连杆夹具设计论文

目 录 摘要 2 1 引言 3 题的提出 3 4 务与 分析 4 5 件结构分析及作用 5 5 5 5 14 14 14 15 15 16 16 4 结论 16 5 谢词 18 参考文 献 19 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 1 - 摘 要 各种钻床使用的 夹具，通常称为钻具或者 钻套。使用钻具的工序一般用钻头，铰刀和丝锥等刀具来进行加工。在大多数情况下，加工工程的特点是刀具和机床主轴一起做旋转运动和送给运动，而工件和钻具则固定不动，因此，工件被加工孔是与旋转轴线同心的，其位置分布可以是同轴线的一些表面，也可以是不同轴线的互相平行或任意角度的平面。 使用夹具安装工件时，首先要使工件在夹具占有正确的位置，即工件的 定位。通过工件的定位，使得每一个被加工的工件重复放置到夹具中都能准确的占据由定位元件的同一位置，对一批工件来说，每放置到夹具中都能准确占据定位元件的 同一位置。 夹具设计主要分为： 关键词： 发动机、连杆 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 2 - 1 引 言 题的提出 随着现代车用发动机朝着高速、轻量化发展的趋势，对发动机所选材料和工艺的要求也就变得越来越高。连杆作为活塞式发动机的一个十分重要零部件，对连杆所用材料和制造工艺也提出了 很高的要求。连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。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。小头孔内压入青铜衬套，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 强度和刚度外，还应尽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，发动机工作 时，依靠曲轴的高速转动，把汽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连接起来，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到发动机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。所以连杆加工工艺流程及工序夹具的设计将直接影响到连杆的加工精度，而连杆的精度主要有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、连杆大小头中心距尺寸精度、连杆大小头平行度、连杆大小头尺寸精度和形状精度、连杆大头螺栓孔与 接合面的垂直度等。 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 3 - 内外研究的现状 国内发动机常采用传统连杆。传统连杆是指采用传统材料，通过常规生产方法生产的连杆。在解决连杆与连杆盖的定位问题上，传统连杆的生产一般是将整体锻造 (铸造 )的连杆毛坯切断、铣开，或者将连杆体和连杆盖分别锻造 (铸造 )，再对连杆体和连杆盖的结合面进行拉削、磨削加工。当用螺栓孔定位时，常采用多道工序，用精加工设备分别加工连杆体及连杆盖上的螺栓孔，与其配合使用的螺栓要求很高 (需精磨或滚花结合面 )。如果用连杆和连杆盖的结合面定位，则需要在连杆及连杆盖上加工定位凸台和 定位槽，有的连杆采用止推面定位，有的采用定位环定位，这些结合面的定位方式非常复杂，加工精度与装配质量难以控制，生产效率低，制造成本高，废品率高，装拆也不方便。国内对连杆的研究主要集中在连杆材料、热处理工艺、结构优化等方面。连杆材料最早使用的是调质中碳钢， 1972年德国第一个使用非调质钢的连杆问世之后，非调质钢的研究与应用逐渐展开。日本约从 80年开始使用非调质钢，到现在 90以上的曲轴、连杆采用非调质钢。我国从80 年代初开始使用非调质钢，李智、乔兵等对微合金非调质钢及其控轧控冷工艺进行了研究，刘云旭等结合国外 研究指出了非调质钢在工业应用中问题。目前，在国内连杆制造业中，使用调质钢与非调质钢已不存在工艺问题，关键在于原材料成本差异。在解决连杆与连杆盖的装配定位问题上，国内也进行了大量研究与尝试，但没有实质性突破。 