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湖 南 科 技 大 學
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
學 院： 機電工程
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
學 號： 1107020212
姓 名： 郭鑫
指導老師： 朱秋玲
日 期： 2014年 1月 5日
湖南科技大學2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目
四拐曲軸機械加工工藝及其夾具設(shè)計
作者姓名
郭鑫
學號
1107020212
所學專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
1.研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題
研究意義：曲軸是發(fā)動機中最重要的機件之一。其功用主要是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動，或者說將活塞欄桿組傳來的氣體壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩對外輸出。另外，還用來驅(qū)動驅(qū)動發(fā)動機的配氣機構(gòu)及其他各種輔助裝置。
國內(nèi)外現(xiàn)狀：伴隨著工業(yè)的發(fā)展，我國的發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。曲軸在發(fā)動機中是承受載荷傳遞動力的重要零部件，也是發(fā)動機五大零部件中最難以保證加工質(zhì)量的零部件，其性能、水平直接影響整機的性能水平及可靠性。因此，各工業(yè)發(fā)達國家十分重視曲軸的生產(chǎn)，不斷改進其材質(zhì)及加工手段， 以提高其性能水平，滿足發(fā)動機行業(yè)的需要。近幾年來， 國內(nèi)曲軸加工發(fā)展十分迅速。尤其是大功率汽車機曲軸。先進的加工工藝加工出的曲軸質(zhì)量好、效率高且穩(wěn)定，伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，我國的發(fā)動機曲軸生產(chǎn)得到較大的發(fā)展，總量已具相當?shù)囊?guī)模，無論是設(shè)計水平，還是產(chǎn)品品種、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式都有很大的發(fā)展。
曲軸是柴油機中關(guān)鍵零件之一，其材質(zhì)大體分為兩類：一是鋼鍛曲軸，二是球墨鑄鐵曲軸。由于采用鑄造方法可獲得較為理想的結(jié)構(gòu)形狀，從而減輕質(zhì)量，且機加工余量隨鑄造工藝水平的提高而減小。球鐵的切削性能良好，并和鋼制曲軸一樣可以進行各種熱處理和表面強化處理，來提高曲軸的抗疲勞強度和耐磨性。而且球鐵中的內(nèi)摩擦所耗功比剛大，減小了工作時的扭轉(zhuǎn)振動的振幅和應力，應力集中也沒有鋼制曲軸的敏感。所以球磨鑄鐵曲軸在國內(nèi)外得到廣泛采用。
從目前整體水平來看，毛坯的鑄造工藝存在生產(chǎn)效率低，工藝裝備落后，毛坯機械性能還不穩(wěn)定、精度低、廢品率高等問題。從以下幾個工藝環(huán)節(jié)采取措施對提高曲軸質(zhì)量具有普遍意義。①熔煉 國內(nèi)外一致認為高溫低硫純凈鐵水的獲得是生產(chǎn)高質(zhì)量球鐵的關(guān)鍵所在。為獲得高溫低硫磷的純凈鐵水，可用沖天爐溶化鐵水，經(jīng)爐外脫硫，然后在感應電爐中升溫并調(diào)整成分。②球化處理 ③孕育處理 沖天爐熔化球鐵原鐵水對銅鉬合金球鐵采用二次孕育。這對于防止孕育衰退，改善石墨形態(tài)，細化石墨及保證高強度球鐵機械性能具有重要作用。④合金化 配合好銅和鉬的比例對形成珠光體組織十分有利，可提高球鐵的強度，而且銅和鉬還可大大降低球鐵件對壁厚的敏感性。⑤造型工藝 氣流沖擊造型工藝由于粘土造 型工藝，課獲得高精度的曲軸鑄件，該工藝制作的砂型具有無反彈變形量的特點，這對于多拐曲軸尤為重要。⑥澆注冷卻工藝采用立澆-立冷，斜澆-斜冷、斜澆-反斜冷三種澆注方式較為理想，其中后一種最好。斜澆-反斜冷的特點是：型腔排氣充分，鐵水充型平穩(wěn)，澆注系統(tǒng)撇渣效果好，冒口對鑄件的補縮效果好，適應大批量流水線生產(chǎn)。
目前，國內(nèi)大部分專業(yè)廠家普遍采用普通機床和專用組合機床組成的流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率、自動化程序較低。曲軸的關(guān)鍵技術(shù)項目仍與國外相差1-2個數(shù)量級。國外的加工工藝大致可歸納為如下幾個特點：①廣泛的采用數(shù)控技術(shù)和自動線，生產(chǎn)線一般由幾段獨立的自動化生產(chǎn)單元組成，具有很高的靈活性和適應性。采用龍門式自動上下料，集放式機動滾道傳輸，切削液分粗加工與精加工兩段集中供應和回收處理。②曲軸的主要加工工序基準中心孔，一般采用質(zhì)量定心加工方式，這樣在靜平衡時，加工量很少。③軸頸的粗加工一般采用數(shù)控銑削或車拉工藝。工序質(zhì)量科達到國內(nèi)粗磨后的水平，且切削變形小、效率高。銑削和車拉是曲軸粗加工的發(fā)展方向。④國外的曲軸軸磨床均采用CNC控制技術(shù)，具有自動進給、自動修正砂輪、自動補償和自動分度功能，使曲軸的磨削精度和效率顯著提高。⑤油孔的加工采用鼓輪鉆床和自動線，近幾年隨著槍鉆技術(shù)應用，油孔的加工大已采用槍鉆自動線鉆孔-修緣-拋光。⑥曲軸拋光采用CNC控制的砂帶拋光機，所有軸頸一次拋光只需20秒，粗糙度可達Ra0.4以下，大大減小了發(fā)動機的磨合期。⑦動平衡一般采用CNC控制的綜合平衡機，測量，修正一次完成。⑧檢驗一般生產(chǎn)線上配備M ARPOSS或HOMWORK綜合檢測機，實現(xiàn)在線檢測，對曲軸的幾乎所有機加工項目均可一次完成檢測、顯示和打印。⑨曲軸的清潔采用專用精洗機定點定位清洗，保證了曲軸清潔度要求。⑩廣泛采用了軸頸過度圓角滾壓技術(shù)。專用圓角滾壓機自動控制，對所用軸頸圓角進行一次滾壓，而且滾壓力和滾壓角可自動調(diào)節(jié)，使圓角處產(chǎn)生最佳的殘余應力，提高了曲軸的疲勞強度。
