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1、 中山火炬职业技术学院毕业综合实践项目项目名称： 汽车连杆的加工工艺编制及其工装设计 作 者： 学 号： 系 别： 装备制造系 专 业： 机械制造与自动化 指导老师： 专业技术职务 讲师 中山火炬职业技术学院教务处制中山火炬职业技术学院毕业项目摘 要机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。 连杆作为传递力的主要
2、部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。随着汽车行业的发展，连杆的需求量在不断增加，也出现了许多不同的加工制造工艺。关键词：机械制造、机械制造装备、连杆、加工工艺I目 录1 绪论11.1 概述11.2 连杆的介绍11.2.1 连杆的结构11.2.2 连杆的作用21.3 连杆的工艺分析21.3.1 连杆的主要损坏形式21.3.2 连杆的材料及保护措施31.3.3 连杆的主要技术条件及要求32、毛坯材料、种类及制造
3、方法的选择52.1 毛坯材料的选用52.2 毛坯的种类及制造方法52.3 材料的可锻性63、连杆的加工工艺设计73.1 零件的加工工艺过程及工艺方案73.1.1 加工工艺过程的安排73.1.2 编制加工工艺方案73.2 零件的加工工艺过程分析83.2.1 定位基准的选择83.2.2 连杆的检验83.2.3 加工设备及工艺装备的选择93.3 加工连杆93.3.1 连杆两端面的加工93.3.2 连杆大、小头孔的加工103.3.3 螺栓孔的加工104、确定机械加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸114.1毛坯尺寸的确定114.2 粗磨连杆大小两端面124.3 钻、拉小头孔124.4 切断整体锻件1
4、24.5 精拉连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面134.6 锪连杆体和连杆盖的螺栓窝座134.7 精加工螺栓孔134.8 粗、精镗大头孔144.9 精镗小头青铜衬套孔145、连杆机械加工技术的发展历程155.1连杆的锻造工艺155.2 连杆的断裂剖分工艺155.3 连杆的修复176、连杆的工装设计196.1 设计方案及设计思想196.2 夹具的结构工艺206.3 工序精度分析216.4 夹紧力的确定226.5 夹具的操作方法237、总结248、致谢259、参考文献26中山火炬职业技术学院毕业项目1、绪 论1.1 概述机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其
5、发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。 将设计图样转化成产品，离不开机械制造工艺与夹具，因而它是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它，就不能开发制造出先进的产品和保证产品质量，不能提高生产率、降低成本和缩短生产周期。机械制造工艺技术是在人类生产实践中产生并不断发展的。机械制造工艺的内容极其广泛，它包括零件的毛坯制造、机械加工及热处理和产品的装配等。 连杆作为传递力的主要部
6、件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。随着汽车行业的发展，连杆的需求量在不断增加，也出现了许多不同的加工制造工艺。1.2 连杆的介绍1.2.1 连杆的结构连杆作为传递力的主要部件，是力传递的主要桥梁，是在机械中机构运动的链接元件。连杆的工作原理是链接元件，连杆的两端面分别一头链接着发动机的主传动轴，而另一头链接着被传动轴，通过连杆的作用而实现力的传递，提供动力源，使连杆做来回反复运动，机构工作起来。连杆是汽车发
7、动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率的零件。所以连杆的构造是一种变截面非圆形的细长杆件，两端面分别有大、小两孔，其杆身截面从大孔到小孔逐步变小，连杆从大孔的圆心分成两部份，由两螺栓连接在一起，方便连杆链接传动轴。所以，连杆的构造可以适应在工作中承受急剧变化的动载荷。连杆结构如图1-1所示：图1-1 连杆结构图1.2.2 连杆的作用连杆是活塞式发动机内部的一个十分重要的零部件，它连接活塞和曲轴，传递力和转矩，从而实现发动机的运转，间接提供动力源，是力传递的重要桥梁。它的作用是连接曲轴和活塞，把作用在活塞顶面的膨胀
