汽车连杆加工工艺规程及夹具设计毕业论文

毕 业 论 文 指导教师： 翁秀奇课题名称 汽车连杆加工工艺规程及夹具设计院/专 业 国际教育学院/ 机械制造与自动化班 级 机自 1316学 号 1301033112学生姓名 林江南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 2 页 共 30 页2016 年 5 月 16 日南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 3 页 共 30 页摘要本课题主要论述了连杆的加工工艺规程和夹具设计。连杆是发动机中用于传递动力的运动部件，其中连杆的尺寸、形状以及位置精度的要求较高，连杆由于刚性较差容易产生变形，因此在安排工艺过程时，需要单独加工表面的粗、精加工。连杆除了可以进行上下运动，还可以进行左右摆动作复杂的平面运动，连杆在工作的时候，主要承受气体压力以及往复惯性力所产生的交变载荷，要求连杆具备足够的疲劳强度和刚度，来逐步减少加工表面余量、切削力及内应力的作用，并修整加工所导致的变形影响，进一步达到零件的技术要求。连杆是发动机中不可或缺的传动件，不能改变连杆承载力的大小,可以改善的材料选择、铣结合面夹具的设计优化加工方法等来确保连杆的可靠性。本课题的目的是解决上述问题而进行的对连杆加工工艺规程及夹具的设计，连杆在机械行业有着的应用广泛。关键词： 连杆，加工工艺，夹具设计南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 4 页 共 30 页ABSTRACTThis topic mainly discusses the processing technology of the connecting rod procedures and fixture design; Connecting rod is used to pass in the engine power of moving parts, including the size, shape and position precision of connecting rod of the demand is higher, connecting rod due to less prone to deformation rigidity, when arranging process, therefore, requires a separate processing surface rough and finish machining. Connecting rod in addition to up and down, also can undertake side action complex planar motion, connecting rod at work, the main gas under pressure and reciprocating inertia force produced by the alternating load, requires connecting rod have enough fatigue strength and stiffness, to gradually reduce machining allowance, the action of cutting force and stresses in the surface, and finishing machining deformation caused by the impact, to achieve a part of the technical requirements. Connecting rod is indispensable to drive in the engine, cant change the size of the connecting rod bearing capacity, can improve the factors such as material selection, structural design to ensure the reliability of connecting rod. The purpose of this subject is to solve the above problems of connecting rod machining