內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)

III 摘 要 連桿是內(nèi)燃機(jī)的主要傳動(dòng)件之一，正文主要論述了連桿的加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時(shí)需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少連桿加工余量、切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，以及修正加工后的變形，最后就能達(dá)到連桿的技術(shù)要求。連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為大頭兩側(cè)面及螺栓座面等。 在連桿加工中有兩個(gè)主要因素影響加工精度： （ 1）連桿本身的 剛度比較低，在外力（夾緊力、切削力）的作用下容易變形。 （ 2）連桿是模鍛件，孔的加工余量較大，切削時(shí)將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。 通過對內(nèi)燃機(jī)連桿的機(jī)械加工工藝及對粗加工大頭孔夾具和銑結(jié)合面夾具的設(shè)計(jì)，主要?dú)w納為以下兩個(gè)方面： 第一方面：連桿件外形較復(fù)雜，而剛性較差。其技術(shù)要求很高，所以適當(dāng)?shù)倪x擇機(jī)械加工中的定位基準(zhǔn) ,是能否保證連桿技術(shù)要求的重要問題之一。在連桿的實(shí)際加工過程中，選用連桿的大小頭端面及小頭孔作為主要定位基面，同時(shí)選用大頭孔兩側(cè)面作為一般定位基準(zhǔn)。為保證小頭孔尺寸精度 和形狀精度，可采用自為基準(zhǔn)的加工原則；保證大小頭孔的中心距精度要求，可采用互為基準(zhǔn)原則加工。 第二方面：關(guān)于夾具的設(shè)計(jì)方法及其步驟。 關(guān)鍵詞： 連桿 ； 變形 ； 加工工藝 ； 夾具設(shè)計(jì) IV ABSTRACT The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the margin of processing, cutting force and internal stress progressively, revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . In the Connecting rod is one of the main processing surface is large, the small head hole and both ends of the machined surface, is important for the connecting rod body and cover joint surface and the connecting rod bolt hole locating surface, secondary processing surface for bearing locking grooves, oil hole, head and body and a cover on the two sides of the bolt seat surface. Machine of connecting rod are two major factors that affect the machining precision: (1) Connecting rod itself stiffness is relatively low, in the external forces (cutting force, clamping force ) under the action of easy deformation. (2) Connecting rod is die forgings, hole machining allowance, cutting will produce bigger residual stress, and stress redistribution caused by. The automobile connecting rod machining process and the rough machining and milling combined with big hole clamp surface fixture design, mainly divided into the following two aspects: The first aspect: connecting rod parts with complicated shape, while the poor rigidity. And the very high technical requirements, so the appropriate selection of mechanical processing in the locating datum, can ensure the connecting rod is one of the important problems of technical requirements. The connecting rod in the practical production process, selection of connecting rod to the size of the head end and the small head hole as the main positioning datum, and choice of big hole two side as a