机械毕业设计1105高速柴油机连杆胀断工艺设计说明书1

毕业设计 夹具设计 834308595 第 I 页 目录 摘要 Abstract 第一章 绪论 1 1.1 前言 1 1.2 国内外发动机连杆工艺发展现状和发展趋势 3 1.3 连杆工艺研究方向和研究的关键问题 3 第二章 连杆零件的分析 5 2.1 连杆的结构功能分析 5 2.2 连杆的主要技术要求 6 第三章 连杆零件机械加工工艺规程的编制 7 3.1 生产纲领的确定 7 3.2 连杆的工艺分析 8 3.3 连杆的材料选择与毛坯的制造方法 8 3.3.1 连杆的材料选择 8 3.3.2 C70S6 钢的成分和力学性能 10 3.3.3 毛坯的制造方法 11 3.4 机械加工余量，工 序尺寸及毛坯尺寸确定 13 3.5 指定工序定位基准的选择 13 毕业设计 夹具设计 834308595 第 II 页 3.6 加工工艺阶段的划分和加工顺序的安排 15 3.7 连杆加工工艺过程的拟定 16 3.8 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 16 第四章 指定工序的工装设计 17 4.1 机床夹具设计的基本要求 17 4.2 专用夹具设计步骤 17 4.3 激光开应力槽工装设计 19 4.3.1 应力槽的设计 19 4.3.2 设备的选择与改装 20 4.3.3 拟定定位方案 20 4.4 胀断工装设计 21 4.4.1 设备选择 21 4.4.2 拟定定位方案 21 4.4.3 夹具 使用说明 21 4.4.4 胀断参数的计算 23 总结 24 参考文献 25 致谢 26 毕业设计 夹具设计 834308595 第 III 页 105 系列高速柴油机连杆工艺总体方案及指定工装设计 摘要 连杆是柴油发动机的主要部件之一，它决定着发动机的性能和运行的稳定性。随着科学技术的发展与进步，连杆的制造被注入了现代化的加工手段。“胀断工艺”成为了连杆工艺中的又一新名词。连杆胀断工艺的应用，使连杆在加工质量、生产率和生产成本等诸多方面都发生了显著变化，柴油发动机的性能得到了进一步提升。 本文以柴油机连杆制造工艺的总体方案为主要研究内容，以连杆的胀断工艺为主 要研究方向。总体方案涉及从连杆材料的选择到加工为成品的全部工艺过程。方案特别对胀断工艺的原理及过程做了深入浅出的论述，并在认真分析连杆技术要求、广泛查阅相关文献的基础之上，制定出了一条基本适于连杆实际生产的新型工艺方案和路线。同时，笔者还重点设计了“激光开应力槽”、“胀断”两工序的夹具和工艺装备。 关键词： 柴油机连杆，工艺方案，胀断工装 毕业设计 夹具设计 834308595 第 IV 页 The General Planning of 105 Series High Speed Diesel Engine Products Connecting Rods Processing Technic and the designated Design of Clamping Device Abstract Linkage of the diesel engine is one of the main parts of its decision to the engine performance and the stability. With the scientific and technological development and progress of the link was injected into a modern manufacturing processing methods. Expansion of off has become a link in the process of yet another new term. Linkage bulging off the application process so that the link in the processing quality, productivity and production costs, and so have undergone significant changes, the diesel engine has been further enhance performance. Diesel link this to the overall manufacturing process for major research programme, to link the expansion of off the main research directions. Linkage of the overall plan from the choice of materials to finished products for processing all the process. Special programmes on the principle of expansion off course and had to learn to do the exposition and careful analysis of technical requirements of connecting rod, widely accessible on the basis of relevant