连杆机械加工工艺规划设计

1、连杆机械加工工艺规划设计机硕11 褚亚鹏 学号：2110104005目录一，内容与要求.2二，背景介绍.41. 连杆设计的意义.42.连杆加工的发展趋势.5三，设计过程.61. 连杆的机械加工工艺过程设计.62. 连杆机械加工工艺过程分析.93.连杆加工工艺设计应考虑的问题.124.切削用量的选择原则.135.确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差.14四，主要工序工序简图.15五，机械加工工艺过程卡片：（见附表).21内容与要求针对连杆大批大量加工，本次课程设计给出了五种规格的连杆，选择一种尺寸规格的连杆，进行相关工艺规划设计调研，给出电子版本连杆机械加工工艺规划设计说明书（调研报告），连

2、杆机械加工工艺规划设计要填入工艺卡中，主要工序应画出工序简图。 某型号发动机连杆装配图 各组参数附表类型ABCDE材料4542CrMo4542CrMo42CrMo中心距400±0.04405±0.05415±0.05420±0.05425±0.06水平平行度0.05/1000.06/1000.06/1000.06/1000.06/100垂直平行度0.025/1000.032/1000.035/1000.035/1000.035/100小孔尺寸Æ76Æ80Æ83Æ85Æ87小孔面Ra1.61.61

3、.61.61.6小孔衬套尺寸Æ68Æ72Æ75Æ78Æ80小孔衬套面Ra0.40.80.40.80.8大孔尺寸Æ136Æ140Æ143Æ146Æ148大孔面Ra1.61.61.61.61.6大孔衬套尺寸Æ128Æ132Æ135Æ138Æ140大孔衬套面Ra0.40.80.40.80.8背景介绍1.连杆设计的意义：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，连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连

4、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

5、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。2.连杆加工的发展趋势：汽车连杆的发展目前主要在其材料上的发展, 碳素调质钢和合金调质钢是连杆

6、用钢的传统钢种，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。 碳素钢调质硬度一般在229269HBS，合金钢可达到300HBS，但最高不超过330HBS。碳素钢抗拉强度可达到800MPa以上，冲击韧度在60J/cm2以上；合金调质钢抗拉强度可达到900MPa以上，冲击韧度在80J/cm2以上。调质钢连杆用于要求连杆有较高强度和韧性的大功率柴油机。非调质钢是在中碳钢基础上添加钒、钛、铌等微合金元素，通过控制轧制或控制锻造过程的冷却速度，使其在基体组织中弥散析出碳、氮的化合物使其得到强化。非调质钢省略了锻后的热处理。按其强韧性可以分4类，其中基本型和高强度型适用于发动机连杆。我

7、国研究的非调质钢主要是钒系、锰钒系、锰钒氮系。每个系列都开发了添加易切削元素的钢种。用于发动机连杆的钢种有35MnVS、35MnVN、40MnV、48MnV等，其强度都在900MPa以下。疲劳试验表明，非调质钢连杆的疲劳强度与相同级别调质钢相当。我国现在用的材料是从德国进口的C70SC系列高碳非调质钢。其成分特点是低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫。合金元素的范围要求窄、材料纯净度要求高。我国已开展该系列钢种的国产化工作。非调质钢正逐步取代调质钢，国外几乎完全采用非调质钢生产连杆。 随发动机轻量化的要求，连杆的设计应力提高，C70S6系列的钢种的应用会越来越多。德国在该钢种的基础上开

8、发了强度级别更高的钢种。设计过程1. 连杆的机械加工工艺过程设计：选择连杆类型为A类，相关参数如下表：类型A材料45中心距400±0.04水平平行度0.05/100垂直平行度0.025/100小孔尺寸Æ76小孔面Ra1.6小孔衬套尺寸Æ68小孔衬套面Ra0.4大孔尺寸Æ136大孔面Ra1.6大孔衬套尺寸Æ128大孔衬套面Ra0.4根据连杆加工尺寸要求，设计的连杆机械加工工艺路线如下表所示：连杆机械加工工艺路线工序工序名称工序内容1铣铣连杆大小头平面2粗磨粗磨大小头平面3钻钻小头孔4扩扩小头孔5铰铰小头孔6铣铣大头孔两侧面7扩扩大头孔8铣铣开连杆

9、体和盖9粗铣粗铣连杆体结合面10精铣精铣连杆体结合面11铣铣轴瓦锁口槽12精铣精铣螺栓座面13精磨精磨连杆结合面14粗铣粗铣连杆上盖结合面15精铣精铣连杆上盖结合面16铣铣螺母座面17铣铣轴瓦锁口槽18精磨精磨结合面19钻钻螺栓孔20扩扩螺栓孔21铰铰螺栓孔22铣铣连杆盖上方给螺栓孔口倒角23粗镗粗镗大头孔24铣铣大头孔两端倒角25精磨精磨大小头两平面26钳用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件27半精镗半精镗大头孔28精镗精镗小头孔29精镗精镗大头孔30钳称量不平衡质量、按规定值去重量31钻钻小头油孔32铣铣小头孔两端倒角33磨珩磨大头孔 34压铜套 35挤压铜套孔 36镗半精镗大头铜套孔

10、 37镗半精镗小头铜套孔 38镗精镗大头铜套孔 39镗精镗小头铜套孔40检检查各部分尺寸及精度41探伤无损探伤及检验硬度42入库入库2.连杆机械加工工艺过程分析 2.1. 工艺过程的安排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。2.2.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

11、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，如下图所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与连杆的定位原件接触, 在精镗小头孔时也用小头孔做基面。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。2.3.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

12、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

13、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。2.4.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M7331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。2.5.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

14、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。2.6.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

15、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。2.7.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

16、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。2.8.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）。3.连杆加工工艺设计应考虑的问题：3.1.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

17、工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。3.2.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。3.3.夹具使用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。4.切削用量的选择原则：

18、4.1.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 Vfap1000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背吃刀量（mm）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