【正文】 ........................................ 33 參考文獻(xiàn) .................................................................................................. 34 1 前 言 1 曲軸的作用 曲軸是內(nèi)燃機(jī)最重要零件之一，它與汽缸、活塞和連桿等零件組成的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置。曲軸轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)工作行程都有很大的燃?xì)鈮毫?，通過活塞、連桿突然傳遞到曲軸上，以一定的頻率反復(fù)沖擊到曲軸上，因此曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的重要部件，在傳遞動(dòng)力的過程中主要承受交變周期性的彎曲 轉(zhuǎn)載荷 和一定的沖擊載荷的作用，同時(shí)承受不但變形的氣體壓力、活塞和連桿運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)、剪切、拉伸等復(fù)雜交變應(yīng)力，因此將造成曲軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和彎曲振動(dòng)，同時(shí)在一定的條件下還會(huì)產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，因此受力十分復(fù)雜。 2 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸加工工藝的歷史發(fā)展演變 20 世紀(jì) 70 年代以前，發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸粗加工采用的加工方式是多刀車床車削曲軸主軸頸和連桿軸頸。在粗加工后一般需要進(jìn)行去應(yīng)力回火處理，釋放應(yīng)力。曲軸精加工采用的是普通磨削工藝，一般采用 MQ8260曲軸磨床粗磨 半精磨 精磨 拋光。 20 世紀(jì) 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。 20 世紀(jì) 80 年中期又出現(xiàn)了 CNC 內(nèi)銑工藝， CNC 內(nèi)銑加工性能指標(biāo)要高于CNC 外銑加工，尤其是對于鍛鋼曲軸 ，內(nèi)銑更有利于斷屑。 2 1985 年到 1990 年左右開發(fā)出了曲軸車?yán)?、車－車?yán)に?，該工藝具有精度高、效率高等?yōu)點(diǎn)，特別適合于平衡塊側(cè)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(jìn)行精磨，省去粗磨工序。 20 世紀(jì) 90 年代中期又開發(fā)出 CNC 高速外銑，它對平衡塊側(cè)面需要加工的曲軸，比 CNC 車削、 CNC 內(nèi)銑、車－車?yán)纳a(chǎn)效率還要高。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。 20 世 紀(jì) 90 年代開發(fā)的 CBN 高速磨削。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，復(fù)合加工工藝已進(jìn)入曲軸制造業(yè)中。奧地利 WFL 公司生產(chǎn)的臥式車銑復(fù)合加工中心(M40G 型 )能在曲軸硬化前“一次裝夾，全部加工”，加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序；曲軸精加工方面，也出現(xiàn)了工序集成的 CBN 數(shù)控磨床，即一次裝夾磨削全部曲軸主軸頸和連桿軸頸 (擺 動(dòng)跟蹤磨削 )。目前較為流行的粗加工工藝是主軸頸采用車－車?yán)に嚭透咚偻忏姡B桿頸采用高速隨動(dòng)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(dòng)進(jìn)給、自動(dòng)修正砂輪、尺寸和圓度自動(dòng)補(bǔ)償、自動(dòng)分度和兩端電子同步驅(qū)動(dòng)等功能。 3 3 曲軸加工工藝現(xiàn)狀 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)批量大，品種更換頻繁，精度要求高。因此，一條先進(jìn)的曲軸生產(chǎn)線不僅要實(shí)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。當(dāng)前，曲軸的質(zhì)量主要通過機(jī)加工和熱處理的過程控制來保證，其途徑大致有以下三種： 1. 人為檢測：指通過專業(yè)質(zhì)檢人員 (或操作人員自檢、互檢 )對每道工序按照工藝要求進(jìn)行在線測量，及時(shí)調(diào) 整工藝參數(shù)，避免不合格產(chǎn)品周轉(zhuǎn)到下道工序或出現(xiàn)批量廢品。 3. 工藝保障：工藝是機(jī)加工過程中將曲軸毛坯轉(zhuǎn)化成成品的法律準(zhǔn)繩，是產(chǎn)品質(zhì)量的根本保證，也是提高加工效率的前提。