literature, worked out a basic link suitable for the actual production of new programmes and Line. At the same time, the author also focused on the design of the open laser stress trough, bulging off the two processes of the fixture and process equipment. Key words : Diesel engine,Technology of process, Clamping device of the splitting 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 第一章 绪论 1.1 前言 连杆在发动机中作为改变力的传递方向和方式最重要的零部件之一，用于各种发动机上，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，将作用于活塞的气体膨胀压力的直线运 动传给曲轴转变为旋转运动（图 1.1）。在工作过程中，其承受着较高的周期性冲击力、惯性力、压缩应力、纵向弯曲应力、拉应力、动载荷等，因此要求连杆重量要轻，必须有较高的强度、韧性和疲劳性能。 图 1.1 连杆动力转化图 发动机的可靠性在很大程度上取决于连杆的可靠程度，在连杆的总成可靠性的因素之中分合面质量与定位关系是主要因素，因此解决好连杆体与连杆盖之间的定位问题，可以降低连杆的生产成本，提高发动机的可靠性。 但由于连杆的外形比较复杂、容易变形、刚性差，尺寸精度、位置精度以及表面质量等要求较高，在制造上具有一 定难度。而其连杆制造技术的好坏直接影响着连杆的使用性能和经济性能以及一个企业的生存和发展，随着生产技术的发展，传统的制造技术渐渐不能适应现在生产的要求。先后在国外很多连杆生产厂家提出了“胀断技术”（又涨断技术或裂解技术），国内少部分连杆生产厂家也已采用该技术。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 据相关文章介绍， 发动机连杆 胀断 加工技术是目前国际上连杆生产的最新技术， 随着连杆生产技术的发展，连杆体与盖的分离不再采用 铣、锯或拉这类传统切削加工方法 ，而是采用了最新的胀断技术。该技术是以整体加工代替分体加工，用切口 (用机械方法或激光技术等方法制造预裂 纹 ) 断裂，使大端连杆盖从连杆体移去，使连杆体与盖的分离达到理想的脆性断裂，并能很容易达到其连杆使用性能要求的一门先进技术 (图 1.2)。 图 1.2 胀断过程示意简图 采用胀断工艺有如下优点： 1.简化了连杆及连杆盖的设计要求； 2.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工； 3.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（如铰或镗）。 与 传统连杆加工方法 相比，胀断工艺的优势很大 ：减少了 加工工序、节省精加工设备、 节省刀具磨损、 节材 料和 能 源 、 降低生产 成本 等， 连杆 胀断 加工技术还可 提高 连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有 很 重要作用 。 综上所述，以体现自己大学四年来所学理论知识与实际生产联系的综合，锻炼自己的独立思考、自我创新的意识和能力为目的，在采用胀断技术的基础上，探索和制定出 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 一条能提高连杆的质量和减少连杆制造成本，并基本适应实际生产的方案，故选择该课题作为本次毕业设计的题目 。 1.2 国内外发动机连杆工艺发展现状和发展趋势 在毛坯 材料方面： 国内传统工艺连杆毛坯材料一般采用 42CrMo 、 35CrMo 、 40MnVB、45CrMnB、 40Cr 、 40CrMnB S40C等调质钢和 S43CVS1 (进口 ) 、 35MnV、 40MnS等非调质钢。 康明斯 生产线采用 调质钢毛坯 40MnBH(GB5216-85),1995年全面转用非调质钢材料毛坯 38MnV。 60年代中期粉末热锻技术开始发展起来，从 80年代以来粉末冶金注射成型（ PIM） 成功的得到应用，大多数连杆制造中使用的中碳 钢和低合金钢逐步由新钢种和粉末 冶金的锻造材料所代替。而 德国发动机系统和 零部件的专家 MahleGmbH公司 先后推出了 C70S6BY钢 、 36MnVS4BY钢 、 70MnVS4BY 钢 等可用于胀断的材料。 在加工工艺方面：国内外连杆生产方式大致有：锻造、铸造、粉末冶金等，进入 90年代后， 90%以上的连杆制造都采用了模锻工艺；传统锻造有将连杆体和盖分开锻造、连杆整体锻造两种，连杆体与连杆盖分离方式一般采取锯断、铣断等工艺。 国外很多连杆生产厂家提出关于连杆体与盖分离最新工艺是使用断裂分开，即胀断工艺（又涨断工艺或裂解工艺），该工艺是用切口 (用机械方法或用激光等方法制造预裂纹 , 国内常 用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，国外采用水刀和激光加工 )，形成应力集中，主动施加垂直预定断裂面载荷进行引裂，在几乎不发生变形的情况之下，在缺口处规则脆性断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分，使大端连杆盖从连杆体移去。 