發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件加工工藝設(shè)計(jì)案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u13204發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件加工工藝設(shè)計(jì)案例概述 1251601.1零件的工藝分析 1303861.2零件的加工特點(diǎn) 2112241.3曲軸的主要技術(shù)要求 2310841.4曲軸的材料和毛坯的確定 2156291.5曲軸的機(jī)械加工工藝過程 3211851.6夾具設(shè)計(jì) 7324631.6.1夾具設(shè)計(jì)應(yīng)該具備的基本要求 7180041.6.2連桿軸頸加工專用夾具計(jì)算方法 749051.7加工順序的安排 91.1零件的工藝分析從曲軸的外部形狀特點(diǎn)來看，它的橫面和截面沿旋轉(zhuǎn)軸線方向會(huì)發(fā)生很大幅度的改變，并且它們之間的應(yīng)力分布極為不均衡，尤其是在它的曲柄臂和它的頸部，過渡圓角和尾部油孔附近都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。曲軸必須要能夠承受其自身扭轉(zhuǎn)或者振動(dòng)所引起的各種外加應(yīng)力。在曲軸長期不斷運(yùn)行時(shí)，在應(yīng)力強(qiáng)度比較集中的區(qū)域曲軸會(huì)容易出現(xiàn)疲勞性的損壞。從以上可以知道，彎曲和疲勞薄膜斷裂通常是曲軸破壞的主要表現(xiàn)形式。曲軸的連桿軸頸，主軸頸和軸承副在高比壓力下進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)。軸頸和運(yùn)動(dòng)曲軸之間的兩個(gè)過渡處通常會(huì)容易發(fā)生裂紋，發(fā)熱和燒傷，其產(chǎn)生的現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響曲軸的效果[3]。根據(jù)曲軸的工作條件我們可以知道，曲軸應(yīng)該具有足夠的勞動(dòng)強(qiáng)度，硬度，優(yōu)異的耐磨性，高抗疲勞性和質(zhì)量小，潤滑性要好，以確保可以安全可靠地進(jìn)行工作。因此曲軸應(yīng)該具有以下幾種力學(xué)性能。（1）必須保證具有足夠的強(qiáng)度，減小傳動(dòng)軸頸的縱向翹曲度和變形并有效提高主軸自振性。（2）材料表面必須同時(shí)具有較高的機(jī)械硬度，彎曲疲勞強(qiáng)度，抗壓和扭腐蝕強(qiáng)度和較高耐磨性。（3）必須配備具有優(yōu)異的機(jī)械抗疲勞性和強(qiáng)的抗機(jī)械沖擊性。（4）必須具有優(yōu)異的潤滑效果。1.2零件的加工特點(diǎn)1.偏心工件中心孔的加工質(zhì)量對工件的加工精度影響很大，偏心工件兩端各對中心孔的位置要求一一對應(yīng)，如果兩端中心孔不在同一直線上，會(huì)造成軸線歪斜，或中心孔表面加工不圓整、不光滑；都會(huì)嚴(yán)重引起曲軸工件加工后的形狀誤差和位置誤差。所以，精度要求較高的偏心工件，中心孔一般都應(yīng)在精度較高的坐標(biāo)鏜床上加工。1.在兩頂尖上裝夾偏心工件，由于工件外圓上的受力點(diǎn)分布不均勻，會(huì)使裝夾不牢固，開車后或切削加工中將產(chǎn)生較大的離心力和沖擊振動(dòng)，會(huì)使工件出現(xiàn)不圓度和工件外圓切削振動(dòng)等，甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重事故。3.加工較長的曲軸工件時(shí)，最突出的矛盾是工件剛性差，回轉(zhuǎn)不平衡，容易變形，加工較困難；曲軸加工后用支撐螺釘支撐的方法可增加工件剛性，減少變形和振動(dòng)；但一定要注意頂尖和支撐螺釘不能頂?shù)眠^緊，過緊會(huì)使工件彎曲變形；若支撐螺釘頂?shù)锰蓜t起不到支承作用，加工中螺釘容易飛出來發(fā)生事故。