連桿機(jī)械加工工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)_第1頁(yè)
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1、連桿機(jī)械加工工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)機(jī)碩11 褚亞鵬 學(xué)號(hào):2110104005目錄一,內(nèi)容與要求.2二,背景介紹.41. 連桿設(shè)計(jì)的意義.42.連桿加工的發(fā)展趨勢(shì).5三,設(shè)計(jì)過(guò)程.61. 連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì).62. 連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程分析.93.連桿加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題.124.切削用量的選擇原則.135.確定各工序的加工余量、計(jì)算工序尺寸及公差.14四,主要工序工序簡(jiǎn)圖.15五,機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片:(見(jiàn)附表).21內(nèi)容與要求針對(duì)連桿大批大量加工,本次課程設(shè)計(jì)給出了五種規(guī)格的連桿,選擇一種尺寸規(guī)格的連桿,進(jìn)行相關(guān)工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)研,給出電子版本連桿機(jī)械加工工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(調(diào)研報(bào)告),連

2、桿機(jī)械加工工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)要填入工藝卡中,主要工序應(yīng)畫(huà)出工序簡(jiǎn)圖。 某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裝配圖 各組參數(shù)附表類型ABCDE材料4542CrMo4542CrMo42CrMo中心距400±0.04405±0.05415±0.05420±0.05425±0.06水平平行度0.05/1000.06/1000.06/1000.06/1000.06/100垂直平行度0.025/1000.032/1000.035/1000.035/1000.035/100小孔尺寸Æ76Æ80Æ83Æ85Æ87小孔面Ra1.61.61

3、.61.61.6小孔襯套尺寸Æ68Æ72Æ75Æ78Æ80小孔襯套面Ra0.40.80.40.80.8大孔尺寸Æ136Æ140Æ143Æ146Æ148大孔面Ra1.61.61.61.61.6大孔襯套尺寸Æ128Æ132Æ135Æ138Æ140大孔襯套面Ra0.40.80.40.80.8背景介紹1.連桿設(shè)計(jì)的意義:連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一,它在柴油機(jī)中,把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸,連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿由連

4、桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修,連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底,底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片,可以用來(lái)補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套,以減少小頭孔與活塞銷的磨損,同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中,連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用,連桿除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度外,還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量,以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)均衡,同一發(fā)動(dòng)機(jī)中各連桿

5、的質(zhì)量不能相差太大,因此,在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊,以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對(duì)稱分布在連桿中截面的兩側(cè)。考慮到裝夾、安放、搬運(yùn)等要求,連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽),發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng),把氣缸體下部的潤(rùn)滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi),以潤(rùn)滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來(lái),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。2.連桿加工的發(fā)展趨勢(shì):汽車連桿的發(fā)展目前主要在其材料上的發(fā)展, 碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼是連桿

6、用鋼的傳統(tǒng)鋼種,通常小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用碳素調(diào)質(zhì)鋼,大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用合金調(diào)質(zhì)鋼。 碳素鋼調(diào)質(zhì)硬度一般在229269HBS,合金鋼可達(dá)到300HBS,但最高不超過(guò)330HBS。碳素鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)到800MPa以上,沖擊韌度在60J/cm2以上;合金調(diào)質(zhì)鋼抗拉強(qiáng)度可達(dá)到900MPa以上,沖擊韌度在80J/cm2以上。調(diào)質(zhì)鋼連桿用于要求連桿有較高強(qiáng)度和韌性的大功率柴油機(jī)。非調(diào)質(zhì)鋼是在中碳鋼基礎(chǔ)上添加釩、鈦、鈮等微合金元素,通過(guò)控制軋制或控制鍛造過(guò)程的冷卻速度,使其在基體組織中彌散析出碳、氮的化合物使其得到強(qiáng)化。非調(diào)質(zhì)鋼省略了鍛后的熱處理。按其強(qiáng)韌性可以分4類,其中基本型和高強(qiáng)度型適用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿。我

