發動機曲軸加工工藝分析與設計曲軸是汽車發動機的關鍵零件之一,其性能好壞直接影響到汽車發動機的質量和壽命.曲軸在發動機中擔當最大負荷和全部功率,承受著強大的方向不斷變化的彎矩及扭矩，同時經受著長時間高速運轉的磨損，因此要求曲軸材質具有較高的剛性、疲乏強度和良好的耐磨性能。發動機曲軸的作用是將活塞的往復直線運動通過連桿轉化為旋轉運動，從而實現發動機由化學能轉變為機械能的輸出。本課題僅175Ⅱ型柴油機曲軸的加工工藝的分析與設計進展探討。工藝路線的擬定是工藝規程制訂中的關鍵階段，是工藝規程制訂的總體設計。所撰寫的工藝路線合理與否，不但影響加工質量和生產率，而且影響到工人、設備、工藝裝備及生產場地等的合理利用，從而影響生產本錢。所以，本次設計是在認真分析曲軸零件加工技術要求及加工精度后，合理確定毛坯類型，經過查閱相關參考書、手冊、圖表、標準等技術資料，確定各工序的定位基準、機械加工余量、工序尺寸及公差，最終制定出曲軸零件的加工工序卡片。關鍵詞：發動機，曲軸，工藝分析，工藝設計132.13曲軸的構造及其特點3曲軸的主要技術要求分析4曲軸的材料和毛坯確實定4曲軸的機械加工工藝過程4曲軸的機械加工工藝路線5663.273.3曲軸主要加工工序分析 8銑曲軸兩端面,鉆中心孔 8曲軸主軸頸的車削 8曲軸連桿軸頸的車削 8鍵槽加工 9軸頸的磨削 994.19機械加工余量、工序尺寸及公差確實定10110210φ22-00.121011確定工時定額11曲軸機械加工工藝過程卡片的制訂12131415曲軸是發動機上的一個重要的旋轉機件，裝上連桿后，可承接活塞的上下(往復>運動變成循環(旋轉>運動。曲軸主要有兩個重要加工部位：主軸頸和連桿頸。主軸頸被安裝在缸體上，連桿頸與連桿大頭孔連接，連桿小頭孔與汽缸活塞連接，是一個典型的曲柄滑塊機構。發動機工作過程就是：活塞經過混合壓縮氣的燃爆，推動活塞做直線運動，并通過連桿將力傳給曲軸，由曲軸將直線運動轉變為旋轉運動。而曲軸加工的好壞將直接影響著發動機整體性能的表現。發動機機體是構成發動機的骨架，是發動機各機構和各系統的安裝根底，其內、外安裝著發動機的全部主要零件和附件，承受各種載荷。機體組主要由氣缸體、曲軸箱、氣缸蓋等零件組成。氣缸體水冷發動機的氣缸體和上曲軸箱常鑄成一體，氣缸體一般用灰鑄鐵鑄成，氣缸體上部的圓柱形空腔稱為氣缸，下半部為支承曲軸的曲軸箱，其內腔為曲軸運動的空間。在氣缸體內部鑄有很多加強筋，冷卻水套和潤滑油道等。<2〕曲軸箱氣缸體下部用來安裝曲軸的部位稱為曲軸箱，曲軸箱分上曲軸箱和下曲軸箱。上曲軸箱與氣缸體鑄成一體，下曲軸箱用來貯存潤滑油，并封閉上曲軸箱，故又稱為油底殼。油底殼受力很小，一般承受薄鋼板沖壓而成，其外形取決于發動機的總體布置和機油的容量。油底殼內裝有穩油擋板，以防止汽車顛動時油面波動過大。油底殼底部還裝有放油螺塞，通常放油螺塞上裝有永久磁鐵，以吸附潤滑油中的金屬屑，削減發動機的磨損。在上下曲軸箱接合面之間裝有襯墊，防止潤滑油泄漏。<3〕氣缸蓋氣缸蓋安裝在氣缸體的上面，從上部密封氣缸并構成燃燒室。它常常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。水冷發動機的氣缸蓋內部制有冷卻水套，缸蓋下端面的冷卻水孔與缸體的冷卻水孔相通。利用循環水來冷卻燃燒室等高溫局部。缸蓋上還裝有進、排氣門座，氣門導管孔，用于安裝進、排氣門，還有進氣通道和排氣通道等。汽油機的氣缸蓋上加工有安裝火花塞的孔，而柴油機的氣缸蓋上加工有安裝噴油器的孔。頂置凸輪軸式發動機的氣缸蓋上還加工有凸輪軸軸承孔，用以安裝凸輪軸。氣缸蓋一般承受灰鑄鐵或合金鑄鐵鑄成，鋁合金的導熱性好，有利于提高壓縮比，所以近年來鋁合金氣缸蓋被承受得越來越多。