连杆合件加工工艺及关键工序工装设计开题报告

1、毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：连杆合件加工工艺及关键工序工装设计指 导 教 师:2009年 3月 22日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 连杆是汽车发动机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的作用，连杆的材料，连杆的制造过程等的国内外的现状及未来的发展趋势。虽然目前来说连杆的制造还是铸、锻，但已有极大的改进，新技术的应用，高制造精度，降低生产成本，节约材料成为主流。连杆材料的选择上，传统的碳钢已不满足需求，新材料的运用必将给

2、连杆带来更广的前景。关键词 连杆 材料 制造 1 连杆连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆承受活塞销传来的气体作用力及其本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆在质量尽可能小的条件下，有足够的刚度和强度。若连杆的刚度不够，则可能产生的后果是：其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；连杆杆身弯曲，造成活塞与汽缸偏磨、活塞环漏气和窜油等1。2 连杆的国内外现状21 国内现状高强度、轻量化、低成本是汽车发动机连杆用材料的发展趋势，我国的发动机锻钢连杆制造技

3、术与国外差距不大，但在连杆轻量化方面还相当落后。在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，非调质钢的应用就是考虑节省调质工序。近年来，采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术可以大幅度地减少机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件，以满足工艺的需要2。211 连杆的材料多年来高速柴油机连杆一直以优质中碳结构钢和中碳合金结构钢为主。如45、40cr、35crmo、42crmo和40mnb。结构钢经热模锻后调质处理，获得良好的综合力学性能。近年采用的新型柴油机连杆材料有2类。第1类为微合金非调质结构钢，如中国一汽的6dl柴油机。第2类为高碳非调质结构钢，为适应连杆体一盖

4、“裂解”加工技术的需要而迅速发展3。212 连杆的制造目前，连杆生产中有模铸工艺、模锻工艺、粉末锻造工艺、常规粉末冶金工艺、粉末热挤压一锻造工艺、碳纤维强化工艺等。由于模锻成形具有接近最终产品的几何形状和尺寸精度，并同时改善其组织，能获得更高的力学性能；模锻钢连杆的疲劳强度和可靠性高，适用于负荷大、转速高的汽油和柴油发动机，因此，在连杆制造中占据主导地位。普通模锻连杆需要在锻后进行全身铣削加工，以消除锻造过程中产生的脱碳层、氧化坑、裂纹、折叠等表面缺陷，通过这一铣削加工，会使连杆表层的纤维组织受到破坏，强度大幅度降低4。在多年探索的基础上，国内形成了精密辊锻液压模锻锤模锻复合工艺5和连杆精锻工

5、艺等较为先进的工艺6。铸造连杆工艺也是一种常用的工艺方法。采用铸造连杆有4个优点（1）与锻造连杆相比设计的灵活性比较大；（2）改善丁连杆的机加工性能；（3）铸造连杆的尺寸比较接近连杆的成品尺寸 ；（4）在使用上能够满足可靠性要求7。常规粉末冶金工艺制造汽车连杆已有十几年，粉末锻造工艺使用最广。粉末锻造工艺比较昂贵，较适合于小批量生产或制造高负荷与高速发动机的连杆。对于大批量生产的速度不高于7000rpm 的2.0l下的发动机的连杆，可用较经济的压制烧结精整热处理工艺扣“断裂剖分法”制造8。传统的普通模锻和机械加工方法已难以满足当今汽车、摩托车等工业生产中对产品高质量、高精度、高效率、低消耗、低

6、成本的要求。粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结台而发展起来的一项颇具有市场竞争力的少、无切削金属加工方法。该方法以金属粉末为原料，经过预成形压制，在保护气体中进行加热烧结及作为锻造毛坯，然后在压力机上一次锻造威形和实现无飞边精密模锻，从而获得了与普通模锻件质量密度相同、形状复杂的精密锻件。汽车发动机连杆是承受强烈冲击及动态应力最高的典型动力学负荷零件，其负荷与其自身质量成比例，因此连杆的轻量化对发动机具有特别的重要意义。由于粉末锻造采用粉末坯料的称量法，使每根连杆得到同一质量。因此，连杆联接曲轴旋转时，明显减轻了动平衡所引起的影响9。 22 国外现状221 连杆的材料铝基复合材料

7、，密度低、比强度和比模量高、抗热疲劳性能好，但在汽车上的应用受到价格及生产质量控制等方面的制约，还没有形成很大的规模。目前，铝基复合材料在连杆零件上的试验或使用显示出了卓越的性能，如本田公司开发成功的由不秀钢丝增强的铝基复合材料连杆比钢制连杆降重30%，对1.2l的汽油发动机可提高燃料经济性5%10。以钛为基加入其他合金元素组成的合金称作钛合金11。钛有两种同质异晶体：882以下为密排六方结构钛，882以上为体心立方的钛。12钛合金具有比强度高、高温强度高和耐腐蚀等优点。例如用+系钛合金制造的发动机连杆，强度相当于45钢调质的水平，而重量可以降低30%。钛合金应用的最大阻力来自其高价格，丰田中

