6170曲轴加工工艺及其夹具设计旧

1、目录第1章 零件分析1.1 曲轴作用分析11.2 曲轴工艺分析1第2章 确定毛坯、画毛坯-零件图 2.1.1 选择曲轴毛坯种类2 2.1.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量3 2.2.1 绘制曲轴毛坯图 2.2.2 绘制毛坯-零件合图第3章 工艺规程设计 3.1 定位基准的选择 3.2 制定工艺路线 3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 3.4 加工工序设计 3.5 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡第4章 总结致谢参考文献1 曲轴分析1.1 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

2、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。图1 6170曲轴Fig 1 the 6170 crank shaft图1 6170曲轴1.2

3、 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 确定毛坯，画毛坯-零件图2.1.1 选择曲轴毛坯种类毛坯的材料在发

4、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

5、、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6170曲轴选用球墨铸铁作为曲轴的毛坯材料。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

6、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

7、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：图2 6170曲轴毛坯图2.1.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量根据6170曲轴的功用和技术要求，确定其铸件毛坯精度中等，公差等级可达级（参照参考文献2机械制造技术课程设计指导查表），再根据参考文献机械制造技术课程设计指导，查表查得各毛坯尺寸的单边加工余量。 见表1：表

8、1 毛坯尺寸零件尺寸单面加工余量铸件毛坯尺寸曲轴毛坯尺寸公差同样根据参考文献机械制造技术课程设计指导表查得见表：表2 毛坯尺寸偏差铸件毛坯尺寸偏 差3 工艺规程设计3.1 定位基准的选择制定工艺路线首先要选择好定位基准，包括粗、精基准的选择。选择的粗基准要便于加工精基准，使所有加工表面有足够的加工余量并且保证相互位置精度，还要满足方便装夹等要求。选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便；要保证零件的加工精度，满足基准重合、基准统一、互为基准、自为基准和便于装夹原则等。6170曲轴为细长轴类零件，在曲轴加工过程中，为了保证质量中心孔钻在主颈毛坯外圆面的轴线

9、位置上，选用主轴颈的外圆面为粗基准同时为了保证所加工的基准面的轴向尺寸，选用第四主轴颈两侧面为轴向粗基准。同时，在第四主轴颈两侧上铣出两个工艺平面作为加工连杆颈时的辅助粗基准；在加工主轴颈及同轴心的轴颈外圆时，以质量中心孔为精基准；加工连杆颈时，用加工的法兰和小头的外圆及连杆颈外圆作为精基准。这样便于保证技术要求。3.2 制定工艺路线机械加工工艺路线是机械加工工艺规程的核心。按照先加工基准面后加工其他表面，先粗基准表面后精基准表面，先主要表面后次要表面以及先加工平面后加工孔等原则进行加工，制订出适合工厂自身条件，确保加工质量、高效和低成本的最佳工艺路线。本次设计的曲轴加工工艺路线如下：工序1毛

10、坯检测 工序2粗铣两端面工序3划两端中心孔线 工序4钻中心孔工序5粗车法兰及小端外圆 工序6精车法兰及小端外圆工序7铣平衡块两侧 工序8粗车第四主轴颈工序9粗磨第四主轴颈 工序10车拉全部主轴颈工序11铣曲轴连杆轴颈 工序12车平衡块外圆及倒角工序13钻大头端上定位销孔 工序14钻直油孔工序15钻斜油孔 工序16去毛刺、清洗工序17中频淬火 工序18精磨主轴颈和连杆轴颈工序19铣键槽 工序20钻两端孔工序21扩小端孔 工序22扩、铰法兰端孔工序23钻6个螺纹底孔 工序24攻6个螺纹底孔螺纹工序25油孔孔口倒角、抛光 工序26擦拭及吹净曲轴工序27磁力探伤及退磁 工序28轴颈滚压工序29轴颈变形

11、检测 工序30滚压校直工序31轴颈修磨 工序32动平衡测量、去重工序33清洗表面铁屑 工序34抛光所有轴颈工序35清洗、吹风 工序36最终检验工序37防锈。3.3 选择加工设备及刀、夹、量具拟定出加工工艺路线后，需要选择各工序的加工设备和工艺装备。合理的加工设备、工艺装备（机床、刀具、夹具以及量具等）使得加工出来的曲轴达到正常工作的要求，也能够提高加工生产率从而提高企业的经济效益。本设计加工设备、工艺装备选择如下：（1）第2道工序为粗铣两端面。由于曲轴尺寸较大，在大批大量生产的前提下，采用双面铣床可以满足两端面所需生产率要求以及加工精度等要求。本道工序选用双端面铣床。采用专用夹具定位加紧。双端

