本科生毕业设计 目录
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摘 要 ............................................................... I ABSTRACT ........................................................... II 1 绪 论 ............................................................. 1
1.1本次毕业设计的课题和目的 ..................................... 1 1.2柴油发动机的发展状况 ......................................... 1 1.3凸轮轴的发展状况 ............................................. 1 2 凸轮轴的分析 ...................................................... 3
2.1凸轮轴的作用 ................................................. 3 2.2凸轮轴的结构特点 ............................................. 3 2.3凸轮轴的机械分析 ............................................. 4 2.4凸轮轴的材料要求 ............................................. 4 2.5凸轮轴的材料选择 ............................................. 4 2.6凸轮轴的技术要求 ............................................. 4 2.7凸轮轴工艺设计原则 ........................................... 6 2.8凸轮轴加工工艺特点 ........................................... 6
2.8.1凸轮轴容易变形 ......................................... 6 2.8.2加工难度大 ............................................. 7
3 凸轮轴加工工艺路线的拟定 .......................................... 9
3.1选择定位基准 ................................................. 9 3.2选择表面加工方法 ............................................ 10 3.3加工工序的划分和加工顺序的安排 .............................. 11
3.3.1凸轮轴划分加工阶段 .................................... 11 3.3.2加工顺序的安排 ........................................ 11 3.4拟定机械加工工艺流程 ........................................ 11 3.5柴油机凸轮轴重点加工工艺说明 ................................ 15
3.5.1 铣端面打中心孔 ........................................ 15 3.5.2正火 .................................................. 16 3.5.3淬火 .................................................. 17 3.5.4精车止推面 ............................................ 18 3.5.5精磨凸轮 .............................................. 18 3.5.6精磨大外圆 ............................................ 19
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3.5.7精磨小外圆 ............................................ 20 3.5.8探伤 .................................................. 20
4 重点工序的夹具、刀具、检具的设计及设备的选择 ..................... 22
4.1重点工序夹具的设计 .......................................... 22
4.1.1夹具设计概述 .......................................... 22 4.1.2凸轮轴铣键槽夹具设计 .................................. 22 4.2重点工序刀具的设计 .......................................... 23
4.2.1刀具设计概述 .......................................... 23 4.2.2键槽铣刀设计 .......................................... 23 4.3重点工序检具的设计 .......................................... 24
4.3.1检具设计概述 .......................................... 24 4.3.2键槽塞规设计 .......................................... 25 4.4重点工序设备的选择 .......................................... 26
4.4.1重点设备概述 .......................................... 26 4.4.2重点工序设备的选择 .................................... 26
