力于提高曲轴的疲劳强度。曲轴形状复杂，应力集中现象相当严重，特别在连杆轴颈与曲柄臂的过渡圆角处和润滑油孔出口附近的应力集中尤为突出。通常的曲轴断裂、疲劳裂纹都始于过渡圆角和油孔处。曲轴弯曲疲劳破坏和扭转疲劳破坏严重。弯曲疲劳裂缝从轴颈根部表面的圆角处发展到曲柄上，基本上成 450折断曲柄；扭转疲劳破坏通常是从机械加工不良的油孔边缘开始，约成 450剪断曲柄销，如图以，在设计曲轴时，要特别注意设法缓和应力集中现象，强化应力集中部位。曲轴各轴颈在很高的比压下，以很大的相对速度在轴承中发生滑动摩擦。这些轴承在实际变工况运转条件下并不总能保证为液体摩擦，尤其当润滑油不洁净时，轴颈表面遭到强烈的磨料磨损，使得曲轴的实际使用寿命大大降低。所以，设计时，要使其各摩擦表面耐磨，并匹配好适当材料的轴瓦。曲轴是曲柄连杆机构中的中心环节，其刚度亦很重要。如果曲轴弯曲刚度不足，则可能发生较剧烈的弯曲振动，使活塞连杆和轴承的工作条件大为恶化，影响这些零件的工作可靠性和耐久性，甚至使曲轴箱局部应力过大而开裂。曲轴的扭转刚度差，图轴的疲劳破坏 a）弯曲疲劳破坏 b）扭转疲劳破坏黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 则可能在工作转速范围内产生强烈的扭转振动。轻则引起噪音，加速曲柄上齿轮等传动件的磨损；重则使曲轴断裂。所以，设计时，应保证它有尽可能高的弯曲刚度和扭转刚度。由于曲轴受力复杂，几何断面形状比较特殊，在设计时，至今还没有一个能反映客观实际的理论公式可供通用。因此，目前曲轴的设计主要是依靠经验来设计。轴结构设计的主要内容轴的材料及结构型式的选择在结构设计和加工工艺正确合理的条件下，主要是材料强度决定着曲轴的体积、重量和寿命。因此，必须根据内燃机的用途及强化强度，正确的选用曲轴材料，在保证曲轴有足够强度的前提下，尽可能采用一般材料。以铸代锻，以铁代钢。作为曲轴的材料，除了应具有优良的机械性能以外，还要求有高度的耐磨性，耐疲劳性和冲击韧性。同时也要使曲轴的加工容易和造价低廉。发动机曲轴通常用高强度、冲击韧性好的中碳钢或中炭合金钢，经模锻和调质处理，对轴颈表面通过高频率淬火和氮化处理，经精加工而成。本设计中采用 45钢模锻曲轴。汽车发动机曲轴有整体式和组合式两种结构形式。整体式曲轴是将曲轴做成一个整体零件，如图的优点是具有较高的强度和刚度、结构紧凑、质量小，目前发动机多采用此种形式。轴主要尺寸的确定在选定曲轴材料、毛坯制造及其基本结构型式后，便从单位曲拐（包括主轴颈、曲柄销和曲柄等主要部分）着手确定主要尺寸和结构细节。曲轴与活塞连杆组件和机体有密切的联系，曲轴的设计不能孤立地进行。曲轴长度方向的尺寸基本上取决于缸心距列连杆式 0主要决定于轴承负荷。所以，曲轴的基本尺寸大多根据发动机的总体布置来考虑。根据轴选择适当的螺纹，如表杆轴颈的直径 2 根据微型车结构，选取气缸直径 D=72 在考虑曲轴颈的粗细时，首先是确定连杆轴颈的直径内燃机设计可知：2/D（连杆轴颈直径 /气缸直径）比值在围。即由于位于同一连杆轴颈上的每一对气缸的一级往复惯性力的合成变为一个旋转的离心力，再加上原有的离心力，使总的离心负荷显得特别大。因此，为减轻离心负荷希望 2/外，并列两个连杆，黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 每个连杆很窄，为保证最佳的轴颈长度和直径的比例，也必须较小。综合上述情况，在本次设计中取连杆轴颈直径 0。从增加曲轴的刚性和保证轴承的工作出发，应使连杆轴颈的长度时注意曲拐各部分尺寸协调。由内燃机设计表可知。 