发动机加工工艺-凸轮轴连杆.doc

凸轮轴加工工艺凸轮轴的材料：球墨铸铁、合金铸铁、冷激铸铁、中碳钢球墨铸铁：将接近灰铸铁成份的铁水经镁或镁的合金或其它球化剂球化处理后而获得具有球状石墨的铸铁。石墨呈球状，大大减轻了石墨对基体的分割性和尖口作用，球墨铸铁具有较高的强度、耐磨性、抗氧化性、减震性及较小的缺口敏感性。球墨铸铁的凸轮轴一般用在单缸内燃机上，如S195柴油机，做凸轮轴用的球墨铸铁用QT600-3或QT700-2，要求球化为2级（石墨球化率90-95%）石墨粒度大小大于6级。凸轮轴整体硬度HB230-280合金铸铁：将接近灰铸铁成份的铁水加入Mn、Cr、Mo、Cu等元素。从而与珠光体形成合金，减少铁素体的数量。合金铸铁的凸轮轴一般用于高转速凸轮轴。如CAC480凸轮轴，凸轮轴整体硬度HB263-311。冷激铸铁：一般用于低合金铸铁表面冷激处理，使外层为白口或麻口组织，心部仍是灰口组织。如：372凸轮轴。使用冷激铸铁的凸轮轴处于干摩擦或半干摩擦工作状态，而具有承受较大的弯曲与接触应力，要求材料表面层抗磨且高的强度，心部仍有一定的韧性。目前国内所用的冷激铸铁主要有两大类：铬、钼、铜冷激铸铁和铬、钼、镍冷激铸铁，冷硬层的金相组织:莱氏体+珠光体(索氏体)冷激铸铁硬度为HRC4552,目前，国内冷激铸铁的硬度在HRC47左右。中碳钢：一般用于大型发动机凸轮轴。如：6102发动机采用模锻锻造成型，也有一部分用于摩托凸轮轴，成型较简单。模锻后一般要进行退火处理以便于机械加工。凸轮轴加工的典型工艺 编辑本段一凸轮轴轴颈粗加工采用无心磨床磨削 编辑本段无心磨床的磨削方式有2种：贯穿式无心磨削和切入式无心磨削。贯穿式无心磨削一般用于单砂轮，它的导轮是单叶双曲面，推动凸轮轴沿轴向移动，仅仅用于磨削光轴。切入式无心磨削是由多砂轮磨削（若是单砂轮磨削，一般砂轮被修整成成型砂轮，如：磨削液压挺柱的球面），如现有480凸轮轴的磨削，可磨削阶梯轴，导轮为多片盘状组合而成，工件不能沿轴向移动，无论是哪一种磨削方式，工件的中心都高于砂轮和导轮的中心，一般切入式磨削都有上料工位、磨削工位、测量工位、卸料工位组成。砂轮线速度60m/s，轴颈径向磨削余量可达3.5mm，单件磨削时间18s，单件工时25s。用无心磨床加工凸轮轴是一种新颖、独特的新工艺，新方法，但又存在一定的局限性，特别是不易磨削轴肩和端面，一般不用于多品种凸轮轴的加工，只用于单一品种、大批量的生产，若要更换所加工的凸轮轴品种，就要更换导轮和砂轮，各砂轮间距需重新调整。切入式无心磨床的修整一般采用单颗粒金刚石修整，修整器所走的路线是凸字形，修整器靠模各段差值与凸轮轴的各段轴颈差值相等。粗磨凸轮轴轴颈所用的砂轮都属于碳化物系列，粒度为60，砂轮线速度为45m/。二、铣端面，钻中心孔 编辑本段中心孔加工是以后加工工序的定位基准，在铣端面时，一般只限定5个自由度即可，用2个V型块限定4个自由度，轴向自由度是由凸轮轴3#轴颈前端面或后端面（在产品设计中，该面应提出具体要求）。目前普遍采用的是自定心定位夹紧，密齿刀盘铣削。轴向尺寸保证后端面到毛坯的粗定位基准尺寸和整个凸轮轴长度，鉴于凸轮轴皮带轮轴颈尺寸较小，钻中心孔时一般选用B5中心钻，钻后的孔深用10钢球辅助检查，保证球顶到后端面尺寸和2钢球顶部之间的距离，这样可保证以后定位的一致性。三、凸轮轴的热处理 编辑本段热处理：将原材料或未成品置于空气或特定介质中，用适当方式进行加热、保温和冷却，使之获得人们所需要的力学或工艺性能的工艺方法。热处理分类：一般热处理、化学热处理、表面热处理球墨铸铁凸轮轴一般都是等温淬火。冷却介质为10号、20号锭子油盐浴或碱浴，淬火后经140C-250C低温回火，回火后的组织为黑色针叶状马氏体，硬度HRC50-54。合金铸铁和钢件凸轮轴一般采用中频淬火：淬火频率1000-10000Hz,一般选用7000Hz。也就是感应加热表面淬火，其原理是：将凸轮轴的凸轮放入加热线圈中，由于电流的集肤效应，使凸轮由外层向内加热、升温，使表层一定深度组织转变成奥氏体，而后迅速淬硬的工艺，目前480凸轮轴采用自然回火的方法，其凸轮表面组织为针状马氏体。凸轮轴经表面热处理：可较大地提高零件的扭转和弯曲疲劳强度和表面的耐磨性。感应加热淬火变形小、节能、成本低、劳动生产率高、淬火机可放在冷加工生产线上，便于生产管理。480凸轮轴中频淬火机在感应加热时，要对电源、变压器、感应线圈进行冷却，要求冷却水的温度在25C-30C,淬火冷却液的温度为53C-62C，若机床本身达不到要求，必须在机床外提一套附加冷却装置，用来给冷却水制冷。