general locating datum. In order to ensure the size precision and shape precision of the small head hole, can be used for reference from the processing principle； ensure that the size of the first hole center distance accuracy requirements, can be used for reference each other the principle of processing. Second: mainly on the fixture design method and steps. Key words: Connecting rod；Deformation；Process；Fixture design 目 錄 摘 要 . III ABSTRACT . IV 目 錄 . V 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 . 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到 的要求 . 3 2 連桿的分析 . 4 2.1 連桿的作用 . 4 2.2 連桿的機(jī)械分析 . 4 2.3 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) . 4 2.4 連桿的主要技術(shù)要求 . 5 2.4.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 . 5 2.4.2 大、小頭孔軸心線在兩個(gè)互相垂直方向的平行度 . 5 2.4.3 大、小頭孔中心距 . 5 2.4.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 . 5 2.4.5 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求 . 5 2.4.6 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求 . 5 2.5 連桿的材料和毛坯分析 . 5 3 連桿的加工工藝規(guī)程的制定 . 7 3.1 加工 工藝的基本概念 . 7 3.2 選擇定位基準(zhǔn) . 7 3.3 確定加工余量 . 8 3.4 擬訂機(jī)械加工工藝路線 . 8 3.5 連桿工藝計(jì)算 . 10 3.5.1 粗銑兩平面 . 10 3.5.2 粗磨兩平面 . 11 3.5.3 鉆小頭小孔 . 13 3.5.4 粗鏜小頭孔 . 14 3.5.5 車大頭外圓 . 15 3.5.6 粗鏜大頭孔 . 17 3.5.7 粗銑螺栓孔端平面 . 17 3.5.8 精銑螺栓 孔端平面 . 17 3.5.9 銑開連桿大頭 . 18 3.5.10 精銑體蓋分開面 . 18 3.5.11 鉆擴(kuò)鉸螺栓孔 . 18 3.5.12 精磨體蓋分開面 . 20 VI 3.5.13 精磨兩端平面 . 21 3.5.14 精鏜小頭孔 . 21 3.5.15 粗鏜大頭孔 . 22 3.5.16 精鏜大頭孔 . 22 3.5.17 精鏜小頭孔 . 22 4 夾具設(shè)計(jì) . 23 4.1 機(jī)床 夾 具的分類 . 23 4.2 工件的加工工藝分析 . 23 4.3 確定定位方案 . 24 4.4 夾具 的 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 24 4.5 夾具的使用 . 26 5 結(jié)論與展望 . 28 6 致謝 . 29 7.參考文獻(xiàn) . 30 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 本課題研究的內(nèi)容是： K2500 內(nèi)燃機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī) NDS5 主連桿工藝規(guī)程設(shè)計(jì)和系列夾具設(shè)計(jì)，其中包括了工藝流程的設(shè)計(jì)、工序的編寫、系列夾具的設(shè)計(jì)，并有相關(guān)計(jì)算和說明書。 連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋為連桿小頭、桿身和連桿大頭。連桿小頭用來安裝活塞銷，以鏈接活塞。連桿大頭與曲軸的連桿軸頸相連。一般做成分 開式，與桿身切開的一半稱為連桿蓋，二者靠連桿螺栓鏈接為一題。連桿軸瓦安裝在連桿大頭孔座中，與曲軸上的連桿軸頸裝和在一起，是發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的配合副之一。常用的減磨合金主要有白合金、銅鉛合金和鋁基合金。 不難看出，連桿對于內(nèi)燃機(jī)來說是不可或缺并且起到關(guān)鍵性作用的零件。所以本課題的研究對于生產(chǎn)出優(yōu)秀耐用的連桿起到至關(guān)重要的作用。同時(shí)對內(nèi)燃機(jī)的安全性也起到關(guān)鍵作用。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 從 80 年代以來粉末冶金注射成型 (PIM)成功的得到應(yīng)用 ,大多數(shù)連桿制造使用中碳鋼和低合金鋼。國內(nèi)傳統(tǒng)工藝連桿毛坯材料一般采用 42CrMo,35CrMo,40MnVB,45CrMnB,40Cr,40CrMnBS40C 等調(diào)質(zhì)鋼 11 和 S43CVS1(進(jìn)口 ),35MnV,40MnS 等非調(diào)質(zhì)鋼。