【正文】 t is the most important and one of the most expensive parts, and its size affects the machining precision engine power, and to a large extent affect the engine performance and reliability, must be the correct choice in the processing of the processing line of the crankshaft in order to obtain a satisfactory technical and economic effects. The design is a light vehicle order process to the preparation of the crankshaft, with the design and processing technology is the development of the crankshaft structure and materials and processing are the continuous development of means to determine the processing technology and design and fixturing programs, so as to achieve on the crankshaft in the Principle of operation of the engine operating conditions and the understanding of the crankshaft structure and a better understanding of further processing?；?Pro/E 加工的曲軸既能滿足預(yù)定的功能要求，又具有經(jīng)濟(jì)性和良好的工藝性，可大大縮短加工時間 ,提高改進(jìn)加工和系列產(chǎn)品加工速度，節(jié)約加工成本。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外曲軸加工技術(shù)展望美國、德國、日本等汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家都致力于開發(fā)綠色環(huán)保、高性能發(fā)動機(jī)，目前各個廠家采用發(fā)動機(jī)增壓、擴(kuò)缸及提高轉(zhuǎn)速來提高功率的方法，使得曲軸各軸頸要在很高的比壓下高速轉(zhuǎn)動，發(fā)動機(jī)正向著增壓、增壓中冷、 2 大功率、高可靠性、低排放方向發(fā)展。 隨著 WTO 的加入，國內(nèi)曲軸生產(chǎn)廠家已經(jīng)意識到形勢的緊迫性，引進(jìn)了為數(shù)不少的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，以期提高產(chǎn)品的整體競爭力，使得曲軸的制造技術(shù)水平有了大幅提高，特別是近 5 年來發(fā)展更為迅猛。本設(shè)計結(jié)合前人的經(jīng)驗，應(yīng)進(jìn)行以下工作： 研究的 基本 內(nèi)容 收集有關(guān)國內(nèi)外輕型汽車曲軸飛輪組相關(guān)資料，通過對曲軸飛輪組的功用及工作條件和受力情況的了解，對曲軸的加工藝方案提出對加工藝的改進(jìn)方案，提出問題，進(jìn)行曲軸的加工工藝改進(jìn)分析來解決問題，完成工藝改進(jìn)及分析；從工藝設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)原理、材料及應(yīng)用 等方面分析曲軸工藝和加工技術(shù)，提出自己的看法。曲軸一般用中碳鋼或中碳合金鋼模鍛而成。 工作時，曲軸承受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復(fù)雜，并且承受交變負(fù)荷的沖擊作用。主軸頸是曲軸的支承部分，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。如六缸發(fā)動機(jī)全支承曲軸有七個主軸頸。非全支承曲軸：曲軸的主軸頸數(shù)比氣缸數(shù)目少或與氣缸數(shù)目相等。直列發(fā)動機(jī)的連桿軸頸數(shù)目和氣缸數(shù)相等。 4 曲軸前端裝有正時齒輪，驅(qū)動風(fēng)扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。軸頸表面需要熱處理以提高其耐磨性，常用的熱處理形式為氮化和高頻淬火。 曲軸是帶有曲拐的軸，它仍具有軸的一般加工規(guī)律，如銑兩端面、鉆中心孔、車、磨及拋光等，但也有它的特點，包括形狀復(fù)雜、剛度差及技術(shù)要求高，應(yīng)采取相應(yīng)的工藝措施，分析如下： (1)剛度差。