四、凸轮轴的深孔加工 编辑本段在机械加工中L/D5时的孔加工可称为深孔加工，用普通麻花钻钻深孔时有以下困难。1.钻头细长。刚性差，加工时钻头易弯曲和振动，难以保证孔的直线度与加工精度。2.切屑多，而排除切屑的通道长而狭窄，切屑不容易排出。3.孔深切削液不易进入，切削温度过高，散热困难，钻头容易断。深孔钻按工艺的不同可分为在实心物体上钻孔、扩孔、套料3种，而以在实心料上钻孔用得最多，如480凸轮所用的深孔都是由枪钻经2头加工而成的。每次钻孔深为L/2+10mm。枪钻钻削是单刃外排屑式的，一般适用于加工2-20mm孔， L/D100、表面粗糙度Ra12.5-3.2mm、精度H8-H10级的深孔。单刃外排屑深孔钻，最早用于加工枪管，故称枪钻，也是2-6mm深孔加工的唯一办法。枪钻带有V形切削刃和一个切削液孔的钻头、钻杆、及适用于某专用设备的钻柄组成。高压切削液（7MPa）通过钻头的小孔送到切削区域内，进行冷却、润滑并帮助排屑，然后再将切屑与切削液顺着V型刀杆排入集中冷却系统中。钻头为硬质合金，采用焊接式结构。切削用量一般为0.06-0.1mm/r，为了更好地控制刀具的破损程度，刀具采用径向负荷反馈，一旦刀具切削力达到一定的数值，在数控系统的作用下，刀具能自动退回，从而避免枪钻折断，提高刀具的使用寿命。磨钝后的刀具换下，再重新进行刃磨后方可使用。凸轮轴深孔加工冷却液一般用锭子油，虽然油的冷却效果比乳化液差，但油的润滑效果比冷却液要好得多。五、主轴颈快速点磨加工与CBN砂轮 编辑本段快速点磨是德国勇克公司开发出来的一种先进的外圆高效磨削新工艺，该机床加工凸轮轴只需两顶尖定位夹紧，无需任何夹紧工具，利用前顶尖的高速旋转，通过顶尖和凸轮轴中心孔的摩擦来驱动工件运动，可以实现轴类零件在一次装夹后，用一片砂轮完成7个轴颈、一个端面和一个磨削圆角的工艺。快速点磨砂轮是横向磨损，在磨损过程中，被磨削的凸轮轴外形尺寸不会因此而发生变化，磨削端面时，砂轮可倾斜0.5，使砂轮与工件的接触面只有传统磨削端面的1/2。CBN具有良好的导热性,其导热率是硬质合金的13倍，铜的3倍,另外CBN具有远优于金刚石的热稳定性和化学稳定性（金刚石与铁簇元素易产生亲和作用）,可耐13001500的高温,并且与铁簇元素有很大的化学惰性，CBN是制作切削黑色金属的理想刀具材料。CBN属于立方晶系，它的硬度、强度和其它物理性能远远优于刚玉等系列磨料。在进行磨削过程中CBN自身磨损非常少，在大批量生产过程中，单个零件所需要的成本较小。砂轮的形状、尺寸变化极小，耐用度较高，修整频次约为刚玉系列的1/20，每次修整量约为刚玉系列的1/25，砂轮与工件的磨削区内磨削温度较低，可避免在磨削的弹性变形阶段工件所产生的裂纹和磨削烧伤等现象的出现。CBN具有良好的化学稳定性与耐热性,与碳在2000C时才起反应，在高温下易与水产生反应。砂轮的耐用度高，机床的使用率可达97%以上，与一般砂轮磨削相比，可提高功效600%-700%。当砂轮在宽度方向的磨损量占砂轮宽度的80%时便对砂轮进行修整，砂轮每次修整量为0.006mm，共分3部进行修整，每一步修整量为0.002mm，每修整一次可磨削120根凸轮轴，砂轮线速度为120m/s，可获得较高的金属切除率，使用冷却油做为冷却液，不仅仅是给砂轮和工件提供冷却液，同时也给砂轮和工件提供更好的润滑，同时由于油膜的吸附作用，还可以防止凸轮轴的轴颈表面氧化，防止磨削完后的工件表面生锈。磨削液的供给是采用喷射法提供的冷却液，冷却较充分，可使砂轮的寿命提高一倍，金属切除率提高一倍以上，同时采用冷却液反冲的方法，冲洗砂轮表面，防止砂轮堵塞，使CBN颗粒始终以锋利的状态对工件进行切削，再加上CBN粒度较小，凸轮轴轴颈单位面积上参加切削的磨粒比一般砂轮要多，轴颈在被切削时所产生的弹性摩擦和变形阶段均较小，因此产生的弹性变形和塑性变形均较小，提高了表面粗糙度，防止表面产生磨削烧伤和因磨粒因素而引起的裂纹。在磨粒切削阶段，对产生的热应力和变形应力均较小。由于磨削速度很高，磨削热量来不及传入工件的深处，瞬时聚集在凸轮轴很薄的表层，形成切屑被带走。磨粒切削点的温度达1000C以上,而内部只有几十度选用CBN砂轮磨削，磨粒锋利，磨削力小，故磨削区发热量少CBN显微硬度73009000HV，抗弯强度300MPa、抗压强度800-1000MPa、热稳定性1250C-1350C。应用声音传感器严格限制砂轮和金刚滚轮间的距离，主要是防止砂轮修整时砂轮和金刚滚轮发生撞击。