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1、工程机柴油机连杆工艺及其夹具设计摘要：连杆是柴油机的主要传动构件之一，其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轴的回转运动，以输出动力。因此，连杆工作的 稳定性、可靠性对柴油机的整机质量至关重要，质量轻、精度高的连杆，有助 于降低柴油机的能耗和噪声。柴油机连杆的加工工艺是影响柴油机连杆机械性 能的重要因素，本文重要对柴油机连杆的加工工艺和夹具进行设计。 关键词：连杆； 加工工艺； 定位基准； 夹具设计Engineering Machine Diesel Engine connecting rod and fixture design processAbstract: The
2、diesel engine connecting rod is one of the main drive components, its role is to link up the piston and the crankshaft, the piston of the reciprocating linear motion into rotary crankshaft motion, to output power. Therefore, the linkage of work stability, reliability is critical to the quality of th
3、e diesel engine machine, light weight, high precision, connecting rod, help reduce energy consumption and engine noise. Diesel engine connecting rod of diesel processing technology is an important factor in the mechanical properties of connecting rod, this important process of diesel engine connecti
4、ng rod and fixture design.Key words: rod; processing technology; positioning reference; fixture design.目录第一章 绪 论 11.1 概述 11.2 国内外研究现状和发展趋势 11.3 国内柴油机连杆市场状况 21.4 连杆的结构特点 2第二章 连杆的主要技术要求 42.1 材料选择 42.2 表面质量 42.3 热处理 52.4 加工精度 62.5 重量 6第三章 连杆毛坯的选择 7第四章 连杆加工工艺过程 94.1 柴油机连杆加工工艺过程 94.2 柴油机连杆主要表面技术要求 14第五章
5、连杆机械加工工艺过程分析155.1 工艺过程安排 155.2 定位基准的选择 155.2.1 定位基准选择得原则 155.2.2 粗基准的选择 165.2.3 精基准的选择 175.3 加紧力的方向和位置 195.3.1 夹紧力的方向 205.3.2 夹紧力位置 205.4 各主要表面的加工方法及工艺 215.4.1 主要表面的加工方法 215.4.2 工艺过程 225.5 加工工序 235.6 其他辅助工序 255.6.1 热处理工序 255.6.2 检查工序 265.6.3 清洗工序 275.6.4 去毛刺工序 27第六章 连杆加工中工序余量和尺寸分析286.1 加工余量的确定 286.2
6、 连杆加工余量计算 306.2.1 连杆大下头孔两平面加工余量 306.3 连杆工时定额计算 306.3.1 粗铣连杆大小头平面 306.3.2 精铣连杆大小头面 306.3.3 粗磨连杆大小头平面 306.3.4 精磨连杆大小头平面 316.3.5 粗铣连杆两侧面 316.3.6 精铣连杆大头孔两侧面 316.3.7 钻小头孔 316.3.8 扩小头孔 326.3.9 半精镗小头孔 326.3.10 精镗小头孔 326.4 连杆加工尺寸链的计算 326.4.1 连杆大头孔的工序尺寸 326.4.2 连杆小头加工工序尺寸 33第七章 连杆夹具设计347.1 连杆夹具设计目的 347.2 夹具的
7、组成 347.2.1 定位元件 347.2.2 夹紧装置 347.2.3 对刀元件 347.2.4 夹具体 347.3 夹具设计 347.3.1 定位基准的选择 347.3.2 定位元件的选择 357.4 夹紧力装置的设计 367.4.1 确定夹紧力的作用点和作用方向 36结 论 37致 谢 38参考文献39第一章 绪 论1.1 概述连杆是柴油机的主要传动构件之一，其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轴的回转运动，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。连杆工作的稳定性、可靠性对柴油机的整机质量至关重要，质量轻、精