通過先進(jìn)設(shè)備控制加工精度已在鍛鋼生產(chǎn)線和部分鐵軸生產(chǎn)線上實(shí)施，改善效果可觀。 4 第 1 章 零件加工工藝設(shè)計(jì) 零件工藝分析 從曲軸的形狀來看，其橫斷面會(huì)沿軸線方向急劇變化，應(yīng)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(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。 [7] 根據(jù)曲軸的工作狀況，為保證曲軸進(jìn)行可靠的工作，曲軸必須有足夠的強(qiáng)度、硬度、良好的耐磨性和高的抗疲勞性能，質(zhì)量要小，各工作標(biāo)表面要求耐磨、潤滑良好。 (2) 表面有高的硬度、彎曲疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和耐磨性。 (4) 有良好的潤滑作用。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。 連桿的大端通過剖分式滑動(dòng)軸承 (軸瓦 )，安裝在Φ 68g10(mm)的連桿軸頸中，連桿小頭整體套裝在活塞中的活塞銷中。Φ 70m6(mm)的主軸頸外側(cè)的環(huán)形槽內(nèi)嵌放彈性擋圈，可實(shí)現(xiàn)主軸承的軸向定位。左側(cè)Φ 30s(mm)的軸頸上安裝正時(shí)齒輪，驅(qū)動(dòng)正時(shí)齒輪箱中的各種正時(shí)齒輪，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣正時(shí)，燃油供給正時(shí)，并驅(qū)動(dòng)潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)需要的各種輔助功能，其軸頸Φ 30s7(mm)環(huán)形槽內(nèi)放置彈性擋圈，實(shí)現(xiàn)正時(shí)齒輪的軸向定位，右端的主 5 傳動(dòng)齒輪或皮帶輪用 M44X26H 螺母壓裝在Φ 50h10 的錐形軸上，同樣也可以實(shí)現(xiàn)軸向定位，曲柄下端 4 個(gè) 螺紋孔，用來安裝一對平衡塊 ,實(shí)現(xiàn)曲軸高速回轉(zhuǎn)時(shí)所必需的動(dòng)平衡要求。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(shí)現(xiàn)曲軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，連桿滑動(dòng)軸承所需要的潤滑，圓柱螺紋 Rp1/4 用來聯(lián)結(jié)潤滑系統(tǒng)的供油。所以，精度要求較高的偏心工件，中心孔一般都應(yīng)在精度較高 的坐標(biāo)鏜床上加工。 3. 加工較長的曲軸工件時(shí)，最突出的矛盾是工件剛性差，回轉(zhuǎn)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(dòng)；但一定要注意頂尖和支撐螺釘不能頂?shù)眠^緊，過緊會(huì)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。 5. 車削偏心工件，切削速度不宜選得過高，車刀前角與后角不宜磨得過大。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。 6 加工零件采取的措施 1. 偏心工件中心孔的加工質(zhì)量對工件的加工精度影響很大，偏心工件兩端各對中心孔的位置要求一一對應(yīng)，如果兩端中心孔不在同一直線上， 造成軸線歪斜，或中心孔表面加工不圓整、不光滑；都會(huì)嚴(yán)重引起曲軸工件加工后的形狀誤差和位置誤差。 2. 在兩頂尖上裝夾偏心工件，由于工件外圓上的受力點(diǎn)分布不均勻，會(huì)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(dòng)，會(huì)使工件出現(xiàn)不圓度和工件外圓切削振動(dòng)等，甚至?xí)l(fā)生嚴(yán)重事故。 4. 偏心工件裝夾后，原中心線已偏移一定距離，為了防止打壞車刀產(chǎn)生事故，進(jìn)刀切削時(shí)應(yīng)先從工件最高點(diǎn)開始。 6. 車偏心工件時(shí)頂尖受力不均勻，前頂尖容易損壞或移位。 7. 注意調(diào)整車床主軸的間隙，特別是當(dāng)車床精度較差時(shí)，更顯得重要。曲軸為發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)關(guān)鍵核心零件，由參考文獻(xiàn) [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(diǎn)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。 確定機(jī)械加工余量 鋼制模鍛件的機(jī)械加工余量按 GB3835— 85確定。 1. 鍛件質(zhì)量 根據(jù)成品重量為 25kg 估算為 35kg。 3. 鍛件形狀復(fù)雜系數(shù) S djwkms m? 式中 djm —— 鍛件的質(zhì)量； wkm —— 外廓包容體的質(zhì)量。