砂轮架纵向进给时，传感器测头与砂轮间形成一小的缝隙，砂轮高速旋转压缩砂轮周围的空气，根据空气流通的通道大小不同，所产生的气阻声音大小不一样，从而判断传感器和砂轮间的缝隙而做出反馈，一旦砂轮和金刚滚轮产生接触，修整器自动修整砂轮，而声音传感器能根据声音尖锐响声大小来判断砂轮修整的正确性。与树脂类结合剂相比，陶瓷结合剂化学性能稳定，耐热、抗酸、碱，气孔率大，工作时不易发热，在磨削过程中易脱落，热膨胀系数小，强度较高，能保持好CBN的几何形状，且磨具易修整。用于磨削凸轮轴轴颈和端面的CBN砂轮立方氮化硼厚度只有4.55MM，并且是粘附在刚性钢盘上，刚性较好。工件转速与砂轮转速的比为:40/8000无进给磨削即光磨，可提高工件的几何精度和降低表面粗糙度参数值，表面粗糙度随光磨次数的增加而降低，细粒度砂轮比粗粒度好砂轮的修整：修整通常包括整形和修锐，整形是使砂轮达到要求的几何形状和精度，砂轮的几何形状采用数控插补法进行，修锐是除去磨粒间的结合剂，使磨粒露出结合剂一定高度，形成切削刃，磨粒间空隙以容纳切屑。金刚石滚轮磨削修整的特点：生产率高：以切入法进行修整，修整时间仅需2-10秒，可在进行凸轮轴更换工件时进行修整，不耽误生产节拍，同时由于金刚滚轮的寿命长，修整时间短，大大缩短了辅助时间，单件工件的消耗较低，金刚滚轮的精度较高，修整后的砂轮表面质量也较好。矿物油冷却液的主要成份是轻质矿物油，加入适量的油溶性防锈添加剂。为了增加矿物油的润滑性能，常加入油性添加剂如脂肪酸等，以提高矿物油在低温低压时的渗透和润滑效果。矿物油的供给方法是喷射法，这样，可以提高供液压力，增大磨削液供给速度，以便将磨削热量迅速带走，并能冲破砂轮高速旋转的气流，使磨削液能有效的进入磨削区，改善磨削效果。由于砂轮的气孔小，磨削液必须经过精密过滤。由于磨削过程所产生的磨屑和砂粒等杂质在磨削液中不断增加，以至磨削液变脏变臭，不仅影响磨削工件的质量，还会危害环境卫生，快速点磨所用的过滤是柱状纸质过滤。六、凸轮的加工 编辑本段传统的凸轮加工采用靠模加工，一般来讲，第厂进、排气凸轮都 有一个母靠模，凸轮轴上有几个凸轮就有几个靠模，这种加工其实就是仿形加工，母靠模的加工误差也会复映到加工的成品凸轮上。具体来说，有以下缺陷。1.砂轮的利用率也较低，以现生产的480凸轮轴为例，靠模机床砂轮线速度为60m/s，刚换上的砂轮直径为760mm，但使用到710mm后就必须重新换砂轮，否则凸轮的型面的误差会增大，砂轮从760mm磨损到710mm凸轮型面误差为0.015mm.2.工件头架电架为双速电机，凸轮轴只能用固定转速旋转、凸轮型面上多个磨削点的线速度不一样，磨削时单位时间的切除量和磨削力不一样，导致凸轮型面加工产生误差，且容易产生磨削烧伤和裂纹。凸轮等速磨削时型面误差为0.036mm。凸轮变速磨削时型面误差为0.012mm。3.工件支承在装有尾架、中心架的摇架上，摇架机构往复摆动势头影响凸轮型面精度、粗糙度和生产效率的提高。4.同一个靠模只能用于同一种凸轮轴，因此只适用于单一品种生产，否则就需要重新换靠模，不能实现柔性化，多品种生产。现代的凸轮轴加工用数控磨削，具有如下特点：1.用一套数控装置（目前世界上最新的是西门子480D和FANAC210i）既控制工件主轴的无级变速旋转和分度又控制砂轮架按凸轮型面的升程数值和降程数值的往复运动及横向进给。2.工件主轴由NC装置控制的伺服电机驱动，实现无级变速传动，不仅可以实现粗磨和精磨所需要的不同转速，而且可以实现工件主轴在每转内按凸轮不同曲线进行自动变速磨削。这可以使凸轮型面上每一磨削点的线速度，金属切削量和磨削力基本一致，对保证凸轮表面的磨削质量是非常重要的。3.砂轮可实现高速、恒线速度磨削。如480凸轮轴kopp磨床80m/s.4.具有较大的柔性。CNC装置可以存贮20个凸轮轮廓数据和9个磨削数据。满足了凸轮轴多品种变化的柔性生产需要。5.砂轮主轴采用内平衡装置，取代了以前的液力平衡装置和机械平衡装置，平衡精度高，砂轮几乎不抖动，提高凸轮型面的磨削精度。6.采用金刚滚轮修整，修整时采用声速传感器来控制每次砂轮修整量，能得到好的砂轮修整精度，并且每次砂轮修整后NC装置能自动记忆并补偿。7.采用CBN砂轮，刚换上的新砂轮与换下来废砂轮之间半径方向只有4.5-5mm，从而保证凸轮型面的一致性。七.凸轮轴的化学处理 编辑本段化学处理是将金属置于一定化学介质中，通过化学反应在金属表面生成一种化学覆盖层使获得装饰、耐蚀、绝缘等不同的性能。化学处理一般有氧化处理和磷化处理。磷化处理优点：1.