毕业设计（论文）-汽车连杆的加工工艺编制及其工装设计.doc

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124.5 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。42、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火（或退火），以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，改善切削性能，提高锻件的力学性能。283、连杆的加工工艺设计3.1 零件的加工工艺过程及工艺方案连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都很高，但刚度又较差容易产生变形。连杆的主要加工表面为大小孔、两端面、连杆盖与连杆体的接合面和螺栓孔等，次要加工表面为油孔、锁口槽、供作工艺基准的工艺凸台等。还有称重、去重、检验、清洗和去毛刺等工序。其中检验是主要的辅助工序，是保证产品质量的重要措施。3.1.1 加工工艺过程的安排连杆的加工顺序大致如下：粗磨（铣）上下端面钻、拉小头孔拉大孔两侧面切开磨接合面配对加工螺栓孔装配合件精加工合件大小孔光整加工称重去重检验，标记分组成品入库 连杆小头孔压入衬套后常以金刚镗孔作为最后精加工工序，大头孔常以珩磨作为底孔的最后精加工工序。3.1.2 编制加工工艺方案工艺路线方案：1.粗磨连杆两头端面2.钻小头孔3.小头孔两端面倒角4.拉削小头孔 5.拉削连杆大、小头定位面 6.将整体锻件切开为连杆盖和连杆体 7.精拉连杆体和连杆盖的两侧定位面及其圆弧面 8.磨削连杆体及连杆盖的接合面 9.钻连杆体和连杆盖的螺栓底孔 10.铣连杆体及连杆盖嵌轴瓦的锁口槽 11.粗锪连杆体及连杆盖的螺栓窝座 12.螺栓孔的两端倒角 13.精锪连杆体及连杆盖的螺栓窝座 14.精加工螺栓孔（扩-镗铰） 15.装配连杆体及连杆盖 16.大头孔两端倒角 17.精磨大小头两端面 18.粗镗大头孔 19.精镗大头孔 20.珩磨大头孔 21.清洗吹干 22.中间检查 23.钻小头孔油孔 24.将青铜套从两端压入小头孔内 25.小头孔两端倒角26.精镗小头青铜套孔 27.称重、去重 28.清洗吹干 29.终检，测量分组 30.配套标记，除去螺栓，配套连接 31.防锈处理 32.成品入库3.2 零件的加工工艺过程分析3.2.1 定位基准的选择加工中可供作定位基准面的表面有：大头孔、小头孔、上下两端面、大小头孔两侧面等。这些表面在加工过程中不断地转换基准，由粗到精，逐步形成。在工艺路线方案中：工序1中粗磨平面的基准面是毛坯底平面，小头外圆和大头一侧；工序2中仍采用平面为基准面，但此时平面为精基准；大头两侧面以两侧自定心定位；镗大头孔时的定位基准为一平面，小头孔和大头孔一侧面；而镗小头孔时可选一平面、大头孔和小头孔外圆等。 连杆加工中精基准的选择，要保证其对称性和孔的壁厚均匀。如工艺路线方案中：工序2钻小头孔时，钻模是以小头外圆定位，来保证孔与外圆的同轴度，使壁厚均匀，符合技术要求。 3.2.2 连杆的检验 杆加工工序长，中间又插入质检处理工序，因而需经多次中间检验、最终检验项目和其它零件一样，包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度的检验，只不过连杆某些要求较高而已。由于装配的要求，大小头孔要按尺寸分组，连杆的位置精度测量要在检具上进行。如大头孔轴心线在两个相互垂直方向上的平行度，可采用图3-1所示的方法进行。在大头孔中塞入心轴搁在等高垫铁上，使大头心轴与平板平行。将连杆置于直立位置时（a）,在小头孔心轴上距离为100mm处测量高度的读数差，即为大小头孔在连杆轴心线方向的平行度误差值；工件置于水平位置时（b）同样方法测出来的读数差值，即为大小孔在垂直连杆轴心线方向的平行度误差值。连杆还要进行探伤检查其内在质量。图3-1 连杆大小头孔在两个相互垂直方向平行度的检验3.2.3 加工设备及工艺装备的选择 机床设备与工艺装备是零件加工的物质基础，是加工质量和生产率的重要保障。