7、國(guó)研究的非調(diào)質(zhì)鋼主要是釩系、錳釩系、錳釩氮系。每個(gè)系列都開(kāi)發(fā)了添加易切削元素的鋼種。用于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的鋼種有35MnVS、35MnVN、40MnV、48MnV等,其強(qiáng)度都在900MPa以下。疲勞試驗(yàn)表明,非調(diào)質(zhì)鋼連桿的疲勞強(qiáng)度與相同級(jí)別調(diào)質(zhì)鋼相當(dāng)。我國(guó)現(xiàn)在用的材料是從德國(guó)進(jìn)口的C70SC系列高碳非調(diào)質(zhì)鋼。其成分特點(diǎn)是低硅、低錳、添加微量合金元素釩及易切削元素硫。合金元素的范圍要求窄、材料純凈度要求高。我國(guó)已開(kāi)展該系列鋼種的國(guó)產(chǎn)化工作。非調(diào)質(zhì)鋼正逐步取代調(diào)質(zhì)鋼,國(guó)外幾乎完全采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)連桿。 隨發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化的要求,連桿的設(shè)計(jì)應(yīng)力提高,C70S6系列的鋼種的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越多。德國(guó)在該鋼種的基礎(chǔ)上開(kāi)

8、發(fā)了強(qiáng)度級(jí)別更高的鋼種。設(shè)計(jì)過(guò)程1. 連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì):選擇連桿類型為A類,相關(guān)參數(shù)如下表:類型A材料45中心距400±0.04水平平行度0.05/100垂直平行度0.025/100小孔尺寸Æ76小孔面Ra1.6小孔襯套尺寸Æ68小孔襯套面Ra0.4大孔尺寸Æ136大孔面Ra1.6大孔襯套尺寸Æ128大孔襯套面Ra0.4根據(jù)連桿加工尺寸要求,設(shè)計(jì)的連桿機(jī)械加工工藝路線如下表所示:連桿機(jī)械加工工藝路線工序工序名稱工序內(nèi)容1銑銑連桿大小頭平面2粗磨粗磨大小頭平面3鉆鉆小頭孔4擴(kuò)擴(kuò)小頭孔5鉸鉸小頭孔6銑銑大頭孔兩側(cè)面7擴(kuò)擴(kuò)大頭孔8銑銑開(kāi)連桿

9、體和蓋9粗銑粗銑連桿體結(jié)合面10精銑精銑連桿體結(jié)合面11銑銑軸瓦鎖口槽12精銑精銑螺栓座面13精磨精磨連桿結(jié)合面14粗銑粗銑連桿上蓋結(jié)合面15精銑精銑連桿上蓋結(jié)合面16銑銑螺母座面17銑銑軸瓦鎖口槽18精磨精磨結(jié)合面19鉆鉆螺栓孔20擴(kuò)擴(kuò)螺栓孔21鉸鉸螺栓孔22銑銑連桿蓋上方給螺栓孔口倒角23粗鏜粗鏜大頭孔24銑銑大頭孔兩端倒角25精磨精磨大小頭兩平面26鉗用專用螺釘,將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件27半精鏜半精鏜大頭孔28精鏜精鏜小頭孔29精鏜精鏜大頭孔30鉗稱量不平衡質(zhì)量、按規(guī)定值去重量31鉆鉆小頭油孔32銑銑小頭孔兩端倒角33磨珩磨大頭孔 34壓銅套 35擠壓銅套孔 36鏜半精鏜大頭銅套孔

10、 37鏜半精鏜小頭銅套孔 38鏜精鏜大頭銅套孔 39鏜精鏜小頭銅套孔40檢檢查各部分尺寸及精度41探傷無(wú)損探傷及檢驗(yàn)硬度42入庫(kù)入庫(kù)2.連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程分析 2.1. 工藝過(guò)程的安排各主要表面的工序安排如下:(1)兩端面:粗銑、精銑、粗磨、精磨(2)小頭孔:鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜(3)大頭孔:擴(kuò)孔、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜、珩磨一些次要表面的加工,則視需要和可能安排在工藝過(guò)程的中間或后面。2.2.定位基準(zhǔn)的選擇在連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程中,大部分工序選用連桿的一個(gè)指定的端面和小頭孔作為主要基面,并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于:端面的面積大,定位比較穩(wěn)定,用

