捷達發(fā)動機連桿加工工藝設計及夾具設計【擴大頭孔】【銑剖分面】【說明書+CAD+PROE】

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畢業(yè)設計中期檢查表 填表日期 2011年4月20日 迄今已進行 7 周剩余 9 周 學生姓名 金釗 院部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程B07-3 指導教師姓名 朱榮福 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達發(fā)動機連桿加工工藝及其夾具設計 學 生 填 寫 畢業(yè)設計工作進度 已完成主要內(nèi)容 待完成主要內(nèi)容 1、調(diào)研、收集資料、撰寫開題報告。 2、確定連桿的工藝設計及其夾具設計方案。 3、連桿的CAD零件圖及工藝過程卡的編制。 1、連桿工藝過程中夾具的設計。 2、夾具圖的繪制。 3、撰寫設計說明書，完善圖紙設計提交指導老師審核。 存在問題及努力方向 零件圖中有些標注不正確，工藝過程卡有些地方不妥當，爭取在余下來的時間里將它們改正過來，并且做好之后的要求的內(nèi)容。 學生簽字： 指導教師 意 見 指導教師簽字： 年 月 日 教研室 意 見 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-2 畢業(yè)設計任務書 學生姓名 金釗 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-3 指導教師姓名 朱榮福 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 否 題目名稱 捷達發(fā)動機連桿加工工藝設計及夾具設計 一、設計（論文）目的、意義 連桿是發(fā)動機的主要傳動件之一。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，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術要求。 二、設計（論文）內(nèi)容、技術要求（研究方法） 論文內(nèi)容： 1. 研究汽車發(fā)動機連桿的加工工藝； 2. 繪制工藝卡片； 3. 設計夾具。 　技術要求： １．制造工藝合理、夾具適用； ２．過程符合設計程序、設計圖樣的表達符合繪圖要求。 三、設計（論文）完成后應提交的成果 1. 工藝及工序卡片； 2. 夾具圖紙； 3. 設計說明書一份。 四、設計（論文）進度安排 第1周 選題、領取任務書； 第2～3周 調(diào)研，搜集資料，撰寫開題報告； 第4～5周　分析連桿加工工藝并設計方案； 第6～8周 完成連桿工藝及工序卡片，中期答辯； 第9～13周 完成夾具圖紙設計并撰寫設計說明書； 第14周 完善設計并提交指導教師審核； 第15-16周 更改并最終完成設計，準備答辯； 第17周 畢業(yè)答辯。 五、主要參考資料 [1] 陳志亮 ，發(fā)動機連桿制造工藝改進分析[J] ，天津汽車，2006(1) [2] 楊立 汽車發(fā)動機連桿珩磨工藝分析[J] ，機床與液壓，2007(1) [3] 孫欽海 ?，輕型汽車發(fā)動機連桿珩磨工藝的分析[J]，黑龍江科技信息，2010 六、備注 指導教師簽字： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 SY-025-BY-1 畢業(yè)設計（論文）題目審定表 指導教師姓名 朱榮福 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達發(fā)動機連桿加工工藝及其夾具設計 課題適用專業(yè) 車輛工程 課題類型 X 課題簡介：（主要內(nèi)容、意義、現(xiàn)有條件、預期成果及表現(xiàn)形式。） 主要內(nèi)容：客觀分析連桿的結構特點和主要技術要求，選出最佳材料和毛坯，分析連桿機械加工工藝過程并編制出連桿的機械加工工藝過程卡片，計算工藝尺寸鏈和工時定額,以此減小加工誤差，提高生產(chǎn)效率，設計出合理的夾具，連桿和夾具的檢驗，利用AutoCAD畫出連桿及其夾具。 意義：在機械制造工業(yè)中，完成工件所需要的加工工序時，經(jīng)常通過使用夾具來提高生產(chǎn)效率，提高加工精度，減少廢品，改善操作的勞動強度。設計目的是在確保質量的前提下, 改善加工條件, 提高工作效率。 現(xiàn)有條件：大量有關汽車連桿加工工藝及其夾具設計的報刊和書籍。 預期成果：完成捷達連桿加工工藝及其夾具的設計。 表現(xiàn)形式：一套捷達發(fā)動機連桿加工工藝過程綜合卡，一個銑剖分面夾具，一個擴大頭孔夾具，一套說明書。 指導教師簽字： 年 月 日 教 研 室 意 見 1 選題與專業(yè)培養(yǎng)目標的符合度 □好 □較好 □一般 □較差 2 對學生能力培養(yǎng)及全面訓練的程度 □好 □較好 □一般 □較差 3 選題與生產(chǎn)、科研、實驗室建設等實際的結合程度 □好 □較好 □一般 □較差 4 論文選題的理論意義或實際價值 □好 □較好 □一般 □較差 5 課題預計工作量 □較大 □適中 □較小 6 課題預計難易程度 □較難 □一般 □較易 教研室主任簽字： 年 月 日 系（部）教學指導委員會意見： 負責人簽字： 年 月 日 注：課題類型填寫 W.科研項目；X.生產(chǎn)（社會）實際；Y.實驗室建設；Z.其它。 畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目: 捷達發(fā)動機連桿加工工藝設計及夾具設計 院 系 名 稱: 汽車與交通工程學院 專 業(yè) 班 級: 車輛工程07-3 學 生 姓 名: 金釗 導 師 姓 名: 朱榮福 開 題 時 間: 2011年2月28日 指導委員會審查意見： 簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）開題報告 學生姓名 金釗 系部 汽車與交通工程學院 專業(yè)、班級 車輛工程07-3 指導教師姓名 朱榮福 職稱 講師 從事 專業(yè) 車輛工程 是否外聘 □是■否 題目名稱 捷達發(fā)動機連桿加工工藝設計及夾具設計 一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，在社會進步和經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在現(xiàn)代社會中，汽車工業(yè)不僅能為人類提供數(shù)量最多及適宜的交通運輸工具，而且還能帶動相關工業(yè)的發(fā)展，促進整個社會的繁榮。目前全世界的汽車總產(chǎn)量已經(jīng)超過6400萬輛，在工業(yè)發(fā)達國家中汽車工業(yè)的產(chǎn)值已占其國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的8%以上，占其整個機械制造業(yè)產(chǎn)值的30%。汽車工業(yè)在100多年的發(fā)展過程中，經(jīng)歷激烈的國際市場競爭與兼并改組世界能源危機及第三次工業(yè)革命的沖擊，依然發(fā)展勢頭強勁，并呈現(xiàn)出兩種迥然不同的發(fā)展模式。一種是美、日、歐洲等主要工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：資本高度集中壟斷，利用其高科技優(yōu)勢自主開發(fā)產(chǎn)品，頻繁換型，采取大批量規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式，同時將產(chǎn)品輸出轉變?yōu)橘Y本輸出，以多種合作方式跨國經(jīng)營，使汽車的生產(chǎn)趨于國際化。另一種是一些新興工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展中國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：采用優(yōu)惠政策引進外資及先進的技術與裝備，先期進口散件進行裝車，之后逐步提高汽車零件的國產(chǎn)化率，進而達到零部件自給，最終形成自成體系的汽車工業(yè)。第二種模式中，韓國和西班牙先獲得了成功經(jīng)驗，之后巴西、中國和墨西哥亦采用了這種模式使各自國家的汽車工業(yè)獲得了快速發(fā)展。 汽車工業(yè)是當代工業(yè)大生產(chǎn)的典型代表。它實行大批量規(guī)模生產(chǎn)，追求大批量、優(yōu)質量、低成本與高效益的綜合經(jīng)濟目標。為達此目標，汽車工業(yè)要不斷吸收與采納新技術、新工藝核心材料方便的最新研究成果。