V 型发动机连杆轴颈长度 2/D=值，即 8 24 时，轴承的承载能力最大。若流经轴承的机油量就减少，冷却度差，油温升高而使油粘度下降，轴承的承载能力反而降低。此外，轴承过长对曲轴变形的顺应性差，容易造成棱缘过负荷。轴承负荷越大，油膜厚度就越小，用相对较窄的轴承较好。为了保证曲柄强度，曲柄臂厚度应适当加厚，这也要求减小以本次设计中取 2 ，其宽度与滚针轴承相配合。连杆轴颈的尺寸可以依据承压面的投影面积 2 2与活塞投影面积 F= 00 2之比来校核。此比值据统计应在且汽油机偏下限，本次设计中， =2224=以所设计的连杆轴颈符合要求。图轴立体图黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 表用螺纹规格螺纹规格（ d） 12 1 24 28 9.1 11 l 20 22 4 52 h 22 26 6 r 1 1 .4 a 3 3.5 b 12 14 5 17 轴颈的直径长度果从曲轴沿全长度具有等刚度要求出发，可以认为主轴颈与曲柄销一样粗就行了。而从轴承负荷出发，由于主轴承最大负荷小于连杆轴承，因此主轴颈可以比曲柄销更细。为了最大限度地加强曲轴的刚度，可适当加粗主轴颈，这是因为加粗主轴颈能增加曲轴轴颈的重叠度，从而提高曲轴刚度，但几乎不增加曲轴的转动惯量，故可提高自振频率，减轻扭振危害。同时，加粗主轴颈可相对缩短其长度，使曲柄加厚以加强整根曲轴的薄弱环节。由内燃机设计表可知，对轴颈 1=（ D=。根据以上分析，则取 0 。本设计中主轴颈选用滚动轴黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 承，主轴颈长度与轴承宽度相配合。主轴颈长度半比曲柄轴颈长度小些，但是 1 不得小于 5 柄发动机曲轴的曲柄臂形状大多数采用椭圆或圆形，本设计中采用圆形曲柄臂，这是由于圆形曲柄便于机械加工和抛光，而表面抛光是提高合金钢曲轴疲劳强度的重要措施之一。曲柄臂应选择适当的厚度、宽度，以使曲轴有足够的刚度和强度。曲柄臂在曲拐平面内的抗弯能力以其矩形断面的抗弯模数 62（ 2）式中 b 曲柄臂的宽度（）； h 曲柄臂的厚度（）。由上式可知，在提高曲拐平面内的抗弯能力上，显然，增加曲柄臂厚度 h 要比增加曲柄臂宽度 b 要好得多。有实验例子表明， h 增加 10%，0%，而实际抗弯强度可提高 40%； 0%，抗弯能力也应提高 10%，而实际只提高了 5%，这是因为曲柄臂越宽，应力分布越不均匀。在本次设计中，取 b=50， h=8。重叠度 132 21 R=32 符合小排量发动机采用组合式曲轴时，由于结构限制，重叠度为负值的要求。在轴颈与曲柄臂交界出，设计一个宽为的台阶，以便精磨轴颈和圆角时，砂轮不与曲柄臂相碰。在曲柄臂与轴颈连接处，为了减小应力集中，提高疲劳强度，往往采用圆角过渡。过渡圆角半径的增大与其表面粗糙度的降低，是增加曲轴疲劳强度的有效措施。通常取圆角半径 r=（取 r= 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 表轴主要参数参数名称符号数值气缸中心距（ D 72 主轴颈直径（ 0 主轴颈宽度（ 5 连杆轴颈直径（ 0 连杆轴颈宽度（ 2 轴颈重叠度（ A 13 曲轴长度（ L 386 圆角半径（ r 柄臂宽度（ b 64 曲柄臂厚度（ h 10 衡重铸造曲轴的平衡重一般与曲轴铸成一体，这样可使加工较简单，并且工作可靠。平衡重应尽可能使其重心远离曲轴旋转中心，即用较轻的重量达到较好的效果，以便尽可能减轻曲轴重量。如图平衡重的径向尺寸和厚度应以不碰活塞裙底和连杆大头能通过为限度。