康明斯生產(chǎn)線采用調(diào)質(zhì)鋼毛坯 40MnBH(GB5216-85),1995 年全面轉(zhuǎn)用非調(diào)質(zhì)鋼材料毛坯 38MnV。在加工工藝方面 :國內(nèi)外連桿生產(chǎn)方式大致有 :鍛造 ,鑄造 ,粉末冶金等 ,進(jìn)入 90 年代后 ,90%以上的連桿制造都采用了模鍛工藝。 中國汽車產(chǎn)業(yè)在“十五”期間發(fā)生了天翻地覆的變化，汽車產(chǎn)量 5 年翻了一番多，汽車市場由賣方市場轉(zhuǎn)為買方市場，一舉由 2001 年的世界第七大汽車生產(chǎn)國躍升為世界第三大汽車生產(chǎn)國和消費(fèi)國。 隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能及可靠性要求越來越高，而連桿強(qiáng)度、剛度對提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及可靠性至關(guān)重要，因此國內(nèi)外各大汽車公司對發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料及制造技術(shù)的研究都非常重視。 十五期間，國內(nèi)企業(yè)普遍采取裂解連桿體和連桿蓋分界面技術(shù)，可以大幅度地減少機(jī)械加工工序，由此開發(fā)了高強(qiáng)度低韌性的高碳非調(diào)質(zhì)鋼和粉末冶金 鍛件，以滿足工藝的需要。中國在調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用方面與國外差距不大，但在鍛造技術(shù)方面與國外比還有一些差距。 表 1-1 中國發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料及熱處理硬度 材料 熱處理 硬度 45 調(diào)質(zhì) 229-255HBS 55 余熱淬火 226-271HBS 40Cr 調(diào)質(zhì) 229-269HBS 40MnB 調(diào)質(zhì) 223-262HBS 53CaS 調(diào)質(zhì) 229-269HBS 45Mn2 調(diào)質(zhì) 229-269HBS 42CrMo 調(diào)質(zhì) 28-2HRCHBS 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 國外連桿毛坯的加熱大多采用電加熱或感應(yīng)加熱，加熱時(shí)間短，加熱溫 度控制穩(wěn)定，采用輥鍛制坯，液壓模鍛成形，鍛件尺寸精度高，避免了鍛件表面的脫碳。國內(nèi)多數(shù)連桿生產(chǎn)廠采用的是空氣錘制坯，蒸汽錘成形，連桿鍛件普遍存在的問題是尺寸精度差、鍛件表面狀態(tài)不好、鍛件表面脫碳嚴(yán)重等問題。 “十一五”期間，國內(nèi)很多企業(yè)與外國合資采用裂解連桿大頭接合面（裂解法）的生產(chǎn)技術(shù)。設(shè)計(jì)出強(qiáng)度均在 900MPa 以上的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，代表企業(yè)有一汽與德國合資生產(chǎn)的捷達(dá)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、上海與德國合資生產(chǎn)的桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、一汽技術(shù)引進(jìn)的道依茲柴油機(jī)連桿和開發(fā)的 CA6DL 系列柴油機(jī)連桿。 裂解法工藝要求連桿鍛 件在裂解的過程不能有過大的塑性變形，因此對連桿材料的要求是，在保證其強(qiáng)韌綜合性能指標(biāo)的前提下，限制連桿的韌性指標(biāo)，使其斷口呈脆性斷裂狀態(tài)。材料多是從德國進(jìn)口的 C70S6 系列高碳非調(diào)質(zhì)鋼。 國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿制造企業(yè)在鍛造加熱和鍛后控制方面近年已經(jīng)取得長足的進(jìn)步，具備了應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)連桿的條件。 國內(nèi)燒結(jié)鍛造技術(shù)還很落后，專用的粉末冶金壓機(jī)及燒結(jié)爐的應(yīng)用還不普遍。金屬粉末的品種少，質(zhì)量差且不穩(wěn)定。另外，燒結(jié)保護(hù)氣體還需進(jìn)一步地研究改進(jìn)，這些都影響著國內(nèi)超高密度粉末冶金零件的發(fā)展。 “十一五”期間，國內(nèi)大多數(shù)連桿 生產(chǎn)廠家仍沿用傳統(tǒng)的連桿加工工藝 ,其加工精度及加工后裝配質(zhì)量難以控制 ,生產(chǎn)效率低 ,制造成本高 ,是阻礙中國高速、高精度、高性能發(fā)動(dòng)機(jī)制造的“技術(shù)瓶頸”之一。一汽大眾公司耗資億元以上引進(jìn)了德國 EX-CELL-O Machine Tools 公司生產(chǎn)的一條連桿裂解自動(dòng)化生產(chǎn)線 ,現(xiàn)正用于捷達(dá)轎車門多點(diǎn)電控燃油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的批量生產(chǎn)；上海大眾公司引進(jìn)德國 Alfing 公司生產(chǎn)的連桿裂解自動(dòng)化生產(chǎn)線 ,用于帕薩特轎車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的生產(chǎn)；上海通用公司也引進(jìn)了連桿裂解自動(dòng)化生產(chǎn)線 ,用于粉末鍛造連桿的生產(chǎn)。