务与分析 汽车及发动机制造工艺课程设计 是汽车制造工艺学课程学习及汽车及发动机制造工艺生产实习结束后的一次综合性课程设计，是一个将理论知识与生产实践结合的、重要的教学环节，故 本次课程设计主要的目的是为了 ： （一） 培养学生理论联系实际设计思想，能运用汽车制造工艺学的基本理论及在生产实习中 学到的实践知识，正确解决汽车、发动机零件在加工中的定位、加紧、工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题；培养学生综合运用已学理论来分析和解决发动机生产实践中问题的能力。 （二） 对学生进行工程师基本技能的训练。如计算，绘图，运用手册、标准查阅资料等，增长学生实践知识和拓宽眼界，培养学生独立工作能力，为今后的工作打下良好的基础。 （三） 提高结构设计能力。经过夹具设计的训练，能根据被加工零件的尺寸要求，设 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 4 - 计出高效、省力、既经济又能保证零件加工质量的夹具的能力。 （四） 掌握连杆加工工艺流程，了解连杆加工的设备现场管理，掌握连杆加工工序过程夹 具的设计。 2 零件分析 连杆是活塞式发动机内部一个十分重要的零（部）件，它连接活塞和曲轴。传递力和力矩，从而实现发动机的运转，提供动力能源。在经过一套完整的传动链，汽车可以稳定行驶。 件结构分析 连杆式一种变截面非圆形细长杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适合养在工作中承受急剧变化的动载荷。连杆是由连杆盖和连杆体两部分组成的，连杆盖和连杆体用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一起。 艺分析及工艺流程制定 在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：（ 1）连杆本身的刚度比较低 ，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形；（ 2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余应力，并引起内应力的重新分布。因此在制定工艺流程时，就需要把主要表面的粗精加工工序分工。这样，粗加工中得到修正最后达到零件的技术要求。各主要表面的工序安排如下： （ 1） 两端面：粗铣、粗磨、半精磨、精磨； （ 2） 小头孔：钻孔、括孔、拉孔、精镗，压入衬套后再精镗； （ 3） 大头孔：粗镗、半精镗、精镗； （ 4） 螺栓孔：钻孔、扩孔、铰孔。 一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。 坯选择 毛胚选择是零件设计 中的重要一环。合理选择毛坯的类型，会使零件制造工艺简便、生产效率、质量稳定、成本降低。为合理选用毛坯，需要清楚地了解各类毛坯的特点、适用范围及选用原则等。本次的连杆式模锻件，锻压件是汽车零件制造业中的一种常用毛坯。它是材料塑性变形的结果，因此锻压件晶粒较细，没有铸件的粗大组织和内部缺陷，其力 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 5 - 学性能较好，所以一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件大多采用锻造毛坯。锻压常应用于汽车发动机、变速器、转向器、行走部分总成的零件上。常用的有自由锻件、模锻件等。 汽车毛坯材料的选择首先必须遵循一般的工程材料选择原则。 由于材料的种类繁多，性能、作用和应用场合也各有不同，因此毛坯的选择一般考虑一下原则： （ 1） 使用性原则。毛坯的使用要求是指将毛坯最终制成满足使用要求的产品。零件的使用要求具体表现在零件的形状、尺寸、精度及工作条件、受力情况等，值有满足使用要求的毛坯，才有实际价值。因此，保证使用要求是毛坯选择的首要原则。 （ 2） 经济性原则。所谓经济性原则就是降低毛坯的成本。选择毛坯时，应在保证使用要求的前提下，尽量减少消耗、降低毛坯制造成本，满足市场竞争要求。降低毛坯的主要途径有：选择合适的毛坯的生产工艺、选择合适的材料、批量和生产周期 等。 （ 3） 实际生产条件。根据使要求和经济性所确定的毛坯生产方案是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。只有实际生产条件能够实现毛坯的生产方案，这个方案才是切实可行的。 