8、央研究所开发了一种成本较低的钛基复合材料。该复合材料以ti-6al-4v合金为基体，以tib为增强体，用粉末冶金法生产，已在发动机连杆上应用11。奥贝球铁具有优越的耐磨性，极好的耐疲劳性，优越的断裂韧性，低成本，很高的强度和韧塑性，按美国和德国标准制造的奥贝球铁牌号，其最高强度级别达到1400mpa，超过了调质钢和渗碳钢的强度水平13。可以用adi代替钢制造汽车轮毂、全轮驱动双联杆、转向节臂、发动机正时齿轮、曲轴和连杆等。经实物测量，代替锻钢制造曲轴可以降重10%，代替铝合金制造载货车轮毂每只可降重0.5kg12。222 连杆的制造粉末锻造连杆已经成功应用，近年开发的一次烧结粉末冶金连杆技术的

9、生产成本较低，可实现11%的轻量化。德国opel公司装在2.0l的ohc发动机上行驶30万km的效果未见异常13。国外粉末冶金烧结锻造技术有较大发展，粉末锻造连杆重量精度可达1%14。发动机连杆裂解加工技术是目前国际上连杆生产的最新技术，具有传统连杆加工方法无可比拟的优越性，其加工工序少、节省精加工设备、节材节能、生产成本低。此外，连杆裂解加工技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量大幅度提高，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有重要作用。其原理是通过在连杆大头孔中心处设计并预制缺口(预制裂纹槽)，形成应力集中，再主动施加垂直预定断裂面的载荷进行引裂，在几乎不发生变形的情

10、况下，在缺口处断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分15。通过国内外的现状比较之后可以看到，高强度、轻量化、低成本是连杆的趋势。制造技术水品方面，国内和国外相当，工艺方面，国内和国外都有新的进展，但国内制造连杆的材料主要还是钢，对于钛合金材料、铝基复合材料等材料的应用逊于国外。3 发展趋势节约材料，减少加工，提高制造精度，降低生产成本，这是国内外连杆加工未来的理念和趋势。就材料而言，轻质、高耐疲劳性、断裂韧性、较低成本及较高耐磨性的材料将会广泛地应用，如奥贝球铁、铝基复合材料等。就加工技术而言，少机械加工、高制造精度、降低生产成本的加工技术成为主流，如粉末锻造、连杆裂解等加工技术。4 组合机床

11、现状组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。组合机床可分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。随着技术的不断进步，组合机床有了新的进展，进展综述如下：高效柔性化（模块化）如可更换多轴箱的双坐标或三坐标加工模块以及既可换箱(多铀或单铀)、可换刀(在单主铀箱时)的加工模块，这样既有较高的生产率，又有较高的柔性；为了进一步实现高效加工，进步提高通用部件的快速性能和可靠性，采用新刀具材抖和新颖刀具；为了提高

12、工作的可靠性和可利用率，在原有的三坐标加工模块上设打监视主袖进给力、功率、刀具振动及轴承温度的多种传感器，显示其工作状况，在出现异常时，发出报警信号，以便采取措施；提高加工精度。我国组合机床及组合机床自动线总体技术水平较发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎全都从国外进口。高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床，因此提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为我国组合机床的主攻方向。参 考 文 献1 连杆的作用及材质要求eb/ol.(2009-01-19)2009-01-19.2 曹正. 汽

13、车发动机连杆材料的现状及发展趋势eb/ol.(2007-02-28)2007-02-28. 3 王秋冰，马鸣，卢震鸣，来建刚，李光瑾，等. 发动机连杆用材料与工艺的发展趋势j. 柴油机设计与制造，2007，l5（1）：4041.4 国内连杆模锻加工技术的现状及发展eb/ol.(2007-08-05)2007-08-05.5 杨慎华，邓春萍，金文明，等. 轿车连杆精密辊锻-模锻复合锻造工艺j. 机械工人：热加工，2003，4.6 辛世福. 风冷连杆精锻工艺综述j. 金属成形工艺，1994，12（3）.7 蔡贵堂，耿临庄，等. 铸造连杆工艺j. 车用发动机，1992，3：5253.8 韩凤麟. 用

14、常规粉末冶金工艺制造汽车连杆j. 粉末冶金技术，1996，14（3）：214.9 洪慎章. 发展中的汽车连杆粉末锻造技术j. 新材料产业，2007，1：42.10 张英才. 符合汽车轻量化要求的金属材料eb/ol.(2006-01-06)2006-01-0611 钛合金eb/ol.12 钛合金eb/ol.(2006-04-27)2009-03-13.13 adi奥贝球铁eb/ol.(2009-02-12)2009-02-12.85:8081/article_show.asp?articleid=10838.14 我国汽车制造装备的发展现状eb/ol.(2006

15、-10-31)2006-10-31.http:/articles.e-15 杨慎华，张志强，寇淑清，等. 关于发动机连杆裂解加工关键技术的研究 eb/ol.(2006-11-28)2006-11-28.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题是连杆合件加工工艺及关键工序工装设计，并在此基础上，选择关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计。因此需要研究和解决的问题如下：（1）连杆合件加工工艺及关键工序工装设计；（2）关键工序之一的专用夹具设计；（3）关键工序之一的加工用组合机床设计。针对第一个问题拟采用的研究手段如下：熟悉连杆合件的零件图，依据“先加工基准面，后加工其他表面”，“先加工平面，后加工孔”，“先加工主要平面，后加工次要平面”，“先安排粗加工，后精加工”，再结合工件的实际情况来安排工艺路线。工艺装备包含：刀具、量具、夹具、辅具。工艺装备的选用及设计得依据工序及工件的实际情况。针对第二个问题拟采用的研究手段如下：熟悉本工序的内