国内 部分 汽车厂及设备制造厂 如 一汽 大众、上海大众和上海通用等 都 采用 了该技术。 1.3 连杆工艺研究方向和研究的关键问题 本设计的目的主要是制定一条适合胀断工艺的工艺方案，基本需要解决以下问题： 首先是要确定毛坯的材料以及其毛坯的制造方法。目前 ,绝大多数连杆是由需要淬火和回火的中碳钢和低合 金钢经过锻造加工制造的，但正不断由新钢种和粉末冶金的锻造材料所代替。 胀断连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好，即在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。而可用于 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 连杆裂解的材料主要有粉末烧结材料、高碳钢、球墨铸铁、可锻铸铁。应用比较广泛的材料是粉末烧结材料和高碳钢。 提到粉末冶金， 粉末冶金是 利 用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。 对粉末冶金零件工业提出的主要要求是降低成本、改 进使用性能、减轻零件重量及保护环境。对其零件的使用性能而言 ,关键在于开发高强度、高精度材料，耐热、耐磨材料及高性能材料。 在胀断加工工序之中，其胀断加工技术主要有三道关键核心工序，即加工初始应力槽、胀断、装配螺栓等。 初始应力槽设计主要问题： 1.胀断槽的位置设计； 2.胀断应力槽的几何尺寸设计；3.胀断槽的加工方法等。胀断槽（应力槽）的位置的确定在一定程度上反应了断裂的方向，断裂的方向必须与螺钉安装方向垂直，如果说不能准确的在这个角度和位置上断裂的话，不但在安装的时候会 产生很大的难度，也很难保证大头孔的圆柱度 。所以合理设计胀断应力槽，是有效提高缺口效应与应力集中系数、降低胀断力、提高断裂效率与质量关键因素，胀断应力槽的目的就是制造缺口效应，提供应力集中，为胀断提供条件，并保证其断裂发生在在设定的位置。胀断槽形状主要有机械加工而成的“ V”型槽与激光加工的矩形槽，其参数主要有张角、曲率半径、槽深、槽长等。而胀断槽的加工方法的选择也是至关重要的，采用什么样的加工方式才最合理、最能达到要求，并且最节省制造成本等都是必需要考虑的问题。 胀断主要解决的问题是：如何核心设备的选择以及其夹具的设计。设备的选择，在没有现有设备的 前提之下，应该如何选择其设备，选用什么设备，或者如何选用现有的其他设备进行改装，在胀断时是否能真正的达到所谓的脆性断裂等，以及在选定设备的基础上如何来设计其工装等都是有待去思考和解决的问题。 关于螺栓装配，在装配螺栓过程中必须保证裂解后的连杆杆身与连杆盖完全啮合、不错位。为防止错位或施加扭矩不一致，应同时进行两侧螺栓的装配，装配螺栓需要进行螺栓预装配及定扭矩装配。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 第二章 连杆零件的分析 2.1 连杆的结构功 能分析 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，以适应在工作中承受的急剧变化 的动载荷。 其形状也比较复杂，很多表面并不容易加工，不管是在其工作过程之中还是在加工过程中也很容易产生变形。 连杆由连杆大头、杆身和连杆小头三部分组成，连杆大头是分开的，一半与杆身为一体，一半为连杆盖，连杆盖用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一起。为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔中压人青铜材套，大头孔中装有薄壁金属轴瓦（如图2.1）。 图 2.1 衬套、轴瓦位置示意图 连杆是将活塞上下的直线运动转化为曲轴的旋转运动的重要部件，所以要求要求有较高的强度、韧性和疲劳性能之外，对发动机连杆还有较高的位置精 度和尺寸形状精度要求以及表面质量要求。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 基本要求如：连杆杆身不垂直度 0.5，小头、大头两端面对称面与杆身相应对称面之间的偏移 0.6，杆身横向对称面对大小头孔中心偏移 1. 首先必须保证大头中心孔中心线和小头孔中心线之间的平行度，这样才能保证连杆在工作过程中平稳不刮曲轴和轴瓦；第二个就是保证两个端面的平行度，以及两端面中心线与两孔中心线之间的垂直度，用于保证工作中不会刮伤曲轴平衡块，可以减少噪声，保持平稳；第三个要保证的是连杆体和盖的分和面之间的配合和吻合，以保证大头孔的圆柱度，以免刮伤轴瓦；第四要确保大 小头孔中心线之间的距离，如果其得不到保证，将保证不了发动机在工作时的气体压缩比等。 2.2 连杆的主要技术要求 连杆精度的参数主要有五个： 1.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称； 2.连杆大小头空中心距尺寸精度； 3.连杆大小头孔平行度； 4.连杆大小头孔的 尺寸精度、形状精度； 5.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。 