为了合理的选择加工设备和工艺装备，必须对各种机床的规格、性能、生产率、经济性和工艺装备的种类、精度、规格、可靠性等进行详细的了解。总的原则是根据零件的生产类型与加工要求，使所选择的加工设备及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。连杆属于大批量生产产品，加工技术要求较为严格，尺寸公差精度要求高，应多采用高效专用机床、组合机床流水线与随机专用夹具，并考虑工序集中原则，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。文献机械加工工艺师手册中指出：组合机床是按系列化、标准化、通用化原则设计的通用部件，以及按被加工工件形状和加工工艺要求而设计的专用部件所组成的高效专用机床。专用组合机床可实现多刀切削，自动化程度较高，生产效率也较高，加工精度稳定，制造成本低。3.3 加工连杆3.3.1 连杆两端面的加工如果毛坯精度高，可以不经粗铣而直接粗磨。精磨工序应安排在精加工大小孔之前，以保证与端面的相互垂直度要求。粗磨和精磨应在不同的机床上进行。 如工艺路线方案中：工序17是在双轴立式平面磨床上进行两头孔端面的精磨工序（图3-2）。磨床上有两根主轴，分别装有高速旋转的砂轮1和2，砂轮2比砂轮1略低一些，可分别调整磨削深度，磨削连杆的不同端面。所以、工位的定位基面不是等的，第工位比第工位高，其高出量就是一端面的加工余量。图3-2 磨削连杆两端面示意图3.3.2 连杆大、小头孔的加工大小头孔加工既要保证本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔与端面垂直度要求。小头底孔径由钻孔、倒角、拉孔三道工序而成。钻孔用外圆定位、心夹具，以保证壁厚均匀。小头孔经倒角后在立式拉床上拉孔，然后压入青铜衬套，再以衬套内孔定位，在金刚镗床上精镗内孔。如工艺路线方案中：工序26加工过程中定位加紧方式为镗孔前大头孔以内涨心轴定位，小孔插入菱形假销，并使端面紧贴支承面后将工件夹紧。抽出假销进行精镗小头衬套孔。大头孔经切开后，这时连杆体和连杆盖的圆弧均不成半圆，故在工艺路线方案中：工序7精拉连杆体和连杆盖的侧面及接口面时，同时拉出圆弧面。此后，大头孔的粗镗、精镗、珩磨工序都是在配套合装后进行的。3.3.3 螺栓孔的加工 对于整体锻造的连杆，螺栓孔的加工是在切开后，接合面经精加工后进行的。这样易于保证螺栓孔与接合面的垂直度。因其精度要求较高，一般需要经钻扩镗铰等加工工序。工艺路线方案中在工序安排上分二个阶段，第一阶段是在连杆体和连杆盖分开状况下的加工（工序9、工序1113）；第二阶段是在连杆体和连杆盖合装后的加工（工序14）。4、确定机械加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸加工余量是指加工过程中的加工表面切去的材料层厚度，主要分为工序余量和加工总余量两种。加工余量的大小对于零件的加工质量、生产率和生产成本均有较大的影响，应当合理地确定加工余量。切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和切削深度的总称。合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。在选择切削量时，应考虑的侧重点不同：粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般选用尽可能大的切削深度和进给量。最后根据刀具的耐用度要求确定合适的切削速度；精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和切削深度，而尽可能选用较高的切削速度。工件从毛坯加工至成品的过程中，要经过多道工序，每道工序都将得到相应的工序尺寸。工序尺寸是指某一个工序加工达到的尺寸，其公差即为工序尺寸公差，各个工序的加工余量确定后，即可确定工序尺寸及其公差。制定合理的工序尺寸及其公差是确保加工工艺规程、加工精度和加工质量的重要内容。 4.1毛坯尺寸的确定 连杆是活塞式发动机内的一个重要零件，确定其材料为45钢。