图衡重黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 章小结本章主要介绍了曲轴设计的过程。在绘制曲轴零件图中，主要介绍了零件图应该标明的尺寸、公差、加工精度等标注要求，在设计曲轴结构的基本要求中主要介绍了曲轴的材料及结构型式的选择，曲轴的工作条件、设计要求、结构要求等，在曲轴零件设计的主要内容中分析了曲轴各部分结构的设计要求，如何比较曲轴总体设计方案，绘制曲轴的零件图，最后说明了曲轴零件的修正与定型，从总体上掌握了曲轴的设计过程。黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 第 3 章曲轴锻造工艺及工艺方案的确定轴锻造工艺概述曲轴毛坯的制造方法很多，由曲轴的大小、结构、材料、生产批量和制造厂的具体条件决定。曲轴按其制造方法可分为锻造或铸造的整体式曲轴、由锻造或铸造的曲柄组装的组合、半组合式曲轴。一般地说，锻造曲轴的形状复杂程度不如铸造的曲轴，但是铸造曲轴的内部组织和机械性能却不能与锻造曲轴相提并论。曲轴毛坯的制造方法如图曲轴毛坯的制造方法锻造铸造自由锻模锻全纤维锻造铸钢球墨铸铁整体曲轴自由端段大型曲轴曲柄自由锻金属棒料模锻钢锭模锻整体曲轴铸造 R 块锻法环锻法弯锻法整体曲轴模锻大型曲轴曲柄模锻大型曲轴曲柄铸造图轴毛坯的执照方法黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 轴的自由锻工艺自由锻造是利用锻压设备上下砧和一些通用的工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形。曲轴自由锻造适用于单件或小批生产的中小型曲轴毛坯制造。在锻造时一般只锻出主轴颈，而曲柄销是从每个锻制成的曲柄的实心方块上切去多余金属制成的。成形曲柄时采用错移法，即把坯料放在上下错开一定距离砧上进行锻打，完成错移工序，形成一个曲柄。重复这样的操作，并翻转坯件，完成其它的曲柄。最后在轴端做出阶梯，构成端部的主轴颈。以自由锻造锻制出来的曲轴毛坯，其主要缺点是生产率和材料利用率低，适用于单件小批生产，后续冷加工工时多，加工曲柄销时切断了金属的纤维，削弱了曲轴的强度。轴的模锻工艺模锻法是将金属棒料或钢锭通过一系列锻模成形为曲轴毛坯。这种方法生产率和材料利用率高，金属锻造流线好，曲轴形状和尺寸较精确，与自由锻相比，可大大减少机械加工的工时，但需要制造一套价格昂贵的专用锻模，故适用于成批或大量生产的曲轴毛坯制造。金属棒料模锻适用于小型曲轴毛坯制造，钢锭模锻适用于中型曲轴和大型组合式曲轴曲柄的毛坯制造。曲轴模锻的工艺过程一般为制坯、预锻、终锻、切边和校正。其中制坯包括压扁、压弯、拔长、辊锻等，通过制坯使得材料分配更加合理。采用预锻主要有两个目的，其一是保证制坯后的金属能均匀地分布，有利于终锻的充满；其二是可以显著地减轻终锻型槽的负荷，从而提高锻模的使用寿命。曲轴锻造的工艺流程是随着曲轴材料、形状和生产条件的不同而不同的，特别是各种辅助工艺，是根据不同类型的曲轴、具体生产条件和经验来安排的。中、轻型汽车曲轴由于受发动机性能和结构的限制，一般以四拐曲轴为主，曲轴的尺寸较小，连杆颈与主轴颈的档宽和曲臂宽度都比较小。其结构有连杆颈中心线在一个平面内的，也有连杆颈中心线不在同一平面内的。前者锻造工艺较为简单，一般采用平面分模，模锻工步为：加热制坯预锻终锻切边校正热处理。后者又有两种成形工艺方案：一种是采用平面分模，用扭拐机将连杆颈扭到所需要的角度；另一种是直接采

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