【正文】 同時，對我尊敬的師長給予本人的幫助和教導表示誠摯的感謝。 33 謝 辭 本次設計是在老師的悉心指導下完成的，從系統(tǒng)總體方案的提出到設計方案的確定完成，每一步都得到了劉老師的精心指導，他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、勤勉的工作作風、和藹大度的學者風范 和對本人的嚴格要求使我受益匪淺、享用終生。調(diào)質(zhì)態(tài)的 35CrMo 雖然具有良好的綜合性能，但是曲軸的表面要求有良好的耐磨性，調(diào)制態(tài)的硬度遠遠不夠，因此需要進行高頻淬火來增加表面硬度及其耐磨性。在磁化過程中磁場強度峰值起主導作用，磁化時間為 ～ 1s，噴灑 2～ 3 遍，充分濕潤或停留 10～ 20s，該方法的特點是生產(chǎn)效率高、判讀磁痕簡便、目視檢查可靠性好、可達到足夠的探傷靈敏度等。 磁粉探傷可直接顯示裂紋的特征和嚴重程度，具有很高的檢測靈敏度、不受零件大小限制、檢測速度快、操作簡單等特點。 圖 41平行度的測量示圖 端面跳動度測量方法 (如圖 42)，采用兩頂尖把曲軸頂住，把百分表安裝在刀架上，百分表的觸頭指在已精車主軸的軸臺上，將曲軸作圓周的轉動，在曲軸的轉動過程中，根據(jù)百分表的讀數(shù)變化可以讀出端面跳動度。 在車削加工中選用 CA6140 車床，游標卡尺。 粗銑、粗精銑削兩側面。 3. 當精加工或光整加工工序要求余量小，而均勻時，應該選擇加工表面自身作為精基準，即遵守自為基準原則，如連桿頸的磨加工。 29 第 4 章 檢驗方法設計 定位基準選擇 粗基準的選擇 粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇上表面為粗基準，選擇要加工面為粗基準粗基準加工余量要均勻，粗基準之能用一次且表面平整。但從夾具的剛度和整體結構的對稱性考慮，這里選用 M22 的螺栓。而方案二，采用兩個鉸鏈壓板夾緊工件看起來結構簡單又緊湊。 方案比較：方案一用一個中間浮動型塊，來限制曲軸的一個轉動自由度，其定位精度高 ，但使得夾具的總體高度增加，降低了夾具的剛度和穩(wěn)定性。經(jīng)過與指導老師協(xié)商，采用 V型塊結構。 圖 32 扇形墊片示圖 扇形墊片的厚度可用下面的近似的公式計算： )621( edee ??? 27 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＝ 、 e＝ 70 ) 701( ???????? 3. 墊片厚度的修正 由于通過計算得出的墊片厚度只是個近似值，而三爪卡盤卡爪精度、墊片材料的硬度和強度等因素也影響著偏心距；而且在實際操作中，使用按計算厚度的墊片加工偏心零件，往往大于所需要的偏心距，這就需要用試驗的方法修正墊片厚度。由于墊片的形狀不同，所以墊片厚度尺寸的計算方法也有所不同。 4. 良好的工藝性 定位元件的結構應力求簡單、合理、便于加工、裝配和更換。因此還應有足夠的強度和剛度，以免使用中變形和損壞。 25 第 3 章 夾具設計 夾具 設計應該具備的基本要求 1. 足夠的精度 由于工件的定位是通過定位副的接觸（或配合）實現(xiàn)的。由于高頻淬火時，奧氏體成分不均勻，奧氏體晶粒得到了細化，且有殘余壓應力的存在，所以一般高頻淬火或的硬度比普通加熱淬火硬度高 2～ 3個洛氏硬度單位，其抗疲勞性能和耐磨性都得到了顯著的提高。組織為細小的針狀馬氏體。因此是不希望獲得的組織，在加熱時一定要嚴格控制溫加熱溫度范圍和加熱時間。 [15] 加熱設備 :GP— 25A 高頻淬火爐 淬火溫度： 860—— 930℃ （普通淬火溫度 +30～ 200℃） 冷卻介質(zhì)：水冷 回火溫度： 160℃ 保溫時間： 回火介質(zhì)：水 如圖 (23) 22 圖 24 低溫回火工藝圖 組織性能的分析 圖 25，圖 26 分別為試樣 1 的金相顯微組織圖。所以需要去應力退火來消除之前加工過程中產(chǎn)生的殘余應力。 去應力退火工藝 在熱處理、切削加工和其他工藝過程中，制品可能產(chǎn)生內(nèi)應力。這種冷卻特性是比較理想的，因而正好使鋼的過冷奧氏體組織在最不穩(wěn)定的區(qū)域有最快的冷速，如此，可獲得最大的淬硬層深度；而在馬氏體轉變區(qū)有最小的冷卻速度，可使組織應力減至最小，故減 小了變形開裂傾向，有利于后續(xù)加工及處理。 