由于产品的形状结构为细长的变截面非圆形杆件，生产类型是大批量生产，所以毛坯选用模锻整体锻造成形。由文献工差配合与测量技术可查，该种锻件的尺寸公差等级ct为it11it12级。故取ct为 it11级。可用查表法确定各表面的总余量，但是由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。现将调整后的毛坯主要尺寸及公差如表3所示：表3 连杆毛坯主要尺寸及公差（mm）4.2 粗磨连杆大小两端面该工序选用双轴立式平面磨床对连杆大小两端面进行粗磨。粗磨平面的基准面是毛坯底平面、小头外圆和大头一侧。磨第一面至尺寸39+0 +0.15，磨第二面至尺寸38.6+0 -0.16，表面粗糙度到ra6.3。由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，计算可得磨削时的余量为0.8mm和0.6mm。由文献机械加工工艺师手册表33-55，取平面磨削砂轮速度为vs =20；由文献机械加工工艺师手册表33-58，选取工作台纵向进给量fa =2，磨削深度ap =0.3。4.3 钻、拉小头孔孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆空拉刀拉削。在加工过程中钻孔用外圆定心夹具，保证小头孔壁厚均匀，孔经倒棱后在立式拉床上拉孔。 钻孔：工序尺寸及公差为28.3+0.045 -0.05；拉孔：工序尺寸及公差为29.5+0.05 -0；由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，计算可得钻削余量为14.15mm，拉削余量为1.2mm。由文献机械加工工艺师手册表28-10，取钻孔时的进给量fa =0.5；钻削深度ap = 14.15；由文献机械加工工艺师手册表32-01，可得拉削时切削厚度为0.01mm，拉削深度vc=5；由文献机械加工工艺师手册表28-13，取钻孔时的切削速度vc=,20；由此计算出转速为：n=225按钻床的实际转速取：n=275,则实际切削速度为：vc=24。由文献机械加工工艺师手册表28-14，轴向力为11085n；转矩为156.96n.m；功率为2.68kw。4.4 切断整体锻件该工序选用双面卧式组合铣床对整体锻件进行切断加工，加工过程中由大头侧面定位基准，选用高速钢锯片切断刀加工工件。由文献机械加工工艺师手册表30-14，已知锻件厚度约为40mm,选取切断铣刀厚度为35mm,铣刀,直径为100mm(可切断厚度为50mm),每齿进给fa=0.08；由文献机械加工工艺师手册表30-23，取铣削速度vc=30；4.5 精拉连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面工序选用卧式连续拉床对连杆体和连杆盖的两侧接合面及圆弧面进行拉削加工，工序余量为1mm。拉削：工序尺寸及公差为大头两侧宽1080 -0.08mm；两孔中心距190.5+0.3 -0.1mm；连杆盖高度45.5+0.5 -0.1mm；两圆弧面64.3+0 -1mm。由文献机械加工工艺师手册表32-1，可得拉削时切削厚度为0.01mm，拉削深度vc=5；4.6 锪连杆体和连杆盖的螺栓窝座该工序用双面卧式锪孔组合机床对连杆体和连杆盖的螺栓窝座进行加工，选用高速钢锪孔钻头。连杆体：窝座尺寸25mm ; 连杆盖：窝座尺寸29mm ; 由文献机械加工工艺师手册表28-34，取锪孔加工的切削用量为:进给量fa=0.10；切削速度为：vc=24；由此可计算出主轴转速： n = = =306 4.7 精加工螺栓孔该工序采用五工位组合机床对连杆体和连杆盖的螺栓孔进行精加工，选用11.4h10、12.5、13的高速钢钻头，yt30镗刀，12.2 h7mm的机用铰刀对尺寸要求不同的孔进行加工：第一工位：将连杆体和连杆盖在夹具中定位并夹紧(标记向上)放在工作台指定位置； 第二工位：扩连杆盖上螺栓孔12.5mm 深度19mm ； 第三工位：阶梯扩连杆体和连杆盖的螺栓孔，尺寸分别为13mm 深度19mm；11.4h10mm ； 第四工位：镗连杆体和连杆盖的螺栓孔12h10 mm； 第五工位：铰连杆体和连杆盖的螺栓孔12.2h7 mm。 