11、小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái),減少了定位誤差。具體的辦法是,如下圖所示:在安裝工件時(shí),注意將成套編號(hào)標(biāo)記的一面不與連桿的定位原件接觸, 在精鏜小頭孔時(shí)也用小頭孔做基面。為了不斷改善基面的精度,基面的加工與主要表面的加工要適當(dāng)配合:即在粗加工大、小頭孔前,粗磨端面,在精鏜大、小頭孔前,精磨端面。由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面,所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔,這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證,有時(shí)會(huì)影響到后續(xù)工序的加工精度。2.3.確定合理的夾緊方法既然連桿是一個(gè)剛性比較差的工件,就應(yīng)該十

12、分注意夾緊力的大小,作用力的方向及著力點(diǎn)的選擇,避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形,以影響加工精度。在加工連桿的夾具中,可以看出設(shè)計(jì)人員注意了夾緊力的作用方向和著力點(diǎn)的選擇。在粗銑兩端面的夾具中,夾緊力的方向與端面平行,在夾緊力的作用方向上,大頭端部與小頭端部的剛性高,變形小,既使有一些變形,亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上,很少或不會(huì)影響端面的平面度。夾緊力通過(guò)工件直接作用在定位元件上,可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。在加工大小頭孔工序中,主要夾緊力垂直作用于大頭端面上,并由定位元件承受,以保證所加工孔的圓度。在精鏜大小頭孔時(shí),只以大平面(基面)定位,并且只夾緊大頭這一端。小頭一端以假銷定位后,用螺釘在

13、另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊,避免可能產(chǎn)生的變形。2.4.連桿兩端面的加工采用粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序,并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔之前,以便改善基面的平面度,提高孔的加工精度。粗磨在轉(zhuǎn)盤(pán)磨床上,使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削。這種方法的生產(chǎn)率較高。精磨在M7331型平面磨床上用砂輪的周邊磨削,這種辦法的生產(chǎn)率低一些,但精度較高。2.5.連桿大、小頭孔的加工連桿大、小頭孔的加工是連桿機(jī)械加工的重要工序,它的加工精度對(duì)連桿質(zhì)量有較大的影響。小頭孔是定位基面,在用作定位基面之前,它經(jīng)過(guò)了鉆、擴(kuò)、鉸三道工序。鉆時(shí)以小頭孔外形定位,這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。小頭

14、孔在鉆、擴(kuò)、鉸后,在金剛鏜床上與大頭孔同時(shí)精鏜,達(dá)到IT6級(jí)公差等級(jí),然后壓入襯套,再以襯套內(nèi)孔定位精鏜大頭孔。由于襯套的內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差,這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。大頭孔經(jīng)過(guò)擴(kuò)、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達(dá)到IT6級(jí)公差等級(jí)。表面粗糙度Ra 為0.4m,大頭孔的加工方法是在銑開(kāi)工序后,將連桿與連桿體組合在一起,然后進(jìn)行精鏜大頭孔的工序。這樣,在銑開(kāi)以后可能產(chǎn)生的變形,可以在最后精鏜工序中得到修正,以保證孔的形狀精度。2.6.連桿螺栓孔的加工連桿的螺栓孔經(jīng)過(guò)鉆、擴(kuò)、鉸工序。加工時(shí)以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。為了使兩螺栓孔在兩個(gè)互相垂直方向平行