其機(jī)械加工工藝過程隨生產(chǎn)綱領(lǐng)的不同和曲軸的復(fù)雜程度而有很大的區(qū)別，但一般均包括以下幾個主要階段：定位基準(zhǔn)的加工；粗、精車和粗磨各主頸及其它外圓；車連頸；鉆油孔；精磨各主頸 及其他外圓；精磨連頸；大、小頭及鍵槽加工；軸頸表面處理；動平衡；超精加工各軸頸。 5 曲軸加工的幾種工藝 曲軸車削是一種主要用于加工曲軸主軸頸的方法，具有相當(dāng)?shù)娜嵝浴? 由于刀具懸伸較大和容易出現(xiàn)振動，因此對刀具的要求非常高。 這種方法適用于大多數(shù)類型的曲軸。 曲軸的內(nèi)銑 內(nèi)銑也稱回旋銑或行星銑，它可以在較長的切削時間里進(jìn)行重型銑削。 曲軸的外銑 外銑主要用于大批量加工中、小型汽車曲軸。可加工曲軸的主軸頸、連桿頸和扇形塊側(cè)面和外圓面。常用材料有：一般曲軸為 3 45鋼或球墨鑄鐵 QT6002：對于高速、重載曲軸，可采用 40Cr、35CrMoAl\42Mn2V 等材料 [11]。球鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比鋼大 ,減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應(yīng)力 ,應(yīng)力集中也沒有鋼質(zhì)曲軸敏感。 （ 2）輔助粗基準(zhǔn)的選擇在扇板上銑出兩個工藝平 面即是加工連頸時所用的輔助粗基準(zhǔn)。 毛坯尺寸、加工余量及公差的確定 加工余量的確定 加工余量的確定方法有計算法、查表 — 修正法、經(jīng)驗估計法，此設(shè)計采用查表 —修正法，確定加工余量時查《機(jī)械加工手冊》，然后再結(jié)合實際加工情況修正其加工余量數(shù)值。定位及夾緊： 5 主軸頸。留磨量 。 鉆油孔Φ 主軸頸上Φ 。 磨所有連桿軸頸至圖樣要求。尺寸鏈中的每個尺寸簡稱環(huán)。增環(huán)同向變動該環(huán)增大時封閉環(huán)也增大，該環(huán)減小時封閉環(huán)也減小。 圖 確定封閉環(huán)與增環(huán)和減環(huán)。尺寸鏈的計算方法有極值法和統(tǒng)計法，本設(shè)計采用極值法，但無論極值法還是統(tǒng)計法，封閉環(huán)的基本尺寸都可以用尺寸鏈方程式確定。 封閉環(huán)上、下偏差的計算 由式（ 3— 2）、（ 3— 3）分別減去式（ 3— 1），得到封閉環(huán)的上偏差 0AES 和下偏差 0AEI 0AES =??kz AES1 0????11nkj AjEI （ 34） =ESA1++ ESA1= 0AEI=??kz AzEI1 ????11nkj AjES （ 35） = EIA1= 式中 AzAz EIES 、 —— 分別為增環(huán)的上、下偏差； AjAj EIES 、 —— 分別為減環(huán)的上、下偏差。 表 工序目錄表 工序號 工序名稱 設(shè)備名稱 10 銑兩端面、鉆中心孔 銑端面鉆中心孔機(jī)床 20 車與主軸頸同軸的軸頸 數(shù)控車床 30 車所有連桿軸頸 數(shù)控車床 40 銑平衡重 銑床 50 鉆法蘭盤導(dǎo)向孔 鉆床 60 加工孔 70 鉆油孔 深孔組合鉆床 80 車油孔倒角及所有倒角 數(shù)控車床 90 銑鍵槽 銑床 100 去毛刺，中間檢驗， 清洗 110 軸頸表面淬火 中頻表面淬火機(jī) 120 磁力探傷 130 磨與主軸頸同軸的軸頸 數(shù)控磨床 140 磨所有連桿軸頸 數(shù)控磨床 150 動平衡檢查、去除不平衡質(zhì)量 動平衡機(jī)立式鉆床 160 拋光 拋光機(jī) 170 清洗，尺寸檢驗，入庫 清洗機(jī) 11 車端面鉆中心孔 基于曲軸中心孔是曲軸加工最原始、最重要的工藝基準(zhǔn)，其尺寸精度、位置精度以及表面質(zhì)量對整個曲軸加工起著非常中重要的作用和指導(dǎo)思想。 ⑵ 必須保證兩中心孔的同軸度，以確保兩中心孔與兩定位頂針同時接觸。 ⑵ 以平面定位曲軸的一個端面，另一端面以自動定心 V形夾具定位，其中的一個主軸頸毛坯面打中心孔 A，如圖 所示。曲軸動平衡是為了消除或盡量減少工件的質(zhì)量偏心，為提高發(fā)動機(jī)質(zhì)量而采取的重要措施。根據(jù)裝卸料、輸送和鉆孔去重等作業(yè)過程中人工參與程度的不同，有全自動、半自動、機(jī)動之分；而按設(shè)置的工位數(shù)，有可分為單工位、雙工位的專機(jī)和多工位的自動線；另外在去重方式上，既有單動力頭的，也有多動力頭的，至于在其他技術(shù)環(huán)節(jié)上的差異就更多了。 從前面的介紹可知，在確定曲軸不平衡量的過程中，工件和系統(tǒng)本身的一些誤差因素，或多或少會對校正去重的準(zhǔn)確性帶來影響，故經(jīng)過上述動平衡后的曲軸還的在加以校驗，即在測量工位再進(jìn)行一次復(fù)測，若測量結(jié)果表明還沒達(dá)到平衡校正要求，則還需做第二次校正去重。 13 圖 清洗時間和清洗壓力 （ 1）清洗時間：根據(jù)試驗，被清洗零件的清洗時間在 30~40s 內(nèi)時，清洗效果最好，但清洗時間與吹凈方法有關(guān)，如果清洗與吹凈同時進(jìn)行，則清洗效果能達(dá)到 95%以上，如果清洗與吹凈交替進(jìn)行，則清洗效果為 91%，如果選擇最合適的清洗液，則清洗效果僅達(dá)到 85﹪ 。