由文献机械加工工艺师手册表28-16，取螺栓孔加工的切削用量为:进给量fa=0.06；切削速度为：vc=18。由此可计算出主轴转速n=477，可取机床实际主轴转速n=530。4.8 粗、精镗大头孔该工序采用金刚镗床对连杆大头孔进行加工，加工时为提高孔的加工精度和表面质量，应采用较小的切削深度和进给量，同时提高切削速度。可获得较高的尺寸精度（0.0030.005mm）和很高的表面质量（表面粗糙度一般为ra=0.161.25）。使用硬质合金刀yt30对大头孔进行镗削。加工中应保证孔间距及孔径的尺寸公差，孔内表面质量。 孔径尺寸：粗镗65mm；精镗65.5+0.013 +0mm。两孔中心距：190mm。经尺寸计算可知，镗孔时的加工余量为0.25mm。由文献机械加工工艺师手册表29-15，取镗孔时的切削用量为：镗刀进给量为0.06 mm/r；镗削深度为0.2mm; 切削速度为：vc=160。由以上数据可利用公式计算出镗削时的主轴转速n=778r/min。实际生产中参照机床主轴转速具体设定。4.9 精镗小头青铜衬套孔该工序采用金刚镗床对连杆小头青铜衬套孔进行精镗加工，以大头孔中心轴定位，保证两孔中心间距，小头青铜套孔的最终尺寸公差为：28+0.007 -0.003 mm，表面粗糙度ra=0.4。同时保证小头青铜套孔的圆柱度为0.025mm；小头青铜套孔与大头孔中心轴线的平行度为0.03mm；小头青铜套孔中心轴线与小头孔端面的垂直度为0.01mm。 经尺寸计算可知，镗孔时的加工余量为0.25mm。由文献机械加工工艺师手册表29-15，取镗孔时的切削用量为：镗刀进给量为0.06 mm/r；镗削深,度为0.2mm; 切削速度为：vc=120。由以上数据可利用工式计算出镗削时的主轴转速n=1365。实际生产中参照机车主轴转速具体设定。5、连杆机械加工技术的发展历程5.1连杆的锻造工艺连杆是汽车发动机里面的一种重要的零件，一般为锻件，国内市场中，汽车发动机连杆的年需求量大约在5000万只左右。目前国内有上百家锻造厂拥有连杆生产线，专业连杆厂也有几十家，如广东四会、吉林白城、山东博山等。由于连杆属精密级锻件，因此生产设备主要以锻压机、螺旋压力机，高速电液锤为主，也有相当多的厂家使用摩擦压力机。连杆属于大批量需求产品，因此，一些专业的连杆生产线生产率极高，达到300件/天。对于连杆精度判断标准主要有外形公差和重量公差等，如厚度公差带一般在0.50.9之间，重量公差一般在1.53之间。材质主要有：1）调质钢，如42crmo、35crmo、45、等；2）非调质钢，如c70s6（一种裂解材料）等；3）铝合金材质；4）粉末冶金材质等。按照成型方式主要有：粉末冶金成型、压力机成型、辊锻成型、闭塞成型、辊压成型等。 其中绝大多数厂家是以压力机成型为主，其工艺流程主要有以下几种： 1）下料加热制坯辊锻压扁预锻终锻切边冲孔热校正热处理强化喷丸精压机加工成品2）下料加热制坯辊锻成型辊锻热精整切边冲孔热校正热处理强化喷丸精压机加工成品机加工成品 3）粉末冶金铁粉烧结成型热处理强化喷丸机加工成品 4）下料加热制坯辊锻辊压成型热精整切边冲孔热校正热处理强化喷丸精压机加工成品机加工成品 5）下料加热楔横轧制坯压扁预锻终锻切边冲孔热校正热处理强化喷丸精压机加工成品 6）下料加热制坯辊锻压扁预锻预锻终锻切边 冲孔热校正热处理强化喷丸精压机加工成品目前，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。5.2 连杆的断裂剖分工艺断裂剖分工艺是一种为了部件装配的需要,将一整体件通过冲击的方法而断裂剖分为二个构件的新工艺。这种工艺与传统切削剖分的工艺或构件通过单个制造的方法相比，其突出的优点是剖分的两个构件不需加工剖分面而可直接进行合装，并具有可重复的极高定位精度和承载能力，以及构件的生产只需较少的加工工序，从而显著节约设备投资和降低生产成本。这种新工艺具有显著的技术经济效益。 连杆是发动机中高精度的关键零件，由连杆体、连杆盖共同组成。在传统制造工艺中，连杆体和盖的制造依赖两种方法：1)连杆体和盖整体锻造锯切分离接触面机加工装配。2)连杆体盖分别锻造接触面机加工装配。