淬火介質(zhì)：油淬 回火溫度： 560℃ 保溫時間 : 1h 回火介質(zhì)：油 加熱設備：箱式電阻爐 19 組織性能的分析 試樣經(jīng)淬火（未回火）后的金相組織如圖 21，可以看出其顯微組織為板條馬氏體。 確定切削速度 v 及 n，根據(jù)文獻 [1]表 ，取 m in/ m?表 ，切削速度的修正系數(shù)可按文獻 [1]表 ： ?MK , ? ，故 m i n/39。 ????? ? 由于 mEp p39。由于所選擇的進給量 f遠小于 f＇及 f＇＇，故所選 f 可用。 工序 80 中鉆、鉸，攻絲至 M12 1. 鉆孔 (1) 刀具選擇，用φ 標準高速鋼鉆頭。先選擇Φ 12的合金鋼擴孔麻花鉆（參考文獻 [1]表 ）粗糙度達到 ，再攻絲到 M12。 m??? m in/ z039。 F y 和 F x 的修正系數(shù)按文獻 [1]表 查出： ?vaFrk , ?xaFrk, ?vaFk?, ?xaFk? 得： NF y 1 2 3 1 7 0 ???? 15 NF x ???? 2. 精車 (1) 選用精車切削用量，取 mmp 1a ? 確定進給量 f,根據(jù)文獻 [1]表 ， rmmT /~ ? ,按機床說明書取rmmf /? 。 rd v ???? ?? 根據(jù) CA6140 車床說明書取 min/320rn? ， rmmf /? ，這時 min/80mv? , kwpm ? . 檢驗機床功率， CA6140 機床的主電機功率 zp ＝ 取機床的效率為η＝，則機床的有效功率為： kwpp zz 39。 ???? kwmT 39。 vvR ?表 根據(jù)文獻 [1]表 ，考慮銑削速度變化對銑削功率 的影響，由于?mvpk ，故實際銑削功率為： kwmR ? 14 由于機床有效功率 kwpEE ????? ?‘ 其值大于銑削功率 P m，故選擇的銑削用量可在該機床上使用。根據(jù)文獻 [1]表 及硬質(zhì)硬質(zhì)合金端面銑刀標準 GB5342— 85，選擇銑刀直徑 mm125d0 ? ,齒數(shù) z＝ 6 2. 銑削用量 (1) 確定銑削深度 a p 由于加工余量的關系故可在一次走刀切完，故 (2) 確定每齒進給量 根據(jù) 文獻 [1]表 ， X5032 萬能銑床的功率為 ,故每齒的進給量zmma f /~? ，取 mmp ? 。為防止變形，在曲拐中間安裝螺釘支承，但是要注意支承力的大小。另一種加工方法，可以先鉆兩端面頂尖孔，用頂尖孔定位，安裝方便，基準統(tǒng)一。 鍛鋼曲軸加工路線為：鍛坯調(diào)質(zhì)（或正火） — 校直 — 清理表面 — 檢查 — 機械加工 — 去應力退火 — 精加工 — 表面熱處理 — 校直 — 磨削加工 — 檢驗。 3. 先主后次 主要表面一般指零件上的設計基準面和重要工作面。該原則還有另外一層意思，是指精加工前應先修一下精基準。 [8] 加工方法 表面粗糙度大于 ：外圓表面粗車（銑），由于為大批量生產(chǎn)，兩端面選銑；粗糙度為 ～ 面：粗車（銑） — 半精車（銑），粗糙度為 ～ 面：最終加工方法為精車（銑） ,如 :小頭精車。 相對主軸中心線跳動度：大頭圓錐面 、大頭軸臺 。 確定分模位置 由于毛坯是軸類零件，所以采用徑向分模，為了便于起模及便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中發(fā)現(xiàn)錯移，分模線位置選在徑向?qū)ΨQ面，分模線為直線。 曲軸零件的重量為 35kg，形狀復雜系數(shù)為 S1。根據(jù)鍛件重量 F1， 查文獻 [1]表 得：直徑方向為 ～ 水平方向： 0～ 315mm 內(nèi)： ～ ； 315～ 400mm 內(nèi)： ～ ；鍛件各外徑的單面余量為 ～ ；軸向尺寸的單面余量為： ～ (315mm)； ～ (315～ 400mm)。 1. 鍛件質(zhì)量 根據(jù)成品重量為 25kg 估算為 35kg。曲軸為發(fā)動機上一個關鍵核心零件，由參考文獻 [5]表 ，表 可知，其生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)；毛坯宜采用模鍛成形，其優(yōu)點是鍛造精度高，加工余量小，但產(chǎn)品的組織不均勻及表面有硬化層。 6. 車偏心工件時頂尖受力不均勻，前頂尖容易損壞或移位。 2. 在兩頂尖上裝夾偏心工件，由于工件外圓上的受力點分布不均勻，會使裝夾不牢固，開車后或切削加工中將產(chǎn)生較大的離心力和沖擊振動，會使工件出現(xiàn)不圓度和工件外圓切削振動等，甚至會發(fā)生嚴重事故。