4.偏心工件裝夾后，原中心線已偏移一定距離，為了防止打壞車刀產(chǎn)生事故，進(jìn)刀切削時(shí)應(yīng)先從工件最高點(diǎn)開始。5.車削偏心工件，切削速度不宜選得過高，車刀前角與后角不宜磨得過大。6.車偏心工件時(shí)頂尖受力不均勻，前頂尖容易損壞或移位。因此必須經(jīng)常檢查并保證兩頂尖處在有摩擦力又有間隙的狀況。7.注意調(diào)整車床主軸的間隙，特別是當(dāng)車床精度較差時(shí)，更顯得重要[4]。1.3曲軸的主要技術(shù)要求1.對于曲軸的主軸頸和連桿軸頸的公差精度級別要求相對較高為IT6，Ra為0.63-1.25μm。軸頸的總體長度公差要求一般是IT9-IT10。軸頸的一些大小和形狀公差，如圓、直徑和圓柱度都要控制到尺寸的公差之半[5]。1.位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度，曲軸各主軸頸的同軸度，小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.03-0.08mm。3.各連桿軸頸的位置度不大于±20′。1.4曲軸的材料和毛坯的確定曲軸在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩和彎曲應(yīng)力。會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，斷裂和軸頸部磨損。因此對于曲軸所用材料的選擇需要經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，材料的特性必須得滿足曲軸的工藝特點(diǎn)，一般都要求該材料必須具備很好的力學(xué)強(qiáng)度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度及良好的耐磨性。目前可以用來制造曲軸的材料還是比較多的有40鋼、45鋼或35CrMo。本研究課題所采用的材料是35CrMo。我們在進(jìn)行曲軸毛胚選擇時(shí)要根據(jù)其產(chǎn)量的多少、曲軸尺寸的大小和復(fù)雜程度、結(jié)構(gòu)和材料特性等來進(jìn)行選取。同時(shí)曲軸產(chǎn)量的多少又在一定程度上影響了其加工方式。1.5曲軸的機(jī)械加工工藝過程對于曲軸在位置上的精確性、加工時(shí)表面圖形的精確性和對于大小尺寸上的精確性要求都非常高。但有一個(gè)不好的地方就是剛度達(dá)不到要求，在加工過程非常容易出現(xiàn)變形。曲軸的主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、等都需要進(jìn)行加工。在加工過程中我們使用了工藝搭子這種方法，銑鍵槽安排在切除工藝之后，磨削外圓安排在保留工藝之前。按照汽車曲軸的基本結(jié)構(gòu)和主要部件成分組成，加工的工作順序一般可以簡單地歸納如下。銑兩端面，車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸，粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和φ20、φ22外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。圖1.1銑兩端面圖1.2車兩工藝搭子外圓圖1.3鉆中心孔圖1.4粗、精車三連桿軸頸圖1.5粗、精車各處外圓圖1.6磨兩主軸頸圖1.7磨φ22的外圓圖1.8磨φ20的外圓圖1.9切除工藝搭子圖3.0車端面圖3.1銑鍵槽圖3.2倒角1.6夾具設(shè)計(jì)1.6.1夾具設(shè)計(jì)應(yīng)該具備的基本要求1.足夠的精度對工件進(jìn)行定位主要是利用各個(gè)工件之間的相互配合來進(jìn)行的。定位器對于工件十分重要它能影響下一個(gè)工件的精確性，所以對于工件表面的精確度有一定的要求，目的是為了保證其加工的精確性。