根據(jù)鍛件重量 F1， 查文獻(xiàn) [1]表 得：直徑方向?yàn)? ～ 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)。參考文獻(xiàn) [2]具體毛坯尺寸詳見表 11。 曲軸零件的重量為 35kg，形狀復(fù)雜系數(shù)為 S1。 本零件曲軸毛坯尺寸的允許偏差如下表 12所示。 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(cuò)移，分模線位置選在徑向?qū)ΨQ面，分模線為直線。 加工工藝路線擬定 主要技術(shù)要求 糙度要求：基本尺寸為Φ 68 連桿頸為 ，基本尺寸為Φ 70 主軸頸為 ，小頭、各軸臺、 M44 螺紋粗糙度要求為 ， M12 法蘭螺紋孔、底面、鍵槽側(cè)面為，小頭端面、 M15 和 M33螺紋孔、Φ 4油孔為 ， Φ 6斜油孔為 。 相對主軸中心線跳動(dòng)度：大頭圓錐面 、大頭軸臺 。 平行度：兩側(cè)相對于主軸中心線為 100： ，鍵槽相對于軸中心線為 。 [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。 粗糙度為 ～ 孔：鉆孔 — 擴(kuò)孔；粗糙度為 ～ 孔 :鉆孔 — 擴(kuò)孔 —鉸孔。該原則還有另外一層意思，是指精加工前應(yīng)先修一下精基準(zhǔn)。 2. 先粗后精 這是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。 3. 先主后次 主要表面一般指零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面和重要工作面。在安排好主要表面加工順序后，常常從加工的方便與經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，安排次要表面的加工 。 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(jī)械加工 — 去應(yīng)力退火 — 精加工 — 表面熱處理 — 校直 — 磨削加工 — 檢驗(yàn)。 尺寸。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(zhǔn)統(tǒng)一。 在加工工序 50 中，兩端主軸頸采用精車主要是保證工序 20 工序尺寸精度，為下道工序使用偏心夾具車連桿頸時(shí)，保證零件的安裝精度。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。 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的 重要零件，對其機(jī)械性能要求很高，固安排工序?qū)α慵骱统善纷鲊?yán)格檢驗(yàn)。根據(jù)文獻(xiàn) [1]表 及硬質(zhì)硬質(zhì)合金端面銑刀標(biāo)準(zhǔn) 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(guān)系故可在一次走刀切完，故 (2) 確定每齒進(jìn)給量 根據(jù) 文獻(xiàn) [1]表 ， X5032 萬能銑床的功率為 ,故每齒的進(jìn)給量zmma f /~? ，取 mmp ? 。n 及進(jìn)給速度f‘v m i n/132125 39。 vvR ?表 根據(jù)文獻(xiàn) [1]表 ，考慮銑削速度變化對銑削功率 的影響，由于?mvpk ，故實(shí)際銑削功率為： kwmR ? 14 由于機(jī)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(jī)床上使用。 查文獻(xiàn) [1]表 采用插入法查出所需切削速度 V，切削力 F，功率 Pm 得：min/107V0 m? ， Nz 3865F 0 ? ， kwm 0 ? ，又查文獻(xiàn) [1]表 的修正系數(shù)： ?Mv ， ZMF ? ， mMp ? ， tv ?? mtpk ，其余修正系數(shù)均為 故： m i n/ 0 7V 39。 ???? kwmT 39。 計(jì)算 39。 rd v ???? ?? 根據(jù) CA6140 車床說明書取 min/320rn? ， rmmf /? ，這時(shí) min/80mv? , kwpm ? . 檢驗(yàn)機(jī)床功率， CA6140 機(jī)床的主電機(jī)功率 zp ＝ 取機(jī)床的效率為η＝，則機(jī)床的有效功率為： kwpp zz 39。39。 F y 和 F x 的修正系數(shù)按文獻(xiàn) [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(jìn)給量 f,根據(jù)文獻(xiàn) [1]表 ， rmmT /~ ? ,按機(jī)床說明書取rmmf /? 。又查文獻(xiàn) [1]表 ，查出修正系數(shù)為： ,mv ??? mZ mpmF kk。 m??? m in/ z039。 ??? m i n/86870 19110001000n 39。先選擇Φ 12的合金鋼擴(kuò)孔麻花鉆（參考文獻(xiàn) [1]表 ）粗糙度達(dá)到 ，再攻絲到 M12。 M33 加工：鏜孔引至Φ ，保證內(nèi)圓表面光潔度為 ，再攻螺紋 M33（參考文獻(xiàn) [2]表 ）。 工序 80 中鉆、鉸，攻絲至 M12 1. 鉆孔 (1) 刀具選擇，用φ 標(biāo)準(zhǔn)高速鋼鉆頭。 rrmm /~)~(F