目前汽車工業(yè)已成為先進制造技術的重要載體，許多高效自動的加工制造技術，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等均已應用于汽車工業(yè)中。但無論是傳統(tǒng)的制造技術還是先進制造技術，其核心均是以工藝信息內(nèi)容為中心。可見工藝問題在整個制造業(yè)乃至汽車制造中的重要性。 眾所周知，連桿是發(fā)動機的五大主關件之一，其在發(fā)動機中的地位是顯而易見的。它是發(fā)動機傳遞動力的主要運動件，在機體中做復雜的平面運動，連桿小頭隨活塞作上下往復運動；連桿大頭隨曲軸作高速回轉運動；連桿桿身在大、小頭孔運動的合成下作復雜的擺動。 連桿在承受往復的慣性力之外，還要承受高壓氣體的壓力，在氣體的壓力和慣性力合成下形成交變載荷，這就要求連桿具有耐疲勞、抗沖擊，并具備足夠的強度、剛度和較好的韌性。 連桿材料一般采用45鋼或40cr，45Mn2等優(yōu)質鋼或合金鋼。鋼制連桿都用模鍛制造毛坯。它的鍛造工藝有兩種方案，將連桿體和蓋分開鍛造，連桿體和蓋整體鍛造。 從鍛造后材料的組織來看，分開鍛造的連桿蓋金屬纖維是連續(xù)的，因此具有較高的強度，而整體鍛造的連桿，銑切后，連桿蓋的金屬纖維是斷裂的，因而削弱了強度。整體鍛造要增加切開連桿的工序，但整體鍛造可以提高材料利用率，減少結合面的加工余量。加工時裝夾也比較方便。工廠中連桿的材料是40cr，調(diào)質處理，整體鍛造，只需要一套鍛模，一次便可鍛成，也有利于組織和管理生產(chǎn)。鍛造師表面冷卻速度快，對內(nèi)產(chǎn)生壓應力，表面應力是平衡的，但銑分開面后應力不平衡，易變形，所以要增加校力這一工序。 曲軸連桿廠的連桿加工屬于大批量生產(chǎn)，而連桿剛性差，因此工藝路線多為工序分散，大部分工序用高生產(chǎn)的組合機床和專用機床，并廣泛地使用氣動、液動夾具、以提高生產(chǎn)率。在加工過程中，連桿毛坯件的大頭孔是橢圓的，沿橢圓短軸銑分開面，去掉加工余量，正好是一個圓與曲軸相配合，毛坯鍛造后要進行磁場探傷，檢驗裂紋，并校直保證直線度。在車間，連桿的工藝過程卡把工序排為40多個，主要分為粗加工，半精加工和精加工三個階段。 首先進行兩端面加工。連桿的兩端面是連桿加工過程中最主要的定位基準面，而且在許多工序中使用，所以應先加工它，且隨著工藝過程的進行要逐漸精化其基準，以提高其定位精度。在車間銑兩端時，為保證兩端面對稱于桿身軸線，以桿身定位，在專用銑床上裝兩把硬質合金端銑刀盤，工件裝夾在回轉工作臺上作低速回轉進給運動，加工完一個面，轉過180°再加工另一端面。然后采用雙端面磨床進行磨削，以保證兩端面的平行度和高的生產(chǎn)率。 連桿大小頭端面對稱分布在桿身的兩側，由于大小頭孔厚度不等，所以大頭端面與同側小頭端面不在一個平面上，用這樣不等高面作定位基準，必定會產(chǎn)生定位誤差。因大小頭厚度公差要求不高，工廠在制定工藝時采用最經(jīng)濟的方法加工成一樣的厚度。這樣，以任一端面、小頭孔及工藝凸臺作為大部分工序的統(tǒng)一定位基準，有利于保證連桿的加工精度，而且端面面積大，定位也比較穩(wěn)定。 連桿大小頭孔德加工時連桿加工中的關鍵工序，尤其大頭孔的加工時連桿各部位加工中要求最高的部位，直接影響連桿成品的質量。 一般先加工小頭孔，因尺寸小，鍛坯上不鍛出預孔，所以小頭孔首道工序為鉆削加工，加工方案多為：鉆--擴（拉）--鏜（鉸），采用有三個爪的浮動夾板，自動定心夾緊，它的錐度和小頭錐度相同，并用大孔心軸定位，避免轉動。然后加工大頭孔，一般都會鍛出預孔，所以加工方案為粗鏜--半精鏜--精鏜。采用整體鍛造大頭孔在半精鏜之后將連桿身蓋銑開，并以分開面定位鉆螺紋出孔，斜剖式結構連桿剛性不足，設計時加浮動支撐，然后合鉆擴，攻螺紋保證同軸度，修正螺紋孔時，可用銑刀擴孔，不用鉆頭，以消除向下的力。這一工序主要保證螺紋孔的垂直度，可將垂直度轉化為平行度進行檢驗。 組裝后精鏜大小頭孔，在專用雙軸鏜床上同時進行。大小頭孔的光整加工是保證孔的尺寸，形狀精度和表面粗糙度不可缺少的工序。大孔的衍磨是一種有切屑的加工，去掉波峰，提高孔德圓柱度，小孔的滾壓則是一種無切屑的加工，把波峰壓下去，降低表面粗糙度。 連桿本身剛度比較低，易變形，所以在安排工藝時應把各主要面粗、精加工工序分開，這樣，粗加工產(chǎn)生的變形在半精加工中得到修正，半精加工產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，最后達到零件的技術要求。 隨著科學技術的發(fā)展，各料、新工藝和新技術不斷涌現(xiàn)，機械制造工藝正向高質量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。電火花、電解、超聲波、種新材激光、電子束和離子束加工等工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機械能、切削力進行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復雜的型面和某些具有特殊要求的零件。 數(shù)控機床的出現(xiàn)，提高了更新頻繁的小批量零件和形狀復雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機技術的迅速發(fā)展，大大推進了機械加工工藝的進步，使工藝過程的自動化達到了一個新的階段。目前，數(shù)控機床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應控制。加工循環(huán)控制雖可以實現(xiàn)每個加工工序的自動化，但不同的工序中刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。加工中心是一種高度自動化的多工序機床，能自動完成刀具的更換，工件的轉位和定位，主軸和進給量的變換等，使工件在機床上只安裝一次就能完成全部加工。因此，他可以顯著縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，適應控制數(shù)控機床是一種具有“隨機應變”功能的機床，他能在加工中，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)整切削條件，是機床保持最佳狀態(tài)下進行加工，因而有效提高加工效率，擴大品種，更好的保證了加工質量，并達到最大的經(jīng)濟效率。 近年發(fā)展起來的以計算機為行動中心，完成加工、裝卸、運輸、管理的柔性制造系統(tǒng)，具有監(jiān)視、診斷、修復、自動轉位加工產(chǎn)品的功能，使多品種、中小批量生產(chǎn)實現(xiàn)了加工自動化，大大促進了自動化的進程，尤其是將計算機輔助設計與制造結合起來而形成的計算機集成制造系統(tǒng)，是加工自動化向智能化方向發(fā)展的又一關鍵性技術，并進一步朝著網(wǎng)絡化、集成化和智能化的方向發(fā)展。 工藝裝備的設計、制造、使用和管理，體現(xiàn)著一個企業(yè)的工藝技術水平，夾具設計與制造又是制造環(huán)境中的生產(chǎn)準備周期時間和加工成本的重要因素，工裝設計水平的高低，很大程度上反映出企業(yè)制造能力的高低。 夾具設計與制造是機電產(chǎn)品設計與制造的一項重要步驟，傳統(tǒng)的夾具設計制造時需大量的工時消耗和金屬材料的消耗。目前，基于特征參數(shù)化技術已在機電產(chǎn)品設計與制造的各個階段得到廣泛的應用，夾具設計也必須向標準化、系統(tǒng)化、參數(shù)化方向發(fā)展。而且，為了適應我國加入WTO后機電產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和盡快機電產(chǎn)品設計制造的全程仿真，快速組合夾具的發(fā)展正是適應了這種要求。 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展。 在今天隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，“小體積、大功率、低油耗”的高性能發(fā)動機對連桿提出更新、更高的要求,對其連桿的工藝設計的目的和意義在于： 1）作為高速運動件重量要輕，減小慣性力，降低能耗和噪聲； 2）強度、剛度要高，并具有較高的韌性； 3）連桿比要大，連桿要短。 在機械制造工業(yè)中，完成工件所需要的加工工序時，經(jīng)常通過使用夾具來提高生產(chǎn)效率，提高加工精度，減少廢品，改善操作的勞動強度。設計宗旨是在確保質量的前提下, 改善加工條件, 提高工作效率。 二、設計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1. 基本內(nèi)容 1) 客觀分析連桿的結構特點和主要技術要求，選出最佳材料和毛坯； 2) 分析連桿機械加工工藝過程并編制出連桿的機械加工工藝過程卡片； 3）計算工藝尺寸鏈和工時定額,以此減小加工誤差，提高生產(chǎn)效率； 4）設計出合理的夾具； 5）連桿和夾具的檢驗，利用AutoCAD畫出連桿及其夾具。 