本科毕业论文设计--468曲轴工艺规程及钻模夹具的设计.doc
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1、本科学生毕业设计468曲轴工艺规程及钻模夹具的设计 系部名称: 汽车工程系 专业班级: 车辆工程 B05-18班 学生姓名: 张敏键 指导教师: 张德生 职 称: 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二九年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Design of Bored Fixture And Process for the 468 Crankshafts Candidate:Zhang MinjianSpecialty:Vehicle Engineering Class:B05-18Supervisor:Associate Prof
2、essor .Zhang DeshengHeilongjiang Institute of Technology2009-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘要本文介绍了曲轴加工过程中定位、装夹、加紧、钻模以及曲轴加工方面、夹具设计上的相关知识。综述了国内外目前微型车曲轴的制造技术及发展趋势。通过对曲轴的使用性能、工作条件、结构、技术要求的了解,对曲轴的加工工艺规程进行研究改进,提出了在加工过程中常出现的问题及改进的办法,使曲轴的精度和表面质量得到很大提高,降低了废品率,提高了劳动生产率。并绘制夹具的二维与三维图形。与在对国内外夹具的设计现状进行分析的基础上,针对中小企业广泛使用夹
3、具常出现的情况,我们有必要对夹具进行设计,具有现代机床夹具设计的相关知识,这样可有效地提高夹具设计的速度和质量,从而提高企业效益。此外,本文顺应现代机械设计发展趋势,利用Pro/E绘出曲轴及重要工序夹具的三维图。关键词:曲轴;夹具;设计;三维图;Pro/E ABSTRACTThis paper introduces the crankshaft machining process of location 、clamping、intensify、jig and the relevant knowledge on crankshaft processing and the design of fi
4、xture. Reviewed the current micro-car crankshaft manufacturing technology and development trends. Through the use of performance, working conditions, structure and understanding of the technical requirements of the crankshaft processing improvements in the processing of those problems and improving
5、the method, so that the crankshaft precision and surface quality can be improved greatly, reduced the reject rate, improved labor productivity. Furthermore, I am conversing the size of the chain. In considering the reasonableness of the crankshaft design, stress analysis for the crankshaft and the r
6、elated calculation and verification. In the domestic and international fixture design for the analysis of the status quo, based on extensive use of the regular fixture. We need to design fixture, fixture with modern design knowledge, This will effectively increase the speed fixture design and qualit
7、y, there by improving enterprise efficiency. In addition, the paper conform to the modern mechanical design development trends, using the Pro/E to draw the 3D map of crankshaft and the important processes on the fixture. Key words:Crank;Fixture;Design;3D Map;Pro/EII目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题背景11.
8、2 国内外曲轴制造技术的发展趋势11.2.1 国外曲轴制造技术的发展趋势11.2.2 国内曲轴制造技术的发展趋势21.3 选题的目的和意义41.4 课题研究的主要内容5第2章 曲轴加工工艺研究及钻模夹具的设计62.1 概述62.1.1 曲轴使用的性能与工作条件62.1.2 曲轴的结构与技术要求62.1.3 材料与毛坯62.2 曲轴加工工艺分析62.2.1 曲轴加工工艺过程72.2.2 定位基准的选择82.2.3 加工工序的安排92.3 夹具的设计102.3.1 夹具的定义和作用102.3.2 夹具的分类102.3.3 进行夹具设计的意义112.4 夹具设计中需注意的问题112.4.1 清根问题
