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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 六月 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 摘要：機(jī)械制造業(yè)加工水平是一國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的標(biāo)志。機(jī)械制造業(yè)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門提供裝備，它的發(fā)展水平直接影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的提高。長(zhǎng)期以來，汽車制造業(yè)，作為國(guó)家重點(diǎn)投資和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，雖然取得了一定的成績(jī)，但是與國(guó)際上汽車工業(yè)先進(jìn)國(guó)家相比還有很大差距。隨著經(jīng)濟(jì)全球化，汽車工業(yè)必須面對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)際廣泛領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。為提高中國(guó)汽車制造業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，首先必須要改進(jìn)汽車重要零件的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)。 本文深入的分析了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工藝過程，制定了解放牌汽車CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的加工工藝。并以實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)效率和低成本為出發(fā)點(diǎn)來設(shè)計(jì)了曲軸加工過程中的工裝夾具。并以AUTOCAD和三維造型軟件UG(Unigraphics)為設(shè)計(jì)平臺(tái)，分別繪制了CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸零件圖、三維模型以及曲軸工裝夾具的零件圖和三維模型。 關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；曲軸；工藝；夾具 The Processing Technology of Crankshaft and the Design of Fixtures Abstract:The level of machinery manufacturing is the sign of national economy development .Machinery manufacturing supplies equipments to the national economy, and its development has a direct influence on the level of technique and the improvement of economic efficiency in the departments of our national economy. Over the years, the automobile industry is regarded as the main investment and development industry in our country. In spite of some achievements, we still lag far behind when compared with other countries in the world which are advanced in automobile industry. With the globalization of world economy, the automobile industry has to face the fierce competition in a large domestic and international area. In order to enhance the competitiveness of China’s automobile industry in the international fields, we should firstly enhance the craft of its key parts and manufacturing technology of the automobile. This article analyzes deeply in the structural characteristics and process of the engine crankshaft, and has developed the crankshaft processing of the engine of Jiefang automobile CA6102. And it takes achieving high efficiency of production and low cost as the starting point to design power tools of the crankshaft’s producing processing. And it is in the platform of AUTOCAD and three-dimensional shape software UG, having drawn the charts of CA6102 engine crankshaft components, models of three-dimensional and drawings of crankshaft tool components and models of three-dimensional. Key words: engine, crankshaft, process, fixtures  目 錄 第1章 緒論 1 1.1課題背景 1 1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況 2 1.3中國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸發(fā)展趨勢(shì) 4 1.3.1鑄造技術(shù) 4 1.3.2鍛造技術(shù) 5 1.3.3機(jī)械加工技術(shù) 6 1.3.4熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù) 6 1.3.5曲軸表面強(qiáng)化技術(shù) 7 1.4國(guó)外內(nèi)燃機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 7 1.5研究?jī)?nèi)容和研究方法 9 1.6課題研究的意義和目的 10 1.7論文正文的結(jié)構(gòu) 10 第2章 零件工藝總體設(shè)計(jì) 11 2.1曲軸零件介紹 11 2.1.1曲軸零件分析 12 2.1.2曲軸的主要加工表面及技術(shù)要求 13 2.2曲軸加工工藝分析 14 2.2.1毛坯選擇 16 2.2.2基準(zhǔn)的選擇 17 2.3確定工藝路線 18 第3章 工藝詳細(xì)設(shè)計(jì) 21 3.1主要工序分析 21 3.1.1軸頸的車削 21 3.1.2軸頸的磨削 26 3.1.3軸頸深油孔的加工 28 3.1.4軸頸的光整加工 30 3.2切削用量選擇原則 31 3.2.1粗加工時(shí)切削用量的選擇原則 32 3.2.2精加工時(shí)切削用量的選擇原則 33 3.3機(jī)械加工余量和工序尺寸以及毛坯尺寸的確定 33 3.3.1確定工序尺寸 33 3.3.2尺寸鏈計(jì)算 35 3.4切削用量及工額定時(shí) 36 3.4.1銑曲軸兩端面和鉆中心孔 36 3.4.2粗車第四主軸頸及兩端面 37 3.4.3粗磨第4主軸頸： 38 3.4.4粗車其余主軸頸及其它外圓端面： 38 3.4.5精車第2、3、5、6、7主軸頸和油封軸頸及法蘭 39 3.4.6銑工藝定位平面 39 3.4.7車六個(gè)曲柄銷及其端面 40 3.4.8鉆油孔 41 3.4.9精磨主軸頸 41 3.4.10粗磨連桿軸頸 41 3.4.11精磨連桿軸頸 42 3.4.12銑鍵槽 42 3.4.13精加工法蘭端軸承孔 43 3.4.14拋光 43 第4章 專用夾具設(shè)計(jì) 44 4.1夾具的概念以及作用 44 4.1.1機(jī)床夾具的概念 44 4.1.2機(jī)床夾具的分類 44 4.1.3夾具的組成 45 4.2精磨連桿軸頸專用夾具設(shè)計(jì) 45 4.2.1總體分析 45 4.2.2夾具設(shè)計(jì) 46 4.2.3切削力及夾緊力的計(jì)算 48 4.2.4定位誤差的分析 51 結(jié) 論 52 致 謝 53 參考文獻(xiàn) 54 第1章 緒論 1.1課題背景 我國(guó)制造業(yè)水平正在高速發(fā)展，長(zhǎng)期以來，汽車制造業(yè)，作為國(guó)家重點(diǎn)投資和發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，雖然取得了一定的成績(jī)，但是與國(guó)際上汽車工業(yè)先進(jìn)國(guó)家相比還有很大差距。