2. 擬解決的主要問題 2.1工序安排 連桿加工工序安排應注意兩個影響精度的因素：（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，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開。 2.2定位基準 精基準：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。 統(tǒng)一精基準：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側面定位。因為端面的面積大，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。 2.3夾具使用 應具備適應“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準”情況，這時小頭定位銷應做成活動的，當連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進行加工。 保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時，夾具可考慮重復定位情況，如采用夾具限制7個自由度（其是長圓柱銷限制4個，長菱形銷限制2個）。長銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設計頂出工件的裝置。 三、技術路線（研究方法） 調(diào)研和查閱資料 確定捷達發(fā)動機連桿工藝設計及其夾具設計方案 連桿加工過程中的夾具設計 連桿的結構特點及結構工藝性分析 夾具設計前的準備工作（生產(chǎn)綱領、零件圖與工序圖、工序內(nèi)容） 連桿的材料、毛坯及主要技術要求 定位基準的分析和定位方案的確定 連桿的機械加工工藝過程卡編寫 對刀元件和導向元件的選擇 夾具總圖的繪制及尺寸和夾具技術要求的標注 完成設計圖紙，說明書 四、進度安排 1.第1-2周（3月1～3月14） 調(diào)研、收集資料、撰寫開題報告。 2.第3-4周（3月15 ～3月28） 確定連桿的工藝設計及其夾具設計方案。 3.第5-8周（3月29 ～4月25） 連桿的CAD零件圖及工藝過程卡的編制。 4.第9-10周（4月26～5月9） 連桿工藝過程中夾具的設計。 5.第11-12周（5月10～5月16） 夾具圖的繪制。 7.第13-14周（5月17～5月30） 撰寫設計說明書，完善圖紙設計提交指導老師審核。 8.第15-16周（5月31～6月13） 畢業(yè)設計修改。 9.第17周（6月14～20） 畢業(yè)設計答辯。 五、參考文獻 [1] 韓英淳.《汽車制造工藝學》[M].北京：人民交通出版社 ，2005 [2] 顏懷祥.淺談連桿加工工藝中的一些新技術[J].《柴油機設計與制造》,2003,2 [3] 王晶梅.連桿加工工藝[J].《承德民族職業(yè)技術學院》,2002,4 [4] 劉燕萍.連桿夾具的設計[J].《機械工程與自動化》,2004,2 [5] 齊樂華.《工程材料與機械制造基礎》[M].北京：高等教育出版社,2006 [6] 臧杰 閻巖.《汽車構造》（上冊）[M].北京：機械工業(yè)出版社,2008 [7] 劉惟信.《汽車設計》[M].北京：清華大學出版社,2001 [8] 吳宗澤.《機械設計課程設計手冊》[M].北京：高等教育出版社,2006 [9] 馬秋生.《機械設計基礎》[M].北京：機械工業(yè)出版社,2005 [10] 陳宏鈞 方向明 馬素敏.《典型零件機械加工生產(chǎn)實例》[M].北京：機械工業(yè)出版,2004 [11] 王先奎.《機械制造工藝學》[M].北京：機械工業(yè)出版社,2003 [12] 華健.《現(xiàn)代汽車制造工藝學》[M].上海：交通大學出版社,2002 [13] 李益民.《機械制造工藝設計簡明手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002 [14] 浦林祥.《金屬切削機床夾具設計手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社 ,1995 [15] Fatigue in engine connecting rod bolt due to forming laps Original Research Article Engineering Failure Analysis, Volume 16, Issue 5, July 2009, Pages 1542-1548 S. Griza, F. Bertoni, G. Zanon, A. Reguly, T.R. Strohaecker [16] A review of developments in the forging of connecting rods in china original research article journal of materials processing technology,volume 151,issue 1-3,1 september 2004 pages 192-195 Q.Wang,F,He 六、備注 指導教師意見： 簽字： 年 月 日 本科學生畢業(yè)設計 捷達發(fā)動機連桿加工工藝及其夾具設計 院系名稱： 汽車與交通工程學院 專業(yè)班級： 車輛工程07-3班 學生姓名： 金釗 指導教師： 朱榮福 職 稱： 講師 黑 龍 江 工 程 學 院 二○一一年六月 The Graduation Design For Bachelor's Degree Processing Technology of Jetta’s Engine Connecting Rod and Fixture Design Candidate：JinZhao Specialty：Vehicle Engineering Class：BW 07-3 Supervisor：Lecturer ZhuRongFu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 摘 要 連桿是柴油機的主要傳動件之一，其在發(fā)動機中的地位是顯而易見的。它是發(fā)動機傳遞動力的主要運動件，在機體中做復雜的平面運動，連桿小頭隨活塞作上下往復運動；連桿大頭隨曲軸作高速回轉運動；連桿桿身在大、小頭孔運動的合成下作復雜的擺動。連桿在承受往復的慣性力之外，還要承受高壓氣體的壓力，在氣體的壓力和慣性力合成下形成交變載荷，這就要求連桿具有耐疲勞、抗沖擊，并具備足夠的強度、剛度和較好的韌性。 本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設計。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，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術要求。 關鍵詞: 連桿；加工余量；精度；變形；加工工藝；夾具設計 Ⅰ ABSTRACT The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, its status is obvious in engine. It is the main accessory of movement which can transmit the engine’s power. It can do the complex movement in the plane, the small connecting rod run the up and down with the piston；the big connecting rod is rolling in high speed with crankshaft; the connecting rod’s do the complex swing with the big and small connecting rod’s movement. Beside it is stood by the reciprocating inertia force, also under great pressure and gas pressure, the gas pressure and inertia synthesis alternating load, formed under the requires connecting rod fatigue resistance, impact resistance, and possess enough intensity, stiffness and good toughness. 