12、面铣床上使用硬质合金面铣刀。（2）第3道工序为划两端中心孔线。本道工序在生产车间将曲轴毛坯放置于工作台V型架上划线。（3）第4道工序为钻两端中心孔。曲轴两端中心孔孔径尺寸不大，由于曲轴尺寸较大，采用双面中心孔钻床。采用可调中心架，使用中心钻（GB/T 6078.21998）。（4）第5、6道工序是粗、精车法兰及小端外圆，可采用C630型车床进行车削。通过普通游标卡尺（GB/T 1214.21996）和普通式千分表（GB/T 12192000）检验。（5）第7道工序是铣平衡块两侧，采用数控曲轴铣床进行铣削。铣床上采用盘铣刀进行加工。（6）第8道工序是粗车第四主轴颈，可采用C630型车床进行车削。

13、采用两端中心孔定位。由于曲轴加工为大批大量生产，考虑到生产效率等方面的因素，在车床上选用可转位车刀（GB/T 20761987）减少换刀时间以提高劳动生产率。通过普通游标卡尺（GB/T 1214.21996）检验。（7）第9道工序是粗磨第四主轴颈。由于第四主轴颈在后续加工中起到定位基准以及辅助支撑的作用，因此先要将其加工出来，两端并且保证一定的精度。本道工序选用MQ8260型磨床。采用外径千分尺（GB/T 12162004）来检验加工后是否达到要求的精度。（8）第10道工序是车拉全部主轴颈，可采用数控曲轴主轴颈车拉机床进行加工。以主轴颈为回转中心，通过夹具装夹。（9）第11道工序是铣连杆轴颈，

14、连杆轴颈的加工是曲轴加工工艺中重点难点所在，由于其轴颈与主轴颈偏心，在曲轴旋转加工中由于偏心力的作用加工容易出现较大误差，因此要注意本道工序的加工，保证加工精度。采用数控曲轴内铣床。（10）第12道工序是车平衡块外圆及倒角，平衡块位于曲拐上，是偏心的，因此要采用多刀车床进行偏心车削。（11）第13道工序是钻大头端上定位销孔，使用专用钻床夹具装夹，使用摇臂钻床Z35进行钻削。使用直柄麻花钻（GB/T 6135.31996）。（12）第14道工序是钻直油孔，可采用Z35摇臂钻床使用专用钻直油孔钻模定位夹紧曲轴钻出所要求的直油孔，钻头使用直柄长麻花钻（GB/T 6135.41996）。（13）第15

15、道工序是钻斜油孔，柴油机曲轴斜油孔的加工是曲轴加工工艺过程中比较关键的工序，由于其要求为斜油孔，位置与角度要求比较高，加工中要保证其位置精度。本道工序采用Z35摇臂钻床进行钻削加工。要使用专用钻斜油孔钻模定位夹紧工件，定位要满足角度及位置要求，防止不能与直油孔对接等情况的发生。钻头使用直柄长麻花钻（GB/T 6135.41996）即可。（14）第16道工序是去毛刺、清洗，使用高压去毛刺清洗机器，通过高压水形成多方向高压水流的柔性刀具对各复杂表面、孔等进行清洗及去毛刺。（15）第17道工序是中频淬火，采用曲轴淬火机床，进行感应淬火，以此改善曲轴材料表面组织，提高材料的表面强度。（16）第18道工

16、序是精磨主轴颈和连杆轴颈，采用数控曲轴磨床一次装夹磨削。（17）第19道工序是铣键槽，采用X62W型卧式万能升降台铣床进行铣削。通过专用铣床夹具定位夹紧曲轴，铣削键槽。（18）第20道工序是钻两端孔，采用Z3080型摇臂钻床。钻头使用锥柄麻花钻（GB/T 1438.11996）。（19）第21道工序是扩小端孔，采用Z3080型摇臂钻床。钻头使用直柄扩孔钻（GB/T 42562004）。（20）第22道工序是扩铰法兰端孔，采用Z3080型摇臂钻床。钻头使用锥柄扩孔钻（GB/T 42562004），铰刀型号为机用铰刀（GB/T 11322004）。（21）第23道工序是钻6个螺纹底孔，采用Z304

17、0型摇臂钻床。钻头使用直柄麻花钻（GB/T 6135.31996）。（22）第24道工序是攻6个螺纹底孔螺纹，采用丝锥攻丝。丝锥类型为机用丝锥（GB/T 3464.11994）。（23）第25道工序是油孔孔口倒角及抛光，采用油孔孔口倒角工具对孔口倒角，并利用砂布抛光孔口锐边。（24）第27道工序是磁力探伤及退磁，根据国家颁布的曲轴技术条件规定，每根曲轴必须经磁力探伤并执行严格的磁力探伤标准。磁力探伤后要退磁。使用磁力探伤机进行检测。（25）第28道工序是轴颈滚压，进行轴颈滚压工艺是为了提高曲轴圆角强度，起到冷作硬化的作用，在曲轴加工工艺中是较好的提高曲轴表面强度的工序。球墨铸铁曲轴圆角滚压强化

