機械制造課程設計說明書概要

機械制造課程設計設計說明書學院：工程學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化姓名：學號：課題零件：連桿，活塞，銷指導教師：時間：2013年9月12日目錄TOC\o"1-3"\h\u19276目錄 131104前言 219690一、設計任務 366771、總體任務 3223652、具體要求 314106二、零件簡要分析 4325951、活塞產品開發(fā)制造介紹 496762.連桿開發(fā)制造現狀介紹 521670三、毛坯選擇 5169561、連桿毛坯制造方法 5102962、活塞毛坯制造方法 6211113、活塞銷毛坯選擇 717876四、零件技術分析 7167331、連桿技術分析 725752、活塞技術分析 824383、活塞銷技術分析 97215五、工藝路線設計 961401、基準選擇的標準 952262、工藝路線設計 10281772.1、連桿工藝路線 10227772.2、活塞工藝路線 11170522.3、活塞銷工藝路線 124300六、夾具設計 1398251、夾具方案的設計 1316617七、設計總結 143181八、參考文獻 15前言機械制造課程設計是修完機械制造技術基礎及其他大部分專業(yè)課，并進行了生產實習的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。這一次設計使我們能綜合運用機械制造工藝中的基本理論，并結合生產實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題，初步具備設計一個中等復雜程度的零件的工藝規(guī)程的能力，也是熟悉和運用有關手冊、圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐，可為今后的畢業(yè)設計及未來從事的工作打下良好的基礎。一、設計任務1、總體任務根據設計任務分組進行設計，按照所給機構進行分析，確定各零部件設計方案、設計出其中的重要工序的專用夾具或模具，并繪制相應機械設計圖。具體內容如下：1）對機構進行結構分析，確定由哪些零件組成，并對各零件進行測繪；2）明確零件在整個機構上的作用、零件的材質、要求，分析零件結構的工藝性，完成總裝配圖及各零件的設計圖。3）擬定工藝方案，確定毛坯種類及制造方法。4）擬定零件的模具加工或機械加工工藝過程，設計重要工序中的一種專用夾具或模具，繪制裝配圖或大件零件圖。5）撰寫設計說明書。一份完整的說明書一般包括以下一些項目：(1)目錄。(2)緒論或前言。(3)對機構的整體分析，各零部件分析說明(4)對零件的工藝分析，如關鍵表面的技術要求分析等。(5)工藝設計，如毛坯選擇與說明，工藝路線的確定，工序順序的安排，加工設備與工藝裝備的選擇等；(6)模具或夾具設計，如設計思想，夾具操作動作說明等。(7)設計總結或心得體會。(8)參考文獻書目(書目前排列序號，以便于正文引用)。2、具體要求（1）、中小批量生產連桿、活塞、活塞銷（2）、零件放大十倍設計（3）、活塞材料鋁A00、其他為20Cr（4）、連桿毛坯圖一份、三個零件二維三維圖各一份（5）、夾具及總裝圖一份（6）、各零件加工工藝過程卡一份（7）、各零件加工工序卡片一份（8）、設計任務說明書一份二、零件簡要分析1、活塞產品開發(fā)制造介紹內燃機活塞制造技術在我國已有四十多年的發(fā)展，已經具有一定的基礎，近年來通過不斷的技術改造和技術合作，活塞制造技術發(fā)展很快，活塞產品質量不斷提高，并且，新產品的比重逐漸加大。但是，內燃機活塞機械加工工藝過程還是存在一定的差別，并且活塞類型和加工要求也有較大差別。現在國內大多數活塞生產企業(yè)多采用專用機床和改裝的普通車床、專用工裝和夾具組成的單機流水線的加工方式生產。流水線設備排列為一機一序或一機多序，流程較長。典型的汽油機活塞加工工藝過程如：粗車外圓→平頂面→車止口、打中心孔→粗鏜銷孔→半精車外圓、頂面→粗、精切環(huán)槽→……→精車外圓、頂面→……→精鏜銷孔→車卡環(huán)槽→檢驗……。上述加工工藝過程以止口、中心孔作為精基準，以活塞頭部外圓、活塞裙部、銷孔表面以及活塞頂面等為主要加工面。這種傳統工藝過程的主要優(yōu)勢有以下幾點：第一，一次裝夾可車削外圓、活塞頂面和環(huán)槽等工作面，加工方便；第二，沿活塞軸向夾緊可進行多刀切削。同時，這種傳統加工工藝過程也存在一下幾方面主要問題：第一，以活塞止口為工藝基準，加工流程較長；第二，環(huán)槽的位置精度低；第三，采用軸向夾緊，該夾緊方式對活塞的加工精度，特別是對薄壁活塞裙部外圓的加工精度會產生較大的影響?；钊B桿組主要有活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等零件組成?；钊闹饕饔檬桥c汽缸蓋、氣缸共同構成燃燒室，將做功行程所承受的燃氣壓力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉。要求活塞具有：(1) 足夠的強度、剛度和韌性；(2) 良好的導熱性和極小的熱膨脹性；(3) 很小的重量，以保持很小的慣性力；(4) 良好的潤滑性和耐磨性，以提高壽命?