8、度 高的连杆，有助于降低柴油机的能耗和噪声。连杆在工作过程中承受着很高的 周期性冲击力、惯性力和弯曲力。连杆的制造质量接影响到发动机的性能和可 靠性，这就要求连杆应具有高的强度、韧性和耐疲劳性能，以及很高的重量精 度。随着制造技术的发展，发动机趋于轻量化、结构简单化，连杆制造技术和 下艺也随之发生了很大的变化。1.2 国内外研究现状和发展趋势目前，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
9、高的汽油和柴油发动 机，因此，在连杆制造中占据主导地位。近年来汽车零部件设计与生产过程的高质量、高效率、低成本、低能耗已 成为提高产品竞争力的唯一途径，拘泥于传统、落后加工技术的生产模式已难 以适应市场的变化 , 加工技术的变革成为必然的发展趋势。许多新工艺打破常 规，以构思新颖、操作经济、效益显著为特点应运而生，满足了现代企业的要 求。连杆裂解工艺是国际上九十年代初研究发展起来的一种连杆加工最新技术 是对连杆传统机械加工技术的重大变革目前，模锻和模铸连杆的主、重要地位，正面临着粉末锻造钢连杆和粉末 一次烧结钢连杆成形工艺的挑战。就国内现状而言，粉末冶金锻造工业虽然有 了一定的发展，但要提供大
10、批量和高质量的粉末冶金锻件还不成熟。而且涉及设备更新、技术改进等方面费用问题，在今后一个，长的时期内，国产连杆生 产还将以模锻工艺为主。1.3 国内柴油机连杆市场状况目前，各国内燃机制造业对连杆的加工都非常重视，我国除各大汽车厂及 内燃机制造厂外，经“八五”技术改造，已形成几家批量较大的连杆专业生产厂， 但仍无法满足日益发展的汽车及内燃机制造业对连杆的批量及精度要求。为缓 解这种矛盾，应瞄准世界先进水平制定我国大批量连杆生产工艺，方能使我国 的连杆工艺水平迎头赶上先进的工业国家。中国的汽车年产量已达八百多万辆， 连杆需求量在七千万件以上。1.4 连杆的结构特点发动机是一种将自然界某种能量直接转
11、换为机械能，并带动某些机械进行 工作的机器。内燃机的特点是将其他能量转换为机械能；发动机是将热能转化 为机械能的装置。其中的热能是由燃料燃烧所产生，柴油机是发动机的一种， 其特点是将柴油和空气混合后直接输入机器内部，燃烧产生热能，通过膨胀是 热能转化为机械能。连杆的作用是把柴油机内燃烧所产生的热能作用的活塞顶上的力转变为曲 轴的转矩，就是将热能转化为机械能的机构，以便向机械输出机械能。因此连 杆实在高压下做变速运动，它在工作中承受力的情况是相当复杂的：有气体的 作用力，欲动质量的惯性力，摩擦力，挤压力，外界阻力，曲轴与活塞的压力气体作用力：发动机的循环工作运动分为 4 个行程，在每个工作循环的
12、四个行程中，气体的压力是始终存在的，但是在个行程中，进气行程和排气行程 气体的压力是比较小的，对连杆的性能影响不是很大，但是压缩行程和做功行 程则是对连杆的受力的急剧变换，所以连杆在运动中承受交变力的变换，对连 杆的疲劳强度和刚度就有了较高的要求。往复性惯性力和离心力：对于往复运动的物体，当运动的方向和速度发生 变化是，就要产生往复运动惯性力；而物体围绕某一中心运动是就要产生离心 力，这两种是连杆在运动中会产生的，连杆随着活塞做四行程运动，其受力必 然受到活塞的影响。由于是连接活塞和曲轴，也会同时受到曲轴惯性力的影响由于连杆是连接曲轴和活塞的重要部件，在运动承急剧变化的交变载荷， 为了方便连杆
13、的拆卸，将连杆分为两个部分，连杆盖和连杆杆身，两部分有螺 栓连接。连杆是连接曲轴和活塞，所以连杆大小头孔的精度将直接影响连杆柴 油机运动的效率，所以连杆的大小头孔具有很高的精度要求。由于连杆是高速 急剧运转的，其磨损较高，为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有村 套。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
14、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
15、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。第二章 连杆的主要技术要求2.1 材料选择表 2-1 连杆材料选用表材料名称材料牌号标准号碳钢20、 35、 45GB/T 699-1999合金钢40Gr、 35GrMo、 42GrMo、 18Gr2Ni4WAGB/T 3077-1999(1) 允许采用性能不低于表 1 规定且已经证明同样适用的其他材料。(2) 用于柴油机转速不大于 300 r/min 的连杆宜采用自由锻形式形成毛坯 件， 其总锻造比应不小于 3；柴油机转速大于 300 r/min 的连杆宜采用模锻形 式形成毛坯件，其总锻造比一般应不小于 6。(3) 材料内部不应有裂纹、折叠、夹杂、气孔等缺陷。连杆锻件的纤维组织 应沿连杆长度方向伸展，不允许有严重扭曲和折断。2.2 表面质量(1) 连杆表面不应有毛刺、碰伤等缺陷
