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1、1机车车辆制造与修理工艺学课程设计说明书设计题目设计连杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备班级：设计者：学号：指导老师：2011 年 12 月 29 日摘要连杆是活塞式发动机和压缩机的重要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。连杆要承受内燃机的爆发力、压缩力和连杆往复运动的惯性力、拉伸力。因此对连杆的强度、刚度有很高的要求。又连杆与曲轴和活塞销连接，并且它们之间存在相对转动，因此对连杆大小头孔的加工要求是很高的。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
2、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。关键词:连杆加工工艺夹具设计2内容：1. 课程设计任务书 1 份2. 工艺卡片 1 套3. 机械加工工艺过程卡片 1 份4. 机械加工工序卡片 1 份5. 零件图 1 份6. 夹具装配图 1 份7. 课程设计说明书 1 份目录一、 任务书二、 零件工艺性分析2.1 零件技术条件分析2.2 毛坯选择以及加工2.3 机械加工工艺路线确定2.4 连杆的机械加工工艺过程分析2.4.1 工艺过程的安排2.4.2 定位基准的选择
3、2.4.3 确定合理的夹紧方法2.5 连杆基本加工工序2.5.12.5.22.5.332.5.42.5.5 连杆两端面的加工 连杆大、小头孔的加工 连杆螺栓孔的加工 连杆体与连杆盖的铣开工序 大头侧面的加工2.6 工序尺寸以及公差的的计算2.6.1 切削用量的选择原则a) 粗加工时切削用量的选择原则 b) 精加工时切削用量的选择原则2.6.2 确定各工序的加工余量2.6.3 确定工序尺寸及其公差三、 XX 号工序加工说明书3.1 工序尺寸精度分析3.2 确定加工余量3.3 夹具、定位如 CAD 图一 任务书机械制造业是国民经济的基础产业,是国民经济发展的支柱产业，机械制造行业的发展影响着国民经
4、济的发展。要想国力有所提升，国民经济不断发展变强。传统的机械制造行业已经渐渐不能适应当代社会的发展，同时也为了适应多生产模式（大、中、小批量生产）对夹具快速设计的需求，因此先进的装备便随着产生。机床专用夹具，数控机床不断的广泛使用。传统的机床专用夹具设计是一种基于经验的夹具设计方法，需要经验丰富的夹具设计人员来完成，设计周期长，劳动量大，修改不便，效率低。为了提高生产效率，因此应用 CAD 技术、UG、Pro/E、SoldiEdge 等软件提供专用的夹具设计模块，应用这些软4件在生产中准确绘制、装配和管理的参数化机床专用夹具设计软件，以提高夹具的设计效率和规范性，实现夹具设计经验重用，满足快速
5、响应市场需求的目标，该项研究有利于企业获得良好的经济效益和社会效益。另外工艺流程也在深深的影响着机械制造业快速发展。因此在今天的生产过程中不仅仅要有一个很好的工艺流程，还要有高效、准确的夹具以及先进的加工设备。在实习过程中看到柴油机车的关键零部件的大批量生产过程。连杆的作用是使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，它是柴油机关键传动件之一。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。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
6、小惯性力的作用。连杆的主要技术要求：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部位的切削用量计算和加工工艺分析。二 零件工艺性分析2.1 零件技术条件分析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。大小头孔的中心距5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：
7、2100.05 mm。连杆大头孔两端面对大头孔2.2 毛坯选择以及加工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
8、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。毛坯加热后，通过上下锻辊模具的型槽，毛坏产生塑性变
9、形，6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。连杆的锻造工艺过程中，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，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。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中心线
10、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。2.3 机械加工工艺路线确定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
11、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7（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。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
12、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：2.4 连杆的机械加工工艺过程分析 2.4.1 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
13、的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，8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：a 两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨b 小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗c 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。2.4.2 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
14、统一起来，减少了定位误差。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。9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
15、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
16、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：a 两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨b 小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗c 大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨10一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。2.5 基本加工工序2.5.1 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。2.5.2 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