，F代汽車發(fā)動機不論是汽油機還是柴油機都廣泛采用鋁合金活塞，只在極少數發(fā)動機上采用鑄鐵或耐熱鋼活塞。目前鋁合金活塞多用含硅12%左右的共晶鋁硅合金和含硅18%~23%的過共晶鋁硅合金制造，外加鎳、銅和鎂，以提高熱穩(wěn)定性和高溫機械性能。含硅量越高，材料的膨脹系數越小，耐磨性愈好，但制造工藝較差。2.連桿開發(fā)制造現狀介紹連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿一般由連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，連桿的大頭孔內裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質的底，底的內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，可以用來補償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。在發(fā)動機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質量，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)動機運轉均衡，同一發(fā)動機中各連桿的質量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設置了去不平衡質量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，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有油孔(或油槽)，發(fā)動機工作時，依靠曲軸的高速轉動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。毛坯選擇連桿毛坯制造方法連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現和應用，使粉末冶金件的密度和強度大為提高。因此，采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法。本次設計中，采用的是20Cr的材料。根據生產綱領為中小批量生產，采用模鍛制造毛坯。采用整體模鍛，利用中頻感應加熱鋼棒，經過初鍛、成型、終鍛等過程，將連桿的毛坯制造出來。經過去毛邊以及修整外圓及內圓，將得到一個合格的毛坯件送到機加工車間加工。2、活塞毛坯制造方法活塞的材料除少數采用鑄鐵外，大部分采用導熱系數高、熱膨脹系數較底的硅鋁合金。鋁活塞除了導熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點。所以目前中小型發(fā)動機的活塞大部分采用鋁合金材料。由于鋁合金和鑄鐵材料的不同，造成線膨脹系數不一樣，亦可能出現廣泛選用鑄鐵活塞的趨勢，用以取代鋁活塞。一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣不僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機械加工余量，同時還可以保證活塞間較小的重量差。我們采用鑄造的方法利用模具對原鋁熔融后加工獲得。鑄造出來的毛坯還要進行去毛刺去飛邊處理才能得到合格的毛坯。活塞銷毛坯選擇活塞銷的工作條件為周期性強烈沖擊和彎曲、剪切作用；銷表面承受較大的摩擦磨損。因此對活塞銷材料的要求具有足夠的強度、剛度，表面具有較高的硬度和較高的耐磨性；具有足夠的沖擊韌性；具有較高的疲勞強度。常用材料為15、20或l5Cr、2OCr、

2OCrMnTi等。強載柴油機多選用合金滲碳鋼。根據本設計的要求，采用20Cr的材料進行加工，使用的是外直徑70mm的鋼棒進行下料取得毛坯。四、零件技術分析連桿技術分析連桿表面鍍銅，用來防銹、防滲、美觀。Φ1800+0.04mm和Φ1400+0.04mm以及65±0.015、605±0.15中的上下偏差、公差根據加工到七級精度來確定。表面粗糙度由表面的加工精度來取合理的推薦值，比如Ra3.2和Ra1.6分別是粗銑和精銑得到連桿端面的粗糙度。兩個內孔滲碳后淬火、低溫回火，滲碳的厚度為2mm-3mm(與滲碳時間有關、一般7-8小時)，回火溫度在150-200℃，硬度可達58~64HRC,增加孔的表面質量和耐磨性。連桿盡量的對稱和平行，這樣能減少震動，延長機器壽命，根據加工的精度查表得，兩個端面的平行度公差值為0.06mm，兩端面相對于中心平面對稱度公差值0.15mm.為了保證連桿能正常運轉，連桿與銷軸的垂直度有一定的要求：公差值為0.03mm?；钊夹g分析1、φ4000-0.057（根據加工等級和公差確定上下偏差）外圓由于對耐磨性有很高的要求，故表面Ra1.6，圓度公差值根據推薦值選0.04mm。2、環(huán)槽與活塞環(huán)配合，所以對環(huán)槽的要求為垂直度0.08和圓跳動度0.04。