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 function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . Keyword: Connecting rod；Deformation；Machining allowance；Precision；Processing technology；Design of clamping device Ⅱ 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract……………………………………………………………………………………Ⅱ 第 1 章 緒論……………………………………………………………………………1 1.1課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義……………………………………………………1 1.2國內(nèi)外研究狀況和和相關領域中已有的研究成果………………………………3 1.3設計的主要內(nèi)容………………………………………………………………………4 第 2 章 汽車連桿加工工藝………………………………………………………4 2.1 連桿的結構特點 ………………………………………………………………4 2.2 連桿的主要技術要求 …………………………………………………………5 2.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 …………………………………6 2.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度 ………………6 2.2.3 大、小頭孔中心距 ………………………………………………………6 2.2.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度………………………6 2.2.5 大、小頭孔兩端面的技術要求…………………………………………6 2.2.6 螺栓孔的技術要求 ………………………………………………………6 2.2.7 有關結合面的技術要求…………………………………………………7 2.3 連桿的材料和毛坯 …………………………………………………………7 2.4 連桿的機械加工工藝過程 …………………………………………………8 2.5 連桿的機械加工工藝過程分析………………………………………………11 2.5.1 工藝工程的安排 …………………………………………………………11 2.5.2 定位精準的選擇 …………………………………………………………11 2.5.3 確定合理的夾緊方法……………………………………………………13 2.5.4 連桿兩端面的加工 ………………………………………………………13 2.5.5 連桿大、小頭孔的加工 …………………………………………………13 2.5.6 連桿螺栓孔的加工 ………………………………………………………14 2.5.7 連桿體與連桿蓋的銑開工序……………………………………………14 2.5.8 大頭側面的加工 …………………………………………………………14 2.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題……………………………………………14 2.6.1 工序安排 …………………………………………………………………14 2.6.2 定位基準 …………………………………………………………………14 2.6.3 夾具使用 …………………………………………………………………14 2.7 切削用量的選擇原則 …………………………………………………………15 2.7.1 粗加工時切削用量的選擇原則 ………………………………………15 2.7.2 精加工時切削用量的選擇原則 ………………………………………16 2.8 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 …………………………16 2.8.1 確定加工余量 ……………………………………………………………16 2.8.2 確定工序尺寸及其公差…………………………………………………17 2.9 計算工藝尺寸鏈 ………………………………………………………………18 2.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計算…………………………………………………18 2.9.2 連桿體的卡瓦槽的計算…………………………………………………19 2.10 工時定額的計算 ……………………………………………………………21 2.10.1 銑連桿大、小頭平面 …………………………………………………21 2.10.2 粗磨大、小頭平面 ………………………………………………………21 2.10.3 加工小頭孔 ……………………………………………………………21 2.10.4 銑大頭側面 ……………………………………………………………22 2.10.5 擴大頭孔 …………………………………………………………………23 2.10.6 銑開連桿體和蓋…………………………………………………………23 2.10.7 加工連桿體 ……………………………………………………………24 2.10.8 銑、磨連桿蓋結合面 …………………………………………………26 2.10.9 銑、鉆、鏜連桿總成體…………………………………………………28 2.10.10 粗鏜大頭孔……………………………………………………………29 2.10.11 大頭孔兩端倒角 ………………………………………………………30 2.10.12 精磨大、小頭兩平面 …………………………………………………30 2.10.13 半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔 ………………………………………30 2.10.14 精鏜大頭孔 ……………………………………………………………31 2.10.15 鉆小頭油孔 ……………………………………………………………31 2.10.16小頭孔兩端倒角 ……………………………………………………31 2.10.17 鏜小頭孔襯套 …………………………………………………………32 2.10.18 衍磨大頭孔 ……………………………………………………………32 2.11 連桿的檢驗 ……………………………………………………………………32 2.11.1 觀察外表缺陷及觀察表面粗糙度……………………………………32 2.11.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗 ……………………………………………32 2.11.3 連桿體、連桿上蓋對大頭孔中心線的對稱度的檢驗 ……………33 2.11.4 連桿大、小頭孔平行度的檢驗 ………………………………………33 2.11.5 連桿螺釘孔與結合面垂直度的檢驗…………………………………33 2.12 本章小結 ………………………………………………………………………33 第 3 章 夾具設計 ……………………………………………………………………34 3.1 銑剖分面夾具的設計 …………………………………………………………34 3.1.1 問題的提出 ………………………………………………………………34 3.1.2 夾具設計 …………………………………………………………………34 3.2 擴大頭孔夾具的設計 …………………………………………………………36 3.2.1 問題的指出 ………………………………………………………………36 3.2.2 夾具設計 …………………………………………………………………37 3.3 本章小結 ………………………………………………………………………39 第 4 章 基于Pro/E的零件設計與制造 ……………………………………39 4.1 CAD/CAM技術的形成與發(fā)展 …………………………………………………40 4.2 Pro/E軟件的特點及主要功能 ……………………………………………40 4.3整體外形設計 …………………………………………………………………40 4.4 本章小結 ……………………………………………………………………………50 結論 …………………………………………………………………………………………51 參考文獻……………………………………………………………………………………52 致謝 …………………………………………………………………………………………53 附錄…………………………………………………………………………………………………54 第 1 章 緒 論 1.1課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，在社會進步和經(jīng)濟發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在現(xiàn)代社會中，汽車工業(yè)不僅能為人類提供數(shù)量最多及適宜的交通運輸工具，而且還能帶動相關工業(yè)的發(fā)展，促進整個社會的繁榮。