我國(guó)汽車汽車工業(yè)尚屬幼稚產(chǎn)業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)全球化，汽車工業(yè)必須面對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)際廣泛領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)。為提高中國(guó)汽車制造業(yè)在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力，首先必須要改進(jìn)汽車重要零件的生產(chǎn)工藝和制造技術(shù)。 曲軸是內(nèi)燃機(jī)中的重要零件之一，是承受沖擊載荷傳遞動(dòng)力的關(guān)鍵零件，在內(nèi)燃機(jī)五大件機(jī)體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸中是最難以保證加工質(zhì)量的零件。由于曲軸工況條件惡劣，因此對(duì)曲軸的材質(zhì)、毛坯加工技術(shù)、精度、表面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。若其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量沒有得到保證，將會(huì)嚴(yán)重影響曲軸的壽命和整機(jī)的可靠性，因此包括中國(guó)在內(nèi)的世界各國(guó)對(duì)曲軸的加工都十分重視，都在不斷地改進(jìn)曲軸加工工藝，最大限度地提高曲軸的壽命。 我國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸專業(yè)生產(chǎn)改進(jìn)企業(yè)共63家。近年來隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，通過引進(jìn)技術(shù)消化吸收和自行開發(fā)，總體水平有了較大的提高。但是也應(yīng)看到，我國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸生產(chǎn)技術(shù)距世界先進(jìn)水平仍相差很遠(yuǎn)，甚至于還滿足不了我國(guó)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的要求。國(guó)內(nèi)曲軸專業(yè)生產(chǎn)廠家雖然不是很多，但存在整體規(guī)模小、專業(yè)化程度低、企業(yè)設(shè)備陳舊、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝落后、性能和可靠性差、品種雜亂和“三化”程度低等問題，它是影響整機(jī)適應(yīng)國(guó)內(nèi)及國(guó)際市場(chǎng)能力的重要因素。隨著我國(guó)加人WTO，內(nèi)燃機(jī)零部件行業(yè)將面臨更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也將迎來新的發(fā)展與機(jī)遇。我們只有充分了解國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)地改進(jìn)和提高曲軸制造技術(shù)水平，生產(chǎn)出具有世界一流水平的內(nèi)燃機(jī)曲軸，才能以實(shí)力參與市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。[1] 1.2國(guó)內(nèi)外研究狀況 （1）毛坯的制造技術(shù) 球鐵曲軸的生產(chǎn)繼，QT600-2，700-2之后，現(xiàn)已能穩(wěn)定地生產(chǎn)QT800-2，QT900-2等幾種牌號(hào)，目前已能大批量生產(chǎn)QT800-6球鐵曲軸。但從整體水平來看, 存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機(jī)械性能不穩(wěn)定，精度低，廢品率高等問題。 （2）熔煉方面 高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān)鍵所在。經(jīng)大量分析研究表明，國(guó)外球鐵中硫、磷、鎂及稀土元素含量明顯低于國(guó)產(chǎn)件，且金相組織中的石墨圓整均勻。究其原因，主要是國(guó)內(nèi)以沖天爐為主的生產(chǎn)設(shè)備，鐵水未進(jìn)行預(yù)脫硫處理其次是高純生鐵少，焦炭質(zhì)量差。為獲得高溫低硫磷的鐵水，可采用雙聯(lián)外加預(yù)脫硫的熔煉方法，即可以用沖天爐熔化鐵水，經(jīng)爐外脫硫把硫降到以0.01%以下），然后在感應(yīng)電爐中升溫并調(diào)整成分。爐前鐵水成分的檢測(cè)國(guó)內(nèi)已普遍采用真空直讀光譜儀來進(jìn)行，真空直讀光譜儀多從日本、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)引進(jìn)。 （3）造型方面 氣流沖擊造型工藝明顯優(yōu)于粘土砂造型工藝，可獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有變形量無反彈的特點(diǎn)，這對(duì)于多拐曲軸尤為重要。目前國(guó)內(nèi)一些廠家已從瑞士、德國(guó)、意大利、西班牙等國(guó)的公司引進(jìn)。在國(guó)外，曲軸造型多采用殼形工藝，其中酚醛樹脂砂熱固化殼形工藝是比較成熟的一種。利用該工藝及其配套設(shè)備可制取高強(qiáng)度的鑄型殼，從而確保鑄件具有較高的精度、較低的表面粗糙度和致密的金相組織。目前國(guó)內(nèi)極少數(shù)廠家已引進(jìn)整條生產(chǎn)線。 （4）砂處理和清理 型砂質(zhì)量是確保鑄形質(zhì)量的重要條件，在高效混砂和舊砂冷卻方面是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)。因此，國(guó)內(nèi)部分廠家從德國(guó)、日本、瑞士、美國(guó)引進(jìn)了混砂機(jī)和舊砂冷卻裝置，以及大容量的滾筒篩、斗式提升機(jī)、砂形水分檢測(cè)控制儀等。鑄件的清理使用吊鏈?zhǔn)綊佂枋液丸T件水平旋轉(zhuǎn)鼠籠式拋丸機(jī)。國(guó)外砂處理系統(tǒng)和單元多為自動(dòng)化微機(jī)管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量實(shí)行自動(dòng)檢測(cè)和控制，型砂運(yùn)輸系統(tǒng)多為自動(dòng)化控制。鑄件清理全部在專機(jī)自動(dòng)線上進(jìn)行，多數(shù)勞動(dòng)由機(jī)械手和機(jī)器人操作。 （5）毛坯的鍛造技術(shù) 目前，國(guó)內(nèi)雖已有一批先進(jìn)的鍛造設(shè)備，但由于數(shù)量少，加之模具制造技術(shù)和其他一些設(shè)施跟不上，使一部分先進(jìn)設(shè)備未充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。但從總體上來講，需改造和更新的陳舊普通鍛造設(shè)備多，工藝落后，先進(jìn)的技術(shù)雖有所應(yīng)用但還不普遍，檢測(cè)手段以手工測(cè)量為主，鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定，加工余量偏大，材料利用率偏低，能耗高，噪聲、振動(dòng)和煙塵治理差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。 （6）機(jī)械加工技術(shù) 國(guó)內(nèi)大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機(jī)床和專用組合機(jī)床組成的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度較低。粗加工設(shè)備多采用S1-206A，S1217或S1-130曲軸車床加工主軸頸及連桿頸，工序質(zhì)量穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)部應(yīng)力，難以達(dá)到合理的加工余量。外圓的磨削余量一般單邊留0.5～0.8mm；止推面單邊余量一般留0.3～0.4mm，為保證成品尺寸，采用多次磨削方式。一般精加工采用MQ8260曲軸磨床粗磨一半精磨一精磨一拋光。通常靠手工操作，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，廢品率較高?！