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1、毕业设计（论文）材料之二（2）本科毕业设计(论文)开题报告题目： 内燃机连杆热锻成型 工艺及模具设计课 题 类 型： 设计 实验研究 论文 学 生 姓 名： 任 静 学 号： 3080102308 专 业 班 级： 材料083 学 院： 机械和汽车工程学院指 导 教 师： 汪太平开 题 时 间： 2012年2月20日 2012 年 月 日开题报告内容和要求一、 毕业设计（论文）内容及研究意义1.研究意义随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用，在汽车产业中模具已经成为生产各种零部件产品不可缺少的重要工艺装备。随着我国工业的不断发展，对模具质量精度等方面的要求越来越高，因此，精密、大型、复杂
2、、长寿命模具的需求发展将高于总量发展速度。近年来我国汽车产量一直在高速增长, 对其发动机连杆的需求也在大幅增加, 需求增加量每年以数百万计,许多厂家瞄准这个市场, 开始投资建设连杆锻造生产线。内燃机连杆是连接活塞和曲轴的传动部件，通常为大、小头结构，其大头和曲轴铰接，小头通过活塞销和活塞铰接，将活塞的往返运动转变为曲轴的旋转运动。目前，连杆生产的主要工艺有模铸工艺、粉末冶金工艺、模锻工艺、粉末锻造工艺、粉末热挤压锻造工艺、碳纤维强化工艺等，由于模锻成型具有接近最终产品的几何形状和尺寸精度，并能够细化晶粒，可以获得更高的力学性能，综合性能很好，实践证明，采用模锻工艺生产的钢连杆的疲劳强度和可靠性
3、较高，更适用于内燃机，在制造内燃机用连杆中占据了主导地位。连杆在运动过程中，摩擦产生热量会使连杆温度升大，需要用油冷却、润滑，但是只开设油口导致其他杂质进入，使油的质量下降，润滑效果变差;大端通常通过螺栓固定，密封性和弹性不好，导致内部的轴瓦，由于机械冲击而损坏。内燃机的可靠性和寿命和连杆的寿命有着密切的关系，因此连杆的的可靠性一直也是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。热锻模是锻造工业中重要的工艺装备，在工作过程中要承受周期性的热负荷和机械负荷。在我国热锻模的寿命一般为3000-5000件，是国外的1/3左右，因而提高热锻模的寿命显得尤为重要。本课题主要研究内燃机连杆的热锻成型工艺以
4、及模具设计对提高连杆生产效率、降低生产成本、提高产品质量具有重要意义。通过对本课题的研究训练，培养学生综合运用所学基础理论、基本知识和专业知识解决生产实际问题的能力；使学生熟练运用相关软件进行工程设计和分析、建立工艺文件；培养学生探求未知、开拓创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。2.毕业设计（论文）内容本课题针对内燃机连杆零件加工制造问题，设计热锻成型工艺及其模具。主要内容包括如下：1）分析内燃机连杆结构特征和产品质量指标连杆的结构形式随内燃机结构而异，一般有三种结构：直列式内燃机的连杆或V形内燃机的并列连杆；V形内燃机的叉形连杆和主副连杆。由于直列式连杆结构简单且具有代表性，因此本课题就
5、设计此连杆热锻成型工艺及模具。结构图如下：质量指标方面主要指形状公差、位置公差、尺寸精度以及表面粗糙度方面。（1）确定形状公差如圆度、平面度等；（2）确定位置公差如同轴度、平行度、垂直度等；（3）确定尺寸精度如中心尺寸公差、宽度以及高度方向尺寸公差等；（4）确定表面粗糙度如连接活塞和曲柄处的表面粗糙度。2)材料成分和组织结构及其性能 连杆热锻材料常用的是锻钢。3） 编制加工工艺 连杆沿轴线的截面变化很大。可采用模锻错开排列的成对锻造，将坯料压扁，并进行适当的分料。采用的工序为：拔长、开式滚压、预锻、终锻。4） 设计连杆热锻模具 （1)根据连杆零件图绘制锻件图； (2)确定模锻工序和辅助工序（包
