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0 寧波大紅鷹學院 畢業(yè)設計 論文 文獻綜述 畢業(yè)設計題目 柴油機連桿機械加工工藝及 工裝設計 所在學院 機械與電氣工程學院 班 級 10 機自 4 班 姓 名 陳晨 學 號 1021080405 指導教師 賈建軍 合作導師 日期 2013 年 11 月 13 日 1 文獻綜述 一 前言 通過對各文獻的查閱 使自己懂得了柴油機連桿機械加工工藝技術對于整 個柴油機的重要性 一個精度高 質(zhì)量可靠且穩(wěn)定的連桿有助于降低柴油機的 能源和噪聲 連桿機構(gòu)中兩端分別與主動和從動構(gòu)件鉸接以傳遞運動和力的桿件 例如 在往復活塞式動力機械和壓縮機中 用連桿來連接活塞與曲柄 連桿多為鋼件 其主體部分的截面多為圓形或工字形 兩端有孔 孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸 承 供裝入軸銷而構(gòu)成鉸接 連桿是汽車發(fā)動機中的重要零件 它連接著活塞 和曲軸 其作用是將活塞的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動 并把作用在活塞 上的力傳給曲軸以輸出功率連桿在工作中 除承受燃燒室燃氣產(chǎn)生的壓力外 還要承受縱向和橫向的慣性力 因此 連桿在一個復雜的應力狀態(tài)下工作 它 既受交變的拉壓應力 又受彎曲應力 連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過量 變形 通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個高應力區(qū)域 二 柴油機連桿各工藝分析 1 加工工藝分析 連桿是柴油機的主要傳動構(gòu)件之一 其作用是把活塞和曲軸連接起來 使 活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動 因此 連桿的加工精度直接影響柴 油機的性能 反映連桿精度的參數(shù)主要有五個 1 連桿大端中心面和小端中心面相對 于連桿身中心面的對稱 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 連桿大小頭孔的 尺寸精度 形狀精度 5 連桿大頭螺栓孔與接 合面的垂直度 1 1 加工工藝路線 原加工工序 毛坯鍛造 粗磨斷面 鉆小頭孔 鉆大頭孔 車大 頭外圓 粗鏜小頭孔 粗鏜大頭孔 半精鏜小頭孔 半精鏜大頭孔 鐵切連桿大頭分開面 粗銑連桿蓋接合面 鉆擴鉸螺栓孔 精銑接合 面 精磨端而 壓人銅套 精鏜大頭孔 精鏜銅套孔 磨大頭孔 大頭銑矮 改進后加工工序 毛坯鍛造 粗銑兩端而 鉆大小頭孔 次銑兩端 而 粗磨兩端而 粗鏜大小頭孔 車大頭外圓 半精鏜大小頭孔 2 銑連桿大頭分開而 粗銑連桿蓋接合而 鉆擴鉸螺栓孔 精銑接合面 精磨兩端面 壓入套筒 精鏜大頭孔 銅套孔 滾壓銅套孔 衍磨 大頭孔 大頭銑矮 1 2 加工工藝分析 提高了連桿兩孔中心距尺寸精度 工藝改進前 大頭孔與小頭孔的鉆 粗 鏜以及精鏜均分開為兩道工序 兩次裝夾 故兩孔中心距尺寸公差分布范圍較 大 工藝改進后 一次裝夾鉆或鏜兩孔 能夠?qū)⑦B桿兩孔中心距的尺寸誤差控 制在很小的范圍內(nèi) 車大頭外圓位于粗鏜大小孔后 更有利于后續(xù)工序回旋自 由度限制的一致性與穩(wěn)定性 保證了兩孔的平行度 改進前由于孔的加工余量大 內(nèi)應力變形大 因此 改進后的工藝 先鉆兩孔 后粗磨端面 避免了連桿在鉆孔工序時 其孔端面 平面度 平行度被破壞 改進前的連桿加工工藝 磨削兩端均直接將工件置于 轉(zhuǎn)盤磨床的磁力吸盤上 這樣 在加工第一面時 有一下因素影響精度 一方 面由于連桿剛性不足 若定位面存在彎曲度 直接置于磁力吸盤上 雖吸平 但加工后彈性恢復 導致已加工的第一面不平 另一面 整個定位面不平整 定位不穩(wěn)定 改進后的加工方案 采用磨第一面時 工件置于夾具上 定位面 采用三點定位 保證了定位的穩(wěn)定性 而夾具置于磁力吸盤上 磁力吸盤對工 件不起加緊作用 磨第二面時 因第一面已磨完 表面平整光潔 故可直接置 于磁力吸盤上 改進后的加工工藝 以連桿整個端面而定位 同時鏜兩孔 保 證連桿兩孔的平行度 提高了大小頭孔精度 改后 連桿小頭銅套孔在精鏜后 進行滾壓加工 有利于提高潔度 尺寸精度 并能產(chǎn)生有利的殘余壓應力 而 大頭孔采用衍磨加工 