18、将广泛应用于曲轴加工中。采用曲轴圆角滚压机床进行滚压强化表面。（26）第29道工序是轴颈变形检测，第30道工序是滚压校直。通过曲轴滚压、校直机床对曲轴滚压强化后的轴颈进行直线度等的检测，并对直线度没有达到要求的轴颈进行滚压校直，保证曲轴精度。（27）第32道工序是动平衡测量、去重，这是发动机曲轴加工过程中较为关键的一道工序，发动机在工作时要保证传给作用力的大小和方向不随时间变化，曲轴各个质点具有离心惯性力，而曲轴质量分布不均匀，因此需要对曲轴进行动平衡去重。采用动平衡机检测，并去重。（28）第33道工序是清洗表面铁屑，采用清洗机进行清洗。（29）第34道工序是抛光所有轴颈，采用抛光机利用砂带进

19、行抛光。3.4 加工工序设计 （1）机械加工顺序 遵循“先基准后其他”原则。 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，如先加工外圆表面，再加工键槽。 遵循“先面后孔”原则。（2）热处理工序及强化曲轴在工作过程中将活塞连杆的住复运动变为旋转运动。曲轴在工作中承受着很大的弯曲应力和扭转应力，受力情况非常复杂。此外，发动机的增压、扩缸及提高转速来提高功率，曲轴的各个轴颈要在很高的压力下高速转动，所以对曲轴的抗拉强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性以及冲击韧性提出了更高的要求。基于上述要求，而且曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳断裂，因此必须对曲轴进行强化处理。目前国

20、内外曲轴常见的强化工艺大致有以下 5 种：(1)氮化：氮化能提高曲轴疲劳强度的 20%60%，适用于各类曲轴。(2)喷丸：曲轴经过喷丸处理后能提高疲劳强度20%40%，锻钢曲轴经过合理工艺喷丸强化后，其弯曲疲劳极限可以达到圆角淬火的水平。(3)圆角与轴颈感应淬火：该强化方式应用于球磨铸铁曲轴时，能提高疲劳强度 20%；用于钢轴时，则能提高 l00%以上，故在锻钢轴中应用比较普遍。(4)圆角滚压：曲轴工作时承受大而复杂的冲击载荷,对抗疲劳强度的要求非常高，曲轴轴颈与侧面的连接过渡圆角处为应力集中区,也是疲劳破坏的敏感区域,是较薄弱的环节。通过曲轴圆角滚压技术可以有效地提高曲轴的圆角强度。曲轴的圆

21、角滚压,就是利用滚轮的压力作用,在曲轴的主轴颈和连杆颈过渡圆角处形成一条滚压塑性变形带,这条塑性变形带产生了残余压应力,可与曲轴在工作时的拉应力抵消或部分抵消,从而提高疲劳强度，提高曲轴表面硬度提高。滚压使圆角处形成高硬度的致密层,使曲轴的机械强度和疲劳强度得到提高。大大减小了圆角处的应力集中,提高了疲劳强度。(5)复合强化：就是应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理，例如曲轴圆角按压加轴颈淬火等。据资料介绍，球墨铸铁曲轴采用圆角滚压工艺与离子氮化工艺结合使用，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。所以综合考虑，此次采用滚压强化。（3）辅助工序 在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清

22、洗、终检工序。3.5 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡机械加工工艺过程卡片产品型号零（部）件图号产品名称零（部）件名称左支座共（ X ）页第（ x ）页材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外型尺寸每毛坯可制件数1每台件数备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工步工时铸造时效、涂漆10粗铣A面X52K专用夹具2030405060708090100描图110120描校130检验140入库底图号设计日期审核日期标准化日期会签日期装订号标记处数更改文件号签字日期指导 机械加工工序卡片工序名称 XXx 工序号 XX零件名称 XXX 零件号零件重量 同时加工零件数 1 材 料 毛 坯 牌 号 硬 度 型 号重 量 HT200 灰铸铁 设 备夹具名称辅助工具 名 称型 号立式铣床 X52K 专用夹具安装工步安装及工步说明刀具量具走 刀长 度走 刀次 数切削深度进给量主轴转速切削速度基本工时 11 粗铣A面 面铣刀游标卡尺1 3mm 2m