目前國內(nèi)還有許多家連桿生 產(chǎn)企業(yè)都在積極準(zhǔn)備采用連桿裂解技術(shù)對原有的傳統(tǒng)連桿生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。 表 1-2 國外部分廠家發(fā)動(dòng)機(jī)連桿剖析結(jié)果 生產(chǎn)廠家 鋼號(hào) 相當(dāng)國內(nèi)牌號(hào) 處理工藝 硬度 日本豐田 S53C 55 正火 229HBS S55C 55 調(diào)質(zhì) 29-30HRC S58C 60 鍛造控冷 235HBS 波羅乃茲 45 調(diào)質(zhì) 207HBS 太脫拉 45 調(diào)質(zhì) 229-252HBS 斯柯達(dá) 40Mn 調(diào)質(zhì) 263-269HBS 福特 300 SAE1141 40Mn2 調(diào)質(zhì) 223HBS 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 3 1.3 本課題應(yīng) 達(dá)到的要求 滿足零件設(shè)計(jì)的加工精度； 零件機(jī)械加工的工藝過程卡片，各工序的工序卡片； 主要機(jī)械加工工序的夾具總裝配圖及主要零件圖； 設(shè)計(jì)說明書（不少于一萬字）； 必須有相關(guān)的計(jì)算和說明； 專業(yè)外語文獻(xiàn)翻譯（不少于一萬字符）。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 連桿 的分析 2.1 連桿 的作用 連桿機(jī)構(gòu)的作用是提供燃燒場所，把燃料燃燒后 的 氣體作用在活塞頂上的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，不斷輸出動(dòng)力 ， 即 是將活 塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ,并把作用在活塞組上的燃?xì)鈮毫鹘o曲軸。所以，連桿除上下運(yùn)動(dòng)外，還左右擺動(dòng)作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)。連桿工作時(shí) ,主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的文變載荷 ,要求它應(yīng)有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。 概括為： 將氣體的壓力變?yōu)榍S的轉(zhuǎn)矩 ； 將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 。 2.2 連桿 的機(jī)械分析 連桿是內(nèi)燃機(jī)的重要運(yùn)動(dòng)部件之一，它連接活塞與曲軸，把作用于活塞頂面的膨脹氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的回旋運(yùn)動(dòng)，從而輸出功率。在工作時(shí)，連桿承受大小、方向?yàn)橹芷谛?變化的動(dòng)載荷。在做功沖程，燃?xì)鈮毫υ谶B桿軸線上的分力為壓縮應(yīng)力；在進(jìn)氣沖程上止點(diǎn)，活塞組合連桿本身的慣性力在橫斷界面內(nèi)造成拉伸應(yīng)力；擺動(dòng)時(shí)的橫向慣性力造成橫向彎曲應(yīng)力。 連桿主要受力方式可以概括為： 氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫Γ?活塞連桿組的往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力； 連桿告訴擺動(dòng)時(shí)的所產(chǎn)生的橫向慣性力。 所以連桿的常見疲勞破壞有： 連桿小頭與桿身圓弧過渡處產(chǎn)生裂紋； 大頭桿身與螺栓平面直角處產(chǎn)生應(yīng)力集中； 連桿螺栓斷裂。 因此，要求連桿的重量輕且有足夠的強(qiáng)度、足夠的疲勞強(qiáng)度和沖擊韌性。 2.3 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 連 桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體和連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝配在一起。為了減少慣性力的影響，在保證連桿有足夠的強(qiáng)度和剛度的前提下，要盡可能的減輕其重量，所以連桿采用了從大頭到小頭逐步變小的“工”字型截面形狀。 連桿的形狀復(fù)雜而不規(guī)則，而孔本身及孔與平面之間的位置精度要求較高：桿身斷面不大，剛度較差，易變形。 連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出動(dòng)力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù) 主要有 5 個(gè)： （ 1） 連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度； （ 2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度； （ 3）連桿大、小頭孔平行度； 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 5 （ 4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度； （ 5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。 