综上所诉，所谓毛坯选择就是在选择毛坯种类、毛坯材料以及毛坯生产制造工艺等时，需要综合考虑一些原则，如使用要求、经济性和实际生产条件等，这些因素是相互联系又相互制约的。因此，在确定毛坯选择方案时应在保证零部件使用要求的前提下，从本企业实际出发，力求做到高效、优质、低成本。 2. 2. 2 基准选择 用来确定工件（零件）上几何关系所依据的那些点、线 、面就被称作为基准。基准按其作用不同分为设计基准和工艺基准两大类。本次课程设计主要涉及的是工艺基准，其中又包括了粗基准和精基准。分析零件图，要分析设计图中给出的设计基准，拟订工艺路线，正确的确定零件的装夹，需正确选择定位基准，定位基准按基准面是否经过切削加工而分为精基准及粗基准，零件主要表面工艺分析中，其加工所用精基准，是应首先加工出，因基准本身就是含有顺序，作为某个表面的基准，在加工这个表面之前，应先加工出这个基面，然后以这个加工过的基准面定位，再来加工该表 面。而这个精基面的加工，又选择何表面来定位呢？零件制坯后，各表面都未加工过，所以只能选毛坯表面作为基面，来加工 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 6 - 基面，即第一道工序所用的基面称为粗基准，这也是按基准先行原则，即先加工基准面，后加工其他面的原则来分析考虑的，这就是说拟订工艺路线，首先确定工艺过程的精基准、粗基准应怎样选择的问题。 1） 粗基准选择 工件首次加工所使用的定位基准（面）都是未经加工过的表面，这样的定位基准被称为粗基准。 要解决三个基本问题： (1)保证工序的连续性； (2)保证位置精度； (3)保证各个加工面有足够的加 工余量。 (1)为后续工序准备基面（即加工出精基准）； (2)选择零件上不加工面为粗基准，来保证加工与不加工面间的位置精度； (3)合理分配余量：选择加工余量最小的平面；选择重要加工表面保证该平面的余量最小。 (4)粗基准应平整光洁，避开锻件飞边，铸造冒口，分型面毛刺； (5)使夹具结构简单，夹紧可靠，操作方便； (6)在同一自由度方向，粗基准应避免重复使用。 第一道工序：铣安装平面 (上下面 )定位基准，限制三个自由度。 2） 精基准选择 当采用已加工过的表面作为定位基准（面）的，称 为精基准。 （ 1）基准重合原则（设计基准与定位基准重合）：尽可能选加工表面的设计基准作为定位基准，基准重合，容易保证加工表面对其设计基准的位置要求，并可避免采用调整法加工时引起的定位误差。 （ 2）基准统一的原则：应尽可能多的加工表面，即基准不变原则，基准统一，可使多 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 7 - 数表面用同一精度基面定位加工出来，易保证这些面间的相互位置精度。此外，还可以避免基准转换带来不重合误差。另一方面，可简化工艺过程，可由定位方式一致而采用相同或类似的夹具，减少设计夹具的时间，费用及多次安装的辅助时间而提高生产率。 满足基准不变的原 则，就要在零件上选择出一组合适的精基准，在工艺过程开始，尽快地在头几道工序中把该组精基面先加工出来，并达到一定的精度。在以后的各工序都是以这组精基准为定位基面，加工出其他表面，这也就是工序顺序的安排中所谓的先基面后其他的原则，常用加工复杂零件上。 若工件上没有合适的表面作为统一的基准，必要时可采取一定的措施，外造条件在零件上设计或是专门加工出定位基准面，从零件作用上看，这些表面并无用处，完全是从工艺上，加工定位的需要，这种基面称为工艺基准面，也称为辅助基准面。 3） 工艺流程的制定 工序号 工序名称 工序简图 加工设备 备注 1 粗 磨 连 杆 盖 两 平 面 卧轴矩 台平面 磨床 2 粗 磨 连 杆 体 两 平 面 卧轴矩 台平面 磨床 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 8 - 3 钻 小 头 孔 立式钻床 小头孔一次倒角 方柱式两销 5 镗小头孔 单面卧 式精镗床 6 铣杆盖接合面 立式升 降台铣床 7 铣杆盖两侧面 组合铣床 8 铣两工艺台 数控式升 降台铣床 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 9 - 9 粗铣盖后平面 立式升 降台铣床 10 磨杆盖接合面 床 11 去接合面毛刺 手工去除接合面毛刺 三相电机 12 精铣盖后平面 同工序 9 立式升 降台铣床 13 一次粗铣杆后平面 立式升 降台铣床 14 二次粗铣 