机械制造技术课程设计-柴油机连杆加工工艺规程及专用钻床夹具的设计.doc

连杆机械加工工艺规程及专用钻床夹具的设计 专业： 机械制造与自动化 班级： 姓名： 学号： 目录第1章 前言1.1连杆的结构特点1.2连杆生产的工艺方法第2章 连杆加工工艺规程2.1 连杆的技术要求2.1.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度2.1.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度2.1.3 大、小头孔中心距2.2连杆的材料和毛坯2.3 工艺过程设计2.3.1 基准的选择2.3.2制定工艺路线2.4 连杆的机械加工工艺过程分析2.4.1 工艺过程的安排2.4.2 定位基准的选择2.4.3确定合理的夹紧方法2.4.4 连杆两端面的加工2.4.5 连杆大、小头孔的加工2.4.6 连杆螺栓孔的加工2.4.7 连杆体与连杆盖的铣开工序2.4.8大头侧面的加工体会：参考文献第1章 前言1.1连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它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。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。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。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，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大。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摩擦运动副。1.2连杆生产的工艺方法当今全球汽车发动机连杆大批量生产中传统的期造连杆和模锻连杆仍占主导地位,但正面临着其它新制造方法或新工艺、新材料的挑战与竞争： 粉末锻造钢连杆及铝合金连杆与烧结钢连杆以及连杆的裂解剖分工艺都是颇具竞争力新技术, 粉末锻造的工件物理性能及工艺性能优良，从而使经粉末锻造制成的高强度连杆零件的综合性能，特别是冲击韧性及疲劳性能显著提高。断裂剖分工艺的应用，大大简化了连杆的生产工艺流程。传统的连杆生产工艺流程一般需14道切削加工工序，而应用断裂剖分工艺，只需6道切削加工工序就够了。预计21世纪这些新技术将大量取代目前传统工艺方法。第2章 连杆加工工艺规程2.1 连杆的技术要求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运动，以输出动力，同时又压缩汽缸内气体。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。2.1.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8m；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。2.1.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。2.1.3 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：1900.05 mm。2.2连杆的材料和毛坯粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结合而发展起来的一项颇具有市场、竞争力的少、无切削金属加工方法，以金属粉末为原料，经过预成形压制，在保护气氛中进行加热烧结及作为锻造毛坯，然后在压力机上一次锻造成形和实现无飞边精密模锻，获得了与普通模锻件相同密度、形状复杂的精密锻件。它既有粉末冶金成形性能较好的优点，又发挥锻造变形有效地改变金属材料组织和性能作用的特点，使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新的突破，特别适宜大批量生产高强度、形状复杂的结构零件，因此在各工业部门中有较大推广应用的发展前途。汽车发动机连杆是承受强烈冲击及动态应力最高的典型动力学负荷零件，其负荷与其自身质量成比例，因此杆的轻量化对发动机具有特别的重要意义。如减轻发动机质量，可导致发动机上所有摆动体质量的减少，对发动机的运转噪声、震动、燃料消耗等将产生良好的作用。更重要的是，由于粉末锻造采用粉末坯料的称量法，使每根连杆得到同一重量，因此，连杆联接曲轴旋转时，明显减轻了动平衡所引起的影响。粉末锻造工艺是一种可以精减工艺、减少公害和节约资源的合乎时代要求的技术，是一项跨世纪的先进的高新技术。连杆的材料参考了德国krebsoge公司为宝马公司生产的美洲虎发动机AJV8型粉末锻造连杆，所用预合金钢粉的牌号为AIS14200，其化学成分(W)为：025 035Mn、025 045Mo、025 035Ni、0 1 0 1Cr、0 65C、其余为Fe。由于这种低合金钢粉的化学成分均匀，物理性能及工艺性能优良，从而使经粉末锻造制成的高强度连杆零件的综合性能，特别是冲击韧性及疲劳性能显著提高。毛坯的生产工序如下：1配料及混料：将低合金钢粉，经配料计算和准确称取粉重后，置于混料机内混和30min左右，至分布均匀。2压预成形坯：在压制机上将粉料压制成连杆预成形坯。对预成形坯的形状及尺寸设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要严格精确控制，以避免超负荷而损坏模具。3烧结：在通有还原性保护气氛的烧结电炉中进行，其温度为11001130，至完全合金化。然后，将烧结体移入无氧化性气氛的保温炉(约1000)中进行保温。4闭式模锻：为了节约能源，将粉末预成形压坯直接从保温炉内送人压力机模具中进行闭式模锻。烧结体经致密化封闭锻造时，可将80理论密度的烧结体锻造直至接近100理论密度。（必须指出，粉末锻造连杆的变形温度对其性能的影响很大，烧结预成形坯经l000保温出炉时，应尽量缩短停留时间，立即投人模锻工序。若模锻温度过低，在连杆表层的残留微孔隙增多，则使连杆的密度下降；若停留时间过长，则连杆内部易被氧化。这两种情况都能导致连杆的冲击韧性和疲劳强度降低。）粉末锻造连杆除了要求粉末性能一致、粉末的流动性和填充性要好及合理的预制坯形状及尺寸设计外，还需要较复杂的工艺设备和严格的质量控制。为提高模具使用寿命与保证粉末锻造连杆质量的一致，其关键是实现生产工艺过程的计算机自动化。从国外长期生产实践证明，发动机连杆用粉末锻造工艺代替普通模锻，据统计资料可得如下明显的优点：1成形性能高由于粉体颗粒较细，倒入模具型腔时，象流体一样充填型腔各处，成形性能极高，所以对各种形状复杂的锻件都能顺利成形。毛坯对零件的材料利用率已达100 ，即不留任何的金属加工余量及辅料。2机械性能高如美国赛车连杆的疲劳强度从普通模锻件-1=290MPa增加到粉末锻件-1=340MPa，经金相分析指出，这是由于基体中晶粒较细、无偏析，且呈连续纤维方向的情况下等原因所致。由此可见，粉末锻造连杆零件的机械性能明显超过了普通模锻件。3锻件精度高由于锻造的加热温度较低，且又在防氧化的保护气氛中进行，没有氧化皮，故可以获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的锻件，制件表面在高压下受到模具型腔光滑表面的熨平、光泽。4 材料利用率高由于合理的制坯技术，再在较低温度下进行无飞边、无余量的精密闭式模锻，大大提高了材料利用率，从普通模锻的材料利用率50左右增加到95以上。5模具寿命高困粉末坯料的加热温度较低及无氧化皮的情况下进行闭式模锻，减少对模具表面的摩擦，更重要的是，单位压力仅是普通模锻的l/3l/4，甚至更低，这对模具的受压条件大为改善，故其模具寿命可提高l020倍以上。2.3 工艺过程设计2.3.1 基准的选择统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距同时可以消除基准不重合误差。2.3.2制定工艺路线由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。2.4 连杆的机械加工工艺过程分析2.4.1 工艺过程的安排在安排工艺进程时，就要把各主要工序的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：1两端面：先精铣后精磨2小头孔：扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗3大头孔：粗镗、半精镗、精镗、研磨。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。2.4.2 定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接 控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。具体的办法是，如图（15）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。2.4.3确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，应注意夹紧力的作用方向和着力点的选择。在铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。2.4.4 连杆两端面的加工连杆两端面在扩粗镗大小头孔之前先进行精铣以保证两端面的平行。而之后采用精磨工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。2.4.5 连杆大、小头孔的加工连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面，在用作定位基面之前先进行了扩孔、镗孔。加工时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在粗镗后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩孔、粗镗、半精镗、精镗、研磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为0.4m，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。2.4.6 连杆螺栓孔的加工连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大