5 结论 ............................................................. 28 参考文献 ........................................................... 29 致谢 ............................................................... 30
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1 绪论
1 绪 论
1.1本次毕业设计的课题和目的
本次毕业设计的课题是《柴油机F3000凸轮轴加工工艺设计》。其重点内容是热处理，粗基准精基准的选择，中心孔的加工，凸轮磨削过程以及夹具检具刀具的设计。其目的是设计出合理的F3000凸轮轴加工工艺，合理的加工工艺对凸轮轴的质量，提高加工效率，降低生产成本，以及实际生产有着重大的意义。
1.2柴油发动机的发展状况
柴油发动机技术经过一百多年的全面发展，应用范围变得日益广泛。经过大量的研究成果表明，柴油发动机已经成为了当前产业化应用中的各种动力机械热效率最高、最节能、能量利用率最高的机型。目前装备最先进技术的柴油发动机，其升功率能达到30~50kwh/L，标定功率的油耗能达到204g/kwh，扭矩储备系数能达到0.35以上，最低燃油油耗能达到198g/kwh[1]；柴油机广泛应用在发电、车辆动力、灌溉、船舶动力和其他领域，其最为明显优势是在车用的动力，通过多年的新技术研究与大量应用，柴油机的烟度和噪声获得了重大突破，基本达到了汽油机的排放标准，全世界车用动力“柴油化”势头愈发明显[1]。
在这种趋势要求下，各生产厂家不仅具备大批量生产能力，同时还必须具备多品种、小批量生产技术，目前，我国发动机生产厂家大多数生产布置是流水线。该生产线可分为全自动生产线和半自动生产线两种形式。全自动生产线和半自动生产线其主要看是否需要人工操作和在工序之间运送工件进行区别。全自动生产虽然质量高，自动化程度高，比较可靠，但是成本高，投资比较大，我国作为一个人口大国，人工成本较低，因此半自动成本比较划算。所以大多数厂家采用全自动和半自生产线相结合的生产线，这样可以在保证质量的前提下控制生产成本。
好的发动机必须具备一下几点要求：1.高的燃油经济性 2.高的动力性能 3.结构紧凑，外形小，质量轻 4.工作可靠和足够长的使用寿命 5.高的环境性能，低排放，低消耗等。当然，近年来排放越来越受到关注。柴油机的性能指标不断地提高必然会对柴油机的设计以及加工工艺有更高的要求。所以在柴油发动机，甚至这个机械加工行业中，数控机床，加工中心，精密加工机床，自动生产线等先进加工设备得到了广泛应用。
1.3凸轮轴的发展状况
凸轮轴的传统生产方式通常采用锻造或铸造，少数也有采用碳钢进行切削
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本科生毕业设计 1 绪论
加工制造。铸造式凸轮轴主要有淬火铸铁，冷硬铸铁等。为了减轻重量，部分凸轮轴会采用型芯铸造，让轴呈空心状。美国主要以淬火铸铁凸轮轴为主，在日本冷硬铸铁凸轮轴作为主要的制造方式[2]。锻造式凸轮轴主要以碳钢进行热锻，凸轮采用高频淬火处理，主要应用在大中型发动机上，本次F3000凸轮轴由于运用机型不是很大，所以采用中频淬火处理。由于它的耐点腐蚀性能比较好，常与顶置式（OHV）气门机构的挺杆组合使用，当然也有和摇臂配合应用在柴油机凸轮上置式（OHC）结构上[2]。由于锻造式凸轮轴没法实现轻量化，其发展潜力非常小。
为了满足发动机配气机构中凸轮轴的各个部位不同的性能要求，传统的凸轮轴制造方式、制造特点已经变得落后，呈现出了许许多多的问题，材料选择利用方面的不合理，凸轮的排列结构不紧凑，加工复杂等方面的问题越来越突出，这些制约着凸轮轴轻型化以及企业生产成本控制方面的发展。
随着工艺技术的发展，凸轮轴的工艺方向有了更多的选择：1金属-塑料复合凸轮轴已在美国获得应用，将粉末金属成型经磨削加工的凸轮轴片和中空钢轴放进模具内，在中空轴的四周注入塑料，由塑料固定成一体，这样轴和凸轮片之间通过塑料间接接触。这种凸轮轴在质量和成本都可降低40%，还可以降低发动机的噪声，加工时间也有所降低。2 凸轮轴的液体氮化工艺是在含有碳和氮的融化盐浴室中进行的一次硬化处理，温度为580℃，平均时间为90min。化合物区域渗层的厚度平均是0.013mm，由Fe3N和Fe3C组成，氮的扩散厚度为0.38mm，Fe3N呈针状，采用化学法测得其厚度为1mm[3]。3 装配式凸轮轴主要是将轴、凸轮分开加工制造，然后组装形成一体。凸轮常采用碳钢或者粉末冶金材料，轴则用冷拔薄壁无缝钢管[2]。碳钢凸轮可以进行高频淬火或者渗碳处理，有较高的耐胶着、耐点蚀性能。它相对于传统凸轮轴，加工成本低、质量轻、材料的利用更加合理是其优点。
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2 凸轮轴的分析
2 凸轮轴的分析
2.1凸轮轴的作用
凸轮轴是发动机配气机构的重要部分，作用是按照发动机工作顺序、升程规律以及配气正时驱动气门按时开启和关闭，确保发动机在工作中为气缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出气缸。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，由于转速较高，为保证进排气以及传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音，常采用顶置式凸轮轴和顶置式气门，这样，发动机的结构也比较紧凑。但任何事物都有两面性，顶置式凸轮轴的缺点是由于部件的布置设计比较复杂，维修起来也比较麻烦。
2.2凸轮轴的结构特点
1 键槽 2 凸轮轴支承轴颈 3 凸轮 4 油孔 5 中心孔 6 止推面 7 凸轮轴小头
图2-1 凸轮轴结构简图
凸轮轴是发动机配气机构中主要驱动件，其主体如图2-1所示是一根和气缸组长度相等的圆柱形棒体，然后在上面套若干个凸轮，用于驱动气门的开闭。凸轮轴的一端和驱动轮相连，另一端用来支撑。凸轮的侧面如图2-2呈鸡蛋形，其主要在于保证气缸充分的进排气，尽可能的在短时间内完成气门的开闭。承受着周期性的冲击载荷的凸轮轴，凸
轮和挺柱之间接触面积小，相对滑动速度很高，应力 图2-2柴油机凸轮轴示意图
大，因此凸轮的设计和加工工艺与发动机的性能和平顺运行有着很直接关系。
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