目前全世界的汽車總產(chǎn)量已經(jīng)超過6400萬輛，在工業(yè)發(fā)達國家中汽車工業(yè)的產(chǎn)值已占其國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的8%以上，占其整個機械制造業(yè)產(chǎn)值的30%。汽車工業(yè)在100多年的發(fā)展過程中，經(jīng)歷激烈的國際市場競爭與兼并改組世界能源危機及第三次工業(yè)革命的沖擊，依然發(fā)展勢頭強勁，并呈現(xiàn)出兩種迥然不同的發(fā)展模式。一種是美、日、歐洲等主要工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：資本高度集中壟斷，利用其高科技優(yōu)勢自主開發(fā)產(chǎn)品，頻繁換型，采取大批量規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式，同時將產(chǎn)品輸出轉變?yōu)橘Y本輸出，以多種合作方式跨國經(jīng)營，使汽車的生產(chǎn)趨于國際化。另一種是一些新興工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展中國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：采用優(yōu)惠政策引進外資及先進的技術與裝備，先期進口散件進行裝車，之后逐步提高汽車零件的國產(chǎn)化率，進而達到零部件自給，最終形成自成體系的汽車工業(yè)。第二種模式中，韓國和西班牙先獲得了成功經(jīng)驗，之后巴西、中國和墨西哥亦采用了這種模式使各自國家的汽車工業(yè)獲得了快速發(fā)展。 汽車工業(yè)是當代工業(yè)大生產(chǎn)的典型代表。它實行大批量規(guī)模生產(chǎn)，追求大批量、優(yōu)質量、低成本與高效益的綜合經(jīng)濟目標。為達此目標，汽車工業(yè)要不斷吸收與采納新技術、新工藝核心材料方便的最新研究成果。目前汽車工業(yè)已成為先進制造技術的重要載體，許多高效自動的加工制造技術，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等均已應用于汽車工業(yè)中。但無論是傳統(tǒng)的制造技術還是先進制造技術，其核心均是以工藝信息內(nèi)容為中心?？梢姽に噯栴}在整個制造業(yè)乃至汽車制造中的重要性[1]。 眾所周知，連桿是發(fā)動機的五大主關件之一，其在發(fā)動機中的地位是顯而易見的。它是發(fā)動機傳遞動力的主要運動件，在機體中做復雜的平面運動，連桿小頭隨活塞作上下往復運動；連桿大頭隨曲軸作高速回轉運動；連桿桿身在大、小頭孔運動的合成下作復雜的擺動。 連桿在承受往復的慣性力之外，還要承受高壓氣體的壓力，在氣體的壓力和慣性力合成下形成交變載荷，這就要求連桿具有耐疲勞、抗沖擊，并具備足夠的強度、剛度和較好的韌性。 連桿材料一般采用45鋼或40Cr，45Mn2等優(yōu)質鋼或合金鋼。鋼制連桿都用模鍛制造毛坯。它的鍛造工藝有兩種方案，將連桿體和蓋分開鍛造，連桿體和蓋整體鍛造。 從鍛造后材料的組織來看，分開鍛造的連桿蓋金屬纖維是連續(xù)的，因此具有較高的強度，而整體鍛造的連桿，銑切后，連桿蓋的金屬纖維是斷裂的，因而削弱了強度。整體鍛造要增加切開連桿的工序，但整體鍛造可以提高材料利用率，減少結合面的加工余量。加工時裝夾也比較方便。工廠中連桿的材料是40Cr，調(diào)質處理，整體鍛造，只需要一套鍛模，一次便可鍛成，也有利于組織和管理生產(chǎn)。鍛造師表面冷卻速度快，對內(nèi)產(chǎn)生壓應力，表面應力是平衡的，但銑分開面后應力不平衡，易變形，所以要增加校力這一工序[2]。 曲軸連桿廠的連桿加工屬于大批量生產(chǎn)，而連桿剛性差，因此工藝路線多為工序分散，大部分工序用高生產(chǎn)的組合機床和專用機床，并廣泛地使用氣動、液動夾具、以提高生產(chǎn)率。在加工過程中，連桿毛坯件的大頭孔是橢圓的，沿橢圓短軸銑分開面，去掉加工余量，正好是一個圓與曲軸相配合，毛坯鍛造后要進行磁場探傷，檢驗裂紋，并校直保證直線度。在車間，連桿的工藝過程卡把工序排為40多個，主要分為粗加工，半精加工和精加工三個階段。 首先進行兩端面加工。連桿的兩端面是連桿加工過程中最主要的定位基準面，而且在許多工序中使用，所以應先加工它，且隨著工藝過程的進行要逐漸精化其基準，以提高其定位精度。在車間銑兩端時，為保證兩端面對稱于桿身軸線，以桿身定位，在專用銑床上裝兩把硬質合金端銑刀盤，工件裝夾在回轉工作臺上作低速回轉進給運動，加工完一個面，轉過180°再加工另一端面。然后采用雙端面磨床進行磨削，以保證兩端面的平行度和高的生產(chǎn)率。 連桿大小頭端面對稱分布在桿身的兩側，由于大小頭孔厚度不等，所以大頭端面與同側小頭端面不在一個平面上，用這樣不等高面作定位基準，必定會產(chǎn)生定位誤差。因大小頭厚度公差要求不高，工廠在制定工藝時采用最經(jīng)濟的方法加工成一樣的厚度。這樣，以任一端面、小頭孔及工藝凸臺作為大部分工序的統(tǒng)一定位基準，有利于保證連桿的加工精度，而且端面面積大，定位也比較穩(wěn)定。 連桿大小頭孔德加工時連桿加工中的關鍵工序，尤其大頭孔的加工時連桿各部位加工中要求最高的部位，直接影響連桿成品的質量。 一般先加工小頭孔，因尺寸小，鍛坯上不鍛出預孔，所以小頭孔首道工序為鉆削加工，加工方案多為：鉆--擴（拉）--鏜（鉸），采用有三個爪的浮動夾板，自動定心夾緊，它的錐度和小頭錐度相同，并用大孔心軸定位，避免轉動。然后加工大頭孔，一般都會鍛出預孔，所以加工方案為粗鏜--半精鏜--精鏜。采用整體鍛造大頭孔在半精鏜之后將連桿身蓋銑開，并以分開面定位鉆螺紋出孔，斜剖式結構連桿剛性不足，設計時加浮動支撐，然后合鉆擴，攻螺紋保證同軸度，修正螺紋孔時，可用銑刀擴孔，不用鉆頭，以消除向下的力。這一工序主要保證螺紋孔的垂直度，可將垂直度轉化為平行度進行檢驗。 組裝后精鏜大小頭孔，在專用雙軸鏜床上同時進行。大小頭孔的光整加工是保證孔的尺寸，形狀精度和表面粗糙度不可缺少的工序。大孔的衍磨是一種有切屑的加工，去掉波峰，提高孔德圓柱度，小孔的滾壓則是一種無切屑的加工，把波峰壓下去，降低表面粗糙度。 連桿本身剛度比較低，易變形，所以在安排工藝時應把各主要面粗、精加工工序分開，這樣，粗加工產(chǎn)生的變形在半精加工中得到修正，半精加工產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，最后達到零件的技術要求[3]。 1.2 國內(nèi)外研究狀況和和相關領域中已有的研究成果 隨著科學技術的發(fā)展，各料、新工藝和新技術不斷涌現(xiàn)，機械制造工藝正向高質量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。電火花、電解、超聲波、種新材激光、電子束和離子束加工等工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機械能、切削力進行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復雜的型面和某些具有特殊要求的零件。 數(shù)控機床的出現(xiàn)，提高了更新頻繁的小批量零件和形狀復雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機技術的迅速發(fā)展，大大推進了機械加工工藝的進步，使工藝過程的自動化達到了一個新的階段。目前，數(shù)控機床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應控制。加工循環(huán)控制雖可以實現(xiàn)每個加工工序的自動化，但不同的工序中刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。加工中心是一種高度自動化的多工序機床，能自動完成刀具的更換，工件的轉位和定位，主軸和進給量的變換等，使工件在機床上只安裝一次就能完成全部加工。因此，他可以顯著縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，適應控制數(shù)控機床是一種具有“隨機應變”功能的機床，他能在加工中，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)整切削條件，是機床保持最佳狀態(tài)下進行加工，因而有效提高加工效率，擴大品種，更好的保證了加工質量，并達到最大的經(jīng)濟效率。 