其優(yōu)點是具有軟化和溶解油污的能力，清洗效果好，其缺點是閃點低、易揮發(fā)、易燃燒、有一定毒性，對地面、空氣和環(huán)境造成污染 ；石油有是能源物質(zhì)，不僅成本高而且浪費資源。 (2)清洗溫度 采用不同的清洗劑，清洗效果有所不同；統(tǒng)一種清洗劑的清洗溫度不同，清洗效果也有所不同。根據(jù)國外經(jīng)驗，清洗 液溫度 30186。 曲軸的檢驗 由于曲軸在加工過程中受到刀具和夾具的力，易產(chǎn)生裂紋，將會影響其正常工作， 15 所以曲軸在加工完成后要進(jìn)行隱蔽缺陷的檢驗，一般有以下幾種方法： （ 1）磁力探傷 磁力探傷是利用電磁原理來檢驗金屬零件的隱蔽缺陷，當(dāng)磁通量通過被檢零件時，若零件內(nèi)部有裂紋，則在裂紋部位會由于磁力線的外泄形成局部的磁極，產(chǎn)生一對有S、 N極的局部磁場。 縱向磁化法是將被檢零件置于馬蹄形電磁鐵的兩極之間，當(dāng)線圈繞組通以電流時，電磁鐵產(chǎn)生磁通，經(jīng)過零件形成封閉磁路，在零件內(nèi)產(chǎn)生平行于零件軸線的縱向磁場，就可以發(fā)現(xiàn)橫向裂紋。磁粉可干用，也可以將磁粉與液體混合成懸浮液，但所用的液體應(yīng)透明澄清，粘度要低。采用交流退磁法只能使零件表面退磁 ，但它退磁速度快，因此應(yīng)用廣泛。 熒光探傷是利用熒光物質(zhì)受激發(fā)光的原理。 熒光滲透液應(yīng)是由發(fā)光強(qiáng)的熒光物質(zhì)和滲透性強(qiáng)油液配制而成 無論是干性或濕性顯像劑，都應(yīng)具有良好的附著力和毛細(xì)作用，以利于將滲入在缺陷內(nèi)的熒光物質(zhì)吸至表面，顯像劑本身不應(yīng)具有熒光性能，對金屬無腐蝕，對人體無毒性，易被沖洗。 D— 100 熒光顯像劑是由火棉膠 55﹪、丙酮 16﹪，無水酒精 14﹪、苯 9﹪、二甲苯 60﹪組成的混合液，并取這種混合液 100ml與 5﹪鋅白混合制成 D— 100 熒光顯像劑。 著色探傷不需專用設(shè)備，只需配制著色劑。采用數(shù)控車床、數(shù)控內(nèi)銑床、數(shù)控車?yán)驳认冗M(jìn)設(shè)備對主軸頸、連桿軸頸進(jìn)行數(shù)控車削、內(nèi)銑削、 高速外銑加工 ，以有效減少曲軸加工的變形量。 。 本章小結(jié) 本章主要基于 CAD 軟件對曲軸進(jìn)行二維的工藝規(guī)程的編制，并對加工余量，工序尺寸及毛壞尺寸的確定。 曲軸的結(jié)構(gòu)及特征創(chuàng)建順序分析 仔細(xì)分析曲軸的結(jié)構(gòu)可以看出，曲軸的飛輪端、自由端 、主軸頸、連桿軸頸以及曲拐都可以由等截面的圖形拉伸而成。 建立曲柄模型 （ 1） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 拉伸工具 ” 按鈕打開 “ 拉伸工具 ” 操作板，單擊 “ 草繪 ” 按鈕， 選取“ RIGHT”面作為草繪平面，選取“ TOP”面作為參照平面，參照方向為“左”，單擊草繪按鈕，在草繪環(huán)境中以主軸頸的直徑繪制一個圓，單擊草繪器中的確定按鈕，在拉伸長度處輸入主軸頸長度的一半，單擊確定按鈕，完成特征的 創(chuàng)建。 （ 4）重復(fù)上述步驟，建立建立連桿軸頸，長度為實際連桿軸頸的一半。然后選取模型樹中的組，在工具欄中單擊鏡像按鈕，選取連桿軸頸的拉伸出的面，單擊確定，完成特征的創(chuàng)建，如圖 所示。 圖 鏡像完成的曲軸主體部分 （ 9） 繪制潤滑油道。如圖 所示 。 圖 建立的自由端伸出軸頸 （ 3） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 孔特征 ” 按鈕打開 “ 孔特征 ” 操作板 ，在 “ 孔特 22 征 ” 操作板 中點擊“放置 ” 按鈕，選擇曲軸自由端左側(cè)面為放置孔的平面，輸入次 參考位置，輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，預(yù)覽后點擊確認(rèn)按鈕，完成孔特征的創(chuàng)建。 （ 3） 單擊窗口右側(cè)工具欄中的 “ 孔特征 ” 按鈕打開 “ 孔特征 ” 操作 板 ，在 “ 孔特征 ” 操作板 中點擊“放置 ” 按鈕，選擇曲軸右端右側(cè)面為放置孔的平面，輸入次參考位置，點擊螺紋孔“按鈕”輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，預(yù)覽后點擊確認(rèn)按鈕，完成螺紋孔特征的創(chuàng)建 。 23 圖 曲軸后端特征 本章小結(jié) 本章應(yīng)用 Pro/E 軟件對設(shè)計的曲軸進(jìn)行了特征的設(shè)計，應(yīng)用 Pro/E 的基礎(chǔ)設(shè)計的構(gòu)造特征方法建立了曲軸的三維模型，包括對主軸頸、連桿軸頸、油道、螺紋孔等實體特征。 圖 銑兩端面鉆中心孔 20