process planning and fixture design, connecting rod in the machinery industry has a wide application. Key words: Connecting rod Processing technology Fixture Design南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 5 页 共 30 页目录第 1 章 绪论 .61.1 汽车发动机连杆发展现状 .61.2 连杆未来发展趋势 .7第 2 章 连杆分析 .82.1 连杆结构特点与作用 .82.2 连杆的组成部分 .92.3 连杆常见的损坏形式 .10第 3 章 连杆加工工艺规程的制定 .113.1 工艺的基本概念 .113.2 定位基准的选用 .113.2.1 粗基准的选取 .113.2.2 精基准的选取 .113.3 连杆加工工艺路线的拟订 .123.4 加工中夹紧方式的选择 .153.5 连杆加工主要技术要求 .153.5.1 连杆两端面的加工 .153.5.2 连杆大、小头孔的加工 .153.5.3 连杆大头侧面的加工 .163.5.4 连杆螺栓孔的加工 .163.6 切削用量的确定 .163.6.1 切削用量的选择原则 .163.6.2 切削用量的选择方法 .17第 4 章 连杆零件的夹具设计 .184.1 夹具的概述及组成 .184.1.1 夹具的概述 .184.1.2 机床夹具的组成 .184.2 夹具设计的要求与步骤 .184.2.1 夹具设计的要求 .184.2.2 夹具设计步骤 .18南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 6 页 共 30 页4.3 连杆零件的夹具设计 .194.3.1 对零件工序的加工要求分析 .194.3.2 确定夹具体 .194.4 定位方案以及定位元件的制定 .194.4.1 定位键 .194.4.2 夹紧方案 .204.5 绘制 CAD 夹具总装图 .204.5.1 连杆铣结合面夹具装配图 .204.5.2 连杆铣结合面零件图 .22总结 .23致 谢 .24参考文献 .25附件 .26南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 7 页 共 30 页第 1 章 绪论1.1 汽车发动机连杆发展现状目前国内汽车行业发展迅速,汽车内部发动机可以安全可靠的运行取决于连杆的相关的参数包括连杆的刚度、质量以及强度，这些相关的参数对汽车发动机能否安全高效运作有着最为直接的影响。汽车发动机连杆发展现状中原料分为调质钢、非调质材料以及金属基复合型材料三大类别。调质钢是国内传统生产汽车发动机的连杆使用的材料，有着具有广泛的应用领域，制作工艺主要分为下料、锻造、正火、调制以及加工。传统的连杆制造工艺有其优势也有其缺陷；缺陷在于制造生产的工艺过程中其所需要的能源消耗太高，消耗时间太长也致使调制钢材料会氧化脱碳，脱碳不但使表面层的硬度和耐磨性降低，而且在淬火过程中内部马氏体与材料表层相变情况、体积变化不同，工件表面容易产生裂纹受损进而达不到产品的技术要求，从而造成不必要的废品率；优势在于调制钢连杆能够为产品提供较强的韧性，保证所获得的成品质量。现阶段调制钢在国内考虑到生产工艺的复杂性、能耗量大以及生产成本高,调制钢材料还会是会存在一定的市场，当然这种材料将会逐渐取代要取决于科技的进步以及新型材料涌现。相对于调制钢材料而言，非调制材料则是将一定量相关的微量合金元素（如钛、钒）加入到碳钢的内部中，生产过程中有效的控制锻造、轧制这两个过程的冷却速度，从而致使一定量的（氮，碳类型）化合物从碳钢内层析散出来，就可以使得到的材料在强度上有着明显的提升。非调制材料在制造连杆的过程中，只需要添加微量合金元素，在一定程度上节约了生产的成本，正所谓物美价廉，在制造连杆的材料方面成本上明显降低；国外在制作连杆过程中在钢材中加入一定量的微量合金元素，提升钢材的内部锰含量，相比较中国最为传统的发动机连杆材料制造工艺过程中，只是进行简单的锻造并减少了调制过程，实现了制造汽车连杆的工艺过程。中国研究非调质钢材料的方面取得了很大的进展, 但是许多关键性技术方面有待提高，生产的汽车连杆的韧性差与国外的汽车连杆的材料相差甚远。对调质钢与非调制钢而言，金属基复合型材料其性能特点有着显著的差异，不仅力学性能横向以及剪切强度较高；而且具有导电性强、阻尼性好、良好的耐磨性、热膨胀系数小、不易老化等许多方面的优点。