凸轮轴的凸轮一般要经过磷化处理，经过磷化处理后的凸轮在大气中较稳定耐蚀性高于氧化处理，磷化后经重铬酸钾溶液填充浸油处理后，能进一步提高耐蚀性。2.磷化膜孔隙多，具有很强的吸附能力。3.具有润滑性和减摩性。4.具有较高的绝缘性。一般经磷化处理后的凸轮，在经过一段时间磨合后，在桃尖处磷化膜脱落变得铮亮，有利于凸轮和挺柱的初期磨合。一般来说，凸轮轴的磷化膜厚度为0.00250.006mm，为了保证凸轮轴的表面精度，要求磷化前的凸轮表面粗糙度0.6。八、凸轮轴的抛光 编辑本段 凸轮轴的主轴颈、油封轴颈要求表面粗糙度0.2，所以必须除去主轴颈和油封轴颈的表面磷化膜，为了保证主轴颈和油封轴颈表面粗糙度，必须对它们进行抛光处理，在抛光过程中，由于摩擦生热少，磨；粒散热时间长，可有效地减少工件的变形、烧伤，主要是提高表面的加工精度，使凸轮轴轴颈获得光亮光滑的表面，但不能提高产品尺寸和几何精度，对零件的形位误差不产生任何改变，按目前的工艺水平，抛光砂带采用纸质砂带，砂粒的粒度280320，抛光液选用煤油，抛光机的专用工装为硬质树脂制的上下两个半圆。九、凸轮轴的探伤 编辑本段 由于凸轮与挺杆接触时，表面接触应力较大，凸轮表面不允许有任何缺陷，所以凸轮轴表面需要经过探伤，探伤分为两类：磁粉探伤和荧光探伤，主要探测凸轮在淬火过程中产生的淬火裂纹和磨削过程中产生的磨削裂纹。探伤也是一种无损检测方法，按现有的生产水平，荧光探伤比较干净，优于磁粉探伤，因为磁粉探伤除了要配置磁悬液外，现场生产也难得保持干净，并且经过退磁后，仍然有一部分磁通量流在凸轮轴上。十、凸轮轴的清洗 编辑本段 凸轮轴不仅仅要进行表面清洗，更主要的是主油道的清洗和油孔的清洗，防止铁屑等脏物滞留在主油道孔的搭结处，除去油孔孔口毛刺，一般来讲，单根凸轮轴的清洁度为10毫克左右，若清洁度超标，将加速发动机零件的磨损，缩短发动机的寿命，清洗后的凸轮轴，还要吹干，涂上防锈油，并且做好防尘工作，存放在零件库内。摘 要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。第一章 汽车连杆加工工艺1.1 连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。1.2 连杆的主要技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求（图1-1）如下。连杆总成图（11）1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.4m；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。1.2.3 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：1900.05 mm。1.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）。1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。1.2.6 螺栓孔的技术要求在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3m加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25 mm。1.2.7 有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。1.3连杆的材料和毛坯连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。图（1-2）为连杆辊锻示意图毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。图（1-2）连杆辊锻示意图图(1-3)、图(1-4)给出了连杆的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图(1-3)，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见图(1-4)。锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查，方能进入机械加工生产线。1.4连杆的机械加工工艺过程由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。