6、括切除飞边、清除毛刺和校正等），决定工序间尺寸；（3） 确定加热方法和加热规范；（4） 确定坯料尺寸、质量及其允许公差，选择下料方法；（5） 选择设备；（6） 确定模具润滑、冷却方法；（7） 确定锻件冷却方法和规范；（8） 确定锻件热处理方法；（9） 确定清除热锻件表面氧化皮的方法；（10） 提出锻件的技术要求和检验要求二、 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势连杆是汽车的主要传动部件，制造连杆主要要求在尺寸精度和使用性能满足情况下，能达到结构尽可能简单，制造容易，质量尽可能轻以及成本尽可能低。近年来国内外都对连杆有不同程度的研究。1、 国内的研究 目前，对连杆结构方面的研究居多。如隆鑫工业有限
7、公司发明一种内燃机的活塞连杆结构，活塞通过活塞销和连杆小头铰接，这种连杆的小头处左右对称侧设置成斜面，而活塞的用于装配连杆的部位设置为楔形槽，楔形头部的对称侧斜面中心设置用于装配活塞销的通孔，活塞的活塞销座上设置的销孔从楔形槽穿过。它使连杆小头采用楔形结构，通过减去连杆的富余质量来实现连杆往复惯性力的减小，同时又能满足活塞连杆的强度和刚度。 奇瑞汽车有限公司发明一种内燃机的曲柄上下止点相位可预选的连杆机构，整个连杆机构由主连杆,肘连杆及其摆动支座和驱动杆所构成。主连杆的一端和活塞组相接，另一端和肘连杆相接，肘连杆连接着驱动杆，驱动杆又连接着曲柄，摆动支座固定在气缸体上。摆动支座位于曲柄一连杆机
8、构的运动平面内，且定位在沿曲柄旋转方向、偏离气缸中心线一定距离的座标点上。采用该连杆机构，通过对机构参数的优化设计，能够提高连杆机构的驱动效率，达到提高内燃机热效率、降低燃油消耗率、减少排气污染的目的。 浙江跃进机械有限公司发明一种由连杆体和连杆盖组成的发动机连杆，连杆体和连杆盖是由刚性材质整体锻压而成，在连杆盖上设有沿同一直线方向上设置的两个锯切标记。由于此连杆是整体锻压而成，所以在沿锯切标记进行锯切时，会使得连杆体和连杆盖的锯切面光滑、平直、匹配，提高了装配精度和产品合格率，也降低了加工生产成本。 除了对连杆结构的研究，姜堰市万里特种合金铸造厂发明了一种可热锻的钪铝合金连杆材料，相关成分分
9、别占重量百分比为Si0.5一1.0%、Fe0.5一0.9%、Cu 3.5一4.4%、Mn 0.4一1.0%、Mg 0.4一0.8 %、Zn 0.1一0.3%、Sc 0.1一0.15%、AL 91.35一94.45%、杂质0.O5一0.1%。在配方中设有对铝有很强弥散性的Sc，熔炼后期掺入Sc和铝合金熔液反应生成化合物相，使晶粒细化，显著改善铸造成形的铝合金连杆抗拉强度、硬度、塑性、抗蚀性和热稳定性。该材料在铸造成形后可通过模具热锻，进步提升相关机械性能。用此材料制作的连杆比现有技术制造的抗拉强度高15%左右，硬度高5%左右，延伸率高4%左右，完全足高速内燃机的配套要求。 2、 国外的研究 丰田
10、自动车株式会社发明了一种连杆，其由小端的小端构件,构成柱部的柱构件以及构成大端大端构件作为单独构件组成。其中小端构件和大端构件均由高刚性材料制成，柱构件由高强度材料制成。这些构件通过液相扩散接合整体地接合，因而提供可以实现抑制应力集中的连杆。丰田自动车株式会社还发明了一种以连接梁部分为主体的高强度连杆。大端和小端位于连接梁部分的相对端上。第一接合部分位于连接梁部分和大端之间，连接该连接梁部分和大端。第二接合部分位于连接梁部分和小端之间，连接该连接梁部分和小端。在这种连杆中，第一和第二接合部分中的每一个的横截面积向着连接梁部分逐渐地、连续地减少，并且具有强度随着横截面积的减少而增大的特点。这种连
