R180柴油机曲轴的工艺设计及其中两道工序的夹具设计

-1-0引言本次毕业设计是关于R180柴油机曲轴的工艺设计及其中两道工序的夹具设计。曲轴是柴油机中的关键零件之一，其材质大体分为两类：一是钢锻曲轴，二是球墨铸铁曲轴。由于采用铸造方法可获得较为理想的结构形状,从而减轻质量，且机加工余量随铸造工艺水平的提高而减小。球铁的切削性能良好，并和钢制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和耐磨性。而且球铁中的内摩擦所耗功比钢大，减小了工作时的扭转振动的振幅和应力，应力集中也没有钢制曲轴来的敏感。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到广泛采用。本次设计中曲轴的材质为球铁。从目前整体水平来看,毛坯的铸造工艺存在生产效率低，工艺装备落后，毛坯机械性能不稳定、精度低、废品率高等问题。从以下几个工艺环节采取措施对提高曲轴质量具有普遍意义。①熔炼国内外一致认为,高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球铁的关键所在。为获得高温低硫磷的纯净铁水，可用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。②球化处理③孕育处理冲天炉熔化球铁原铁水,对铜钼合金球铁采用二次孕育。这对于防止孕育衰退，改善石墨形态，细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。④合金化配合好铜和钼的比例对形成珠光体组织十分有利,可提高球铁的强度,而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。⑤造型工艺气流冲击造型工艺优于粘土砂造型工艺，可获得高精度的曲轴铸件，该工艺制作的砂型具有无反弹变形量的特点,这对于多拐曲轴尤为重要。⑥浇注冷却工艺采用立浇—立冷，斜浇—斜冷、斜浇—反斜冷三种浇注方式较为理想,其中后一种最好。斜浇—反斜冷的优点是：型腔排气充分，铁水充型平稳，浇注系统撇渣效果好，冒口对铸件的补缩效果好，适应大批量流水线生产。目前，国内大部分专业厂家普遍采用普通机床和专用组合机床组成的流水线生产，生产效率、自动化程度较低。曲轴的关键技术项目仍与国外相差1～2个数量级。国外的机加工工艺大致可归纳为如下几个特点。①广泛采用数控技术和自动线，生产线一般由几段独立的自动化生产单元组成，具有很高的灵活性和适应性。采用龙门式自动上下料，集放式机动滚道传输，切削液分粗加工与精加工两段集中供应和回收处理。②曲轴的主要加工工序基准中心孔，一般采用质量定心加工方式，这样在静平衡时，加工量很少。③轴颈的粗加工一般采用数控铣削或车拉工艺。工序质量可达到国内粗磨后的水平，且切削变形小、效率高。铣削和车拉是曲轴粗加工的发展方向。④国外的曲轴磨床均采用CNC控制技术，具有自动进给、自动修正砂轮、自动补偿和自动分度功能，使曲轴的磨削精度和效率显著提高。⑤油孔的加工采用鼓轮钻床和自动线，近几年随着枪钻技术的应用，油孔的加工大多已采用枪钻自动线钻孔—修缘—抛Ｒ１８０柴油机曲轴工艺设计及夹具设计-2-光。⑥曲轴的抛光采用CNC控制的砂带抛光机，所有轴颈一次抛光只需20多秒，粗糙度可达Ra0.4以下，大大减小了发动机的磨合期。⑦动平衡一般采用CNC控制的综合平衡机，测量、修正一次完成。⑧检验一般在生产线上配备MARPOSS或HOMWORK综合检测机，实现在线检测，对曲轴的几乎所有机加工项目均可一次完成检测、显示和打印。⑨曲轴的清洗采用专用精洗机定点定位清洗，保证了曲轴清洁度要求。⑩广泛采用了轴颈过渡圆角滚压技术。专用圆角滚压机自动控制，对所有轴颈圆角进行一次滚压，而且滚压力和滚压角度可自动调节，使圆角处产生最佳的残余压应力，提高了曲轴的疲劳强度。曲轴热处理的关键技术是表面强化处理。一般均正火处理，为表面处理作好组织准备。表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺，少数厂家还引进了圆角淬火技术和设备。球铁曲轴具有诸多优点，国内外广泛采用。但整体水平与国外还有相当差距，除生产规模小、管理落后外，主要差距仍是制造工艺的落后。借鉴国外的先进技术和工艺方法是提高我国曲轴制造水平的捷径。制定工艺规程的思路是：①收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性；②确定毛坯的类型及制造方法；③选择定位基准；④拟定工艺路线；⑤确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；⑥确定各工序的设备，刀具、夹具、量具和辅助工具；⑦确定各工序的切削用量及时间定额；⑧确定主要工序的技术要求及检验方法；⑨进行技术经济分析，选择最佳方案；⑩编制工艺文件。