鞍宋濉逼陂g，部分企業(yè)曾先后引進(jìn)數(shù)控內(nèi)銑床銑曲軸主軸頸和連桿軸頸，數(shù)控磨床、數(shù)控砂帶拋光機(jī)等先進(jìn)設(shè)備使曲軸機(jī)加工水平提高，但整體工藝水平仍很低，曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目與國(guó)外相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。 國(guó)外的機(jī)加工技術(shù)大致可歸納為以下幾個(gè)特點(diǎn)： 1、廣泛采用數(shù)控技術(shù)及自動(dòng)線，生產(chǎn)線一般由幾段獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應(yīng)性。采用龍門式自動(dòng)上下料，集放式機(jī)動(dòng)滾道傳輸，切削液分粗加工和精加工兩段集中供應(yīng)和回收處理。 2、曲軸中心孔一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣可保證后續(xù)工序加工時(shí)工件運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。另外，在曲軸動(dòng)平衡工序中，不平衡量很小，有利于改善曲軸的內(nèi)部質(zhì)量補(bǔ)償。 3、軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車?yán)に?。工序質(zhì)量可以達(dá)到國(guó)內(nèi)粗磨后的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車?yán)乔S粗加工的發(fā)展方向。 4、國(guó)外的數(shù)控磨床多采用CNC控制技術(shù)，具有自動(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)修正砂輪、自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)分度等功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。主軸頸一般采用多砂輪磨削，連桿軸頸一般采用雙砂輪磨削。 5、油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動(dòng)線。近幾年來，隨著槍鉆技術(shù)的應(yīng)用，油孔的加工大多采用槍鉆自動(dòng)線鉆孔-修緣-拋光。 6、曲軸的拋光采用CNC控制的砂帶拋光機(jī)，所有軸頸一次拋光只需20多s，粗糙度可達(dá)Ra0.4以下，大大縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合期。 7、動(dòng)平衡一般采用CNC控制的綜合平衡機(jī)，測(cè)量、修正一次完成。 8、檢測(cè)一般在生產(chǎn)線上配備MARPOSS或HOMWORK綜合檢測(cè)機(jī)，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，對(duì)曲軸的幾乎所有機(jī)加工項(xiàng)目均可一次完成檢測(cè)、顯示、打印。 9、曲軸的清洗采用專用精洗機(jī)定點(diǎn)定位清洗，能有效地保證曲軸的清潔度要求。 10、廣泛采用了軸頸過渡圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機(jī)自動(dòng)控制，對(duì)所有軸頸圓角進(jìn)行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角度自動(dòng)調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余壓應(yīng)力，提高了曲軸的疲勞強(qiáng)度。 （7）熱處理和表面強(qiáng)化技術(shù) 曲軸的熱處理關(guān)鍵技術(shù)是表面強(qiáng)化處理。曲軸一般均采用正火處理，為表面處理做好組織準(zhǔn)備。國(guó)內(nèi)在正火工藝方面也進(jìn)行了大量的探索和創(chuàng)新。例如有的廠家試驗(yàn)成功了用鑄造余熱進(jìn)行正火熱處理的工藝，具有明顯的節(jié)能降耗效果，值得推廣應(yīng)用。表面強(qiáng)化處理一般采用感應(yīng)淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引進(jìn)了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備?！鞍宋濉逼陂g我國(guó)引進(jìn)了多套美國(guó)、意大利等國(guó)家的曲軸淬火和氣體氮化設(shè)備，近年來還引進(jìn)了德國(guó)的曲軸軟液軟氮化和氣體二段式氮化技術(shù)以及離子氮化工藝，使我國(guó)的曲軸表面強(qiáng)化處理水平達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。據(jù)國(guó)外資料介紹，球墨鑄鐵曲軸采用圓角滾壓工藝與離子氮化結(jié)合使用進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化，可使整個(gè)曲軸的抗疲勞強(qiáng)度提高130%以上。東風(fēng)汽車公司工藝研究所的“曲軸圓角滾壓強(qiáng)化與液壓校直技術(shù)研究開發(fā)及應(yīng)用”解決了國(guó)內(nèi)企業(yè)所遇到的問題，該課題獲得了國(guó)家機(jī)械工業(yè)局科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。 1.3中國(guó)內(nèi)燃機(jī)曲軸發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1鑄造技術(shù) （1）融化方面 對(duì)于高牌號(hào)鑄鐵的熔化，將采用大容量中頻爐進(jìn)行熔煉或變頻中頻爐熔煉，對(duì)各類金屬原材料的使用將進(jìn)行更為嚴(yán)格的管理，并采用直讀光譜儀檢測(cè)鐵水成分。對(duì)于普通鑄鐵的熔化，采用雙聯(lián)熔煉工藝，但沖天爐向大型化和外水冷無爐襯熱風(fēng)或富氧送風(fēng)方向發(fā)展，對(duì)沖天爐使用的非金屬原材料和金屬原材料要求更加嚴(yán)格，對(duì)鐵水中S，P及雜質(zhì)含量嚴(yán)加限制。球鐵處理采用轉(zhuǎn)包研制新品種球化劑，采用隨流孕育、型內(nèi)孕育及復(fù)合孕育等先進(jìn)的孕育方法。熔化過程的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制和屏幕顯示，采用自動(dòng)和半自動(dòng)澆注機(jī)進(jìn)行澆注，減少操作人員，實(shí)現(xiàn)沖天爐煙塵凈化無污染排放。 （2）造型和制芯 消失模鑄造將進(jìn)一步發(fā)展和推廣。在砂型鑄造中，無箱射壓造型和擠壓造型將受到重視，并繼續(xù)在新建廠或改建廠中推廣應(yīng)用。原有的高壓造型線將繼續(xù)使用，其中部分關(guān)鍵元件將得到改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組芯和下芯。自動(dòng)快換型板及模具可適應(yīng)不同產(chǎn)品的更換交替。在制芯工藝上新型冷芯盒或新型溫芯盒制芯設(shè)備將出現(xiàn)，組合射芯將在新型設(shè)備上進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。Repset砂的造型和制芯工藝將進(jìn)一步推廣。 （3）砂處理和清理 砂處理系統(tǒng)和單元將實(shí)現(xiàn)微機(jī)化管理，型砂中水分和有效粘土含量及煤粉含量將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制，型砂運(yùn)輸系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化程序控制。鑄件清理將全部在專機(jī)自動(dòng)線上進(jìn)行，主要是機(jī)器人操作，在清理自動(dòng)線上實(shí)現(xiàn)荒加工和質(zhì)量檢測(cè)。 1.3.2鍛造技術(shù) （1）計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)將廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制，能實(shí)現(xiàn)鍛造溫度控制，過熱和欠熱棒料的自動(dòng)化分選，潤(rùn)滑油點(diǎn)油溫監(jiān)控，設(shè)備公稱力顯示，自動(dòng)噴霧冷卻模具，設(shè)備操縱系統(tǒng)控制，故障自動(dòng)診斷、報(bào)警，工藝編程，模具設(shè)計(jì)與制造。計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用在工藝過程的規(guī)范化管理，促進(jìn)曲軸乃至內(nèi)燃機(jī)鍛造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步等方面發(fā)揮著重要的作用。 （2）形成柔性制造系統(tǒng) 以熱模鍛壓力機(jī)、電液錘為主機(jī)的自動(dòng)線是今后生產(chǎn)曲軸的發(fā)展方向，這些生產(chǎn)線將普遍采用精密剪切下料、輥鍛（楔橫軋）制坯、中頻感應(yīng)加熱、精整液壓機(jī)精壓等先進(jìn)工藝，同時(shí)配有機(jī)械手、輸送帶、帶回轉(zhuǎn)臺(tái)的換模裝置等輔機(jī)，形成柔性制造系統(tǒng)。通過FMS，可自動(dòng)更換工件和模具以及自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，在工作過程中不斷測(cè)量。顯示和記錄鍛件厚度和最大壓力等數(shù)據(jù)并與定值比較，選擇最佳變形量以獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。由中央控制室監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人化操作。 （3）發(fā)展電液錘鍛造生產(chǎn)線 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，質(zhì)量?jī)r(jià)格在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的作用日顯重要，電液錘也應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了以行程、打擊能量、速度可控與預(yù)選的電液錘為主機(jī)的曲軸現(xiàn)代化水平生產(chǎn)線。由于電液錘鍛造生產(chǎn)線投資小，技術(shù)水平高，適應(yīng)性強(qiáng)，所以21世紀(jì)電液錘與熱模鍛壓力機(jī)將同時(shí)得到發(fā)展，都將為各種新型或改進(jìn)型內(nèi)燃機(jī)提供合格的精密鍛造毛坯。 1.3.3機(jī)械加工技術(shù) 曲軸粗加工將廣泛采用數(shù)控車床，CNC數(shù)控內(nèi)銑床，CNC車削，拉削機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備對(duì)主軸頸和連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、車削、拉削加工，以有效地減少曲軸加工的變形量。曲軸精加工將廣泛采用CNC控制的曲軸磨床對(duì)其軸頸進(jìn)行精磨加工，此種磨床將配備砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡裝置、中心架自動(dòng)跟蹤裝置、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)補(bǔ)償裝置、砂輪自動(dòng)修整、恒線速度等功能要求，以保證磨削質(zhì)量的穩(wěn)定。 工件的輸送，將廣泛采用帶自動(dòng)編碼識(shí)碼的機(jī)動(dòng)滾道輸送，龍門式機(jī)械手上下工件，減少輸送中人為的碰撞，實(shí)現(xiàn)曲軸的自動(dòng)加工。 曲軸超精加工將廣泛采用砂帶拋光機(jī)拋光加工，以改善曲軸表面粗糙度和提高曲軸疲勞強(qiáng)度 1.3.4熱處理技術(shù)和表面強(qiáng)化技術(shù) （1）曲軸中頻感應(yīng)淬火 曲軸中頻感應(yīng)淬火，將采用微機(jī)監(jiān)控閉環(huán)中頻感應(yīng)加熱裝置，該裝置的特點(diǎn)是： 1、能動(dòng)態(tài)地顯示系統(tǒng)工況，具有多任務(wù)、多窗口及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換等功能，操作方便。 2、多幅畫面，各畫面之間以動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)顯示中頻設(shè)備運(yùn)行過程中各重要參數(shù)狀態(tài)、各點(diǎn)溫控監(jiān)控畫面，具有顯示曲軸多點(diǎn)溫度、時(shí)間等情況，及根據(jù)不同直徑、材質(zhì)選用加熱溫度的功能。 3、記錄實(shí)時(shí)及歷史趨勢(shì)曲線，記錄打印裝置運(yùn)行過程中或某一范圍內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)，主要用于檔案管理及過程分析。 4、報(bào)警功能，當(dāng)某項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到相應(yīng)極限值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。 該裝置具有效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，今后將得到廣泛應(yīng)用。 （2）曲軸軟氮化 為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于大批量生產(chǎn)的曲軸將采用微機(jī)控制的氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線，此工藝是今后的發(fā)展方向。 氮基氣氛氣體軟氮化生產(chǎn)線由前清洗機(jī)（清洗干燥）、預(yù)熱爐、軟氮化爐、冷卻油槽、后清洗機(jī)(清洗干燥)、控制系統(tǒng)及制氣配氣等系統(tǒng)組成。 該工藝具有安全、節(jié)能，工藝控制可靠，氣源成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，性能重現(xiàn)性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)管理，生產(chǎn)率高的顯著特點(diǎn)，具有較高的應(yīng)用推廣前景。 1.3.5曲軸表面強(qiáng)化技術(shù) 為了大幅度提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，圓角滾壓強(qiáng)化將大量應(yīng)用于曲軸加工中。另外，曲軸圓角滾壓強(qiáng)化加軸頸表面淬火等復(fù)合強(qiáng)化工藝也將大量應(yīng)用于曲軸加工中。 1.4國(guó)外內(nèi)燃機(jī)發(fā)展趨勢(shì) （1）鑄造技術(shù) 采用先進(jìn)工藝，提高機(jī)械化自動(dòng)化水平，大力擴(kuò)展計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，優(yōu)質(zhì)、高效地生產(chǎn)出輕量化、精密化的鑄造毛坯，是國(guó)外鑄造行業(yè)發(fā)展的總趨勢(shì)。 （2）輕量化 采用高強(qiáng)度、高韌性材質(zhì)，以減小壁厚和斷面尺寸殼形鑄造、復(fù)砂造型生產(chǎn)曲軸毛坯進(jìn)一步生產(chǎn)出少、無切削余量的鑄造毛坯計(jì)算機(jī)將在各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的檢測(cè)、診斷、控制和自動(dòng)化生產(chǎn)等方面廣泛應(yīng)用。 （3）熔化 沖天爐仍然朝著大容量、連續(xù)化、高溫?zé)犸L(fēng)方向發(fā)展，同時(shí)，在精確配料、爐況檢測(cè)、故障診斷、自動(dòng)控制等方面進(jìn)一步計(jì)算機(jī)化。球鐵熔煉工藝將得到進(jìn)一步發(fā)展。變頻電爐同時(shí)用于熔化、保溫的雙爐體交替生產(chǎn)的范圍將得到發(fā)展。 （4）造型 冷殼型將可能逐步替代覆膜砂殼型鑄造。在制芯方面，將發(fā)展冷芯工藝，并進(jìn)一步完善比較成熟的制芯工藝。在制芯設(shè)備方面，多功能、多用途、制芯中心化將得到進(jìn)一步發(fā)展。 （5）砂處理和清理 型砂質(zhì)量也是確保鑄型質(zhì)量的重要條件，重點(diǎn)發(fā)展采用計(jì)算機(jī)控制砂處理系統(tǒng)乃至全過程，即運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)、診斷、控制型砂性能。 清理將重點(diǎn)發(fā)展機(jī)械手或機(jī)器人對(duì)鑄件進(jìn)行拋丸、打磨和切割。 （6）鍛造技術(shù) 隨著鍛壓技術(shù)的進(jìn)步，在變形理論上采用有限元法，借助電子計(jì)算機(jī)研究應(yīng)力和變形狀態(tài)。20世紀(jì)70年代，發(fā)達(dá)國(guó)家新建或改建的大的專業(yè)鍛造廠大都是用以微機(jī)數(shù)控和群控的模鍛壓力機(jī)或電動(dòng)液壓錘及螺旋壓力機(jī)為主機(jī)的生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)曲軸等鍛件。近年來，隨著CAD/CAM的廣泛采用，管理信息系統(tǒng)和集成生產(chǎn)系統(tǒng)的引人，鍛造生產(chǎn)軟件、硬件和數(shù)據(jù)庫(kù)的研究，以實(shí)現(xiàn)鍛造生產(chǎn)從原材料、工藝和工藝裝備最佳方案的選擇和整個(gè)過程的控制，推動(dòng)著鍛造生產(chǎn)向合理化、自動(dòng)化方向發(fā)展。 （7）機(jī)加工技術(shù) 由于數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外的機(jī)加工自動(dòng)線將具有更高的適應(yīng)性和靈活性，大批量生產(chǎn)的曲軸軸頸粗加工，國(guó)外采用車削、銑削和車?yán)N方式，其中數(shù)控內(nèi)銑和車?yán)饾u顯示出其高效和經(jīng)濟(jì)性，是曲軸粗加工的發(fā)展趨勢(shì)。曲軸的磨削廣泛采用全數(shù)控、全封閉自動(dòng)線進(jìn)行。 廣泛采用圓角滾壓工藝強(qiáng)化圓角，軸頸拋光廣泛采用CNC砂帶拋光機(jī)。曲軸動(dòng)平衡采用自動(dòng)線，一般均為計(jì)算機(jī)控制，自動(dòng)測(cè)量和修正。 曲軸的檢測(cè)將廣泛采用在線自動(dòng)檢測(cè)和終檢相結(jié)合的方式，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)有電子量?jī)x，能連續(xù)監(jiān)控加工精度，提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 （8）熱處理技術(shù) 主要是表面強(qiáng)化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和材質(zhì)的開發(fā)和選擇。 非調(diào)質(zhì)鋼、微量合金鋼、高強(qiáng)度貝氏體鑄鐵等將廣泛地應(yīng)用于曲軸。 在提高曲軸的彎曲疲勞性能方面圓角滾壓最為有效；曲軸的感應(yīng)處理采用中頻圓角—軸頸淬火能同時(shí)提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度曲軸的表面化學(xué)熱處理以德國(guó)的二段式氣體軟氮化法較先進(jìn)，可獲得單相ε化合物層，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，估計(jì)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用曲軸化學(xué)復(fù)合表面熱處理強(qiáng)化、中頻淬火+圓角滾壓復(fù)合強(qiáng)化也將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。 通過詳細(xì)介紹國(guó)內(nèi)外內(nèi)燃機(jī)曲軸制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)可以看出，目前國(guó)內(nèi)曲軸制造技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)有相當(dāng)?shù)牟罹唷ｋm然國(guó)內(nèi)部分骨干企業(yè)從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)了不少先進(jìn)設(shè)備，但整體技術(shù)水平仍比較低。我們只有借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，立足于本國(guó)現(xiàn)實(shí)，既引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，又進(jìn)行消化、吸收，才能全面提高我國(guó)的曲軸制造技術(shù)水平。[1][2][20][21] 1.5研究?jī)?nèi)容和研究方法 主要研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的加工工藝，以及機(jī)加工的工裝夾具設(shè)計(jì)。首先搜集曲軸的相關(guān)資料，研究出曲軸的以下分析方法： （1）首先分析曲軸零件圖中的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、精度要求、原材料尺寸規(guī)格和力學(xué)性能等參數(shù)，并結(jié)合當(dāng)今的制造條件、生產(chǎn)批量等因素，分析曲軸的機(jī)加工工藝性。良好的工藝性應(yīng)保證工序數(shù)目少、占用設(shè)備數(shù)量少、生產(chǎn)效率高、夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而壽命高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)一套工裝夾具。 （2）確定工藝方案和主要工藝參數(shù)的計(jì)算。在曲軸工藝分析的基礎(chǔ)上，找出曲軸制造工藝及其工裝夾具設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和難點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際情況，提出各種可能的工藝方案，內(nèi)容包括工序性質(zhì)、工序數(shù)目、工序順序及組合方式等。有時(shí)同一種零件也可能存在多個(gè)可行的工藝方案，通常每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)從產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、設(shè)備占用情況、夾具制造的難易程度和壽命高低、生產(chǎn)成本、操作方便與安全程度等方面進(jìn)行綜合分析、比較，確定出適合于現(xiàn)有生產(chǎn)條件的最佳方案。此外，了解零件的作用及使用要求對(duì)零件工藝與夾具設(shè)計(jì)是有幫助的。工藝參數(shù)指毛坯的選擇，定位基準(zhǔn)的選擇，工藝路線的擬定，確定加工余量及工序尺寸和公差，表面質(zhì)量等。 （3）選擇機(jī)加工設(shè)備。根據(jù)要完成工序的性質(zhì)和各種機(jī)加工設(shè)備的加工能力，結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備情況，合理選擇曲軸機(jī)加工設(shè)備。 （4）工裝夾具的設(shè)計(jì)。根據(jù)擬定的工藝方案，設(shè)計(jì)夾具的結(jié)構(gòu)和計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)。需要校核夾具結(jié)構(gòu)上的有關(guān)參數(shù)。例如，夾具的強(qiáng)度，剛度，定位元件的尺寸，定位誤差，夾具力等。 （5）繪制夾具總裝圖以及零件圖。夾具總裝圖，反應(yīng)了夾具的定位機(jī)構(gòu)、加緊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向或?qū)Φ堆b置及其它輔助裝置等，用夾具體連接起來，直觀形象。對(duì)于夾具總裝圖中的非標(biāo)準(zhǔn)零件，要分別繪制零件圖，并標(biāo)注全部的尺寸，公差與配合及技術(shù)要求。[3] 1.6課題研究的意義和目的 在汽車零部件的生產(chǎn)過程中，曲軸是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中的關(guān)鍵零件之一，也是內(nèi)燃機(jī)中最難加工的工件之一。優(yōu)化曲軸的生產(chǎn)工藝及其夾具的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到提高曲軸質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本，提高國(guó)產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量及其市場(chǎng)占有率。通過對(duì)課題的分析與設(shè)計(jì)能夠全力提高機(jī)械制造水平、降低生產(chǎn)成本，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，促進(jìn)產(chǎn)品升級(jí)換代，提高企業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，迎接新世紀(jì)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 1.7論文正文的結(jié)構(gòu) 本文共分為四章，內(nèi)容包括：第一章緒論（簡(jiǎn)述了該課題的研究背景以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和研究方法以及意義和目的）。第二章零件工藝總體設(shè)計(jì)（分析了零件各部分的加工要求擬定了零件加工工藝路線）。第三章工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)（深入分析了加工過程中的重要工序，確定切削用量）第四章專用夾具設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)了精磨連桿軸頸的磨床夾具）。  