连杆机械加工工艺过程如下表(11)所示：工序工序名称工序内容工艺装备1铣铣连杆大、小头两平面,每面留磨量0.5mmX52K2粗磨以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面。（下同）M73503钻与基面定位，钻、扩、铰小头孔Z30804铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸mm两侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面）X62W组合机床或专用工装5扩以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为60mmZ30806铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。X62W组合机床或专用工装锯片铣刀厚2mm7铣以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为27.5mmX62组合夹具或专用工装8磨以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面M73509铣以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖mm8mm斜槽X62组合夹具或专用工装10锪以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面mm,R11mm,保证尺寸mmX62W11钻钻210mm螺栓孔Z305012扩先扩212mm螺栓孔，再扩213mm深19mm螺栓孔并倒角Z305013铰铰212.2mm螺栓孔Z305014钳用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为100120N.m15镗粗镗大头孔T6 816倒角大头孔两端倒角X62W17磨精磨大小头两端面，保证大端面厚度为mmM713018镗以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为mm可调双轴镗19镗精镗大头孔至尺寸T211520称重称量不平衡质量弹簧称21钳按规定值去重量22钻钻连杆体小头油孔6.5mm,10mmZ302523压铜套双面气动压床24挤压铜套孔压床25倒角小头孔两端倒角Z305026镗半精镗、精镗小头铜套孔T211527珩磨珩磨大头孔珩磨机床28检检查各部尺寸及精度29探伤无损探伤及检验硬度30入库连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。1.5 连杆的机械加工工艺过程分析1.5.1 工艺过程的安排在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：（1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨（2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗（3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。1.5.2 定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。具体的办法是，如图（15）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。图（1-5）连杆的定位方向 由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。1.5.3 确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。1.5.4 连杆两端面的加工采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。1.5.5 连杆大、小头孔的加工连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为0.4m，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。