近年發(fā)展起來的以計算機為行動中心，完成加工、裝卸、運輸、管理的柔性制造系統(tǒng)，具有監(jiān)視、診斷、修復、自動轉位加工產(chǎn)品的功能，使多品種、中小批量生產(chǎn)實現(xiàn)了加工自動化，大大促進了自動化的進程，尤其是將計算機輔助設計與制造結合起來而形成的計算機集成制造系統(tǒng)，是加工自動化向智能化方向發(fā)展的又一關鍵性技術，并進一步朝著網(wǎng)絡化、集成化和智能化的方向發(fā)展。 工藝裝備的設計、制造、使用和管理，體現(xiàn)著一個企業(yè)的工藝技術水平，夾具設計與制造又是制造環(huán)境中的生產(chǎn)準備周期時間和加工成本的重要因素，工裝設計水平的高低，很大程度上反映出企業(yè)制造能力的高低。 夾具設計與制造是機電產(chǎn)品設計與制造的一項重要步驟，傳統(tǒng)的夾具設計制造時需大量的工時消耗和金屬材料的消耗。目前，基于特征參數(shù)化技術已在機電產(chǎn)品設計與制造的各個階段得到廣泛的應用，夾具設計也必須向標準化、系統(tǒng)化、參數(shù)化方向發(fā)展。而且，為了適應我國加入WTO后機電產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和盡快機電產(chǎn)品設計制造的全程仿真，快速組合夾具的發(fā)展正是適應了這種要求。 夾具是機械加工不可缺少的部件，在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟方向發(fā)展[4]。 1.3 設計的主要內(nèi)容 1）對捷達發(fā)動機連桿的工藝進行編排，并且制定出整套的機械加工工藝過程卡； 2）設計出進行連桿加工工藝所需要的夾具； 3）利用計算機中的pro/e軟件建立連桿的三維模型。 第 2 章 汽車連桿加工工藝 2.1 連桿的結構特點 連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中，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(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質的底，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，可以用來補償軸瓦的磨損。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(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。 連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍幕剞D運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，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：（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；（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[5]。 2.2 連桿的主要技術要求 連桿上需進行機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合面及連桿螺栓定位孔等。連桿總成的主要技術要求（圖2.1）如下。 圖2.1 連桿總成圖 2.2.1 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，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為IT6，表面粗糙度Ra應不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012 mm，小頭孔公差等級為IT8，表面粗糙度Ra應不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025 mm，素線平行度公差為0.04/100 mm。 2.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個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使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時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?。欢鴥煽纵S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0.04 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0.06 mm。 2.2.3 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)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求：150±0.05 mm。 2.2.4 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：規(guī)定其垂直度公差等級應不低于IT9（大頭孔兩端面對大頭孔的軸心線的垂直度在100 mm長度上公差為0.08 mm）。 2.2.5 大、小頭孔兩端面的技術要求 連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級為IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小頭兩端面的尺寸公差等級為IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。這是因為連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。 2.2.6 螺栓孔的技術要求 在前面已經(jīng)說過，連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級公差等級和表面粗糙度Ra應不大于6.3μm加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為0.25 mm。 2.2.7 有關結合面的技術要求 在連桿受動載荷時，接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產(chǎn)生相對錯位，影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結合不良，從而產(chǎn)生不均勻磨損。結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，要求結合面的平面度的公差為0.025 mm[6]。 2.3　連桿的材料和毛坯 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(xiàn)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。 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備動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、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。 目前我國有些生產(chǎn)連桿的工廠，采用了連桿輥鍛工藝。圖（2.2）為連桿輥鍛示意圖．毛坯加熱后，通過上鍛輥模具和下鍛輥模具的型槽，毛壞產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需要的形狀。用輥鍛法生產(chǎn)的連桿鍛件，在表面質量、內(nèi)部金屬組織、金屬纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平，并且設備簡單，勞動條件好，生產(chǎn)率較高，便于實現(xiàn)機械化、自動化，適于在大批大量生產(chǎn)中應用。輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形。 圖2.2 連桿輥鍛示意圖 連桿必須經(jīng)過外觀缺陷、內(nèi)部探傷、毛坯尺寸及質量等的全面檢查，方能進入機械加工生產(chǎn)線[7]。 