1、柴油机曲轴工艺设计12020 年 4 月 19 日文档仅供参考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, 其材质大致分为两类: 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 , 并和钢制曲轴一样能够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。因此球墨铸铁曲轴在国内外得到广泛采用。本次
2、设计中曲轴的材质为球铁。从当前整体水平来看 ,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。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。球化处理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 , 改进石墨形态, 细化石墨及保证高强度球铁机械性能具有重要作用。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22020 年 4 月
3、19 日文档仅供参考提高球铁的强度, 而且铜和钼还可大大降低球铁件对壁厚的敏感性。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。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。当前 , 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
4、 个数量级。国外的机加工工艺大致可归纳为如下几个特点。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。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。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。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光。曲轴的抛光采用CNC控制的砂32020 年 4 月 19 日文档仅供参考带抛光机 , 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。动平衡一般采用CNC控制的综合平衡机,测 量、修 正一 次完 成 。 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。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。广泛采用了轴颈过渡圆角滚压技
6、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中国曲轴制造水平的捷径。制定工艺规程的思路是: 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; 确定毛坯的类型及制
7、造方法; 选择定位基准 ; 拟定工艺路线; 确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差 ; 确定各工序的设备, 刀具、夹具、量具和辅助工具; 确定各工序的切削用量及时间定额; 确定主要工序的技术要求及检验方法;42020 年 4 月 19 日文档仅供参考进行技术经济分析, 选择最佳方案 ; 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经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: 生产工程分析和设计; 生产计划调度 ; 工作站和设备的运行控制 ; 工程监测和质
8、量保证 ; 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: 明确设计任务, 收集设计资料; 拟订夹具的结构方案、绘制结构草图; 绘制夹具总装图。绘制夹具总装图的顺序和方法 : 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 ; 视工件轮廓为透明体 , 分别绘出定位、导向、夹紧及其它元件或装置 , 最后绘制夹具体 , 形成一个夹具整体 ;标注尺寸、公差与配合和技术要求; 对零件进行编号, 填写零件明细栏和标题栏 ; 绘制夹具零件图。计算机辅助绘制夹具装配图 :1 、一般采用”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 : 按配合形式分别存图 ; 利用图形软件的一些基本命令作消隐处理 ; 参数化建库的消隐处理。1 R180 柴油机曲轴工艺设计52020 年 4 月 19 日