机械制造技术的新发展包括计算机辅助工艺规程设计和计算机辅助制造。计算机辅助制造是指通过计算机直接或间接地与企业中的物质资源和人力资源交换信息，实现计算机对制造过程各环节的管理、控制和操作。柔性制造系统工作内容有：①生产工程分析和设计；②生产计划调度；③工作站和设备的运行控制；④工程监测和质量保证；⑤物资供应与财会管理。计算机集成制造系统包括计算机辅助设计、计算机辅助工艺规程、计算机辅助制造、计算机辅助质量管理和自动存取等。夹具设计的思路是：①明确设计任务，收集设计资料；②拟订夹具的结构方案、绘制结构草图；③绘制夹具总装图。绘制夹具总装图的顺序和方法：①用双点化线或红色笔绘出工件的轮廓外形和主要表面，并用网纹线表示出加工余量；②视工件轮廓为透明体，分别绘出定位、导向、夹紧及其他元件或装置，最后绘制夹具体，形成一个夹具整体；③标注尺寸、公差与配合和技术要求；④对零件进行编号，填写零件明细栏和标题栏；⑤绘制夹具零件图。计算机辅助绘制夹具装配图：1、通常采用“菜单”的形式，对夹具元件图形进行编目和检索。2、夹具装配图由若干夹具元件图形拼接而成。在微机上开发的系统中可采用以下几种方法进行图形消隐：①按配合形式分别存图；②利用图形软件的一些基本命令作消隐处理；③参数化建库的消隐处理。-3-1R180柴油机曲轴工艺设计1.1分析零件图1.1.1零件的作用曲轴是柴油机的一个主要零件。曲轴主要用于作往复运动的机械中。1.1.2零件的工艺分析曲轴图样的视图、尺寸、公差和技术要求齐全、正确；零件选用材料为QT800-2，该材料具有较高的强度、韧性和塑性，切削性能良好；结构工艺性比较好。根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。1.2确定生产类型已知零件的年生产纲领为120000件，零件质量3.76kg，由《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—2可确定其生产类型为大量生产。故初步确定工艺安排的基本倾向为：加工设备以自动化和专用设备为主，通用设备为辅；机床按流水线或自动线排列；采用高效专用夹具；广泛采用专用夹具；广泛采用专用量具、量仪和自动检验装置。这样生产效率高。1.3确定毛坯1.3.1确定毛坯种类根据零件材料确定毛坯为铸件。并依其结构形状、尺寸大小和生产类型，毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造。根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—5铸件尺寸公差等级采用CT9级。1.3.2确定铸件余量及形状根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—7，取加工余量为MA-G级。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—8确定各表面的铸件机械加工余量。对于金属模机械砂型铸造，根据《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—9铸件最小孔的直径，故本零件上的孔不铸出。1.3.3画铸件—零件综合图（见曲轴零件毛坯图）1.4机械加工工艺过程设计Ｒ１８０柴油机曲轴工艺设计及夹具设计-4-1.4.1选择表面加工方法根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查《机械制造工艺及设备设计指导手册》表15—32～表15—34选择零件主要表面（依次为从长头到短头）的加工方法与方案如下：M36X2螺纹：粗车（IT12）—精车（IT6）—割槽Ф33X4.8（IT11）—车螺纹M36X2。1：8圆锥面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—铣键槽12N9（IT8）—磨削（IT6）。Ф45圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—磨削（IT6）—抛光（IT5）。Ф50圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф47X2.2—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。