第2章 零件工藝總體設(shè)計(jì) 2.1曲軸零件介紹 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)軸，是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的和承受負(fù)荷最大的零件之一。曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿變形成回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過飛輪把扭矩輸送給底盤的傳動(dòng)系，因此曲軸不但承受著周期性的彎曲力矩和扭轉(zhuǎn)力矩，同時(shí)受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的附加應(yīng)力的作用。這樣就使曲軸的受力情況非常復(fù)雜。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不斷提高，平均有效壓力不斷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)日益強(qiáng)化來提高功率，各軸頸要在很高的比壓下高速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要求曲軸有很高的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐疲勞性及沖擊韌性，而且潤(rùn)滑良好。曲軸常用強(qiáng)度很高的材料制成，軸頸需要熱處理以提高耐磨性，在曲軸截面突變的部位應(yīng)盡量避免應(yīng)力集中，否則在工作中曲軸就有可能發(fā)生斷裂。曲軸的主軸頸和曲柄銷要有很高的尺寸精度、形狀精度、位置精度及光潔度，軸頸表面的硬度要高，為了不致影響各缸的配氣相位，對(duì)各曲拐中心線的偏移和裝正時(shí)齒輪鍵槽中心線的偏移也提出一定的要求。曲軸主要由主軸頸、連桿軸頸、油封軸頸、齒輪軸頸、皮帶輪軸頸和曲柄臂等組成。如圖2-1。 圖2-1 曲軸的組成 圖2-2曲軸工作示意圖 2.1.1曲軸零件分析 曲軸需要加工的表面以及加工表面的位置精度要求分析如下： 按照NJ-64的規(guī)定，用于拖拉機(jī)、柴油機(jī)、固定式及移動(dòng)式柴油機(jī)以及小型船用柴油及的曲軸的一些技術(shù)要求如下： （1）鍛鋼曲軸應(yīng)經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，硬度為HB207～269。曲軸長(zhǎng)度在1.5米以上，可經(jīng)過正火處理，硬度為HB170～241。球墨鑄鐵曲軸應(yīng)經(jīng)過正火處理，硬度為HB220～290。 （2）鍛鋼曲軸的主軸頸和曲柄銷，須經(jīng)表面淬火，淬火層深度在3～7毫米范圍內(nèi)。硬度為HRC55～63。每根曲軸上的硬度差不大于6個(gè)單位。曲柄銷和主軸頸圓角出的硬度須過渡至調(diào)質(zhì)或正火硬度。 （3）主軸頸和曲柄銷按2級(jí)精度制造，橢圓度和錐度應(yīng)不大于直徑公差的1/3。 （4）當(dāng)曲軸用兩端最外的主軸頸支承時(shí)：主軸頸軸心線與曲柄銷軸心線的不平行度允許差為0.02/100毫米。 （5）曲軸上的主動(dòng)齒輪鍵槽中心線對(duì)第一曲拐中心線的偏移允差為30＇。 （6）曲軸上各個(gè)曲拐中心線的偏移允差為20＇。 （7）曲軸主軸頸和曲柄銷以及曲柄過渡（連接）圓角的粗糙度不低于Ra0.8；主軸頸和曲柄銷上的潤(rùn)滑油孔口表面應(yīng)拋光，其粗糙度不低于Ra0.4；主軸頸和曲柄銷空的內(nèi)表面粗糙度不低于Ra6.3（不包括鑄造曲軸的鑄孔）。 （8）曲軸的加工表面應(yīng)光潔，不允許有分層、裂縫、壓痕、毛刺、氣孔、凹痕以及非金屬夾雜物，在曲軸的磨光表面不得有刻痕和黑點(diǎn)。 （9）曲軸的不加工表面應(yīng)光潔，不允許有分層、裂縫、夾灰、夾渣及其它非金屬夾雜物和硬傷等缺陷。不允許用焊補(bǔ)方法消除缺陷；允許用砂輪或銼刀修整模鍛痕跡，修整處應(yīng)圓滑的過渡。 （10）精加工后的每根曲軸，應(yīng)經(jīng)動(dòng)平衡試驗(yàn)，不平衡度允差及校正平衡重量時(shí)所切除金屬的位置和重量，按產(chǎn)品圖樣規(guī)定。 （11）曲軸經(jīng)精加工后應(yīng)經(jīng)磁力探傷，磁力探傷技術(shù)條件有制造廠規(guī)定。磁力探傷后應(yīng)作退磁處理。 2.1.2曲軸的主要加工表面及技術(shù)要求 （1）主軸頸：曲軸共有7個(gè)主軸頸，它們是曲軸的支點(diǎn)。為了最大限度的增加曲軸的剛度，通常將主軸頸設(shè)計(jì)得粗一些，盡管這會(huì)增加質(zhì)量，但是它可以大大提高曲軸的剛度，增加重疊度，減輕扭振的危害。 主軸頸為φ75h6Ra0.32μm，圓柱度公差為0.005mm。第一軸頸長(zhǎng)mm，第四軸頸寬mm，第七軸頸寬59.70.23mm，第二、三、五、六、軸頸寬mm。以第一、七主軸頸為基準(zhǔn)，第四主軸頸的徑向跳動(dòng)公差為0.05mm。 （2）連桿軸頸：曲軸共有六個(gè)連桿軸頸，它與連桿總成大頭相連接。軸頸為φ62h6Ra0.32μm，圓柱度公差為0.005mm。軸頸寬mm，其與主軸頸的重疊度為11.35mm。 （3）油封軸頸：油封軸頸為φ100h7mm。 （4）曲柄臂：曲柄臂用于連接主軸頸和連桿軸頸，共有十二個(gè)。它呈長(zhǎng)圓形，是曲軸的薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生扭斷和疲勞破壞。曲柄半徑為R(57.150.07) mm。 （5）連桿軸頸軸心線的相位差在30＇之內(nèi)。 （6）曲軸必須經(jīng)過動(dòng)平衡，精度為50gcm。 （7）主軸頸、欄桿軸頸要進(jìn)行表面淬火，淬硬深度2～4mm，55～63HRC。油封軸頸（即安裝飛輪軸頸）也要進(jìn)行表面淬火，淬硬深度不小于1mm，50～63HRC。 （8）曲軸還要進(jìn)行探傷檢查。要求曲軸的加工表面不允許出現(xiàn)裂紋。[4] 2.2曲軸加工工藝分析 生產(chǎn)綱領(lǐng)：年產(chǎn)30000件產(chǎn)品，單班生產(chǎn)。曲軸零件圖如圖2-3所示：  圖2-3曲軸零件圖 2.2.1 毛坯選擇 曲軸材料有45號(hào)鋼（精選含碳量為0.45～0.47%）、45Mn2、50Mn、40Cr鋼及QT60-2球墨鑄鐵等。 鋼制曲軸的毛坯是鍛造的。通過鍛造能使金屬纖維按最有利的方向分布，材料內(nèi)部的縮孔和氣孔被粘結(jié)起來，因此組織緊密，從而獲得較高的沖擊值、延伸率及疲勞極限。 在單件、小批生產(chǎn)中，曲軸毛坯往往采用自由鍛造，簡(jiǎn)化了鍛壓設(shè)備。但毛坯精度低，余量大，金屬利用率低，也增加了機(jī)械加工勞動(dòng)量生產(chǎn)率低。而且金屬纖維被割斷，以致纖維不沿曲柄臂的方向分布，減低了曲柄的強(qiáng)度。 在成批、大量生產(chǎn)中，一般是用模鍛。毛坯精度高，余量小（每邊余量約為2～2.5毫米，軸頸直徑余量為2.5～3毫米），曲軸的非工作表面可不加工。金屬纖維能按最有利的方向排列，從而提高曲柄的強(qiáng)度。 模鍛后的曲軸毛坯應(yīng)進(jìn)行正火。并且去除氧化皮，以便在機(jī)械加工中提高刀具的耐用度。 模鍛毛坯的表面不應(yīng)有裂紋、氧化皮斑點(diǎn)、砂孔、密集的發(fā)紋（特別是垂直于軸向的發(fā)紋）、過深的錘痕等缺陷。但這些缺陷的深度不超過余量的2/3時(shí)，則是允許的。 模鍛毛坯的徑向和軸向錯(cuò)模以及切邊的偏移過大都會(huì)影響余量不均勻，甚至粗車后仍留有黑皮而報(bào)廢，而且導(dǎo)致曲軸動(dòng)平衡發(fā)生困難，不能去重或去除過多，影響曲軸強(qiáng)度。因此要對(duì)鍛造質(zhì)量提出一定的要求。 總的來說，鍛鋼曲軸具有較高的機(jī)械性能，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，在生產(chǎn)中占有重要的地位。在國(guó)外，目前著重于減小拔模斜度及減小機(jī)械加工余量，采用一些新工藝如冷鍛、多級(jí)模壓等，有利于提高質(zhì)量和降低成本，在模鍛中鋼材利用率已經(jīng)達(dá)到77%。 近年來，我國(guó)在內(nèi)燃機(jī)制造中廣泛采用球墨鑄鐵曲軸。此外，完全取材于國(guó)內(nèi)的稀土鎂球墨鑄鐵曲軸也得到廣泛推廣。 球墨鑄鐵曲軸的優(yōu)點(diǎn)是： 1、鑄造工藝好。澆注時(shí)型腔有良好的充滿性，因此在設(shè)計(jì)上可以改進(jìn)曲軸的結(jié)構(gòu)，例如曲柄的形狀、軸頸可鑄出空腔等。但在產(chǎn)量小時(shí)，普通造型的鑄鐵件在加工余量較大。在大批、大量生產(chǎn)中可采用精密鑄造，如殼模鑄造等，曲軸毛坯更能接近于曲軸所要求的形狀和尺寸，可達(dá)6～9級(jí)精度和Ra12.5～Ra25的粗糙度，不僅大大減少機(jī)械加工余量，而且為毛坯制造的自動(dòng)化創(chuàng)造條件，提高生產(chǎn)率和降低成本。 2、有較高的強(qiáng)度及對(duì)應(yīng)力集中的敏感程度較低。 3、有較好的減震性和耐磨性。 