1.足夠的強(qiáng)度和剛度底面定位不但能限制了工件移動(dòng)的自由性，而且具有支撐工件、承載夾緊力及切削能力的功效。因而還要求它具備有足夠大的強(qiáng)度和剛性，以免在使用過程中發(fā)生變形或者是損壞。3.有較高的耐磨性工件的安裝和運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)磨損到定位器零部件的工件表面，造成定位器零部件的工件表面精度的下降。當(dāng)定位精度降低到一定程度后則不能保證其加工精度，因此要進(jìn)行相應(yīng)的定位單元以確保定位器元件在工作時(shí)表面上有很好的耐磨性。4.良好的工藝性定位器零部件的設(shè)計(jì)要求其結(jié)構(gòu)相對簡潔、合理、方便加工、安裝和更換。1.6.2連桿軸頸加工專用夾具計(jì)算方法車削時(shí)先把工件切至達(dá)到我們所需要的直徑和長度，并把兩端面都進(jìn)行車平。然后在三爪卡盤的卡爪上再依次墊上合理形狀與厚度適中的墊片后，就可以使用其來進(jìn)行車削偏心的部位了。墊片的大小及其厚度，可按照偏心間距尺寸的不同來進(jìn)行選擇。由于每塊墊片的外觀和形狀不同，因此對于每塊墊片的厚度和大小尺寸計(jì)算公式也會(huì)因?yàn)樾螤畲笮〉牟煌兴町怺8]。1.方形墊片厚度的計(jì)算對于車削偏心間隙較大的偏心工件，可采用一個(gè)正方形的墊片，如圖3.3所示。圖3.3方形墊片示圖其墊片厚度可用下面近似公式計(jì)算。式中：X—墊片厚度（mm）e—偏心工件的偏心距（mm）d—偏心工件卡爪夾住部分的直徑（mm）。1.扇形墊片厚度的計(jì)算在車削偏心距較大的工件時(shí)，我們可以根據(jù)以下函數(shù)進(jìn)行大致得估算。如圖3.4所示。圖3.4扇形墊片示圖X墊片的厚度d偏心工件的偏心距e爪夾部分的直徑零件圖中可知d＝59.5、e＝703.墊片厚度的修正由于我們通過對墊片計(jì)算厚度的分析方法所得出的各種墊片的厚度其實(shí)僅是個(gè)近似數(shù)值，而三爪卡盤的卡爪精度，墊片材料厚度和強(qiáng)度等都會(huì)對偏心距有一定的影響。所以在實(shí)際進(jìn)行操作時(shí)，用我們計(jì)算得到的數(shù)值去加工偏心零件，其得到的偏心距往往大于我們所需要的。因此需要想一些辦法去矯正它。進(jìn)行反復(fù)加工直到得到合格的偏心工件為止。1.7加工順序的安排在安排加工順序時(shí)一般應(yīng)遵循以下原則。1.基準(zhǔn)先行應(yīng)首先在模具上安排被選擇為精基準(zhǔn)的的表面進(jìn)行加工，再以模具上所加工出來的基準(zhǔn)作為定位標(biāo)準(zhǔn)，安排其他材料的表面進(jìn)行加工。這個(gè)基準(zhǔn)的原則也就是說精加工后我們還有一個(gè)更深層次的含義，就是我們在開始進(jìn)行精加工之前，需要先修整一下精度的基準(zhǔn)。1.先粗后精這是指先安排各表面的粗加工，然后再安排精加工。3.先主后次主體表面通常是指零部件上的主體設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面及重要的工作表面。這些表面都是直接影響零件品質(zhì)和性能的主要因素，對其材料進(jìn)行加工處理也是整個(gè)工藝流程中的主要組成部分，因此在我們確定材料加工的順序時(shí)，要首先充分考慮到材料加工主體表面的順序和安排，以此來保證主體表面的加工精度。在合理地安排了主要材料表面的加工順序之后，往往從加工的便利性與經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度來考慮，再安排次要材料表面進(jìn)行加工。4.先面后孔一般這類零件上有孔和面，這時(shí)我們就應(yīng)先把平面加工好，然后把加工好的平面作為基準(zhǔn)，再以該平面為基準(zhǔn)去進(jìn)行加工[6]。根據(jù)以上基本原則我們可以得出一個(gè)完整的曲軸機(jī)械加工