而作為發動機上的一個重要的旋轉機件——曲軸，其加工方法仍有一般軸的加工規律，如銑兩端面，鉆中心孔，車、磨及拋光，但是曲軸也是有它的特點，它由主軸頸，連桿軸頸與連桿軸頸之間的連接板組成，其構造瘦長、曲拐多、剛性差，因而安排曲軸加工工藝應實行相應的工藝措施。在曲軸的機械加工中，承受技術和提高自動化程度都不斷取得進展。目前，國內較陳舊的曲軸生產線多數由一般機床和專用機床組成，生產效率和自動化程度相對較低。粗加工設備一般承受多刀車床車削曲軸主軸頸及連桿軸頸，工序質量穩定性差，簡潔產生較大的加工應力，難以到達合理的加工余量。精加工普遍承受MQ8260等一般曲軸磨床進展粗磨、半精磨、精磨、拋光，通常靠人工操作，加工質量不穩，尺寸全都性差。現在加工曲軸粗加工比較流行的工藝是：主軸頸承受車拉工藝和高速外銑，連桿頸承受高速外銑，而且傾向于高速隨動外銑，全部承受干式切削。在對連桿頸進展隨動磨削時，曲軸以主軸頸為軸線進展旋轉，并在一次裝夾下磨削全部連桿頸。在磨削過程中，磨頭實現往復搖擺進給，跟蹤著偏心回轉的連桿頸進展磨削加工。固然，目前國際上還有更加先進的曲軸加工工藝和機床設備，只鉆一對質量中心孔，選用日本的Mazak五軸聯動的數控機床進展一系列的加工。類似這樣的技術，目前國內汽車發動機曲軸的加工還處于爭論階段，從經濟效益和加工難度上考慮這是顯而易見的。但是對于技術、工藝的追求是不會止步的，這就需要我們當代的青年和科技工作者的不斷努力。其次章確定曲軸的加工工藝過程曲軸的作用曲軸是汽車發動機中的重要零件，它與連桿協作將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉的動力，傳給底盤的傳動機構，同時，驅動配氣機構和其它關心裝置。曲軸在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力簡單，同時，曲軸又是高速旋轉件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的力量，耐磨損且潤滑良好。曲軸的構造及其特點圖2-1曲軸的構造圖曲軸一般由主軸頸，連桿軸頸、曲柄、平衡塊、前端和后端等組成。一個主軸頸、一個連桿軸頸和一個曲柄組成了一個曲拐，曲軸的曲拐數目等于氣缸數(直列式發動機>；V型發動機曲軸的曲拐數等于氣缸數的一半。主軸頸是曲軸的支承局部，通過主軸承支承在曲軸箱的主軸承座中。主軸承的數目不僅與發動機氣缸數目有關，還取決于曲軸的支承方式。連桿軸頸是曲軸與連桿的連接局部，在連接處用圓弧過渡，以削減應力集中。曲柄是主軸頸和連桿軸頸的連接局部，斷面為橢圓形，為了平衡慣性力，曲柄處鑄有(或緊固有>平衡重塊。平衡重塊用來平衡發動機不平衡的離心力矩，有時還用來平衡一局部往復慣性力，從而使曲軸旋轉平穩。曲軸前端裝有齒輪，驅動風扇和水泵的皮帶輪以及起動爪等。為了防止機油沿曲軸軸頸外漏，在曲軸前端裝有一個甩油盤，在齒輪室蓋上裝有油封。曲軸的后端用來安裝飛輪，在后軸頸與飛輪凸緣之間制成擋油凸緣與回油螺紋，以阻擋機油向后竄漏。曲軸的主要技術要求分析主軸頸、連桿軸頸本身的精度，即尺寸公關等級IT6，外表粗糙度Ra值為1.25～0.63μm。軸頸長度公差等級為IT9～IT10。軸頸的外形公差，如圓度、圓柱度掌握在尺寸公差之半。位置精度，包括主軸頸與連桿軸頸的平行度：一般為100mm之內不大于0.02mm；曲軸各主軸頸的同軸度：小型高速曲軸為0.025mm，中大型低速曲軸為0.03～0.08mm。各連桿軸頸的位置度不大于±20′。曲軸的材料和毛坯確實定曲軸工作時要承受很大的轉矩及交變的彎曲應力，簡潔門生扭振、折斷及軸頸磨損，因此要求用材應有較高的強度、沖擊韌度、疲乏強度和耐磨性。常用材料有：一般曲軸為35、40、45鋼或球墨鑄鐵QT600-2；對于高速、重載曲軸，可承受40Cr、42Mn2V等材料。