发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计

1、湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题目：发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计专 业： 机械设计及其自动化学号：38姓名：左文周指导教师：朱石砂完成日期：2010年6月5日目录第一章 绪论 .6课题的目的及意义 . . 6设计要求 . . 7第二章 零件的工艺分析 .8零件的结构特点 . . 8零件的技术要求 . . 8第三章 工艺规程设计 .11确定毛坯的制造形式 . . 11基面的选择 . . 11粗基准的选择 . . 13精基准的选择 . . 13制定工艺路线 . . 14工艺路线方案一 . . 错 误! 未定义书签。工艺路线方案二 . . 错 误! 未定义书签。工艺方案的比较与分析 . . 错误

2、! 未定义书签。机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . . 错误! 未定义书签。确定切削用量及基本工时 . . 21第四章 夹具设计 .36问题的提出 . . 36镗小头孔 . 37定位基准的选择 . . 37切削力及夹紧力的计算 . . 38定位误差分析 . . 39第五章 总结. . 40致谢 参考文献 附录：外文文献翻译原文及其译文发动机连杆加工工艺与镗孔夹具设计摘要机械加工工艺是实现产品设计， 保证产品质量、 节约能源、 降低成本的重要 手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全 劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高 经

3、济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，工艺对夹具的要 求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、 自动化、 标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。因此，好的夹具设计可以提 高产品劳动生产率，保证和提高加工精度， 降低生产成本等， 还可以扩大机床的 使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、 降低成本。 当今激烈的市 场竞争和企业信息化的要求 , 企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以 对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。关键词 ：夹具、组合夹具、成组夹具、计划调度Connecting Rod Boring Process an

4、d Fixture DesignAbstractMach ining process is to achieve product desig n, product quality, save en ergyand reduce the cost of an importa ntmeans to prepare the en terprisefor product ion,pla nningand scheduli ng,process ingoperati ons,product ion safety, labororganizations,to detect and sound an imp

5、ortant basis for the enterpriseon a varietythe quality, the level, speed up product updates, technical assuranee and improving econo mic efficie ncy.However fixture is an importa nt comp onent of manu facturi ng systems, process requireme nts of the fixturewill in crease, special fixtures, group fix

6、tures, modular fixture and the accompa nying fixtures are towardflexibility, automati on,sta ndardizati on, uni versal and efficie nt direct ion of the developme ntof meet the process ing requireme nts. Therefore, a good fixture desig n can improve the products of laborproductivity,guarantee and imp

7、rove the processing accuracy,reduce product ion costs, can also be used to expa nd the scope of mach ine tools, thus en suri ng theaccuracy of the product subject to in crease efficie ncyand reduce costs.Todays fierce market competiti on and bus in ess requireme nts of in formati on tech no logy, bu

8、s in ess andfixture desig n and manu facturi ng has put forward higher requireme nts. Therefore, the process ing tech nology and the mecha ni calfixturedesig n is of great sig ni fica nee.Key words: jig, fixture, group fixture, pla nning and scheduli ng第一章 绪论.课题的目的及意义机械加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后， 进行的一次

9、理论 联系实际的综合运用， 巩固了大学四年来所学专业基础知识和专业知识， 并运用 所学的机械设计制造知识，解决机械加工工艺中的实际问题，提高分析问题，解 决工程实际问题的能力。 毕业设计是学生在校学习阶段的最后一个教学环节， 也 是学生完成工程师基本训练的重要环节。 其目的是培养学生综合运用所学专业和 基础理论知识， 独立解决本专业一般工程技术问题能力， 树立正确的设计思想和 工作作风。 另外，还可进一步熟悉有关标准和规范， 能够熟练使用有关设计手册 和熟悉编写技术文件和设计说明书，进一步培养和提高科技写作的能力。机械加工工艺是实现产品设计， 保证产品质量、 节约能源、 降低成本的重要 手段，

10、是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全 劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高 经济效益的技术保证。然而夹具又是制造系统的重要组成部分，工艺对夹具的要 求也会提高，专用夹具、成组夹具、组合夹具和随行夹具都朝着柔性化、 自动化、 标准化、通用化和高效化方向发展以满足加工要求。因此，好的夹具设计可以提 高产品劳动生产率，保证和提高加工精度， 降低生产成本等， 还可以扩大机床的 使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、 降低成本。 当今激烈的市 场竞争和企业信息化的要求 , 企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以 对机械的加工工

11、艺及夹具设计具有十分重要的意义。夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与 人的结合上， 这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具， 是加工过程加速和趋于 完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要 用于工件的定位和夹紧。 人们越来越认识到， 夹具与操作人员改进工作及机床性 能的提高有着密切的关系， 所以对夹具引起了重视； 第三阶段表现为夹具与机床 的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流， 为了适应机械生产的这种发展趋

12、势， 必然对机床夹具提出更高的要求。 特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还 处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、 可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环 保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。设计要求(1) 阅读与课题有关的文献资料 10 篇以上，查找相关英文文献一篇，要求 不少于12000 字符，并完成文献的翻译工作 ;(2) 写出开题报告一份 ;(3) 机械加工工艺过程卡一份 ;(4) 机械加工工序卡一套 ;(5) 绘制夹具装配图和零件图，图纸工作量不少于 3 张 A0 图纸;(6) 毕业设

13、计说明书一份 , 文本质量符合规范。第二章 零件的工艺分析零件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

14、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

15、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。零件的技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为： 大、小头

16、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。图 2 1 连杆总成图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 应不大于卩 m 大头孔 的圆柱度公差为 mm 小头孔公差等级为 IT8，表面粗糙度 Ra 应不大于卩 m 小 头压衬套的底孔的圆柱度公差为 mm 素线平行度公差为 100 mm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

17、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 mn长度上公差为 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 mm。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： 190 mm。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 mm）。连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺

18、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 不大于卩 m,小头两端面的尺寸 公差等级为IT12，表面粗糙度 Ra 不大于卩 m 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。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

19、要求。规定：螺栓孔按 IT8 级公差等级和表面粗糙度 Ra 应不大于卩 m 加工；两螺栓孔在大头 孔剖分面的对称度公差为 mm。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mm。第三章 工艺规程设计确定毛坯的制造形式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， 为了使发动 机结构紧凑，连杆的材料大多数采用具有高强度的精选45 号中碳钢， 40Cr

20、 等并经过调质处理以改善切削性能和提 4 高抗冲击能力，硬度要求用 45 号钢的为217293HB 用 40Cr 的为 223280HB 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

21、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。本设计材料用 45 号 钢，调质处理，加工方法为体和盖锻成体的模锻。基面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

22、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（ 1 5）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不图 3-1 连杆的定位方向 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。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