衍磨頭與機床主軸浮動連接 有利于減少主軸回轉(zhuǎn)中心 與被加工孔的同軸度誤差的影響 2 發(fā)動機連桿的粉末鍛造 主要介紹粉末鍛造工藝的技術特點 制造工藝流程 主要制造工藝參數(shù) 主要生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)等 國外采用連桿脹斷工藝的公司有哪些 1 特點 粉末冶金燒結(jié)件作鍛造毛坯可一次鍛造成形 無飛邊 節(jié)省加工工時和設 備 具有粉末冶金和機械精鍛的優(yōu)點 粉末鍛造可實現(xiàn)燒結(jié)材料的高密度化 是材料具有高強度和無明顯各向異性 a 避免不必要的機械加工 如模鍛連桿早 熱處理前需要經(jīng)過幾到機加工 而粉鍛連桿僅需一道機加工 b 質(zhì)量偏差小 模 鍛 3 5 粉鍛連桿僅 0 5 c 疲勞輕度高 d 零件致密 輕量 密度 3 7 8g cm3 形狀及尺寸經(jīng)一次性鍛造即可達到最終產(chǎn)品要求 e 節(jié)約能源 50 節(jié)約材料 40 有利于環(huán)境保護 2 制造工藝流程 預合金鋼粉 配料機混料 壓制成預制坯 燒結(jié)成鍛坯 快速送入預熱 的鍛模 致密化閉模鍛造 鍛件脫模 在可控氣氛中冷至室溫 熱處理 噴丸強化 3 原料參數(shù) 德國寶馬生產(chǎn) V8 發(fā)動機連桿所用預合金鋼粉成分為 w Mn 0 3 0 4 w Cr 0 1 0 25 w Ni 0 2 0 3 w Mo 0 25 0 35 w C 0 6 其余為 Fe 4 主要工藝參數(shù) 4 1 配料及混料 經(jīng)配料計算和準確稱取粉重后置于混料機混合 20 30 分 鐘至分布均勻 4 2 壓制預制坯 要對預制坯的設計應合理 對其密度 質(zhì)量 質(zhì)量變化 和尺寸要求精確控制 避免過負荷損壞模具 4 3 燒結(jié)預制坯 在通有還原保護氣體的專用燒結(jié)爐中進行 燒結(jié)溫度 1120 1130 至完全合金化 后移至無氧化性氣體的溫飽爐中于 1000 左右 保溫 4 4 鍛造有兩種 利用燒結(jié)體預熱保溫至鍛造溫度時立即進行鍛造 以節(jié) 省能源 二是在燒結(jié)體冷卻至室溫后 經(jīng)高頻或真空加熱進行鍛造 其消耗能 源較大 燒結(jié)體在 1000 時 迅速送入預熱至 300 的鍛模中進行致密化封閉 鍛造 可將 80 理論密度的燒結(jié)體至 100 理論密度 燒結(jié)坯在出爐時應盡量縮 短停留時間 立即送入鍛造工序 若鍛造溫度過低 在連桿表層殘留微孔隙增 多 使連桿密度下降 若停留時間過長連桿內(nèi)部易被氧化 均會導致連桿沖擊 韌性和疲勞強度下降 在熱處理時在惰性氣體 如氬等 中加熱至淬火溫度 870 時 立即在油中 淬火 后進行 570 回火 3 連桿大頭脹斷工藝 隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展 發(fā)動機里脹斷連桿的使用越來越多 脹斷連桿是 一種裂斷加工工藝 精加工成本低 節(jié)省加工費約 35 生產(chǎn)效率高 由于脹斷后蓋 和體又原配在一起 實現(xiàn)了蓋和體的無縫連接 提高了發(fā)動機的性能 因此 越來越 受到汽車發(fā)動機生產(chǎn)廠家的重視 4 1 脹斷工藝概念 對連桿大頭孔的斷裂線處預先加工出兩條 V 型應力集中槽或在毛坯加工時 就做出溝槽 然后對其側(cè)面施加徑向力 使其在槽處出現(xiàn)裂縫 在徑向力的繼 續(xù)作用之下 裂縫繼續(xù)擴散 最終達到連桿蓋從連桿體上分離下來 據(jù)德國 Krebsoege 公司研究結(jié)果 燒結(jié)粉末金屬連桿的可脹斷性較好 鑄鐵 連桿材料最宜使用 GTS65 70 鍛鋼連桿材料是 70 號鋼 但 70 號鋼鍛造連桿在 脹斷時如何保證不帶塑性變形的脆性斷裂以及其切削加工是該工藝的難點 2 脹斷工藝的優(yōu)點 2 1 簡化了連桿設計要求 采用連桿脹斷工藝后 連桿與連桿蓋的分離面 是最完全的嚙合 所以其無需再進行機加工 省略了分離面的磨削加工 連桿 體與連桿蓋裝配時無需額外的精確定位 如螺栓孔定位 或定位環(huán)孔 只需螺 栓拉緊即可 這樣省去了螺栓孔的精加工 鉸或鏜 2 2 改善了連桿總成的大頭孔變形 為采用前分離面以及螺栓孔加工誤差 以 0 01mm 單位來計算 而采用脹斷工藝之后其誤差是以 0 001mm 單位來計算 的 德國 Alfing 公司 3 的 Volker