采用上述两种工艺，不仅需对连杆体和盖的联接面进行铣削和磨削，并且在该联接面上还要钻铰螺栓定位孔和攻螺纹孔，或者切制端面齿，钻铰定位销孔和钻螺栓孔等，以便将来能使连杆体盖实现精确合装。为此，需要较多的加工机床，经过十几道工序，耗费大量的加工工时。 针对连杆传统制造工艺中的缺点，为了降低制造费用和工时，提高配合精度，连杆断裂剖分工艺被提出，并首先于80年代中，由alfling公司在德国申请专利。进入90年代，该工艺在工业发达国家进入实际应用生产阶段。适用的毛坯由最初的粉末锻造连杆，发展到中高碳钢锻造连杆，使用的厂家覆盖了美国三大汽车公司，以及德国奔驰、宝马等著名企业。目前国内应用该技术的厂家是一汽大众发动机厂，引进德国技术装备，适用于每缸五气门新型发动机连杆。 根据断裂剖分工艺的要求，锻造的连杆毛坯，在实施断裂剖分之前，先粗镗连杆大头孔先粗镗连杆大头孔、钻螺栓孔，以及在大头孔预定断裂处切出两个对置的三角沟槽（此三角沟槽也可以在锻造连杆毛坯时作出），为应力集中点，见图6a。这样安排，一方面，连杆在断裂剖分后，就可在下一工位接着进行连杆体和连杆顶盖的合装，另一方面，由于加工出螺栓孔，可减少连杆的断裂截面积，由此降低连杆断裂剖分时所需的冲击力。随后，将连杆大头孔套装到一台进行断裂剖分的装置的两个半芯轴上，并将连杆进行定位和夹紧。然后利用冲击力，将用来胀裂连杆的楔插入上述半芯轴中，此时在楔的冲击下，连杆的大头孔在沟槽处被断裂剖分为连杆体和连杆盖，见图5-1b。图5-1 连杆断裂剖分工艺示意图连杆在断裂剖分后进行合装，此时在大头孔上所测得的不圆度约达到40m。不圆度变大是由于在断裂剖分时连杆产生一定的变形所致。孔再经精加工后，这时孔的不圆度减少到约3m。接着，连杆经多次拆卸和合装，此时孔的不圆度则稳定保持在4m左右，此不圆度与精加工后直接测得的不圆度只有1m左右的变化，这表明，采用断裂剖分工艺一保证连杆体和其顶盖合装的可重复的高精度。 这种新工艺，使分离后的连杆体和连杆盖能直接在断裂面处自然精确合装，无需加工配合面，达到了减少加工工序和减少加工机床的目的。此外，除连杆剖分面具有较高的配合精度外，还由于其剖分接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力。5.3 连杆的修复连杆是承载较复杂作用力的重要部件。连杆螺栓是该部件的重要部件，一旦发生故障，可能导致设备的严重损坏。连杆常见的故障有：连杆大端变形、螺纹孔及其端面磨损、小头孔磨损等，出现这些现象应及时修复。 连杆大端变形的修复：连杆大端变形如图5-2所示。产生大端变形的主要原因是：大端薄壁瓦口余面高度过大，使用厚壁瓦的连杆大端面两侧垫片厚度不一致或安装不正确。在上述状态下，拧紧连杆螺栓后便产生大端变形，螺栓孔的精度也随之降低。因此，在修复大端孔时应同时检修螺栓孔。图5-2 连杆大端变形示意图1.修复大头孔。将连杆体和连杆盖的两接合面磨去少许，使接合面垂直于连杆体的中心线，然后把连杆盖组装到连杆体上。在保证大小孔中心距尺寸精度的前提下，重新镗大头孔达到规定尺寸及精度。 2.检修两螺栓孔。如两螺栓孔的圆度、圆柱度、平行度和孔端面对其轴线的垂直度不符合规定的技术要求，则应镗孔或铰孔修复，修复时，孔的端面可以人工修刮以达到精度要求。按修复后孔的实际尺寸配制新的连接螺栓。 6、连杆的工装设计在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上的位置，进行正确地确定工件与机床、刀具的相对位置关系，并在加工中始终保持这个正确位置的工艺装备称为机床夹具。机床夹具由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件及其他元件或装置组成。它可以保证加工精度，稳定加工质量、提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，降低对工人的技术要求，降低生产成本及扩大机床的工艺范围。 专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的机床夹具。这类夹具专用性强，操作迅速方便，其优点是在产品相对稳定、批量较大的生产中可获得较高的加工精度和生产率，对工人的技术水平要求也相对较低。