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。 3. 加工較長的曲軸工件時，最突出的矛盾是工件剛性差，回轉不平衡，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；但一定要注意頂尖和支撐螺釘不能頂?shù)眠^緊，過緊會使工件彎曲變形；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。同 樣主軸頸Φ 70m6(mm)上的斜油孔內(nèi)，也需安放油堵，才能形成封閉的油滑油路，可靠的實現(xiàn)曲軸高速旋轉時，連桿滑動軸承所需要的潤滑，圓柱螺紋 Rp1/4 用來聯(lián)結潤滑系統(tǒng)的供油。Φ 70m6(mm)的主軸頸外側的環(huán)形槽內(nèi)嵌放彈性擋圈，可實現(xiàn)主軸承的軸向定位。一是在軸頸與軸柄過渡圓角處產(chǎn)生疲勞裂紋；二是軸頸中部的油道內(nèi)壁產(chǎn)生環(huán)行的裂紋，逐漸發(fā)展為曲柄處的斷裂。 (2) 表面有高的硬度、彎曲疲勞強度、扭轉強度和耐磨性。 4 第 1 章 零件加工工藝設計 零件工藝分析 從曲軸的形狀來看，其橫斷面會沿軸線方向急劇變化，應力的分布極不均勻，尤其是曲柄臂和曲軸頸、過渡圓角部分以及油孔附近會產(chǎn)生應力集中。 3. 工藝保障：工藝是機加工過程中將曲軸毛坯轉化成成品的法律準繩，是產(chǎn)品質(zhì)量的根本保證，也是提高加工效率的前提。因此，一條先進的曲軸生產(chǎn)線不僅要實現(xiàn)柔性換產(chǎn)以面對市場需求，還要滿足工藝要求，保證加工精度，最終生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。目前較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車－車拉工藝和高速外銑，連桿頸采用高速隨動外銑，全部采用干式切削；精加工采用數(shù)控磨床加工，具有自動進給、自動修正砂輪、尺寸和圓度自動補償、自動分度和兩端電子同步驅(qū)動等功能。 進入 21 世紀以后，復合加工工藝已進入曲軸制造業(yè)中。所以 CNC 高速外銑將是曲軸主軸頸和連桿軸頸粗加工的發(fā)展方向。 2 1985 年到 1990 年左右開發(fā)出了曲軸車拉、車－車拉工藝，該工藝具有精度高、效率高等優(yōu)點，特別適合于平衡塊側面不需要加工且軸頸有沉割槽 (包括軸向沉割槽 )的曲軸，加工后曲軸可直接進行精磨，省去粗磨工序。 20 世紀 70 年代到 80 年代左右，曲軸粗加工采用 CNC 車削、 CNC 外銑加工，加工狀況有所改善。在粗加工后一般需要進行去應力回火處理，釋放應力。曲軸轉速為發(fā)動機每個工作行程都有很大的燃氣壓力，通過活塞、連桿突然傳遞到曲軸上，以一定的頻率反復沖擊到曲軸上，因此曲軸作為發(fā)動機的重要部件，在傳遞動力的過程中主要承受交變周期性的彎曲 轉載荷 和一定的沖擊載荷的作用，同時承受不但變形的氣體壓力、活塞和連桿運動所產(chǎn)生的慣性力和離心力作用，即曲軸的各部件產(chǎn)生變形、扭轉、剪切、拉伸等復雜交變應力，因此將造成曲軸扭轉振動和彎曲振動，同時在一定的條件下還會產(chǎn)生很大的附加應力，因此受力十分復雜。首先要根據(jù)要求選擇合適的毛坯，在加工過程中要選擇合理的 加工設備及刀具、通用夾具、量具及測量方法，在加工工藝中要進行加工工序設計，加工尺寸計算，零件加工要設計合理的專用夾具 。伴隨著曲軸加工工藝的發(fā)展，加工方法不斷改進，加工方法越來越先進，所以設計合理的曲軸加工工藝和裝夾的夾具 ， 不但可以提高 加工精度，還可以提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)的成本， 以期提高產(chǎn)品的競爭力。曲軸的主軸頸、連桿軸頸和曲軸臂各處受到較嚴重的磨損，受力各不相同。因此粗加工需要給后續(xù)精加工工序留較大的加工余量，以去除彎曲變形量。精加工仍以普通磨床磨削工藝為主。曲軸精加工已少量采用數(shù)控磨床磨削工藝，尺寸的一致性得到改善。精加工使用數(shù)控磨床，采用靜壓主軸、靜壓導軌、靜壓進給絲杠 (砂輪頭架 )和線性光柵閉環(huán)控制等控制裝置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保證，精加工還廣泛使用