Ohrnberger 和 Michael Haehnel 兩位工程師的研究 確定 在粗加工后連桿大頭孔不圓都約在 12 m 左右 在脹斷后約在 40 m 左 右 其變形量約為 28 m 又據(jù)美國 Gidding Lewis Co 的研究 測試 50 個零 件的分析結(jié)果 連桿大頭孔的平均直徑在脹斷前與后的平均變形僅為 23 m 2 3 減少了連桿生產(chǎn)的設備 生產(chǎn)面積以及制造費用 省掉連桿蓋與連桿 分離面的磨削加工和螺栓孔經(jīng)加工的設備投資和這些機床占地面積以及制造費 用 在傳統(tǒng)工藝中切斷后的連桿蓋需要單獨自動運輸裝配 而采用脹斷工藝后 可立即裝配 3 熱擴散涂層可提高工具的使用壽命 熱擴散工藝可顯著硬化材料表面 其硬化層厚度為 0 02 0 2mm 該層十分 緊密地與基體結(jié)成一體 可顯著地延長工具的使用壽命 如落料模 沖模 鍛 模 拉伸模 冷鐓模 折彎模和沖頭模等 其處理是把零件浸入鹽浴里 加熱 到 899 1056 加熱 1 8 小時 3 總結(jié) 通過掌握有關機械制造工藝的基本理論知識 學會分析連桿機械加工過程 中產(chǎn)生誤差的原因 對具體的工藝問題進行分析 并能提出改進質(zhì)量 提高效 率 降低成本的工藝途徑 通過研究與分析得出以下結(jié)論 5 1 選擇連桿的粗基準時 要保證大小端孔及兩端面在后序加工余量的均勻 性以及加工后這些部位對桿身的對稱度 在選擇工裝結(jié)構(gòu)方案時必須考慮 2 連桿加工的精基準要遵循 基準統(tǒng)一 和 基準重合 的原則 一般將 一側(cè)端面 小端孔和大端一側(cè)面作為大多數(shù)工序的定位精基準 3 在選擇連桿的定位基準的同時 必須正確確定夾緊力的方向和著力點 注意防止連桿的夾緊變形和轉(zhuǎn)動 本著 點對點 原則 不允許在桿部夾緊 4 連桿的各種表面加工方法的選擇 應主要根據(jù)加工面的結(jié)構(gòu)形狀 尺寸 大小 精度 表面粗糙度以及生產(chǎn)類型 從生產(chǎn)實踐出發(fā) 并參考有關各種表 面加工方法所能達到的經(jīng)濟精度及表面粗糙度等資料來初步確定的 加工方法 選定之后 就可進一步確定該表面須經(jīng)過幾次加工才能最終達到要求 因為這 些表面的加工精度和表面粗糙度要求較嚴 往往要經(jīng)過粗加工 半精加工 精加工 細加工等幾個階段 在安排機械加工工藝過程時 應盡量將連桿 上的這些重要表面的粗 精加工分開進行 我們在選擇加工方法和確定工藝流 程時可以將國內(nèi)外同行的經(jīng)驗與自身的特點結(jié)合起來加以綜合考慮 5 脹斷工藝是連桿加工工藝的發(fā)展方向 由于一次性投資 產(chǎn)品開發(fā) 毛 坯材料國產(chǎn)化等因素 目前在國內(nèi)大功率卡車連桿方面 脹斷工藝尚屬空白 但該項技術在歐美等國的應用日趨廣泛 脹斷工藝不但縮短了連桿加工的工藝 流程 同時可顯著提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 增加經(jīng)濟效益 參考文獻 01 王晶梅 連桿加工工藝 承德民族職業(yè)技術學院學報 2002 02 王仲 劉長吉 于云良 連桿機械加工工藝探討 內(nèi)燃機 1997 03 顏懷祥 淺談連桿加工工藝中的一些新的技術 柴油機設計 2003 04 崔洪 典型零件的沒計結(jié)構(gòu)特點 內(nèi)燃機 2002 05 李虹 型柴油機連桿總成機械加工工藝 汽車工藝與材料 2001 06 李付軍 朱月玲 連桿類零件的加工夾具 機械工藝師 2001 07 陳志亮 柴油機連桿加工工藝分析 湖南農(nóng)機 1997 08 李世濤 柴油機連桿結(jié)構(gòu)設計特點分析與大小孔加 T 工藝 農(nóng)業(yè)裝備 2007 09 楊震 修復柴油機連桿的大 小孔磨損 農(nóng)家科技 2006 10 劉遠宏 姚廣鷹 改進加工工藝 提高連桿質(zhì)量 機械制造與自動化 1998 11 李紹忠 發(fā)動機連桿生產(chǎn)工藝的進展 汽車科技 2000 12 谷諍巍 發(fā)動機連桿裂解加 T 工藝 新技術新工藝 2003 13 寇淑清 金文明 谷諍巍 內(nèi)燃機連桿制造最新技術與發(fā)展趨勢 內(nèi)燃機工程 6 2001 7 8 9 指導教師意見 指導教師 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負責人 年 月 日