3、銷孔與活塞銷有配合，所以銷孔的尺寸要求按照七級加工精度為650+0.03，垂直度公差值為0.08mm，圓度公差值為0.025mm。4、活塞頂面由于直接和燃燒室接觸，故表面的質量要求高，用微弧氧化技術氧化頂面，微弧氧化膜層與基體結合牢固，結構致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性?；钊N技術分析1、根據活塞銷兩個端面的加工精度等級為十二級，故公差為0.57mm，為3270-0.57（根據最小入體原則）。2、為了減輕活塞銷的重量，在保證強度的情況下打孔，孔直徑為35mm,經計算強度足夠。3、精磨外圓的目的是為了保證銷與軸承和活塞能配合，取Ra1.6，取圓度公差值為0.09mm.工藝路線設計基準選擇的標準正確選擇定位基準是制定機械加工工藝規(guī)程和進行夾具設計的關鍵?；鶞实倪x擇是工藝規(guī)程設計中的重要問題，基準的選擇是否合理影響到加工質星、生產率和加工成本。定位基準的選擇合理與否，會直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程的質量基準選擇不當，會增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設計團難，甚至達不到工件的加工精度要求。在設計工藝規(guī)程的過程中，當根據零件工件圖先選擇精基準，后選料精基準。結合整個工藝過程要進行統一考慮，先行工序序要為后續(xù)工序創(chuàng)造條件。（1）粗基準的選擇粗準的選擇應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表而面為定為基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。（2）精基準的選擇根據活塞桿的技術要求和裝配要求，應選擇活塞桿的左右端面和兩端面的中心孔作為精基準。零件上的很多表面都可以以兩端面作為基準進行加工。可避免基準轉化誤差，也遵循基準統一原則。兩端的中心軸線是設計基準。選用中心軸線為定為基準，可保證表面最后的加工位置精度，實現了設計基準和工藝基準的重合。2、工藝路線設計2.1、連桿工藝路線中國海洋大學工程學院機械加工工藝過程卡零件名稱發(fā)動機連桿材料牌號20Cr年產量毛坯種類批量每毛坯件數工序號工序名稱工序內容機床刀具Ⅰ模鍛整體模鍛Ⅱ修磨外圓鉗工去毛刺和飛邊Ⅲ鍍銅電鍍銅用于防滲Ⅳ粗銑端面粗銑大小頭端面均留余量1mm，以大頭外輪廓小頭孔壁定位立式銑床平面銑刀Ⅴ精銑端面粗銑大小頭端面均留余量0.4mm，以大頭外輪廓小頭孔壁定位立式銑床平面銑刀Ⅵ粗鏜內孔粗鏜大小內孔均留余量1.5mm，以端面、大頭外輪廓定位加工小孔，后以小孔壁為定位加工大孔。臥式鏜床鏜刀Ⅶ半精鏜內孔粗鏜大小內孔均留余量0.7mm，以端面、大頭外輪廓定位加工小孔，后以小孔壁為定位加工大孔。臥式鏜床鏜刀Ⅷ銑油槽銑油槽，以孔壁定位立式銑床油槽銑刀Ⅸ鉆油孔鉆小頭油孔，孔壁與端面定位搖臂鉆床鉆頭Ⅹ倒角鉆出兩孔倒角搖臂鉆床鉆頭Ⅺ熱處理對工件進行碳氮共滲、淬火、回火處理，增加其表面硬度ⅩⅢ精鏜兩孔精鏜大小孔余量為0.1mm，臥式鏜床鏜刀ⅩⅤ珩磨兩孔珩磨兩孔內壁達到圖紙要求珩磨機砂輪ⅩⅥ清洗ⅩⅦ檢查各部分尺寸及精度ⅩⅧ入庫設計者設計日期指導教師日期2.2、活塞工藝路線中國海洋大學工程學院機械加工工藝過程卡零件名稱活塞材料牌號A00原鋁年產量毛坯種類批量每毛坯件數工序號工序名稱工序內容機床刀具Ⅰ鑄造模具鑄造Ⅱ車底面止口、下端面車直徑為380mm距離頂面357mm的止口車距離頂面397mm的下端面車床車刀Ⅲ打中心孔頂面圓心處打一定位中心孔打中心孔自動車床頂針Ⅳ粗車外圓環(huán)槽粗車外圓至φ403mm，粗車兩個寬度為20mm的環(huán)槽至φ366mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅴ半精車外圓、環(huán)槽半精車外圓至φ400.7mm，半精車兩個寬度為20mm的環(huán)槽至φ363.7mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅵ粗鏜銷孔粗鏜銷孔至φ66.4mm鏜床鏜刀Ⅶ半精鏜銷孔半精鏜銷孔至φ65.4mm鏜床鏜刀Ⅷ車擋圈槽車直徑為72mm寬度為10mm距離活塞外圓32.5mm的擋圈槽車床車刀Ⅸ銷孔倒角銑1mm的45°倒角銑床45°銑刀Ⅹ精車外圓、環(huán)槽精車外圓至φ400mm，精車兩個寬度為20mm的環(huán)槽至φ363mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅺ精磨銷孔精磨銷孔至φ65mm磨床珩磨刀具Ⅻ銑頂銑頂至最高點距離止口355mm，最低點距離止口325mm銑床球頭銑刀ⅩⅢ微弧氧化微弧氧化頂面設計者設計日期指導教師日期2.3、活塞銷工藝路線中國海洋大學工程學院機械加工工藝過程卡零件名稱活塞銷材料牌號20Cr年產量毛坯種類批量每毛坯件數工序號工序名稱工序內容機床刀具Ⅰ下料用直徑為70mm的20Cr切下長度為330mm的毛坯件鋸床鋸刀Ⅱ車端面粗車兩端面各2mm車床車刀Ⅲ鉆孔鉆