杆后平面 同上 立式升降 台铣床 15 精铣杆后平面 同上 立式升降 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 10 - 台铣床 16 精镗大孔 7 去粗镗孔毛刺 手工去毛刺 18 去杆盖后平面毛刺 手工去毛刺 19 钻铰连接孔 0 去后平面毛刺 手工去毛刺 21 扩杆连接孔 2 连接孔倒角 台式钻床 23 大头盖倒角 台式钻床 24 钻大头斜油孔 4 5 钻大头斜油孔 2 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 11 - 26 钻大头斜油孔倒角 7 清洗退磁 清洗退磁机 28 一次组装 单柱万能 液压机 29 半精磨两平面 数控式升 降台铣床 30 半精镗大孔 同工序 16 单面卧式 精镗床 31 大头孔一次倒角 数控万能钻床 32 二次组装 液压并手工拧紧螺栓 单柱万能 液压机 33 铣盖，大头锁口槽 万能工具铣床 34 精磨两平面 同工序 29 立式升降磨床 35 精镗大、小孔 同工序 16 双面卧式 精镗床 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 12 - 36 大头孔二次倒角 同工序 31 37 小头孔二次倒角 同工序 4 38 钻小头油孔 9 小头油孔倒角、去毛刺 0 修理去毛刺 手工去除毛刺 三相电机 41 桁磨大孔 立式数控 桁磨机 42 粗桁小孔 立式数控 桁磨机 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 13 - 43 精桁小孔 同工序 42 图 立式数控 桁磨机 44 探伤前清洗 将零件排列整齐、自动清洗 清洗机 45 磁力探伤 将连杆挂在探伤机上自动探伤 磁力探伤机 46 清洗 清洗机 47 校正平行度 用平行仪检测 平行仪 48 成品检验 人工 49 封装入库 人工 3 指定工序的夹具设计 位基准（元件）的选择 使用夹具安装工件时，首先要使工件在夹具中占有正确的位置，即工件的定位。通过工件的 定位，使得每一个被加工的工件重复放置到夹具中都能准确占据由定位元件规定的同一位置，对一批工件来说，每个工件放置到夹具中都能准确占据同一位置。 紧力的计算 开始计算夹紧力的大小时，一般将工件视为分离体，以最不利于夹紧时的状况为工件受力状况，分析作用在工件上的各种力，列出工件的静力平衡方程式，求出理论夹紧力，再乘以安全系数，作为实际所需的夹紧力： *F 夹紧力的计算一般采用这两种方法：平衡计算法和经验类比法。 平衡计算法是按照工件受力平衡条件，列出夹紧力的计算方程式，从中求出所需夹紧力。因为各种 作用力在平衡力系中对工件所起的作用完全不同，如加工中、小尺寸工件时切削力起主要作用，而切削力本身在加工过程中也是变化的。因此要把夹紧力计算的十分准确是比较困难的，故一般只作简化计算：假设工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变，只考虑切削力对夹紧的影响，找出加工过程中对夹紧最不利的状态，按能量平衡原理求出 汽车及发动机制造工艺课程设计 - 14 - 夹紧力再乘以安全系数 K（粗加工 ，精加工 )得到实际所需的夹紧力。 位误差分析 钻铰链接孔这道工序中的定位误差来源有：在加工过程中，随着加工次数的累加，定位元件磨损而导致定位 元件表面不平；还有加工过程产生的铁屑部分附着在定位元件表面 ;人工装加工件上钻台的时候操作部当引起。 定工序的加工余量和工序尺寸的确定 1、加工余量：指加工过程中，工件加工表面上所切去金属层的厚度。 分为： 工序加工余量：相邻两工序的工序尺寸之差； 对于被包容面： a b 对于包容面： b a 注：工序尺寸的公差一般规定为“入体方向”。 加工总余量：毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差，同时也是各工序加工余量之和。 Z 总 = 注：对于外圆和孔等回转表面，加工余量为双边余量，以直径方向计算；平面加工余量则是单边余量，即为实际的切削层厚度。 确定加工余量的方法有三种：计算法、经验估计法和修正法 2. 工序尺寸的确定 1）确定该加工表面的总余量，再根据加工路线确定各工序的基本余量，并核对第一道工序的加工余量是否合理。 2）自终加工工序起，即从设计尺寸开始，至第一道工序，逐次加上（对被包容面）或减去（对包容面）各工序的基本余量，便可得到各道工序