本課題承受球墨鑄鐵QT600-2.曲軸的毛坯依據批量大小、尺寸、構造及材料品種來打算。批量較大的小型曲軸，承受模鍛；單件小批的中大型曲軸，承受自由鍛造；而對于球墨鑄鐵材料則承受鑄造毛坯。曲軸的機械加工工藝過程曲軸的尺寸精度、加工外表外形精度以及位置精度的要求都很高，但剛性比較差，簡潔產生變形，這就給曲軸的機械加工帶來了很多困難，必需予以充分的重視。曲軸需要加工的外表有：主軸頸、連桿軸頸、鍵槽、φ22的外圓。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽安排在切除工藝搭子后，磨削外圓安排在保存工藝搭子前。依據曲軸的構造特點及機械加工的要求，加工挨次大致可歸納為：銑兩端面；車工藝搭子和鉆中心孔；粗、精車三連桿軸頸；粗、精車各處外圓；精磨連桿軸頸、主軸頸和φ20、φ22外圓；切除工藝搭子、車端面、銑鍵槽等。曲軸機械加工工藝路線在進展大量的工藝分析之后，制定出大批大量生產曲軸的加工工藝路線：<1〕<2〕<3〕<4〕<5〕<6〕<7〕<8〕粗車三個連桿軸頸<9〕精車三個連桿軸頸<10〕<12〕<13〕<14〕<15〕<16〕磨削φ22-00.12mm外圓<17〕磨削φ200-00.021mm外圓<18〕<19〕<20〕<21〕<22〕<23〕<24〕第三章曲軸的機械加工工藝過程分析3.1曲軸的機械加工工藝特點三拐曲軸除了具有軸的一般加工規律外，也有它的工藝特點，主要包括外形簡單，剛性差及技術要求高，針對這些特點應實行相應的措施，分析如下：1、外形簡單曲軸主軸頸與連桿軸頸不在同一軸上線，偏心距有肯定的尺寸要求，并且兩軸有較高的位置度要求，同時主軸頸與連桿軸頸間有較大的平衡塊，因此在工藝設計中應解決以下幾點問題：a.設計加工連桿軸頸的偏心夾具，即連桿軸頸與機床主軸重合，并使夾具能回轉180度，加工另一連桿軸頸。b.為消退加工時的不平衡力的產生，設計夾具時應準確設計平衡重。2、剛性差因本曲軸長徑比較大，同時具有曲拐，因此剛性較差。曲軸在切削力及自重的作用下會產生嚴峻的扭曲及彎曲變形，特別在單邊傳動的機床上加工更為嚴峻，在工藝設計中應解決以下問題：<1〕：粗加工時由于切削余量大，切削力也較大，可用中間托架來增加剛性，減小變形和振動，同時機床刀具及夾具都應有較高的剛度。<2〕：在加工時盡量使切削力的作用相互抵消，可用前后刀架同時橫向進給。<3〕：合理安排工位次序以削減加工變形，按先粗后精的原則安排加工工序，逐步提高精度。<4〕：在有可能產生變形的工序后面增設校直工序。3、技術要求高曲軸技術要求較高，加工面多，需要保證的尺寸、外形、位置精度較多。因而總的工藝路線較長，精加工占有相當比例。加工時應要解決以下問題：A：正確安排粗加工、半精加工及精加工余量。B：粗基準選擇用曲軸兩端的中心孔。中心孔的加工以主軸頸外圓作為基準，這樣能保證曲軸加工徑向及軸向加工余量的均勻性。C：精加工時仍用中心孔作為基準，但要重修磨中心孔，避開精加工時因中心孔磨損引起加工誤差。也可一端用主軸頸定位，另一端用中心孔定位以提高剛度。D：曲軸軸向定位以主軸頸軸肩定位，工藝設計時定位基準應盡量與設計基準全都。2曲軸的機械加工工藝特點分析1>該零件是三拐小型曲軸，生產批量不大，應選用中心孔定位，它是關心基準，裝夾方便，節約找正時間，又能保證三處連桿軸頸的位置精度。但軸兩端的軸頸分別是20mm和φ25mm，而三處連桿軸頸中心距分布在φ32mm的圓周上，故不能直接在軸端面上鉆三對中心孔。于是，在曲軸毛坯制造時，預先鑄造兩端φ45mm的工藝搭子，這樣就可以在工藝搭子上鉆出四對中心孔，到達用中心孔定位的目的。