1.5.6 连杆螺栓孔的加工连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。1.5.7 连杆体与连杆盖的铣开工序剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。如果锯片的端面圆跳动不超过0.02 mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。1.5.8 大头侧面的加工以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。1.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题1.6.1工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。1.6.2定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。1.6.3夹具使用应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。1.7 切削用量的选择原则正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。1.7.1 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Zw V.f.ap.1000式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）V切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）ap切削深度（mm） 提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap,其次选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切削速度V.选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。1.7.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。1.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.8.1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（根据机械加工工艺手册第一卷 表3.225 表3.226 表3.227）（1）、平面加工的工序余量（mm） 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣1.5IT12()40()12.5精铣0.6IT10()38.8()3.2粗磨0.3IT8()38.2()1.6 精磨0.1IT7()38()0.8 则连杆两端面总的加工余量为：A总= =（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=38+=mm1.8.2 确定工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229 表234）1）、大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为55 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.0865.565.50.4精镗0.465.465.40.8半精镗165651.6二次粗镗264646.3一次粗镗2626212.5扩孔560592）、小头孔各工序尺寸及其公差（根据机械制造技术基础课程设计指导教程 表229表230）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6铰0.26.4扩912.5钻钻至12.51.9 计算工艺尺寸链1.9.1 连杆盖的卡瓦槽的计算增环为： ； 减环为： ；封闭环为：1）、极限尺寸为： = 30.20-4.95 = 25.25 mm= 29.8-5.1 = 24.7 mm2）、的上、下偏差为:=0.20-(-0.05)=0.25(mm)=-0.20-0.10=-0.30(mm)3）、的