9、112.4.2 让刀问题112.4.3 更换问题112.4.4 防松问题122.4.5 对夹具体的要求122.4.6 钻模夹具体毛坯的类型132.5 钻模夹具的设计132.5.1 部分基本件的选择132.5.2 主要零件的选择142.5.3 工步的制定142.5.4 钻模夹具应注意的问题142.5.5 钻模夹具的定位及设计原则142.5.6 斜孔钻模夹具的改进思路182.6 本章小结18第3章 液压系统的设计193.1 滑板液压系统的设计193.2 液压系统回路的设计193.2.1 减速回路193.2.2 锁紧回路193.2.3 液压缸的设计计算203.3 液压系统的组成203.3.1 液压系
10、统的组成203.3.2 液压缸的组成213.3.3 齿轮泵223.3.4 单向阀223.3.5 溢流阀223.3.6 滤油器223.3.7 节流阀233.3.8 油箱233.4 油缸的计算与选型233.4.1 液压缸推力及行程的确定233.4.2油缸直径及行程的确定233.4.3 滑板机构油缸直径与行程的计算243.4.4 油缸的选型243.4.5 油缸壳体的设计243.5 油泵的计算与选型253.5.1 油泵工作压力的计算253.5.2 油泵理论流量的计算253.5.3 油泵排量的计算263.5.4 油泵功率的计算263.5.5 油泵的选型263.6 油箱与油管的计算与选型263.6.1 油
11、箱容积V的计算273.6.2 油管内径d的计算273.7 本章小结27第4章 曲轴三维图及夹具的设计图284.1 概述284.1.1 PROE的主要特点及概念284.1.2 Pro/E在机械设计中的应用284.2 在Pro/E环境下生成曲轴294.2.1 画曲轴的方法及思路294.2.2 画曲轴的步骤294.2.3 画曲轴中使用到的几种功能294.2.4 Pro/E环境下的成型曲轴314.3 主要夹具的建模314.3.1 V型块的建模314.3.2 滑板的建模324.3.3 底座的建模324.3.4 钻模板的建模334.3.5 V型块夹板的建模334.3.6 定位凹槽的建模344.3.7 支座
12、的建模344.4 本章小结35结论36参考文献37致谢38附录39第1章 绪 论1.1 选题背景微型汽车在我国有很大的市场,从0.9L到1.3L,价格也适合我国国情,同时适合正在发展的中国的现况,曲轴飞轮组结构、材料及加工手段等也在不断发展。曲轴是内燃机中承受冲击载荷传递动力的关键零件,也是在内燃机5大件(机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴)中最难以保证加工质量的零件。由于曲轴工况条件恶劣,因此对曲轴的材质、毛坯加工技术、精度、表面粗糙度、热处理和表面强化、动平衡等要求都十分严格。其中任何一个环节的质量对曲轴的寿命和整机的可靠性都具有很大的影响。因此世界各国对曲轴的加工都十分重视,都在不断地改进曲
13、轴加工工艺,最大可能地提高曲轴寿命。曲轴质量约占内燃机质量的10%,成本约占整机的10%12%,其材质大体可分2类:一类是锻钢,一类是球墨铸铁。由于球墨铸铁的切削性能良好,并可通过各种热处理和表面强化处理来提高曲轴的抗疲劳强度、硬度和耐磨性。球墨铸铁中的内摩擦所耗功比钢大,减小了工作时的扭转振动的振幅和应力,应力集中也没有钢质曲轴敏感,所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛的应用。近年来,我国内燃机曲轴专业生产厂家通过引进技术消化吸收和自行开发,总体水平有了较大的提高。但是我国距世界先进水平仍相差很远,甚至于还满足不了我国内燃机工业技术发展的要求。我们只有充分了解国内外内燃机曲轴制造技术现状及发展
14、趋势,及时改进和提高曲轴制造技术水准,才能制造出具有世界一流水平的内燃机曲轴,以实力参与市场竞争。1.2 国内外曲轴制造技术的发展趋势1.2.1 国外曲轴制造技术的发展趋势 1、锻造技术随着锻压技术的进步,在变形理论上采用有限元法借助电子计算机应力和变形状态。在20世纪70年发达国家对新建或改建的大的专业锻造厂点,大都是以微机数控和群控的模锻压力机或电动液压锤及螺旋压力机为主机的生产线大批量生产曲轴等锻件。近年来,随着计算机辅助设计(Computer Aided Design,简称CAD)、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing,简称CAM)的广泛采用,管理信
15、息系统和集成生产系统的引入,锻造生产软件、硬件和数据库的研究,以实现锻造生产从原材料、工艺和工艺装备最佳方案的选择和整个过程的控制,推动着锻造生产向合理化、自动化方向发展。2、机加工技术由于数控技术的飞速发展,国外的机加工自动线将具有更高的适应性和灵活性,大批量生产的曲轴轴颈粗加工,国外采用车削、铣削和车拉三种方式,其中数控内铣和车拉逐渐显示出其高效和经济性,是曲轴粗加工的发展趋势。曲轴的磨削广泛在全数控、全封闭自动在线进行。广泛采用圆角滚压工艺强化圆角,轴颈抛光广泛采用砂带抛光机。曲轴动平衡采用自动线,一般均为计算机控制,进行自动测量和修正。曲轴的检测将广泛采用在线自动检测和终检相结合的方式
