机械5

摘要曲轴是发动机上的重要部件，而曲轴箱为曲轴提供支撑。所以说发动机的左曲轴箱体是发动机的核心关键件。因其加工工艺复杂，要求高，结合林海集团汽油发动机，本文分析了1E52FMD左曲轴箱盖零件的机械加工工艺规程制订及专用夹具的设计。 关键词1E52FMD左曲轴箱盖加工工艺夹具设计 1引言 中国曲轴箱产业发展过程中出现了很多问题，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏孝技术创新能力薄弱、管理水平落后等。中国曲轴箱产业发展已到了岔口；中国曲轴箱产业生产企业急需选择发展方向[1]。 结合世界曲轴箱产业的发展历程，分析了中国曲轴箱产业发展现状与差距，有关部门开创性地提出了“新型曲轴箱产业”及替代品产业概念，在此基础上，从四个角度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型曲轴箱产业”及替代产品的内涵[2]。 2加工工艺分析 2.1零件介绍 摩托车发动机箱体由左右两个半箱组成，材料为铝合金，是发动机的重要零件。发动机的曲柄连杆机构，传动齿轮机构、缸体缸盖机构、左右箱盖等都须安装在它的上面，其加工精度直接影响到发动机的质量。因此，生产厂家对发动机箱体的加工历来都很重视[3]。 左曲轴箱箱盖是一个几何形状复杂的薄壁空腔零件。通常为了减轻整车的重量，摩托车的曲轴箱材料大多为铝合金。所选毛坯是压铸而成的。曲轴箱与气缸接触面应平整，左右曲轴箱盖的接触面也必须严密，不允许有凹凸不平或曲翘变形，所以，左右曲轴箱盖接触面的平面度、粗糙度要求较高，防止出现漏气现象。左右曲轴箱接触面上，分别制有稳定孔，它的作用是保证有关零件的同轴度和垂直度要求。在装配曲轴箱时，一定要保证稳定孔的尺寸精度。曲轴箱各部分均不得有气孔或铸造缺陷，以免出现漏气或漏油现象。摩拖车发动机的生产批量较大，因而要求曲轴箱体加工工艺及夹具设计具有较高的生产率和自动化程度[4] 2.2定位基准的选择原则 定位基准有定位粗基准和定位精基准之分。在加工的第一道工序中，只能用毛坯上未经加工表面作为定位基准，则该面称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准，称为精基准[3]。选择工件的哪些表面作为定位基准,是加工工艺过程设计时的一个十分重要的问题。定位基准选择的是否合理,将直接影响零件加工质量和机床夹具结构的复杂程度,但由于粗基准和精基准的作用不同,两者的选择原则也不同[6] 2.3工艺过程内容 2.3.1拟定工艺路线的目的 制定零件机械加工工艺最主要的工作是拟定工艺路线。拟定工艺路线是制定工艺过程总体布局非常关键的一步,它与定位基准的选择有着密切关系。拟定工艺路线的主要任务是加工方法的选择,定位基准的选择,加工阶段的划分及其工艺的安排等[7]。 2.3.2各加工阶段的划分 加工原则根据先粗后精的原则。1E52FMD左曲轴箱盖的一些工序的加工精度要求较高，一般都要经过粗加工、半精加工、精加工光整加工四个阶段[8]。粗加工阶段是为了去除毛料或毛坯上大部分的余量，使毛料或毛坯在形状和尺寸上基本接近零件的成品状态，这个阶段最主要的问题是如何获得较高的生产效率。半精加工阶段是使零件的主要表面达到工艺规定的加工精度，并保留一定的精加工余量，为精加工做好准备。半精加工阶段一般安排在热处理之前进行，在这个阶段，可以将不影响零件使用性能和设计精度的零件次要表面加工完毕。精加工阶段的目的是保证加工零件达到设计图纸所规定的尺寸精度、技术要求和表面质量要求。零件精加工的余量都较小，主要考虑的问题是如何达到最高的加工精度和表面质量。当零件的加工精度要求较高，如尺寸精度要求为IT6级以上，以及表面粗糙度要求较小时，在精加工阶段之后就必须安排光整加工，以达到最终的设计要求[9]。 2.3.3工序分析 工序分析是指对基本材料加工使之成为成品这一过程的所有作业进行分解，明确每个加工步骤的作业性质、先后顺序、使用的设备、以及所消耗的时间等内容，以便有效地利用劳动力和设备，确保产品以最快的速度、最低的成本加工出来[10]。 3夹具设计 机床夹具设计的主要任务是结合被加工零件、金切设备及其切削方式和参数,合理选择定位方式,设计合理的定位支承元件、夹紧装置、对刀元件、夹具体等装置或元件[11]。1E52FMD左曲轴箱箱盖本身比较复杂，在实际生活中需求也比较高，在工厂中是大批量生产，所以为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动生产强度，因此在本次设计中将是专用夹具的设计。夹具一般由定位元件、夹紧元件、导向元件、对刀元件、夹具体及其他元件等组成[12]。 其主要作用表现在以下几个方面： （1）缩短辅助时间，提高劳动生产率。夹具的使用一般包括两个过程：其一是夹具本身在机床上的安装和调整，这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现，但速度稍慢；其二是被加工工件在夹具中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置(如V形块等)，因此能迅速实现。 （2）确保并稳定加工精度，保证产品质量。加工过程中，工件与刀具的相对位置容易得到保证，并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠。 （3）降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强度。由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人的劳动强度。 （4）机床的加工范围得到扩大。很多专用夹具不仅能装夹某一种或一类工件，还能装夹不同类的工件，并且有的夹具本身还可在不同类的机床上使用，这些都扩大了机床的加工范围[13] [14] [15]。 4结束语 通过1E52FMD左曲轴箱盖的机械加工工艺规程制订及专用夹具的设计，可以有效培养综合应用机械设计知识，并根据设计的实际要求，进行问题的分析解决，从而提高独立工作的能力。我相信在林海集团杨正文老师的指导和自己的用心，一定会顺利通过设计。 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 （1）粗加工时，加工精度与表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此，选择粗加工切削用量时，要尽量保证较高的单位时间金属切除量（金属切除率）和必要的刀具耐用三要素（切削速度、进给量和切削深度）中，提高任何一项，都能提高金属切削率。但是对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，切削深度影响最校所以，粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的切削深度，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以选则以浮动支承杆支承的毛坯孔作为粗基准，以限制工件的X、Y两个方向上的移动和Z方向上的转动，再用三个压板压在零件的三处搭子上，通过三个定位杆顶于搭子面，用以消除X、Y方向上的转动和Z方向的移动，达到完全定位。 （2）精加工时加工精度和表面质量要求比较高，加工余量要求小而均匀。因此，选取精加工切削用量时应着重考虑，如何保证加工质量，并在此前提下尽量提高生产率。所以，在精加工时，应选用较小的切削深度和进给量，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度，以保证加工质量和表面质量。 精基准的选择，主要应该考虑基准重合的问题。精基准的选择应能保证左曲轴箱盖在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从左曲轴箱盖零件图分析可知，它的结合面与支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。 4.2拟定工艺路线 拟订零件的机械加工工艺路线是制订工艺规程的一项非常重要工作，拟订工艺路线时主要解决的问题有：选定各加工表面的加工方法；明确的选择所加工零件的定位粗基准；加工阶段的划分；合理的安排各工序的先后顺序；确定工序的集中和分散程度等[6]。 4.2.1工艺路线方案 制订工艺路线的出发点是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用数控加工中心机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 制定工艺路线如下： （一）左曲轴箱盖正面铣铰结合面工艺路线 方案一： 工序1加工设备：车床 工步Ⅰ粗、精铣结合面M （保证粗糙度3.2和平面度0.06） 工步Ⅱ粗镗Φ26孔至尺寸要求（R01） 工步Ⅲ Φ26孔倒角（R01） 工步Ⅳ精镗Φ26孔至尺寸要求（R01） 工步Ⅴ套车外圆Φ51，Φ55和Φ71至尺寸要求（成型刀） 工步Ⅵ Φ51孔倒角 工序2加工设备：钻床Z4012 （以结3处塔子，2个毛坯孔定向） 工步Ⅰ铣铰2-Φ10销孔至尺寸要求 工步Ⅱ铰2-Φ10销孔 工序3加工设备：车床 工步Ⅰ铣R6面至尺寸要求（立铣刀） 工步Ⅱ铣2-Φ12平面至尺寸要求（保证粗糙度3.2） 工步Ⅲ镗Φ26孔至尺寸要求 工步Ⅳ Φ26孔倒角 工序4加工设备：钻床Z4012 工步Ⅰ钻4-M6底孔和中心孔（中心钻16） 工步Ⅱ铣R26.5圆弧至尺寸要求（专用铣刀） 工步Ⅲ钻4-M6底孔Φ5 （Φ4.9直钻） 工步Ⅳ检验 方案二： 工序1加工设备：MCV 610 工步Ⅰ粗、精铣结合面M （保证粗糙度3.2和平面度0.06） 工步Ⅱ套车外圆Φ51，Φ55和Φ71至尺寸要求（成型刀） 工步Ⅲ Φ51孔口倒角（R01） 工步Ⅳ铣铰2-Φ10销孔至尺寸要求 工步Ⅴ 2-Φ10销孔倒角 工序2加工设备：MCV 610 工步Ⅰ铣R6面至尺寸要求（立铣刀） 工步Ⅱ铣2-Φ12平面至尺寸要求（保证粗糙度3.2） 工步Ⅲ镗Φ26孔至尺寸要求 工步Ⅳ Φ26孔倒角 工步Ⅴ钻4-M6底孔和中心孔（中心钻16） 工步Ⅵ铣R26.5圆弧至尺寸要求（专用铣刀） 工步Ⅶ钻4-M6底孔Φ5 （Φ4.9直钻） 工步ⅩⅢ检验 工艺方案的比较与分析：方案一中的位置度要求不易保证，而方案二在数控加工中心上加工时定位精度和重复定位精度较高，都能保证位置度要求。