在工藝搭子端面上鉆四對中心孔，先以兩主軸頸為粗基準，鉆好主軸頸的一對中心孔；然后以這一對中心孔定位，以連桿軸頸為粗基準劃線，再將曲軸放到回轉工作臺上，120°均布的三個連桿軸頸的中心孔，這樣就保證了它們之間的位置精度。該零件剛性較差，應按先粗后精的原則安排加工挨次，逐步提高加工精度。對于主軸頸與連桿軸頸的加工挨次是，先加工三個連桿軸頸，然后再加工主軸頸及其他各處的外圓，這樣安排可以避開一開頭就降低工件剛度，削減受力變形，有利于提高曲軸加工精度。由于使用了工藝搭子，銑鍵槽工序安排在切除中心孔后進展，故磨外圓工序必需提前在還保存工藝搭子中心孔時進展，同時要留意防止已磨好的外表被碰傷。3.3曲軸主要加工工序分析銑曲軸兩端面,鉆中心孔本工序在鉆銑車組合車床上完成，主要保證曲軸總長及中心孔的質量，假設端面不平則中心鉆上的兩切削刃的受力不均，鉆頭可能引偏而折斷，因此承受先面后孔的原則。中心孔除影響曲軸質量分布外，它還是曲軸加工的重要基準貫穿整個曲軸加工始終。因而直接影響曲軸加工精度。打中心孔在本次工藝設計中因考慮設備因素，承受找出曲軸的幾何中心代替質量中心。打中心孔以毛坯的外外表作為基準，因而毛坯外外表質量好壞直接影響孔的位置誤差。曲軸主軸頸的車削由于曲軸年產量不大，主軸頸加工承受車削，在剛度較強的一般車床上進展。曲軸安裝在前、后頂尖上線一端用大盤夾住而另一端用頂尖頂住，用硬質合金車幾道工序上完成主軸頸的車削。由于加工余大且不均勻，旋轉不平衡，加工時產生沖擊，因此工件要夾結實。車床、刀具、夾具要有足夠的剛性。主軸頸車削挨次是先精車一端主軸頸及軸肩，然后以車好的主軸頸定位。另一側用頂尖以中心孔定位。車另一端主軸頸、肩及各個軸頸，半精度及精車都按此挨次進展，漸漸提高主軸頸及其他軸頸的加工精度。曲軸連桿軸頸的車削主軸頸及其它外圓車好后，以主軸頸作為加工連桿軸頸的基準，承受專用的車夾具、車削連桿軸頸，車削同樣在一般車床上進展。車削連桿軸頸需要解決的是角度定位<兩連桿軸頸軸線需要掌握在180度+30度或180度—30度〕以及曲軸旋轉的不平衡問題。這些都由專用夾具來保證，夾具體為一對用以定位的V型塊組成，裝在接盤上。接盤與車床過渡接盤靠中間的定位銷定位并連接，接盤在過渡接盤上靠棱形定位銷可轉180度，依次車削兩個連桿軸頸。V型塊中心與車床主軸線距離一個曲軸半徑。車削過程中，一端與曲軸主軸頸定位并夾緊，另一端靠偏中心座夾緊，中心座上鉆有中心孔，中心孔偏心距同樣為一個曲軸半徑。用頂尖頂緊中心孔，這樣就能保證連桿軸頸軸線與車床主軸線全都。安裝夾具體的接盤上有平衡塊，消退曲軸旋轉時不平衡力矩的生。曲軸加工時由于受到離心力和兩頂尖的軸向壓緊偏心力的作用，簡潔發生彎曲變形，為了加強工件剛度，用撐桿來撐住另一個曲拐的開移。車削連桿軸頸時為了使切削力不致于太大，每次車削余量掌握在1~1.5mm內，同時車床旋轉不能太高，刀具承受高速鋼。鍵槽加工這個鍵槽主要用于飛輪，加工此鍵槽應安排在主軸頸精車工序之后，這樣能保證定位精度及掌握鍵槽的深度以及對稱度。鍵槽加工是以兩主軸頸定位，同樣用專用夾具在一般銑床上進展。軸頸的磨削由于主軸頸及連桿軸頸精度較高，尺寸精度為IT6級，外表粗糙度1.6~0.8μm，并且具有較高的外形精度及位置精度。因此主軸頸與連桿軸頸精車后要進展磨削，以提高精度外表粗糙度。在工藝設計中，首先磨主軸頸然后磨連桿軸頸。中間主軸頸磨好后才能磨其余軸頸，磨主軸頸和連桿軸頸的安裝方法根本上與車軸頸一樣，磨主軸頸是以中心孔定位，在外圓磨床上進展，磨連桿軸頸則以經過精磨的兩端主軸頸定位，以保證與主軸頸的軸線距離及平行度要求，磨連桿軸頸是在曲軸磨床上進展的。由于軸頸寬度不大，承受橫向進給磨削法，生產率較高，磨輪的外形需認真地修整，由于直接影響軸頸與圓角的外形，磨削余量依據車削后的精度而定，粗磨余量值每邊0.2~0.3mm，精磨余量掌握在0.1~0.15mm內。