表2-1鍛鋼曲軸和球墨鑄鐵曲軸耐磨性比較 曲軸材料 熱處理 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間 （小時(shí)） 主軸頸磨損 （毫米） 曲柄銷磨損 （毫米） 鍛鋼曲軸 表面淬火 1000 0.02～0.064 0.03～0.11 球墨鑄鐵曲軸 正火 1500 0.02～0.024 0.01～0.033 稀土鎂球墨鑄鐵曲軸 正火 1500 0.002～0.006 0.001～0.004 但是球墨鑄鐵曲軸的延伸率比鍛鋼曲軸低。此外，在使用中還有曲軸斷裂的情況發(fā)生。對(duì)曲軸進(jìn)行等溫淬火可以減少斷裂。為了保證鑄造曲軸毛坯的質(zhì)量，需要進(jìn)行磁力探傷。 由于年產(chǎn)量30000件，達(dá)到大批生成水平，故曲軸毛坯采用模鍛，材料為45號(hào)鋼。 2.2.2基準(zhǔn)的選擇 （1）粗基準(zhǔn)的選擇 加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時(shí)，為了保證軸頸和端面之間的位置精度，用曲軸兩端的中心孔定位。所以曲軸最初的工序是銑曲軸兩端面和鉆中心孔。為了保證中心孔鉆在主軸頸毛坯外圓面的軸線位置上，選用主軸頸的外圓面為粗基準(zhǔn)。銑曲軸兩端面和鉆中心孔時(shí)，就是以兩端主軸頸（第1、7主軸頸）的外圓面為粗基準(zhǔn)，同時(shí)為了保證所加工的基準(zhǔn)面的軸向尺寸，選用中間主軸頸（第4主軸頸）兩側(cè)曲柄臂斜面為粗基準(zhǔn)。這樣加工出的基準(zhǔn)面（中心孔）就可以保證曲軸加工時(shí)徑向和軸向余量的均勻性。在加工連桿軸頸時(shí)要在曲柄臂上銑出兩個(gè)工藝平面，在銑削過程中是以最遠(yuǎn)的兩個(gè)主軸頸和一個(gè)連桿軸頸作為定位基面。 （2）輔助精基準(zhǔn)的選擇 如上所述，在曲柄臂上銑出的兩個(gè)工藝平面是加工連桿軸頸所用的輔助精基準(zhǔn)，這兩個(gè)平面距離連桿軸頸與主軸頸軸心線要有一定的尺寸公差要求，以保證加工連桿軸頸時(shí)余量的均勻性。 （3）精基準(zhǔn)的選擇 如上所述，加工主軸頸及與其同軸心的軸頸及法蘭盤外表面時(shí)，是從中心孔為精基準(zhǔn)的。有時(shí)也用量端主軸頸和中間主軸頸作為基準(zhǔn)。 加工連桿軸頸時(shí)，為了保證欄桿軸頸的曲柄半徑精度和對(duì)主軸頸的不平行度的要求，可用磨過的最遠(yuǎn)的兩個(gè)主軸頸的外圓面作為精基準(zhǔn)。這樣定位便于保證技術(shù)要求，并且夾緊牢靠，安裝性好，工件不易變形。 此外，個(gè)軸頸的兩端面還有一定的軸向尺寸及公差要求，需要軸向定位。軸向定位基準(zhǔn)往往采用主軸頸的一個(gè)端面，也有用中心孔的。軸向定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量和軸向設(shè)計(jì)基準(zhǔn)一致。 2.3確定工藝路線 根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)年產(chǎn)30000件，以及零件的技術(shù)要求，擬定工藝路線如下： 表2-2曲軸工藝路線 工序號(hào) 工序名稱 設(shè)備名稱型號(hào) 夾具、刀檢具及輔具 1 銑曲軸兩端面和鉆中心孔 銑鉆組合機(jī)床 以1、7主軸頸和第4主軸頸兩側(cè)曲柄臂斜面為粗基準(zhǔn) 2 粗車第4主軸頸及兩端面 雙邊傳動(dòng)曲軸車床 以中心孔為基準(zhǔn) 3 校直 壓力機(jī) 4 粗磨第4主軸頸 外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 5 粗車其余主軸頸及其他外圓和端面 中間傳動(dòng)的的曲軸車床 以中心孔為基準(zhǔn) 6 校直 壓力機(jī) 7 精車其余主軸頸及其他外圓和端面 中間傳動(dòng)的曲軸車床 以中心孔為基準(zhǔn) 8 粗磨第1主軸頸和裝齒輪的軸頸及其端面 端面外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 9 粗磨第7主軸頸和法蘭盤外圓 外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 10 粗磨第2、3、5、6主軸頸及其端面 多砂輪外圓磨床 1、7主軸頸外圓面為基準(zhǔn) 11 在第1曲柄梢側(cè)面曲柄臂上銑角度定位平面 龍門銑床 以第1、7主軸頸和第8曲柄梢為基準(zhǔn) 12 車六個(gè)曲柄梢及其端面 曲柄梢車床 以第1、3、5、7主軸頸定位夾緊、并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準(zhǔn) 13 中間檢驗(yàn) 檢驗(yàn)臺(tái) 14 清洗 清洗機(jī) 15 在軸頸上锪球形孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 16 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 17 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 18 在軸頸上鉆油孔 組合鉆床 以1、7主軸頸定位 19 油孔倒角 20 去毛刺 21 中間檢查 22 表面淬火 中頻表面淬火機(jī) 23 校直 壓力機(jī) 24 精磨第4主軸頸及其端面 外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 25 精磨第7主軸頸及其端面 外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 26 精磨第1主軸頸、裝齒輪裝皮帶輪的軸頸及端面 端面外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 27 精磨油封軸頸 外圓磨床 以中心孔為基準(zhǔn) 28 依次精磨第2、3、5、6主軸頸及其端面 外圓磨床 以1、7主軸頸外圓表面為基準(zhǔn) 29 粗磨六個(gè)曲柄梢及其端面 曲軸磨床 以第1、7主軸頸定位夾緊，并以第1主軸頸端面及曲柄臂上角度定位平面為基準(zhǔn) 30 精磨六個(gè)曲柄梢及其端面 曲軸磨床 以第1、7主軸頸定位夾緊 31 同時(shí)銑齒輪軸頸和皮帶輪軸頸上的鍵槽 鉆用鍵槽銑床 以第1、7主軸頸，第一曲柄梢及第1主軸頸端面為基準(zhǔn) 32 中間檢查 33 在曲軸法蘭端面及小頭端面對(duì)各孔鉆，鉸及攻絲 雙面多工位組合機(jī)床 34 動(dòng)平衡 動(dòng)平衡機(jī) 35 去不平衡重 立式鉆床 36 去毛刺 37 校直 壓力機(jī) 38 后端法蘭孔切槽 車床 1、7主軸頸為基準(zhǔn) 39 精加工法蘭孔 鏜床 1、7主軸頸為基準(zhǔn) 40 去毛刺 41 粗超精加工各軸頸 超精加工機(jī)床 1主軸頸和齒輪軸頸為基準(zhǔn) 42 精超精加工各軸頸 超精加工機(jī)床 1主軸頸和齒輪軸頸為基準(zhǔn) 43 清洗 清洗機(jī) 44 按需要修理缺陷 45 最后檢驗(yàn) （具體的工藝過程見附錄工藝卡片）[5]  第3章 工藝詳細(xì)設(shè)計(jì) 3.1主要工序分析 3.1.1軸頸的車削 （1）主軸頸的車削 主軸頸一般作為加工曲柄銷的基準(zhǔn)，所以在銑曲軸兩端面和鉆中心空后，先車削主軸頸及其它外圓面，然后車削曲柄銷。 在單件、小批量生產(chǎn)中，主軸頸的車削都是在剛性較強(qiáng)的普通車床上進(jìn)行的。曲軸安裝在機(jī)床的前、后頂尖上，或是一端用卡盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質(zhì)合金車刀在幾道工序中完成各主軸頸的車削。由于批量較小，曲軸毛坯大多數(shù)是采用自由鍛或者砂型鑄造，加工余量大及不均勻，并且旋轉(zhuǎn)不平衡，加工時(shí)產(chǎn)生沖擊，因此工件要加持牢靠，機(jī)床、夾具、刀具等要有足夠的剛性。 在大量生產(chǎn)的工廠中，曲軸的加工一般是在專用的多刀半自動(dòng)車床上進(jìn)行的，采用寬刃成形車刀和切線偏刀，實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給。切削力很大，所以對(duì)機(jī)床系統(tǒng)的剛度要求特別高。曲軸剛度低，為了減少切削力造成的扭轉(zhuǎn)變形和彎曲變形，除了采用一般軸類加工常用的方法如用中心架支承及時(shí)傳動(dòng)盡量靠近加工部位等以外，車中間主軸頸可采用雙邊傳動(dòng)的多到半自動(dòng)車床，車兩端的主軸頸則采用中間傳動(dòng)的多刀半自動(dòng)車床，可使扭矩在靠近加工的地方傳到曲軸上。為了使切削力的作用相互抵消，前后刀架式同時(shí)相對(duì)作出橫向進(jìn)給而進(jìn)行切削的如圖3-1：  圖3-1前后車刀同時(shí)車削軸 曲軸車削的順序是先車中間主軸頸及相鄰的兩曲柄臂端面，然后粗磨此主軸頸，以便用來傳動(dòng)和支承曲軸本身并以中心孔定位來加工其余的主軸頸及能同時(shí)加工的其它表面。如圖3-2 圖3-2曲軸兩端主軸頸的車削 車軸頸是從車曲柄臂端面開始，用切線偏刀向回轉(zhuǎn)中心進(jìn)給。在轉(zhuǎn)速固定時(shí)切削速度將降低，刀具的利用就不夠充分。因此這些專用車床應(yīng)能自動(dòng)加大主軸的轉(zhuǎn)速，以便在車曲柄臂端面的過程中加工直徑減小后仍能使切削速度相差不大。