8、气体所做的功传给曲轴，推动曲轴旋转，从而将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆的工作状态如图1-2所示：图1-2 连杆的工作状态图1.3 连杆的工艺分析1.3.1 连杆的主要损坏形式连杆在工作中，除承受燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。所以连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。传统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Cr或40MnB
9、等调质钢，但现在国外所广泛采用的先进连杆裂解的加工技术要求其脆性较大，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。1.3.2 连杆的材料及保护措施连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢。近年来也有采用球墨铸铁的。其毛坯用模锻制造，可以将连杆体和连杆盖分开锻造，也可以整体锻造，主要取
10、决于锻造毛坯的设备能力和工艺性。为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔冲压入青铜衬套，大头孔中装有薄壁金属轴瓦。1.3.3 连杆的主要技术条件及要求连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。1小头衬套底孔尺寸公差为IT7IT9级，粗糙度Ra3.2,小头衬套孔尺寸公差为IT5级，粗糙度Ra0.4。为了保证与活塞销的精密装配间隙，小头衬套孔在加工后，以每组间隔为0.0025mm分组，便于分组装
11、配,保证良好的配合。文献机械制造工艺与夹具中指出：分组装配法是将相关尺寸公差放大若干倍，使其尺寸能够按经济精度加工，然后按零件的实际加工尺寸分为若干组，各对应组进行装配，以达到装配精度要求。因同组零件具有互换性，也称此法为分组互换法。这种方法在大批量生产中可降低零件的加工精度，而不降低装配精度，适用于成批、大量、生产中组成环数少而装配精度要求高的部件装配。2大头孔镶有薄壁剖分轴瓦，底孔尺寸公差为IT6级，粗糙度Ra0.8。 3大小头孔轴线应位于同一平面，其在连杆轴线平面内的平行度为0.020.04:100，在垂直连杆轴线平面内的平行度为0.040.06:100，使气缸壁磨损均匀和曲轴颈边缘减少
12、磨损；4大小头孔间距尺寸公差0.05mm，满足气缸的压缩比；大小头孔对端面的垂直度允差为每100mm长度上不大于0.01mm，减少曲轴颈边缘的磨损； 5两螺孔（定位孔）的位置精度，在两个垂直方向上的平行度为0.020.04:100,对接合面的垂直度为0.10.2:100，目的为保证正常承载能力和大头孔轴瓦与曲轴颈的良好配合； 6为保证发动机运转平稳，对于连杆的重量及装于同一台发动机中的一组连杆重量都有要求, 连杆组内的质量差为2%。对连杆大头重量和小头重量都分别规定、涂色分组，供选择装配。32、毛坯材料、种类及制造方法的选择2.1 毛坯材料的选用连杆材料一般用45钢或40Cr、45Mn2等优质
13、刚或合金钢。表1 45钢、40Cr和45Mn2化学成分表2 45钢、40Cr和45Mn2力学性能文献机械工程材料成形及应用中指出：45钢属于优质非合金结构钢（中碳钢），具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性能良好。经调质处理后具有良好的综合力学性能，用于制造受力较大要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如机床齿轮、主轴，发动机曲轴、连杆，丝杠等，应用十分广泛。综上，此次设计连杆材料选用45钢，毛坯尺寸精度要求为IT11IT12级。2.2 毛坯的种类及制造方法连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，因此，其毛坯采用模锻制造。考虑其生产类型、经济性、结构工艺性，整体锻造较
14、好。毛坯为整体锻造，其外形精度高，省材料，简化工艺，便于组织生产、加工和运输。图2-1是某型号汽车发动机的连杆二维组合件图。图2-1 某型号汽车发动机的连杆二维组合图文献机械工程材料成形及应用中指出：模锻是使金属坯料在冲压力作用下，在锻模模膛内变形从而获得锻件的工艺方法。在锻造过程中，由于金属塑性变形的结果，使毛坯金属获得较细的晶粒，同时能压合组织内部的缺陷，因而提高了金属的力学性能和使用中的可靠性，一般可使强度提高20%、韧性提高一倍左右。因此，凡承受重载荷、动载荷、高压力的零件多采用锻件作毛坯。与自由锻相比：模锻锻件的尺寸和精度比较高，机械加工余量较小，材料利用率高。可以锻造形状较复杂的锻件，锻件内部流线分布合理，适用于中小型锻件的大批量生产。2.3 材料的可锻性可锻性是指金属在受到锻压后，可改变自己的形状而又不产生破裂的性能。碳钢随含碳量的增加可锻性下降。45钢的含碳量在0.420.50之间，其热锻工艺特性：塑性高，变形抗力比较低，锻造温度范围宽。模锻件经修整后一般还需要通过热处理，锻件热处理常采用正