在橫向進給磨削中，磨輪對工件的壓力很大，為避開曲軸彎曲，承受可以調整的中心架，否則就不能去掉上道工序留下的彎曲度，最好待這個軸頸的擺差減小才開頭使用中心架。磨削主軸頸時應把兩頂尖孔倒角處抹干凈，去砂粒及油泥，確保加工基準——中心孔的精度，磨削工序之前必需修研中心孔。第四章機械加工余量、工序尺寸及公差確實定曲軸主要加工外表的工序安排曲軸的主要加工外表為主軸頸、連桿軸頸、各外圓；次要加工外表為兩端面、鍵槽。此外，還有還有檢驗、清洗、去毛刺等工序。連桿各主要外表的工序安排如下：<1〕、主軸頸：粗車、精車、磨削；<2〕、連桿軸頸：粗車、精車、磨削；<3〕、φ220-0.12mm外圓：粗車、精車、磨削；<3〕、φ200-0.021mm外圓：粗車、精車、磨削。機械加工余量、工序尺寸及公差確實定主軸頸工序尺寸及公差確實定表4-1:曲軸主軸頸的工序及公差鑄造φ30±13.2mmIT11φ26.80-0.131.3mmIT8φ25.50-0.0330.5mmIT6φ25+0.021+0.008連桿軸頸工序尺寸及公差確實定表4-2:曲軸連桿軸頸的工序及公差鑄造φ28±12.2mmIT10φ25.80-0.0841.3mmIT8φ24.50-0.0330.5mmIT8φ24-0.020-0.053φ22-00.12mm外圓工序尺寸及公差確實定表4-3:曲軸φ220-0.12mm外圓的工序及公差鑄造φ28±1粗車3.5mmIT11φ24.50-0.13精車2mmIT8φ22.50-0.0330.5mmIT11φ220-0.12φ20-00.021mm外圓工序尺寸及公差確實定表4-4:曲軸φ20-00.021mm外圓的工序及公差鑄造φ26±1粗車3.5mmIT11φ22.50-0.13精車2mmIT8φ20.50-0.0330.5mmIT7φ20-00.021確定工時定額工序8：粗車三個連桿軸頸至φ25.80-0.084。選用機床：CA6140臥式車床。1>=1mm，2>進給量f3>機床主軸轉速:n=600r/min4>切削速度：5>=3×22=66mm，由于粗車走刀兩次，故tm=0.44min工序9：精車三個連桿軸頸至φ24.50-0.033。選用機床：CA6140臥式車床1>=0.65mm，2>進給量f：取f=0.3mm/r3>機床主軸轉速:n=800r/min4>切削速度：5>=3×22=66mm，由于粗車走刀兩次，故tm=0.55min連桿機械加工工藝過程卡片的制訂制訂機械加工工藝規程的最終一項工作就是填寫工藝卡片，它主要包括發動機曲軸的工序挨次及內容的填寫、工序簡單的繪制、合理選擇各工序所用機床設備的名稱與型號、工藝裝備<即刀具、夾具、量具等〕的名稱與型號。見附錄：參考文獻陳明主編，機械制造工藝學[M].北京:機械工業出版社,2023.07陳宏鈞主編，有用機械加工工藝手冊<第2版〕[M].北京:機械工業出版社,2023.08王茂元主編，機械制造技術[M].北京:機械工業出版社,2023.08丁柏群、王曉娟主編，汽車制造工藝技術[M].北京:國防工業出版社,2023.08曾東建主編，汽車制造工藝學[M].北京:機械工業出版社，2023.09林杰倫主編，內燃機工作過程數值計算[M].西安:西安交通大學出版社,1986周澤華主編，金屬切削原理[M].上海：上海科學技術出版社，1992吳國華主編，金屬切削機床[M].北京:機械工業出版社，1996馬幼祥主編，機械加工根底[M].北京:機械工業出版社，1984孫業保主編，車用內燃機[M].北京:北京理工大學出版社,1997謝云臣,趙英才，發動機曲軸工藝設備選型的可拓評價爭論[J].汽車技術,2023，25(4>：38-40田曉鋒，閆紅彥，常錄，100系列發動機曲軸淬火工藝試驗爭論[J].拖拉機與農