另一方面，由于模鍛斜度的關(guān)系，越是靠近工件的中心則切削深度越大，切削力也大，因此也要求主軸的轉(zhuǎn)速自動(dòng)增加，而主軸每轉(zhuǎn)的進(jìn)給量能自動(dòng)降低。 （2）連桿軸頸的車削 主軸頸及其它外圓車好后，可車削曲柄銷，需要解決角度定位和曲軸旋轉(zhuǎn)的不平衡的問題。 在單件，小批量生產(chǎn)中，仍用普通車床車削曲柄銷。如圖3-3所示： 圖3-3在普通車床上車削連桿軸頸 在曲軸法蘭盤和第一主軸頸處裝有工藝法蘭盤，在工藝法蘭盤上距主軸軸頸線為曲柄半徑處有定位用的中心孔，這個(gè)中心孔通過角度定位元件的作用能與曲柄銷同軸線。加工時(shí)，車床的前、后頂尖就頂在工藝法蘭盤的中心孔上，是曲柄銷和機(jī)床主軸同軸線。采用專用夾具應(yīng)注意機(jī)床主軸的平衡，可在床頭的夾盤上裝設(shè)平衡重。用這種安裝方法加工剛性較差的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸時(shí)，曲軸受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，容易發(fā)生彎曲變形。為了加強(qiáng)工件的剛度，可用撐桿來?yè)巫∑溆嗲盏拈_檔。加工大型曲軸，不平衡現(xiàn)象更為突出，加平衡塊還不一定能夠解決，因此有時(shí)采用旋風(fēng)車削，即是加工時(shí)刀架旋轉(zhuǎn)。 在成批生產(chǎn)中可用上述兩端傳動(dòng)的車床依次加工位于同一根軸線的一對(duì)曲柄銷。每次在夾具上安裝都應(yīng)使所加工的一對(duì)曲柄銷和機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)軸線重合。主軸頸的軸線相對(duì)于機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)軸線的偏移即曲柄半徑。 車削2、3曲柄銷使，基準(zhǔn)為第2、4主軸頸（靠近加工面），軸向定位是用第1主軸頸的軸肩端面，角度定位則用在曲柄臂上銑出的工藝平面。撥桿5靠彈簧6的作用推動(dòng)曲軸緊靠夾具軸向定位元件A面（即是使第1主軸頸軸肩端面緊靠A面）而進(jìn)行軸向定位。為了避免切削力引起變形，機(jī)床仍用前后刀架相對(duì)作出橫向進(jìn)給。這種加工方法也可在經(jīng)過改裝的普通車床上進(jìn)行，但應(yīng)避免產(chǎn)生振動(dòng)和變形。但是這種加工方法在一次加工中同時(shí)車削的軸頸較少，而同樣工序的數(shù)目太多，生產(chǎn)率較低。 在大批量生產(chǎn)中可以用高生產(chǎn)率的曲軸曲柄銷專用車床同時(shí)車削全部曲柄銷。如圖3-4： 圖3-4在雙工位曲軸車床上同時(shí)車削全部連桿軸頸 這種機(jī)床有兩個(gè)工位，每個(gè)工位的刀架數(shù)等于曲柄銷數(shù)。一個(gè)工位用多刀同時(shí)車削所有的曲柄銷軸肩端面，另一個(gè)工位用多刀同時(shí)車削所有的曲柄銷外圓。為了提高工件的剛性，中間主軸頸用中心架支承。曲軸用兩端主軸頸、第1主軸頸軸肩端面及在曲柄臂側(cè)面的工藝平面為定位基準(zhǔn)。主軸頸和機(jī)床主軸同軸心。加工時(shí)曲軸繞其主軸頸軸心旋轉(zhuǎn)。曲軸時(shí)與所有車刀同步旋轉(zhuǎn)的。機(jī)床的工作原理如圖3-5： 曲軸旋轉(zhuǎn)一周，車刀把外圓表面切去一層金屬。車刀還能徑向進(jìn)給，將全部余量切除。這種機(jī)床的生產(chǎn)率高，但是更換刀具和機(jī)床重新調(diào)整的時(shí)間較長(zhǎng)。 圖3-5同時(shí)車削全部連桿的工作原理圖 以上所述加工主軸頸和曲柄銷的方法，一般來說工件是旋轉(zhuǎn)的。機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)不平衡的慣性較大，限制了機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速的提高，所以不能充分發(fā)揮硬質(zhì)合金刀具的性能，常用高速鋼刀進(jìn)行加工，生產(chǎn)率的提高也就受到一定的限制。 國(guó)外一些內(nèi)燃機(jī)廠還用銑削的方法加工曲軸軸頸。如采用專門設(shè)計(jì)制造的曲軸軸頸銑床等。 圖3-6用盤銑刀銑削曲軸頸 如圖3-6是采用盤銑刀加工曲柄銷的示意圖。曲軸以兩端主軸頸安裝在機(jī)床上定位及夾緊。機(jī)床是兩邊傳動(dòng)的。其軸心線與機(jī)床主軸線同軸心。在工件兩邊各有一個(gè)銑頭，上面安裝兩把盤銑刀，用來銑削在同一根軸線上的兩個(gè)曲柄銷及軸肩端面。銑刀盤上裝有不同的刀片，可以銑削軸頸及端面。硬質(zhì)合金刀片是不重磨的。工件以主軸頸軸線為中心旋轉(zhuǎn)。銑頭的運(yùn)動(dòng)有液壓靠?？刂?，進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)。機(jī)床的半自動(dòng)循環(huán)按以下工序工作：接通銑刀旋轉(zhuǎn)；刀架向工件快速引進(jìn)；轉(zhuǎn)換為工作進(jìn)給；銑刀向不動(dòng)的工件吃刀至相當(dāng)于加工余量的深度；停止盤銑刀向工件的進(jìn)給；接通曲軸的慢速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在曲軸旋轉(zhuǎn)一周的過程中銑削軸頸和軸肩端面；快速退回銑刀架；停止銑刀盤和主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸裝卸時(shí)用人工進(jìn)行，夾緊和松開則是自動(dòng)的。 曲軸銑削和車削比較，最顯著的優(yōu)點(diǎn)是切削速度不受工件旋轉(zhuǎn)不平衡的限制，可以采用較高的切削速度以提高生產(chǎn)率。而且切削力比車削小，工件變形、相對(duì)減少。曲軸軸頸銑床的突出優(yōu)點(diǎn)是曲軸繞主軸頸軸線運(yùn)動(dòng)，可以同時(shí)加工幾個(gè)曲柄銷，其傳動(dòng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單?？磕］S使銑頭產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)不僅使機(jī)床造價(jià)降低，而且其剛性也高于同時(shí)車削幾個(gè)曲柄銷的車床。 圓盤銑削法的缺點(diǎn)是刀具成本高，采用硬質(zhì)合金刀片更是這樣。切削產(chǎn)生的沖擊往往造成刀片的崩缺，從而增加了更換刀片的時(shí)間。由于刀具切削刃與加工表面斷續(xù)接觸，在要求高生產(chǎn)率的情況下，銑削很難保證光潔度的要求。圓周進(jìn)給量較大則會(huì)在已加工表面上出現(xiàn)相當(dāng)多的棱邊，以致增加軸頸的磨削余量。 3.1.2軸頸的磨削 主軸頸和曲柄銷車好后，還要進(jìn)行磨削，以提高精度和光潔度。 為了比較經(jīng)濟(jì)的達(dá)到2～1級(jí)精度及Ra0.32～Ra1.25的粗糙度，軸頸在熱處理前經(jīng)過一次粗磨，淬火后還要精磨1～2次。多次磨削是為了加快零件加工的節(jié)拍，并且容易達(dá)到較高的精度。 軸頸寬度不大，通常是橫向進(jìn)給磨削法，生產(chǎn)效率較高。磨輪的外形需要仔細(xì)的修整，因?yàn)橹苯佑绊戄S頸及圓角的形狀。橫向進(jìn)給量并不大，粗磨時(shí)工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給0.008～0.02毫米，精磨時(shí)為0.001～0.012毫米。磨削余量根據(jù)車削后的精度而定，一般粗磨余量值是每邊為0.2～0.4毫米，精磨余量值是每邊為0.1～0.15毫米。 如果一個(gè)工件需要磨削端面及其相接的外圓柱面時(shí)，可在具有傾斜主軸的端面外圓磨床上同時(shí)磨削。磨輪的軸線與工件的軸線形成一定的角度（一般為45度），磨輪本身也要按照能磨端面和圓柱面的要求進(jìn)行修整（如圖3-7）。 圖3-7同時(shí)磨削外圓和端面 這種磨削法的生產(chǎn)率很高，磨輪的進(jìn)給是垂直于磨輪軸線的。油封軸頸和法蘭盤外圓面就是在階梯軸磨輪上一次磨削的。 通常首先磨主軸頸，然后磨曲柄銷。中間主軸頸磨好后才磨其余的主軸頸。磨主軸頸和曲柄銷的安裝方法基本上是與車軸頸相同。磨主軸頸是以中心孔定位。磨曲柄銷則是以經(jīng)過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的距離和不平行度的要求。如圖3-8所示磨發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸， 圖3-8磨削連桿軸頸 磨曲柄銷以1，7主軸頸定位，主軸頸軸線與機(jī)床軸線相差一個(gè)曲軸半徑的距離。角度定位以最后一個(gè)曲柄臂的工藝平面來定位。軸向定位以第1主軸頸軸肩端面定位。磨完1，6曲柄銷后停車，曲軸旋轉(zhuǎn)120度，磨削2，5曲柄銷，磨完后停車，再旋轉(zhuǎn)120度，磨削3，4曲柄銷。 磨削曲柄銷也可用曲軸法蘭盤上的定位孔進(jìn)行角度定位，即是把夾具上裝定位銷的圓盤通過一個(gè)菱形定位銷插到該定位孔內(nèi)。