11、杆具有较高的疲劳强度，同时可以减轻连杆的重量。马勒国际公司发明一种带有滑动轴承面的内燃机连杆，该连杆带有滑动轴承面的小头孔用于容纳活塞销，带有滑动轴承面的大头孔包围连杆轴颈。通过旋转喷涂在至少一个滑动轴承面上的由包含有固体润滑剂颗粒的热固性树脂构成的自润滑涂层可以高效和低成本地避免活塞销和连杆轴颈的卡死和磨损。3、 发展趋势 内燃机连杆的制造趋向于高精度、高性能、轻量化、标准化。三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点和难点及拟采用的途径）1. 研究方案热锻模具是在高温下进行热锻的，要求模具在高温下具有较好的耐高温性能。在设计过程中，主要考虑模具强度、硬度、模具寿命以及润滑系统。 最
12、重要的问题是锻件图尺寸的确定以及热锻模具失效及其对策措施和相互影响的变量如模具材料、模具设计、模具制造、锻造操作的分析。2. 工作计划时间日程日程安排备注2012.2.20-2.26第一周检索100篇左右相关专利，认真阅读并整理。按时完成2012.2.27-3.4第二周认真撰写工作计划，总结连杆发展现状，做开题报告ppt。按时完成2012.3.5-3.11第三周研究设计方案。未完成2012.3.12-3.18第四周完成设计方案、编写加工工艺方案、用UG画出连杆三维图。2012.3.19-3.25第五周绘制锻件图 2012.3.26-4.1第六周确定模锻工序和辅助工序（包括切除飞边、清楚毛刺和校
13、正等），决定工序间尺寸 2012.4.2-4.8第七周确定加热方法和加热规范、坯料尺寸、质量及允许公差、选择下料方式2012.4.9-4.15第八周选择设备、确定模具润滑、冷却方法2012.4.16-4.22第九周确定锻件冷却方法和规范以及热处理方法2012.4.23-4.29第十周确定清除锻件表面氧化皮的方法、提出锻件的技术要求和检验要求2012.4.30-5.6第十一周中期检查，发现不足，并更正，利用CAD画出连杆的热锻模具图2012.5.7-5.13第十二周利用CAD画出连杆的热锻模具图，并用UG画出三维图2012.5.14-5.20第十三周老师检查，对图形检查修改;书写、整理各种文档，
14、图纸，撰写毕业设计论文2012.5.21-5.27第十四周书写、整理各种文档，图纸，撰写毕业设计论文2012.5.28-6.3第十五周书写、整理各种文档，图纸，撰写毕业设计论文2012.6.4-6.10第十六周认真做好答辩四、 设计方案 我们根据已经了解的和查阅的知识对热锻模具进行设计。连杆主轴线和分模线都是直线，属于直长轴类锻件。通常采用拔长、滚挤制坯工步，视锻件复杂程度而定。连杆的热模锻主要工艺过程分为拔长、开式滚压、预锻、终锻。热锻件图根据（冷）锻件图确定，在冷锻件尺寸上增加1.5%冷缩率即为热尺寸，根据热尺寸即可绘制热锻件图。先根据所给连杆图以及具体尺寸，计算锻件的主要参数如1）锻件在
15、水平面上的投影面积为F分；2）锻件周边长度为L周；3）锻件体积为V锻；4）锻件重量为G锻。第二步对锻件吨位进行选择：计算出总的变形面积再根据经验公式计算出吨位最后选择合适的吨位。 因为选择的是开式模锻，就存在飞边，飞边槽的形式和尺寸对锻造过程中充填模具能力有着重义意义。第三步是确定飞边槽的型式和尺寸。第四步绘制计算毛坯图。第五步是确定坯料尺寸。第六步是制坯模膛设计：1滚压模膛设计；2.拔长模膛设计。第七步是锻模结构设计。所有的尺寸都确定好就用AUTO CAD开始出画出热锻草图。等图画好还要根据所选材料性能以及强度硬度要求进行强度硬度校核和修改。五、主要参考文献（不少于10篇，期刊类文献不少于7篇，应有一定数量的外文文献，至少附一篇引用的外文文献（3个页面以上）及其译文）1汪学阳.热锻成形若干关键技术及多层金属模具D.武汉理工大学学位论文，20082叶焕君.热模锻模具的飞边