Ф60圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）。K面：铣（IT9）—钻孔4—Ф8（IT12）—铰孔4—Ф8（IT9）—钻孔2—M10（IT12）—攻丝2-M10。Ф45连杆颈圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）—抛光（IT5）。Ф14.2斜孔：钻（IT12）。Ф5斜油孔：钻（IT12）—抛光（IT8）。Ф60圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）。Ф50圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。Ф40圆柱面：粗车（IT12）—半精车（IT10）—割槽Ф38.5X3（IT10）—铣键槽5N9（IT8）—粗磨（IT7）—精磨（IT6）。Ф19孔：钻孔Ф18.5（IT12）—铰孔Ф19（IT8）。M6螺纹：钻孔2—Ф5（IT12）—攻丝2-M6。1.4.2确定工艺过程方案（1）拟定方案由于各表面加工方法已基本确定，现按照“先粗后精”、“先主后次”、“先面后孔”、“基准先行”的原则，初步拟定两种工艺过程方案，见表1。表1工艺过程方案方案Ⅰ方案Ⅱ工序号工序内容工序号工序内容毛坯毛坯010按铸件要求检验010批量毛坯抽检020热处理020铣两端面030批量毛坯抽检030钻中心孔B5040铣两端面040检测曲轴硬度-5-方案Ⅰ方案Ⅱ工序号工序内容工序号工序内容050钻中心孔B5050粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60060检测曲轴硬度060粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60070粗车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60070精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60080粗车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60080精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60090车开档，粗车连杆颈Ф45090割槽Ф38.5X3,割槽Ф33X4.8,割槽Ф47X2.2100精车短头，依次为Ф40h6，Ф50k6，Ф60,割槽Ф38.5X3100车开档110精车长头，依次为M36X2，1：8圆锥面，Ф45h9，Ф50m6,Ф60,割槽Ф33X4.8,割槽Ф47X2.2110粗、精车连杆颈Ф45120精车连杆颈Ф45120钻孔Ф14.2130钻孔Ф14.2130钻斜油孔Ф5140钻斜油孔Ф5140钻孔Ф18.5，铰孔Ф19150钻孔Ф18.5，铰孔Ф19150修正中心孔160修正中心孔160粗磨两端主轴颈Ф50170按工艺要求进行中间检验170粗磨连杆颈Ф45180粗磨两端主轴颈Ф50180铣键槽5N9190粗磨连杆颈Ф45190铣键槽12N9200铣键槽5N9200铣K面210铣键槽12N9210钻铰4—Ф8220铣K面220钻攻2—M10230钻铰4—Ф8230钻攻2—M6240钻攻2—M10240精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9250钻攻2—M6250精磨连杆颈Ф45260精磨主轴颈Ф50k6，Ф50m6，磨Ф45h9260磨1：8圆锥面270精磨连杆颈Ф45270车螺纹M36X2280磨Ф40h6280油孔Ф5抛光290磨1：8圆锥面290在N处打厂标及检验标记300车螺纹M36X2300探伤Ｒ１８０柴油机曲轴工艺设计及夹具设计-6-方案Ⅰ方案Ⅱ工序号工序内容工序号工序内容310油孔Ф5抛光310清洗320探伤320氮化330检验各相关尺寸330抛光连杆颈、油封档340在N处打厂标及检验标记340清洗、检验、包装350清洗360氮化370按氮化工艺要求检验380抛光连杆颈、油封档390清洗、检验、包装（2）方案论证方案Ⅰ的优点在于基本遵循粗精加工划分阶段的原则。方案Ⅱ的不足之处是加工过程中的检验太少，不利于控制曲轴的加工质量。根据以上分析，确定方案Ⅰ为曲轴零件加工的工艺路线。1.5选择加工设备与工艺装备1.5.1选择机床考虑到大量生产，尽量选用高效机床。①工序070、080、090、100均为圆柱面的车削加工，用CJK6140数