2.4 連桿的主要技術(shù)要求 連桿上需進(jìn)行機(jī)械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等。 2.4.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少?zèng)_擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級(jí)為 IT6，表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于 0.4 m；大頭孔的圓柱度公差一般在 0.0040.008mm 之間。小頭孔公差等級(jí)為 IT8，表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于 3.2 m。 2.4.2 大、小頭孔軸心線在兩個(gè)互相垂直方向的平行度 兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會(huì)使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時(shí)使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較??；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在 100 mm 長度上公差為 0.02 0.04 mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在 100 mm 長度上公差為 0.04 0.06 mm。 2.4.3 大、小頭孔中心距 大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，所以規(guī)定了比較高的要求： 198.86 0.1 mm。 2.4.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求。 2.4.5 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求 連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術(shù) 要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為 IT9，表面粗糙度 Ra不大于 0.8 m, 小頭兩端面的尺寸公差等級(jí)為 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 6.3 m。這是因?yàn)檫B桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方便。 2.4.6 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求 在連桿受動(dòng)載荷時(shí)，接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產(chǎn)生相對錯(cuò)位，影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結(jié)合不良，從而產(chǎn)生 不均勻磨損。結(jié)合面的平行度將影響到連桿體、連桿蓋和墊片貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。對于本連桿，要求結(jié)合面的平面度的公差為 0.025 mm。 2.5 連桿 的材 料和毛坯 分析 連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強(qiáng)度。因此，連桿材料一般采用高強(qiáng)度碳鋼和合金鋼；如 45 鋼、 55 鋼、 40Cr、 40CrMnB 等 11 。選擇 45 鋼。 連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性（可塑性，可 鍛性）及無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進(jìn)的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成 體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機(jī)械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設(shè)備動(dòng)力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時(shí)少、模具少等優(yōu)點(diǎn)，故用得越來越 多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊鞯姆N類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 7 3 連桿的加工工藝規(guī)程的制定 加工工藝工藝過程就是改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、互相位置和性質(zhì)，使其成為產(chǎn)品、半成品的過程，在生產(chǎn)過程中占重要位置。工藝過程主要分為毛坯制造工藝過程、機(jī)械加工工藝過程和機(jī)械裝配工藝過程，后兩個(gè)過程被稱為機(jī)械制造（工藝）過程。 