15、度保持在公差范圍內(nèi),在擴(kuò)和鉸兩個(gè)工步中用上下雙導(dǎo)向套導(dǎo)向。從而達(dá)到所需要的技術(shù)要求。粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法,這樣銑夾具沒(méi)有活動(dòng)部分,能保證承受較大的銑削力。精銑時(shí),為了保證螺栓孔的兩個(gè)端面與連桿大頭端面垂直,使用兩工位夾具。連桿在夾具的工位上銑完一個(gè)螺栓孔的兩端面后,夾具上的定位板帶著工件旋轉(zhuǎn)1800 ,銑另一個(gè)螺栓孔的兩端面。這樣,螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。2.7.連桿體與連桿蓋的銑開(kāi)工序剖分面(亦稱結(jié)合面)的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對(duì)刀精度來(lái)保證。為了保證銑開(kāi)后的剖分面的平面度不超過(guò)規(guī)定的公差0.03mm ,并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直

16、度,除夾具本身要保證精度外,鋸片的安裝精度的影響也很大。如果鋸片的端面圓跳動(dòng)不超過(guò)0.02 mm,則銑開(kāi)的剖分面能達(dá)到圖紙的要求,否則可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度對(duì)連桿蓋、連桿體裝配后的結(jié)合強(qiáng)度有較大的影響。因此,在剖分面銑開(kāi)以后再經(jīng)過(guò)磨削加工。2.8.大頭側(cè)面的加工以基面及小頭孔定位,它用一個(gè)圓銷(小頭孔)。裝夾工件銑兩側(cè)面至尺寸,保證對(duì)稱(此對(duì)稱平面為工藝用基準(zhǔn)面)。3.連桿加工工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題:3.1.工序安排連桿加工工序安排應(yīng)注意兩個(gè)影響精度的因素:(1)連桿的剛度比較低,在外力作用下容易變形;(2)連桿是模鍛件,孔的加工余量大,切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力。因此在連桿加

17、工工藝中,各主要表面的粗精加工工序一定要分開(kāi)。3.2.定位基準(zhǔn)精基準(zhǔn):以桿身對(duì)稱面定位,便于保證對(duì)稱度的要求,而且采用雙面銑,可使部分切削力抵消。統(tǒng)一精基準(zhǔn):以大小頭端面,小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因?yàn)槎嗣娴拿娣e大,定位穩(wěn)定可靠;用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。3.3.夾具使用保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此,精銑端面時(shí),夾具可考慮重復(fù)定位情況,如采用夾具限制7個(gè)自由度(其是長(zhǎng)圓柱銷限制4個(gè),長(zhǎng)菱形銷限制2個(gè))。長(zhǎng)銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復(fù)定位裝御有困難,因此要求夾具制造精度較高,且采取一定措施,一方面長(zhǎng)圓柱銷削去一邊,另一方面設(shè)計(jì)頂出工件的裝置。4.切削用量的選擇原則:

18、4.1.粗加工時(shí)切削用量的選擇原則粗加工時(shí)加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此,選擇粗加工的切削用量時(shí),要盡可能保證較高的單位時(shí)間金屬切削量(金屬切除率)和必要的刀具耐用度,以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。金屬切除率可以用下式計(jì)算:Zw Vfap1000式中:Zw單位時(shí)間內(nèi)的金屬切除量(mm3/s)V切削速度(m/s)f 進(jìn)給量(mm/r)ap背吃刀量(mm)1)切削深度的選擇:粗加工時(shí)切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來(lái)確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下,應(yīng)當(dāng)盡量將粗加工余量一次切除。只有當(dāng)總加工余量太大,一次切不完時(shí),才考慮分幾次走刀。2)進(jìn)給量的選擇:粗加工時(shí)限制進(jìn)給量提高的因素主要是切削力。因此,進(jìn)給量應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度來(lái)確定。選擇進(jìn)給量時(shí)應(yīng)考慮到機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長(zhǎng)度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度好的情況下,可選用大一些的進(jìn)給量;在剛性和強(qiáng)度較差的情況下,應(yīng)適當(dāng)減小進(jìn)給量。3)切削速度的選擇:粗加工時(shí),切削速度主要受刀具耐用度和機(jī)床功率的限制。切削深度、進(jìn)給量和切削速度三者決定了切削功率

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