方案一的操作人员较多，工序分散，基准不统一，使成本较高。所以我使用第二种方案，因为方案二效率高，省时间，而第一种方案要换夹具，要换刀，工件经过多次装卸,误差较大,影响了加工精度。对于大批量生产的来说不符合经济效益，最终选择方案二。 （二）左曲轴箱盖反面工艺路线 工序3加工设备：MCV 610 （以结合面M和1-Φ10, Φ26定位） 工步Ⅰ铣E面至尺寸要求 工步Ⅱ铣Φ1.6塔子至尺寸要求 工步Ⅲ铣R6.5塔子至尺寸要求（保证粗糙度3.2） 工步Ⅳ镗Φ50孔至尺寸要求（可调镗刀） 工步Ⅴ扩铰孔Φ8孔 工步Ⅵ Φ8孔口倒角（成型刀） 工步Ⅶ扩铰孔Φ10孔 工序4加工设备：Z4012 （以大平面及2-Φ10销孔定位） 工步Ⅰ钻3-Φ5至尺寸要求（直钻） 工序5加工设备：Z4012 工步Ⅰ扩4-Φ6.8孔（直钻） 工序6加工设备：攻丝机 工步Ⅰ攻丝3M6-6H通 工步Ⅱ攻丝1-M6-6H深10 工步Ⅲ攻丝3M6-6H深12 （机用中锥） 工步Ⅳ清洗 工步Ⅴ检验 根据第一次制定的工艺路线，我们可以得出相同的结论，所以右箱盖反面工艺路线最终拟订如上。可知第二次加工过程基准选取比较合理，能够保证它们之间的位置精度要求。 4.2.2机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定[7] [8] 1E52FMD左曲轴箱盖零件材料为ACD12，铝合金材料。硬度HB75～100，大批量生产，采用铸造毛坯。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：（下面所用计算尺寸、公式及表见参考文献“机械制造工艺设计实用手册”） 工序（一）： （1)铣结合面M 根据工序要求，顶面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： （a)粗铣结合面M余量 考虑粗糙度和缺陷层深度确定粗铣结合面M余量为1.2mm （b)精铣结合面M余量 工步Ⅰ加工结合面M毛坯尺寸到定位基准尺寸为13mm,工序尺寸为13mm,粗铣底面余量为1.2mm,精铣底面余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为：12.7 1.2 0.3=14.12 mm 毛坯最小尺寸为：14.12-0=4.12 mm 毛坯最大尺寸为：14.12 0=4.12 mm 粗铣后最大尺寸为：13 0=13mm 粗铣后最小尺寸为：13-0=13mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即13mm （2)套车外圆 工步Ⅱ套车Φ51外圆，Φ51mm外圆毛坯尺寸Φ52.5mm，先进行粗车，工序尺寸为Φ51mm，其加工余量为1mm。精镗到工序尺寸Φ51mm，加工余量为0.5mm。 工序（二）： 工步Ⅰ铣R6面加工R6面毛坯尺寸到指定平面尺寸为55mm,工序尺寸为53.5mm,粗铣余量为1.2mm,精铣余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为： 53.5 1.2 0.3=55 mm 毛坯最小尺寸为：55-0.1=54.9 mm 毛坯最大尺寸为：55 0.1=55.1 mm 粗铣后最大尺寸为：53.5 0.1=53.6mm 粗铣后最小尺寸为：53.5-0.1=53.4mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即53.5±0.1 工序（三）： 工步Ⅰ铣E面加工E面毛坯尺寸到指定平面尺寸为91.5mm,工序尺寸为90mm,粗铣余量为1.2mm,精铣余量为0.3mm 。 毛坯的名义尺寸为： 90 1.2 0.3=91.5 mm 毛坯最小尺寸为：91.5-0.05=91.45 mm 毛坯最大尺寸为：91.5 0.05=91.55 mm 粗铣后最大尺寸为：90.3 0.05=90.35mm 粗铣后最小尺寸为：90.3-0.05=90.25mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即90±0.05 工步Ⅳ镗Φ50孔孔毛坯尺寸Φ48mm先进行粗镗孔，工序尺寸Φ49.5mm，其加工余量为1.5mm。再进行精镗孔，到工序尺寸Φ50mm。加工余量为0.5mm。