2.4　連桿的機械加工工藝過程 由上述技術條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機械加工帶來了很多困難，必須充分的重視[8]。 連桿機械加工工藝過程如下表2.1所示： 連桿機械加工工藝過程表2.1 工序 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備 1 銑 銑連桿大、小頭兩平面,每面留磨量0.5mm X52K 2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對稱，無標記面稱基面。（下同） M7350 3 鉆 與基面定位，鉆、擴、鉸小頭孔 Z3080 4 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件銑尺寸mm兩側面，保證對稱（此平面為工藝用基準面） X62W組合機床或專用工裝 5 擴 以基面定位，以小頭孔定位，擴大頭孔為 Z3080 6 銑 以基面及大、小頭孔定位，裝夾工件，切開工件，編號桿身及上蓋分別打標記。 X62W組合機床或專用工裝鋸片銑刀厚2mm 7 銑 以基面和一側面(指mm)定位裝夾工件，銑連桿體和蓋結合面，保直徑方向測量深度為26mm X62組合夾具或專用工裝 8 磨 以基面和一側面定位裝夾工件，磨連桿體和蓋的結合面 M7350 9 锪 以基面、結合面和一側面定位，裝夾工件，锪兩螺栓座面mm,R11mm,保證尺寸mm X62W 10 鉆、擴 鉆2—螺栓孔，擴2—深19mm螺栓孔并倒角 Z3050 11 鉗 用專用螺釘，將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件，其扭力矩為100—120N.m 12 鏜 粗鏜大頭孔 T6 8 13 倒角 大頭孔兩端倒角 X62W 14 磨 精磨大小頭兩端面，保證大端面厚度為mm M7130 15 磨 精磨兩端面 M7130 16 鏜 以基面、一側面定位，半精鏜大頭孔，精鏜小頭孔至圖紙尺寸，中心距為mm 可調(diào)雙軸鏜 17 鏜 精鏜大頭孔至尺寸 T2115 18 鉗 按規(guī)定值去重量 19 鉆 鉆連桿體小頭油孔 Z3025 20 壓銅套 雙面氣動壓床 21 擠壓銅套孔 壓床 22 倒角 小頭孔兩端倒角 Z3050 23 鏜 半精鏜、精鏜小頭銅套孔 T2115 24 珩磨 珩磨大頭孔 珩磨機床 25 檢 檢查各部尺寸及精度 26 探傷 無損探傷及檢驗硬度 27 入庫 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合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側面及體和蓋上的螺栓座面等。 連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側面）；第二階段主要是加工除精基準以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準備的螺栓孔和結合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。 2.5 連桿的機械加工工藝過程分析 2.5.1 工藝過程的安排 在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度： （1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。 （2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力，并引起內(nèi)應力重新分布。 因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達到零件的技術條件。 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、擴孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜 （3）大頭孔：擴孔、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程的中間或后面。 2.5.2 定位基準的選擇 在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側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統(tǒng)一起來，減少了定位誤差。具體的辦法是，如圖（2.3）所示：在安裝工件時，注意將成套編號標記的一面不與夾具的定位元件接觸（在設計夾具 圖2.3 連桿的定位方向 時亦作相應的考慮）。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭襯套孔）時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。當連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。 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、擴孔和鉸孔，這些工序對于鉸后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。 在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過程的加工精度常有深遠的影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗銑就是關鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，粗銑后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢復變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。 2.5.3 確定合理的夾緊方法 既然連桿是一個剛性比較差的工件，就應該十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點的選擇，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，可以看出設計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。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，很少或不會影響端面的平面度。夾緊力通過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，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，用螺釘在另一側面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。 2.5.4 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。粗磨在轉盤磨床上，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M7130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。 2.5.5 連桿大、小頭孔的加工 連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質量有較大的影響。 小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)過了鉆、擴、鉸三道工序。鉆時以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。 小頭孔在鉆、擴、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜，達到IT6級公差等級，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)過擴、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達到IT6級公差等級。表面粗糙度Ra 為0.4μm，大頭孔的加工方法是在銑開工序后，將連桿與連桿體組合在一起，然后進行精鏜大頭孔的工序。這樣，在銑開以后可能產(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。 2.5.6 連桿螺栓孔的加工 連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側面定位。 