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1、摘要在科技突飞猛进的21世纪，越来越多的先进制造方法应用于传统加工工艺中，为机械领域的发展提供了新的方向。本文主要阐述了锻造模具的数控加工及其发展趋势，并简单介绍了锻造的生产过程以及发展方向。本文重点介绍了汽车发动机曲轴终锻模具的设计制造方法，以及各种软件在曲轴终锻模具设计和加工中的应用。首先利用CATIA软件对曲轴零件、锻件、锻造模块等进行实体建模，然后利用UG软件对模具型腔进行数控加工仿真，最后在AUTOCAD软件中生成曲轴二维零件图，锻件图，模块图和装配图。而对曲轴模腔的实体建模过程以及模腔的数控加工仿真过程做出的重点叙述，说明了CAD/CAM在现代制造业中的应用。关键词：发动机曲轴 终
2、锻模 数控加工仿真AbstractIn the 21st century of the technological advances, more and more advanced manufacturing methods used in traditional processing technology for the development of machinery provides a new direction. This article focuses on the forging die machining and trends, and briefly describes th
3、e forging of the production process and development. This article focuses on the automobile engine crankshaft forging die design and manufacture of the final approach, and a variety of software end of the crankshaft forging die design and processing of the application. Firstly, forging and CATIA sof
4、tware modeling module, and then the mold cavity using UG software for NC machining simulation, the last in the AUTOCAD software to generate two-dimensional parts and assembly drawings and so on. While the crankshaft bore cavity mold and mold the physical modeling simulation process chamber processin
5、g time and space to make the focus of narration, description of the CAD / CAM application in modern manufacturing.Keywords: Engine Crankshaft; Finish forging die; NC machining simulation朗读显示对应的拉丁字符的拼音字I目录摘要IAbstractII目录I第1章 绪论11.1概述11.2国内外曲轴加工技术的现状及发展11.2.1国内外曲轴加工技术的现状11.2.2 国内外曲轴加工技术展望31.3 本课题研究的目的
6、意义4第2章 曲轴设计52.1曲轴的工作条件和材料的选择52.1.1曲轴的工作条件和设计要求52.1.2 曲轴的材料62.1.3 曲轴强化的方法62.2曲轴主要尺寸的确定和结构细节设计62.2.1主要尺寸的确定71.2.2 曲轴两端设计8第3章 曲轴终锻模设计103.1 制定锻件图103.2 计算锻件的主要参数113.2.1设备选定113.2.2终锻模膛设计123.3 曲轴的实体建模133.3.1 曲轴的锻件实体建模133.3.2 曲轴模块实体建模153.4 模具装配所需的其它零件的结构设计和实体建模153.4.1上模架153.4.2下模架173.4.3垫板183.4.4前压板193.4.5后
7、挡板203.4.6导向装置203.4.7顶杆233.5 实体建模装配24第4章 曲轴模膛数控加工仿真254.1终锻模模膛数控加工254.2生成G代码及刀具路径后处理28结论32参考文献33致谢34第1章 绪论1.1概述曲轴，引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。它是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈，（还有其它）。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑。曲轴的旋转是发动机的动力源
8、，也是整个机械系统的源动力。1.2国内外曲轴加工技术的现状及发展摘要：曲轴是内燃机发动机中的关键零件之一，其是内燃机中最难加工的工件之一。介绍了国内外的曲轴在生产制造环节中的强化工艺和机械加工技术现状，先进的生产设备，并对未来制造技术的发展提出了展望。关键词：曲轴、加工技术、强化工艺、机械加工。引言：曲轴是内燃发动机中的关键零件之一，也是内燃机中最难加工的工件之一。曲轴在发动机中是将活塞连杆的往复运动变为旋转运动，其在工作过程中会不断承受很大的弯曲应力和扭转应力，且受力情况异常复杂。所以对曲轴的抗拉强度、刚度、耐磨性、耐疲劳性以及冲击韧性等都提出了更高的要求。曲轴的主要失效形式是轴颈磨损和疲劳