由于专用夹具的针对性极端，只能适用产品相对稳定的大批量生产中。 前面已对连杆零件的结构工艺性及零件的技术要求进行了分析，并确定了零件的机械加工工艺路线，制定了详细的加工工艺规程。下面将从制定的工艺路线中选择一道工序，对其加工中所需的工艺装备进行设计。 工序26 精镗小头青铜衬套孔28+0.007 -0.003mm的镗孔夹具。连杆的相对刚性较差，应十分注意夹紧力的大小、方向及着力点的选择。镗小头青铜衬套孔既要保证孔本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔与端面的垂直度要求。小头底孔由钻孔、倒角、拉孔三道工序而成，小头孔经拉后在压力机上加压压入青铜衬套，最后在金刚镗床上对小头孔内的青铜衬套孔进行精镗加工，达到技术要求和尺寸公差。 小头孔尺寸变化：28+0 +0.15mm（钻）29.5+0.05 +0mm（拉）27.5+0.015 +0mm（压入青铜衬套）28+0.007 -0.003mm（精镗）小头青铜衬套孔最终加工技术要求：孔径为28+0.007 -0.003mm；孔轴线对端面的垂直度允差为每100 mm长度上不大于0.01 mm；两孔轴线保证在同一个平面上，其平行度允差为每100 mm长度上不大于0.03 mm；两孔间距尺寸公差为1900.05mm；孔内表面要求圆柱度公差是0.025mm。根据实际生产能力及状况确定：加工余量为0.25mm；镗刀进给量为0.06；镗削深度为0.2mm；切削速度为：vc=120；镗削时的主轴转速n=1365。6.1 设计方案及设计思想工件以一面两孔定位。定位夹紧方式为：镗孔前，小头青铜衬套孔插入菱形假销并使端面紧贴支承面后，大头孔以内涨心轴（材料为硬铝合金）定位，然后将工件夹紧，最后抽出菱形假销，精镗小头青铜衬套孔。 夹具在设计过程中考虑到了螺旋钩形压板夹紧机构和斜楔夹紧机构配合使用定位夹紧工件。该夹具中设计使用了两种螺栓： tr20x8(p4)-7h 梯形螺纹螺栓; m8x1.25lh-6h 紧固螺纹螺栓。镗小头青铜套孔夹具如图6-1所示。由文献机械加工工艺师手册可知：夹具采用螺旋夹紧机构，此结构不仅结构简单、容易制造，而且由于螺栓是由平面斜楔缠绕在圆柱表面形成的。螺旋夹紧机构的夹紧力计算、自锁性能等与斜楔相似，且螺旋线长、升角小。所以，螺栓夹紧机构自锁性能好，夹紧力和夹紧行程大，是应用最为广泛的一种夹紧机构。 斜楔夹紧机构在夹具设计和生产实践中应用较广，一般都情况下是与其他机构联合使用。增力系数（增力比）是指夹紧力与原始作用力之比，是衡量夹紧机构的重要指标。升角也是衡量夹紧机构的重要指标，在选择升角时，必须同时考虑机构的增力、夹紧行程和自锁三方面的问题。为保证自锁和具有适当的夹紧行程，一般升角不得大于12。斜楔升角大的用来使机构迅速趋近工件，而斜楔升角小的用来夹紧工件。 镗小头孔夹具采用基准重合原则，选用大头孔轴线和小头孔端面为定位基准，其中，大头孔内涨心轴限制工件的x、y、x、x、y、z；菱形假销限制工件的z、x；由于菱形假销只起临时定位作用，所以夹具不存在过定位和重复定位现象。撤去菱形假销后钩形压块限制了工件的z，和内涨心轴共同限制工件的六个自由度，实现了工件的合理定位。图6-1 镗小头青铜套孔夹具6.2 夹具的结构工艺夹具通常是单件生产，制造周期很短，具有较高的制造精度，夹具制造过程中，除了生产方式与一般产品不同外，在应用互换性原则方面也有一定的限制，以保证夹具的制造精度。对于与加工尺寸直接有关的且精度较高的部位，在夹具制造时常用调整法和修配法来保证夹具的精度。为了使夹具的装配、测量具有良好的工艺性，应遵循基准统一原则，以夹具体的基面为统一的基准，便于装配和测量，保证夹具的制造精度和加工工件的尺寸精度。夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体，因此夹具体的形状及尺寸取决于夹具上的各种装置的布置及与机床的连接。此外，夹具体还应有适当的精度和尺寸稳定性；有足够的强度和刚度：尺寸和形状及位置精度；结构工艺性要好，便于制造、装配和检验：排屑方便，在机床上安装稳定可靠。夹具体毛坯的制造类型为铸造夹具体，其优点是制造工艺性好，可铸造出各种复杂的形状，具有较好的抗压强度、刚度和抗振性。