16、,关键设备设有电子量仪,能连续监控加工精度,提高生产率,保证产品质量。3、热处理技术主要是表面强化技术的进一步发展和材质的开发和选择。非调质钢、微量合金钢、高强度贝氏体铸铁等将广泛的应用于曲轴。在提高曲轴的弯曲疲劳性能方面圆角滚压最为有效;曲轴的感应处理采用中频圆角轴颈淬火能同时提高耐磨性和疲劳强度;曲轴的表面化学热处理以德国的二段式气体软氮化法(Deganit法)较先进,可获得单相化合物层,大大提高产品的质量和性能,估计将会得到广泛的应用;曲轴化学复合表面热处理强化、中频淬火、圆角滚压复合强化等也将会得到广泛应用。1.2.2 国内曲轴制造技术的发展趋势目前国内曲轴生产线多数由普通机床和专用机
17、床组成,生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削曲轴主轴颈及拐颈,工序的质量稳定性差,容易产生较大的内应力,难以达到合理的加工余量。一般精加工采用MQ8260等曲轴磨床粗磨-半精磨-精磨-抛光,通常靠手工操作,加工质量不稳定。曲轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁曲轴一般均采用正火处理,为表面处理做好组织准备,表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺。锻钢曲轴则采用轴颈与圆角淬火工艺。引进的设备有AEG全自动曲轴淬火机床、EMA淬火机床等。而在近几年里,国内制造技术将向以下方向发展:1、锻造艺术(1)计算机技术的应用计算机将广泛应用于生产过程的自动化控制,能实现锻造温度控
18、制,过热和欠热棒料的自动化分选、润滑油点温监控、设备公称力显示、自动喷雾冷却模具、设备操纵系统控制、故障自动诊断、报警、工艺编程、模具设计与制造。计算机的广泛应用对工艺过程的规范化管理、促进曲轴乃至内燃机锻造行业的生产技术进步,发挥着重要的作用1。(2)形成柔性制造系统以热模锻压力机、电液锤为主机的自动线是今后生产曲轴的发展方向,这些生产线将普遍采用精密剪切下料、辊锻(楔横轧)制坯、中频感应加热、精整液压机精压等先进工艺,同时配有机械手、输送带、带回转台的换模装置等辅机,形成柔性制造系统。通过FMS可自动更换工件和模具以及自动进行参数调节,在工作过程中不断测量。显示和记录锻件厚度和最大压力等资
19、料并与定值比较,选择最佳变形量以获得优质产品。由中央控制室监控整个系统,实现无人化操作。(3)发展电液锤锻造生产线随着市场竞争的激烈,质量价格在市场竞争中的作用日显重要,电液对击锤也就应运而生了。出现了以行程、打击能量、速度可控与预选的电液锤为主机的曲轴现代化水平生产线。由于电液锤锻造生产线投资小,技术水准高,适应性强,所以21世纪电液锤与热模锻压力机将同时得到发展,都将为各种新型或改进型内燃机提供合格的精密锻造毛坯。2、机械加工技术曲轴粗加工将广泛采用数控车床、CNC(Computerized numerical control)数控内铣床、CNC车削、拉削机床等先进设备对主轴颈、连杆轴颈进
20、行数控车削、内铣削、车削、拉削加工,以有效的减少曲轴加工的变形量。曲轴精加工将广泛采用CNC控制的曲轴磨床对其轴颈进行精磨加工,此种磨床将配备砂轮自动动平衡装置、中心架自动跟踪装置、自动测量、自动补偿装置,实现砂轮自动修整、恒线速度等功能要求,以保证磨削质量的稳定。工件的输送,将广泛采用带自动编码识码的机动滚道输送,龙门式机械手上下工件,减少输送中的人为碰撞,实现曲轴的自动加工。曲轴超精加工将广泛采用砂带抛光机抛光加工,以改善曲轴表面粗糙度和提高曲轴抗疲劳强度。3、热处理技术和表面强化技术(1)曲轴中频感应淬火曲轴中频感应淬火,将采用微机监控死循环中频感应加热装置,该装置的特点主要为:能动态的
21、显示系统工况,具有多任务、多窗口及动态数据交换等功能,操作方便;多幅画面,各画面之间以动态图像实时显示中频设备运行过程中各重要参数状态、各点温监控画面,具有显示曲轴多点温度、时间等情况及根据不同直径、材质选用加热温度的功能;记录实时及历史趋势曲线,记录打印装置运行过程中某一范围内的各项参数,主要用于档案管理及过程分析;报警功能,当某项关键参数达到相应极限值时自动报警。该装置具有高效率,质量稳定,运行可靠等特点,今后将得到广泛应用。(2)曲轴软氮化为了提高产品质量,对于大批量生产的曲轴将采用微机控制的氮基气氛气体软氮化生产线是今后的发展方向。氮基气氛气体软氮化生产线由前清洗机(清洗干燥)、预热炉
22、、软氮化炉、冷却油槽、后清洗机(清洗干燥)、控制系统及制气配气等系统组成2。该工艺具有安全、节能、工艺控制可靠、气源成本低、产品质量稳定、性能重现性好、易实现自动化、计算机管理、生产率高等显著特点,具有较高的实用性和应用推广前景。(3)曲轴表面强化技术为了大幅度提高曲轴的抗疲劳强度,圆角滚压强化将大量应用于曲轴加工中。另外,曲轴圆角滚压强化和轴颈表面淬火等复合强化工艺也将大量应用于曲轴加工中。1.3 选题的目的和意义了解曲轴飞轮组的功用及工作条件和受力情况,及了解相关零部件的材质及加工和使用特点。确定加工工艺方案,通过对加工工艺方案的改进及加工工艺分析,提出相应加工方案,从而达到对曲轴飞轮组在
23、发动机运转的工况了解和原理认知,为将来设计发动机打下坚实基础。同时了解机床夹具的功用、组成和分类。以及机床夹具设计的步骤和方法,夹具总图的设计和绘制方法,及了解曲轴三维图的画法。曲轴是发动机中承受冲击载荷,传递动力的重要零件,在发动机五大件中最难以保证加工质量。由于曲轴工作条件恶劣,因此对曲轴工艺规程的编制、夹具的选择都要有严格的要求。如果其中任何一个环节质量没有得到保证,则可严重影响曲轴的使用寿命和整机的可靠性,因此我们应不断改进曲轴加工工艺。我国曲轴专业生产厂家不是很多,且整体规模小、专业化程度低、企业设备陈旧、产品设计和工艺落后、性能寿命和可靠性差、品种杂乱和“三化”程度低,这些都影响了
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