9、断裂，因此对曲轴在生产制造环节强化工艺技术和机械加工技术同样都有着更高的要求。1.2.1国内外曲轴加工技术的现状目前车用发动机曲轴材质主要有球墨铸铁和钢两类。由于球墨铸铁曲轴成本只有调质钢曲轴成本的1/3左右，且球墨铸铁的切削性能良好，可获得较理想的结构形状，并且和钢质曲轴一样可以进行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。所以球墨铸铁曲轴在国内外得到了广泛应用。据统计数据显示，车用发动机曲轴采用球墨铸铁材质的比例在美国为90%，英国为85%，日本为60%，此外，德国、比利时等国家也已经大批量采用。国内采用球墨铸铁曲轴的趋势则更加明显，中小型功率柴油机曲轴85%以上采用球
10、墨铸铁，而功率在160kW以上的发动机曲轴多采用锻钢曲轴。 曲轴的强化工艺技术目前国内外曲轴常见的强化工艺大致有如下几种：氮化处理。氮化能提高曲轴疲劳强度的20%60%。喷丸处理。曲轴经喷丸处理后能提高疲劳强度20%40%。圆角与轴颈同时感应淬火处理。该强化方式应用于球墨铸铁曲轴时，能提高疲劳强度20%，而应用于碳素结构钢曲轴时，则能提高l00%以上。圆角滚压处理球。墨铸铁曲轴经圆角该压后寿命可提高120%300%，碳素结构钢曲轴经圆角液压后寿命可提高70%150%。曲轴圆角滚压强化工艺主要包括曲轴圆角滚压和曲轴滚压校正两部分。在滚压过程中，由伺服传动系统控制曲轴旋转的转速和旋转角度，同时由液
11、压伺服控制系统控制液压过程的压力负载，使每个主轴颈和连杆颈依次完成整个滚压过程。对弯曲曲轴的校直处理首先要检测曲轴的弯曲变形数据即弯曲度的大小和相位方向，然后用摆差传感器检测各主轴颈处的摆差，继而由专家系统数据库对摆差数据进行分析处理并给出校直方案，即给出在某几个主轴颈或连杆颈上的再施压方案，从而利用此施压方案重新按压产生新的变形来消除曲轴的弯曲。国外应用的圆角滚压技术已相当先进，可一次完成对所有圆角的滚压，且可做到主轴颈与连杆轴颈圆角的压力不同，同一连杆轴颈圆角在不同方向上的压力也可不同。这样可经济地达到最佳的滚压效果，最大限度地提高曲轴的抗疲劳强度。经德国赫根塞特（HEGENSCHEID）
12、公司定，球膜铸铁曲轴经滚压后寿命可增至100%280%。复合强化处理。它是指应用多种强化工艺对曲轴进行强化处理，球墨铸铁曲轴采用圆角该滚压工艺与离子氮化工艺结合使用，可使整个曲轴的抗疲劳强度提高130%以上。 曲轴的机械加工技术曲轴主轴颈和连杆轴颈的粗加工、半精加工工艺和精加工工艺，大体分为以下几种：传统的曲轴主轴颈及连杆轴颈的多刀车削工艺。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连杆轴颈，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。一般精加工采用曲轴磨床，通常靠手工操作，加工质量不稳定，尺寸的一致性差。老式生产线的主要特点是普通设备多，导致
13、产品生产周期长、场地占用面积大，且完全是靠多台设备分解工序和余量来提高生产效率。数控车削工艺。数控车削设备价格相对便宜，不需要复杂的刀具，但只适合小批量生产。数控内铣铣削工艺。内铣设备价格较高，刀具费用也很高，但适合大批量生产。数控车拉、数控车车拉工艺。其突出优点是可对宽轴径进行分层加工，切削效率高，加工质量好，但车拉刀具结构复杂，技术含量高，并且长期依靠进口，好处是可集车车拉工艺加工连杆轴颈要两道工序于一起。CNC高速外铣工艺。数控高速外铣是20世纪90年代新兴起来的一种新型加工工艺， 其适用范围广，特别双刀盘数控高速外铣以其加工效率高、加工质量稳定、自动化水平高，已成为当前是曲轴主轴颈和连
14、杆轴颈粗加工的发展方向。就比较而言，CNC车车拉工艺加工连杆轴颈要二道工序，CNC高速外铣只要一道工序就能完成，切削速度高（目前最高可达350m/min）、切削时间较短、工序循环时间较短、切削力较小、工件温升较低、刀具寿命高、换刀次数少、加工精度更高、柔性更好。如德国BOEHRINGER公司专为汽车发动机曲轴设计制造的柔性的高速随动数控外铣床VDF 315 OM-4型，该设备应用工件回转和铣刀进给伺服连动控制技术，可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。其采用一体化复合材料结构床身，工件两端电子同步旋转驱动，具有干式切削、加工精度高、切削效率高等特点；使用SIEMENS 84
15、0D CNC控制系统，设备操作说明书在人机界面上， 通过输入零件的基本参数即可自动生成加工程序，可以加工长度450700mm、回转直径在380mm以内的各种曲轴，连杆轴颈直径误差仅为0.02mm。数控曲轴磨削工艺。精加工使用数控磨床，采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架）和线性光栅死循环控制等控制装置，使各尺寸公差及形位公差得到可靠的保证，精加工还广泛使用数控砂带抛光机进行超精加工，经超精加工后的曲轴轴颈表面粗糙度至少提高一级精度。如GF70M-T曲轴磨床是日本TOYADA工机开发生产的专用曲轴磨床，是为了满足多品种、低成本、高精度、大批量生产需要而设计的数控曲轴磨床。该磨床应用工件回转和砂轮进给伺服联动控制技术，可以一次装夹而不改变曲轴回转中心即可完成所有轴颈的磨削，包括随动跟踪磨削连杆轴颈；采用静压主轴、静压导轨、静压进给丝杠（砂轮头架）和线性光栅死循环控制，使用TOYADA 工机生产的GC50 CNC控制系统，磨削轴颈圆度精度可达到0.002mm；采用CBN砂轮，磨削线速度高达120m/s，配双砂轮头架，磨削效率极高。1.2.2 国内外曲轴加工技术展望美国、德国、日本等汽车工业发达国家都致力于开发绿色环保、高性能发动机，目前各个厂家采用发动机增压、扩缸及提高转速