3.1 加工工藝的基本概念 機(jī)械加工工藝過程就是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的 力學(xué)性質(zhì)，使之成為合格的零件的全過程 7 ，是直接生產(chǎn)的過程。按照規(guī)定的工藝過程組織生產(chǎn)，對保證產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量以及生產(chǎn)成本有著重要的作用。 3.2 選擇定位基準(zhǔn) 基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高 1 。否則，不但使加工工藝過程中的問題百出，更有勝者，還會(huì)造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常 進(jìn)行。因此，工件在加工過程中的定位、測量等問題需要被重點(diǎn)考慮。 （ 1）粗基準(zhǔn)的選擇 在選用粗基準(zhǔn)時(shí)要考慮如何保證各個(gè)加工面有足夠的余量，如何保證各個(gè)表面間的相互位置精度和自身的尺寸精度。因此，選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，贏遵循以下幾個(gè)原則： 對于不需要全部加工表面的零件，應(yīng)使用始終不加工的表面作粗基準(zhǔn)，以保證不加工表面與加工表面之間的相互位置要求。 選擇毛坯余量最小的表面做粗基準(zhǔn)。 選擇零件上重要基準(zhǔn)面作粗基準(zhǔn)。 選擇零件上加工面積大，形狀復(fù)雜的表面作粗基準(zhǔn)，以使定位準(zhǔn)確、加緊可靠，夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。 粗基準(zhǔn)在同一尺寸方向上通常只能使用一次，不應(yīng)重復(fù)使用，以免產(chǎn)生不必要的定位誤差。 （ 2）精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)使工件的定位誤差較小，能保證工件的加工精度，同時(shí)還應(yīng)使加工過程操作方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單。選擇時(shí)應(yīng)遵循以下原則： 基準(zhǔn)重合 盡量選擇被加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工序基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合而產(chǎn)生的定位誤差。 一次安裝的原則 一次安裝又稱為基準(zhǔn)統(tǒng)一原則?；鶞?zhǔn)統(tǒng)一或一次安裝和有關(guān)工序所使用的夾具結(jié)構(gòu)大體上統(tǒng)一，降低了工裝設(shè)計(jì)和制造成本。同時(shí)多數(shù)表面采用同一基準(zhǔn)進(jìn)行加工，避免因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換而帶 來的誤差。 互為基準(zhǔn)原則 當(dāng)某些表面相互位置精度要求較高時(shí)，這些表面又可以互為基準(zhǔn)反復(fù)加工，以不斷提高定位基準(zhǔn)的精度，保證這些表面之間的位置精度。 自為基準(zhǔn)原則 對于精度要求很高的表面，如果加工時(shí)要求其余量很小而均勻時(shí)，可以以加工表面本身作為定位基準(zhǔn)，以保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 根據(jù)以上的原則，結(jié)合連桿的具體結(jié)構(gòu)，確定基準(zhǔn)如下：為了保證小頭孔的壁厚均勻，在鉆小頭孔時(shí)，選小頭孔不加工的外圓作為粗基準(zhǔn)。在毛坯制造時(shí)往往在桿身的一側(cè)做出定位標(biāo)記，以大、小頭端面定位時(shí)就能區(qū)別兩個(gè)端面。粗加工大、小頭兩端 面時(shí)，先選取沒有標(biāo)記的一側(cè)的端面，然后以這個(gè)加工過的端面為精基準(zhǔn)加工沒有標(biāo)記的一側(cè)的端面，以后的大部分工序都以這個(gè)精加工端面作為精基準(zhǔn)。這樣可以保證兩端面的平行度，并使作為精基準(zhǔn)的端面有良好的表面質(zhì)量。 在整個(gè)加工過程中，各工序盡量保持基準(zhǔn)一致，選用連桿斷沒有標(biāo)記的一側(cè)的端面、經(jīng)過鉆削的小頭孔及連桿大端經(jīng)過加工的側(cè)面作為輔助定位基準(zhǔn)。大、小頭孔精加工時(shí)，大、小頭孔互為基準(zhǔn)。 3.3 確定加工余量 在確定工序尺寸時(shí)，首先要確定加工余量。正確確定加工余量對于工廠具有重要的意義 4 。若毛坯的余量過大，浪費(fèi)材料勢必增加生產(chǎn)的成本；反之若余量過小，使毛坯制造困難，同樣增加成本，余量太小也不能保證零件的加工精度。所以余量過小、過大對機(jī)械加工都會(huì)帶來不利的影響。 經(jīng)查表，設(shè)計(jì)使用的加工余量列表于表 3-1. 表 3-1 加工余量明細(xì) 工序號(hào) 工序內(nèi)容 加工余量 工序號(hào) 工序內(nèi)容 加工余量 2 粗銑兩平面到 43.5 3 12 精銑體、蓋分開面 1 3 粗磨兩平面到 42.5 單面 0.5 14 鉆擴(kuò)鉸兩螺栓孔到 11 5.5 4 鉆小頭孔到 34 17 15 精磨體、蓋分開面 0.5 5 粗鏜小頭孔到 36.5 1.25 16 精磨兩平面到 42 單面0.25 6 粗車大頭外圓到 109 3 17 精鏜小頭孔到 37 0.5 7 粗鏜大頭到 66 3 18 粗鏜大頭孔 69 1.5 8 粗銑螺栓孔端平面到 64 3 19 精鏜大頭孔到 70 0.5 10 精銑螺栓孔端平面到 62 1 21 精鏜小頭孔到 34 0.5 11 對準(zhǔn)中心線的位置，銑開連桿大頭 3 3.4 機(jī)械加工工藝路線的擬訂 加工順序就是指工序的排 列次序，加工順序?qū)ΡＷC加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本有著重要的作用。