常用材料为灰铸铁，其具有良好的铸造性和切削加工性，而且吸振性和耐磨性较好。为使夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，以消除内应力。6.3 工序精度分析工件以一面两孔定位，在加工时，工件以两孔轴线相互平行的孔和与之相互垂直的底面作为定位基准，采用一面两孔定位易做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相互位置精度。夹具体上两孔凸台孔距保证尺寸公差为1900.02mm，大头孔以内涨心轴定位，大头孔轴线为定位基准，在小头青铜衬套孔内插入菱形假销，保证小头孔与夹具孔的孔轴线重合，同时保证两孔的孔间距和两孔轴线的平行度，再由钩形压板压紧小头孔端面与支撑板充分接触。定位装置的主要参数确定：（1）圆柱涨心轴直径的基本尺寸及公差：圆柱涨心轴直径的基本尺寸应等于与之配合的工件孔65.5+0.013 -0的最大极限尺寸，其公差一般取g6或f7。经换算得到圆柱涨心轴的直径为65.513-0.010 -0.029mm。（2）两定位销轴的中心距尺寸及公差：两孔的中心距的基本尺寸应等于工件两定位孔中心距的平均尺寸，其公差一般为孔距公差的1/21/5且对称标注。当孔中心距精度较高，生产批量大，工序尺寸精度要求较高时，两定位销轴中心距公差取最小值。经换算得到两定位销轴的中心距为1900.020mm。（3）菱形假销（或称削边销）的直径尺寸及公差：由文献机械制造工艺与夹具表1-9中查得的b值，代入公式计算确定：b=5mm、b=27.5-4=23.5mm、小头孔与销的最小间隙为0.02545mm。由此可以确定菱形假销的直径（公差配合一般取h6）为27.475+0 -0.013mm。综上尺寸，参见文献机械加工工艺师手册表17-9的定位误差确定方法计算并确定夹具的定位尺寸及公差：在夹具体上，与圆柱涨心轴配合的定位孔的尺寸为65.513+0.029 +0.010mm；与菱形假销配合的定位孔的尺寸为27.475+0 -0.013mm；两定位孔的中心距为1900.020mm。确定了夹具合理的尺寸精度，就相当于保证了工件的加工工序精度在公差范围内，就可以加工出尺寸稳定的零件。6.4 夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的大小、方向和作用点的三个要素。夹紧力的大小直接影响夹具使用的可靠性、安全性及工件的变形量，因此，既要有足够的夹紧力，但又不得过大。夹紧力的大小根据具体情况用类比法或用分析计算进行估算。（1）夹紧力应朝向主要定位基准：本工序要求所镗孔与定位基面垂直，故应以连杆一端面为主要定位基准，在确定夹紧力方向时，应使夹紧力朝向其端面即主要定位基准，以保证孔中心与端面的垂直度；（2）夹紧力应朝向工件刚度较好的方向，使工件变形尽可能小；（3）夹紧力方向应尽可能实现“三力（夹紧力、切削力、工件自身重力）”同向，以利于减少夹紧力；（4）夹紧力作用应作用在工件刚度较好的部位，尽量靠近加工部位，在夹紧力的方向，作用点确定后，必须确定夹紧力的大小。夹具在夹紧过程中的夹紧力确定：由文献机械加工工艺师手册可知：分析计算法是将夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件在加工过程中受切削力、离心力、惯性力以及工件的重力作用情况，找出在加工过程中对工件最不利的瞬间状态，然后按静力平衡原理计算出理论夹紧力，在乘上安全系数即可得到实际夹紧力的数值。即：fk=fkk=k0k1k2k3k4k5k6式中：fk实际所需的夹紧力（n）； f按静力平衡原理计算出理论夹紧力（n）； k安全系数； k0k6各种因素的安全系数查文献机械加工工艺师手册表17-10，取k0=1.5、k1=1.0（精加工）、k3=1.0（连续切削）、k4=1.3（手动夹紧）、k5=1.0、k6=1.0（接触点确定）；查表17-11，取k2=1.0（精镗/钢）。由此，可代入式中计算出k的值为1.95。查表17-29得到：m8螺栓的许用夹紧力为2550n,夹紧转矩为4.905n.mm；tr20螺栓的许用夹紧力为156