曲軸熱處理的關(guān)鍵技術(shù)是表面強化處理，一般均為正火處理，為表面處理做好準備。表面強化處理一般采用感應淬火或氮化工藝，少數(shù)廠家還引用了圓角淬火技術(shù)和設(shè)備。
球鐵曲軸具有諸多優(yōu)點，國內(nèi)外廣泛采用。但整體水平與國外還有相當差距，出生產(chǎn)規(guī)模小，管理落后外，主要差距仍是制造工藝的落后。借鑒國外的先進技術(shù)和工藝方法是提高我國曲軸制造水平的捷徑。
夾具是工藝裝備的主要組合部分，在機械制造中占有重要地位。夾具對保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，擴大機床使用范圍，縮短產(chǎn)品試制周期等都具有重要意義。目前，單件、小批量生產(chǎn)正逐漸成為現(xiàn)代機械制造業(yè)新的生產(chǎn)模式。在這種生產(chǎn)模式中，要求加工機床和夾具裝備具有更好的柔性，以縮短生產(chǎn)準備時間，降低生產(chǎn)成本，所以，按單一品種設(shè)計專用夾具的方法已不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，而組合夾具正式適應這一生產(chǎn)模式的柔性工裝設(shè)備。它對縮短工藝裝備的設(shè)計，制造周期，以及產(chǎn)品換型后對原有工裝夾具延續(xù)使用起到至關(guān)重要的作用。國外為了適應這種生產(chǎn)模式，也把柔性制造系統(tǒng)作為開發(fā)新產(chǎn)品的有效手段，并將其作為機械制造業(yè)的主要發(fā)展。
存在問題：曲軸工作時，要承受周期性變化的氣體壓力，往復慣性力和離心力，以及他們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和彎矩的共同作用。在上述周期性載荷的作用下，會引起扭矩振動和彎曲振動而產(chǎn)生附加應力。此外，轉(zhuǎn)速和負荷經(jīng)常變化，導致頸處有時不易形成良好的油膜，而它與軸承相對摩擦速度又很高。 曲軸是一個形狀復雜的，高速的轉(zhuǎn)動細長件，在上述工作條件下會產(chǎn)生彎矩變形，疲勞破壞和軸頸磨損等。因此要求曲軸要有足夠的剛度.強度.和一定的耐磨性，并需要得到很好的平衡。
2.研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題
研究目標：使曲軸擁有足夠的剛度強度，耐磨性，平衡性
研究內(nèi)容：曲軸機械加工工藝
曲軸夾具設(shè)計
擬解決的關(guān)鍵問題：曲軸機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定，主要工序的切削用量及基本工時。夾具形狀復雜，剛性差，技術(shù)要求高。
特色與創(chuàng)新之處 夾具按照夾緊的基本原則，確定工件以2個V形塊定位，限制了y的移動，z的移動，y的轉(zhuǎn)動，z的轉(zhuǎn)動，然后用壓板夾緊，夾緊機構(gòu)用方頭螺釘。
4.擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
1月到3月之間，進行初步設(shè)計，想出總體方案。并利用寒假時間進行知識儲備，技術(shù)儲備。
3月到4月之間，進行詳細設(shè)計，通過現(xiàn)場測繪，掌握四拐曲軸結(jié)構(gòu)，在老師的協(xié)助下完成全部計算，并利用proe建立三維模型仿真，畫出重要零件圖和裝配圖。 寫出設(shè)計說明書。
在5月份，查漏補缺，完善畢業(yè)設(shè)計。
5.擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
Proe應用軟件建模，CAD應用軟件繪圖
6.參考文獻
【1】 姬慧勇 董德才 周春華等主編 內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)與原理 國防工業(yè)出版社
【2】 袁兆成主編 內(nèi)燃機設(shè)計 機械工業(yè)出版社
【3】 王定祥主編 現(xiàn)代工程機械柴油機 機械工業(yè)出版社
【4】 孫軍著 內(nèi)燃機曲軸-軸承系統(tǒng)摩擦學剛度和強度的耦合分析 合肥工業(yè)大學出版社
注：
1、開題報告是本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）的一個重要組成部分。學生應根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務書的要求和文獻調(diào)研結(jié)果，在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻按下列格式（A為期刊，B為專著）
A：[序號]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點）年份、卷號（期號）：起止頁碼。
B：[序號]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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