一般考慮以下幾個(gè)原則。 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 9 先基準(zhǔn)后其他 零件的前幾道工序應(yīng)安排加工精基準(zhǔn)，然后用精基準(zhǔn)來加工其他表面。 先粗加工后精加工 整個(gè)零件的加工工序應(yīng)是粗加工在前，然后半精加工、精加工以及以及光整加工。這樣可以避免由于工件受力變形而影響加工質(zhì)量，也避免了精加工表面受到損傷等。 先加工平面，后加工內(nèi)孔 先加工主要平面，后加工次要表面，即作為精基準(zhǔn)的表面應(yīng)首先加工。然后對精度要求高的主要表面進(jìn)行粗加工、半精加工，并穿插一些次要表面的加工，然后進(jìn)行各表 面的精加工。要求高的主要表面的精加工安排在最后進(jìn)行，這樣避免已加工表面在運(yùn)輸過程中的碰傷。 根據(jù)以上的原則，以及在一些相關(guān)資料中查找的數(shù)據(jù)，制定工藝路線，如表 3-2 所示： 表 3-2 連桿加工的工藝路線 工序號(hào) 工序內(nèi)容 0 按照毛柸尺寸進(jìn)行模鍛 1 退火處理，消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性和消除組織的不均勻性 2 粗銑兩平面到 43.5 3 粗磨兩平面到 42.5 4 鉆小頭孔到 34 5 粗鏜小頭孔到 36.5 6 粗車大頭外圓到 109 7 粗鏜大頭到 66 8 粗銑螺栓孔端平面 到 64 9 調(diào)質(zhì)處理，改善材料的力學(xué)性能 10 精銑螺栓孔端平面到 62 11 對準(zhǔn)中心線的位置，銑開連桿大頭 12 精銑體、蓋分開面 13 中間檢驗(yàn) 14 鉆擴(kuò)鉸兩螺栓孔到 11 15 精磨體、蓋分開面 16 精磨兩平面到 42 17 精鏜小頭孔到 37 18 粗鏜大頭孔 69 19 精鏜大頭孔到 70 20 小頭壓入襯套 21 精鏜小頭孔到 34 22 清洗 23 最終檢驗(yàn) 在工藝路線中，具體的定位和夾緊的方式體現(xiàn)在工序卡中。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 3.5 連桿工藝計(jì)算 加工工藝路線制定完成之后， 為了能達(dá)到加工工藝路線中的要求，有必要對每個(gè)加工工序進(jìn)行切削用量的計(jì)算，選擇合適的機(jī)床，并在此基礎(chǔ)上編制工藝過程卡、工序卡，使整個(gè)加工過程有章可循，最大限度地節(jié)省費(fèi)用，降低公式，提高生產(chǎn)效率。 下面是本設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)工藝參數(shù)計(jì)算過程。 3.5.1 粗銑兩平面 （ 1） 工序加工計(jì)算 查金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 10-39 8 ，選 40mm 的立銑刀，材料為高速鋼，齒數(shù)取 6，取pa=3mm,查金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 14-69，取 zf =0.1mm/z，查金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 14-67 8 ，有 1.01.02.03.032.045.0zafat dc ezp vv 式中 vc 系數(shù)，vc=53； d 銑刀直徑， mm； t 刀具耐用度， min； pa 切削深度， mm； zf 每齒進(jìn)給量 ， mm/z； ea 銑刀寬度， mm； z 銑刀齒數(shù)。 由金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 14-80， zd = 640 ，得： t =90min，ea=40mm, v =41.47m/min 則 m in)/(3301000 rn d u （ 2） 機(jī)床選擇 查金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 8-55，選擇銑床 X5030AS，主軸 8 級(jí)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速范圍 401800 r/min, P=3kM. 據(jù)切削用量簡明手冊，有 11m inm a x z nnZ NR 式中 z 級(jí)數(shù)； maxn 最高轉(zhuǎn)速， r/min； minn 最低轉(zhuǎn)速， r/min。 則： =1.72。查切削用量簡明手冊表 2-2 4 ，選 n=315r/min,則實(shí)際轉(zhuǎn)速為 m in )/(55.391 0 0 0 mu dn 驗(yàn)證功率：查金屬機(jī)械加工工藝人員手冊表 14-67 知， 內(nèi)燃機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì) 11 znafadcP ezpp 71.083.014.0510 式中 pc 系數(shù)，pc=3.37； d 銑刀直徑， mm； pa 切削深度， mm； nf 每齒進(jìn)給量， mm； ea 銑削寬度， mm； z 銑刀齒