金属基复合材料是以金属或合金为基体与各种增强材料（如不锈钢纤维、陶瓷纤维）复合而制得的复合材料，其种类有很多，分类方式存在着差异；不同的增强体的类别：纤维增强、晶须增强和颗粒增强三大类；不同的金属或合金基体的类别：铝基、镁基、铜基、钛基、高温合金基、金属间化合物基以及难熔金属基复合材料。在连杆的制造过程中，为了达到降低发动机的振动幅度以及惯性力的要求时，而采用轻质的材料来降低连杆整体的重南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 8 页 共 30 页量,从而进一步降低发动机整体的质量。金属基复合材料也有加工温度高、工艺过程比较复杂、生产成本较高以及界面反应控制困难的缺点。1.2 连杆未来发展趋势在国家经济快速发展的带领下，汽车行业也迅速发展起来,在进行汽车连杆相关材料的生产、设计以及制造的过程中，一定要以满足绿色安全生产为前提条件下，要做到考虑提高汽车的性能要求以及满足消费者的要求；在汽车连杆的制造过程中，不仅要满足汽车相应的连杆材料的性能指标,还要满足使用节能环保的连杆材料。汽车连杆材料未来发展趋势更加要求其满足重量轻、刚度好、惯性作用力小并采用轻质的金属基复合材料的短连杆结构，相对于其他类型的连杆材料，金属基复合型材料在强度、刚度、质量等一些方面有显著的优势；汽车连杆的发展趋势要求进一步解决金属基复合材料在加工过程中的复杂的制造工艺过程、界面反应控制困难等缺陷，相关的制造成本还需要完善优化生产连杆的装置的资金。相对于传统的连杆制造生产工艺而言，解决了降低金属基复合型性材料的生产过程中的这一成本问题；在制造汽车连杆的过程中用粉末烧结锻造制造连杆的方法，可以优化选择合理的热压烧结参数,再以金属基复合材料的粉末为原料,经过预成型压制工艺,接着进行加热烧结锻造毛坯,最后在压力机加工锻造成型。在材料的使用方面能够极大地减少，这预示着生产总体的成本也会进一步降低，所使用的耗能低也进一步实现发动机连杆的质量轻的优点。此外,在具体的生产过程当中应当根据实际的生产情况科学选用高能磨球参数,提升基体金属内部的均质性,进一步提升金属连杆的强度。鉴于本人实习工作时间太少以及对连杆的了解深度不一定很详细，本论文存在某些不恰当或疏漏的地方，恳请老师批评指正。南京工业职业技术学院 汽车连杆加工工艺规程与夹具设计装订线第 9 页 共 30 页第 2 章 连杆分析2.1 连杆结构特点与作用现阶段广泛使用的连杆主要由连杆体和连杆盖两个部分构成，连杆体的一端上有连杆小头，另一端由螺栓和六角螺母联接连杆体和连杆盖构成连杆大头（如图 2.1 连杆总成图） 。当前汽车连杆部件中不仅存在的质量不平衡问题消去，有时需要考虑连杆的厚度和质量等一系列问题。了解连杆的结构特点显得很重要；连杆是汽车发动机中不可或缺的传动件，用于传递动力的重要运动部件。连杆的作用就是在于将活塞顶面膨胀的压力传递给曲轴，曲轴的驱动力来推动活塞压缩气缸气体从而使气缸的气体做功。连杆在工作过程中不仅要承受一定规律变化的气体冲击外，还要承受的惯性力也比较大，其中连杆小头随活塞作往复运动而连杆大头随着曲轴作回转运动，连杆体即杆身在两种运动的作用下作摆动运动。连杆在工作时为了满足承受上诉这样的条件，要求连杆不仅要具有良好的耐疲劳、足够的抗冲击能力，而且满足一定的强度以及较好的韧性也同样重要。在发动机工作过程中，连杆由于受到膨胀气体交变压力和惯性力的作用的影响，使得连杆应该具备足够的强度和刚度，同时要减轻连杆自身的质量，以至于减小惯性力的作用。同一发动机中各连杆的质量不能相差太大来保证发动机运转平衡；也就是说为了保证连杆在发动机运转中的正常性，应该保证发动机中不同连杆的质量相差不大。由于汽车发动机有着不同的内部结构，从而连杆的结构上也存在着明显的差异。连杆大小头端高度根据结构的不同，分为有等高和不等高两种，而在 V 型发动机中一般采用不等高的结构，采用这种方式目的使连杆结构紧凑。连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦是为了减少磨损以及维修。一组垫片存在于连杆体大头和连杆盖之间用来减少轴瓦的磨损。使用活塞销与活塞连接连杆小头，连杆小头孔内压入青铜衬套来减少小头孔与活塞销的磨损，有利于磨损后进行修理和更换。连杆小头的顶端处有油孔，发动机依靠曲轴的高速转动，将气缸体下部的润滑油运动到小头顶端的油孔内，可以有利于连杆小头衬套与活塞销之间的摩擦运动副润滑。连杆的作用是使活塞和曲轴两者有效地联接起来，把活塞的往