為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi)，在擴和鉸兩個工步中用上下雙導向套導向。從而達到所需要的技術要求。 粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒有活動部分，能保證承受較大的銑削力。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個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螺栓孔的兩端面后，夾具上的定位板帶著工件旋轉 ，銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。 2.5.7 連桿體與連桿蓋的銑開工序 剖分面（亦稱結合面）的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(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不超過0.02 mm,則銑開的剖分面能達到圖紙的要求，否則可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結合強度有較大的影響。因此，在剖分面銑開以后再經(jīng)過磨削加工。 2.5.8 大頭側面的加工 以基面及小頭孔定位，它用一個圓銷（小頭孔）。裝夾工件銑兩側面至尺寸，保證對稱（此對稱平面為工藝用基準面）。 2.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題 2.6.1　工序安排 連桿加工工序安排應注意兩個影響精度的因素：（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，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開。 2.6.2　定位基準 精基準：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。 統(tǒng)一精基準：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側面定位。因為端面的面積大，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。 2.6.3　夾具使用 應具備適應“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準”情況，這時小頭定位銷應做成活動的，當連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進行加工。 保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時，夾具可考慮重復定位情況，如采用夾具限制7個自由度（其是長圓柱銷限制4個，長菱形銷限制2個）。長銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設計頂出工件的裝置[6]。 2.7 切削用量的選擇原則 正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質量，具有重要的作用。 2.7.1 粗加工時切削用量的選擇原則 粗加工時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，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（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算： 式中：單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s） 切削速度（m/s） 進給量（mm/r） 切削深度（mm） 提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度ap,其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V。 選用較大的ap和f以后，刀具耐用度t顯然也會下降，但要比V對t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使V、f、ap的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。 1）切削深度的選擇： 粗加工時切削深度應根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。 2）進給量的選擇： 粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應考慮到機床進給機構的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應適當減小進給量。 3）切削速度的選擇： 粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。 2.7.2 精加工時切削用量的選擇原則 精加工時加工精度和表面質量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產(chǎn)效率。 1）切削深度的選擇： 精加工時的切削深度應根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質量。 2）進給量的選擇： 精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質量下降。 3）切削速度的選擇： 切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。 由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產(chǎn)率的要求[9]。 2.8 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 2.8.1 確定加工余量 用查表法確定機械加工余量：根據(jù)《機械加工工藝師手冊》[10]-[11] （1）、平面加工的工序余量（mm）如表2.2 平面加工的工序余量表 2.2 單面加工方法 單面余量 經(jīng)濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 毛坯 30 12.5 粗銑 1.5 IT12() 27() 12.5 精銑 0.6 IT10() 25.8() 3.2 粗磨 0.3 IT8() 25.2() 1.6 精磨 0.1 IT7() 25() 0.8 則連桿兩端面總的加工余量為： A總= =（A粗銑+A精銑+A粗磨+A精磨） =（1.5+0.6+0.3+0.1） （2）、連桿鑄造出來的總的厚度為 2.8.2 確定工序尺寸及其公差 根據(jù)《機械設計手冊第五版》第三章3.1.4 1）、大頭孔各工序尺寸及其公差（如表2.3） 大頭孔各工序尺寸及其公差表 2.3 工序名稱 工序基 本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序尺寸 最小極限尺寸 表面粗糙度 擴孔 5 （） 一次粗鏜 2 （） 12.5 二次粗鏜 2 （） 6.3 半精鏜 1 （） 1.6 精鏜 0.4 （） 0.8 衍磨 0.08 0.4 根據(jù)《機械設計手冊第五版》第三章3.1.4 2）、小頭孔各工序尺寸及其公差（如表2.4） 小頭孔各工序尺寸及其公差表 2.4 工序 名稱 工序基本余量 工序經(jīng)濟 精度 工序 尺寸 最小極限尺寸 表面 粗糙度 鉆 鉆至 12.5 擴 9 12.5 鉸 0.2 6.4 精鏜 0.2 1.6 2.9 計算工藝尺寸鏈 2.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計算（如圖2.4） 圖2.4 連桿蓋的卡瓦槽尺寸鏈 增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為： 1）、極限尺寸為： 2）、的上、下偏差為: 3）、的公差為: 4）、的基本尺寸為: = 5）、的最終工序尺寸為: 2.9.2 連桿體的卡瓦槽的計算（如圖2.5） 圖2.5 連桿體的卡瓦槽尺寸鏈 增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為： 1）、極限尺寸為： 2）、的上、下偏差為: 3）、的公差為: 4）、的基本尺寸為: = 5）、的最終工序尺寸為: 2.10 工時定額的計算[12] 2.1