其余技术参数如下表： 表 2.1 技术要求项目 具体要求或数值 满足的主要性能 大、小头孔的椭圆度，锥度 椭圆度 0.012 锥度 0.014 保证与衬套、轴瓦的良好配合 两孔中心距 0.03 0.05 气缸气体的压缩比 两孔轴线在同一个平面内 在连杆轴线平面内： 0.03 在垂直连杆轴线平面内： 0.06 减少气缸壁和曲轴颈磨损 大孔两端面对轴线的垂直度 0.015 减少曲轴颈边缘磨损 两螺孔中心线（定位孔）的位置精度 在两个在 45方向上的平行度：0.020.04 对结合面的垂直度 0.015 保证正常承载和轴颈与轴瓦的良好配合 同一组内的重量差 30g 保证运转平稳 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 第三章 连杆零件机械加工工艺规程的编制 3.1 生产纲领的确定 生产纲领的大小对生产组织和零件加工 工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。 零件生产纲领计算 :N=Qn（ 1+ %）（ 1+ %） 式中 N零件的年生产纲领（件 /年） ; Q产品的年产量（台 /年） ; n每台产品中 ,该零件的数量 (件 /台 ); %备品率 ; %废品率。 根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确定其生产类型。图 3.1为某产品上的一个连杆零件。该连杆用于 6105柴油机，年产量为 1000台。设其备品率为 10%，采用胀 断技术后，其废品率几乎为零，所以机械加工废品率 选择为 0.1%，每台产品中该零件的数量为 6件 N=Qn（ 1+ %）（ 1+ %） =1000 6（ 1+10%）（ 1+0.1%） = 6666件 /年 连杆零件的年产量为 6666件，现已知 该产品属于中型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献 ，确定其生产类型为大量生产。 图 3-1 连杆零件图 大量生产的工艺特征 ： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 （ 1） 零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。 （ 2） 毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，一般采用模锻。毛坯精度高，加工余量小。 （ 3） 机床设备及其布置形式：广泛采用专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。 （ 4） 工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。 （ 5） 对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。 （ 6） 工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。 （ 7） 成本：较低。 （ 8） 生产率：高。 （ 9） 工人劳动条件：较好 。 3.2 连杆的工 艺 分析 首先连杆的加工表面如下： （ 1） 以端面互为基准加工的两端面，尺寸为，以其中一加工端面为基准的小头孔，大头孔。 （ 2）以小头孔为中心的加工有：钻两个 4 的油 孔，铣连杆体卡挖槽，加工侧面工艺凸台。 （ 3）以大头孔为中心的加工表面有：加工连杆盖卡挖槽 ，加工 M12 螺栓孔，和 12.5的连杆盖上螺钉光孔。 3.3 连杆的材料 选择 与毛坯 的制造方法 3.3.1 连杆的材料选择 考虑到在该工艺方案中采用胀断工艺，那么选择材料也是很重要的。在过去其发动机连杆多采用中碳钢或者中碳合金钢，经过淬 火和高温回火处理，处理后一般硬度在HBS288 HBS269之间 .后来为了减低成本研发了非调质钢并用与生产，在锻造后空冷，通过析出强化得到与淬火高温回火一样的力学性能，省去了淬火和高温回火，从而降低 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 了成本。后来为了减少机加工，更进一步降低成本，于是开发了用粉末冶金的方法来制造连杆，大大减少了机加工。而且粉末冶金连杆的质量公差小，更适合用于发动机连杆是的制造。美国就广泛的运用粉末冶金的方法来生产连杆。在 20世纪 90年代中叶，钢厂与汽车厂合作开发了裂解连杆用钢，实际上它是一种含 0.7%左右的高碳钢。 能用于胀 断连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁以及可锻铸铁，其中 C70S6 高碳微合金非调质钢和粉末烧结材料应用最广。 那么在这种情况之下该如何来选择材料呢？在粉末冶金和 C70S6之间做出一个选择。 据相关资料报道， 我国粉末冶金行业 与国外相比有如下差距： （）产品水平低 在产品精度方面，少数企业尺寸精度可达 is07 8级，形位公差可达 8 9级，与国外水平相比低 1 2级，但一般企业约相差 2 3级。在产品质量方 面，最大的问题是质量不够稳定，产品内在重量和外观质量均有较大的差距。而且高 档粉末冶金零件国内还没有办法生产出来，即使生产出来，也是质量很差，所以很多高档的粉末冶金零件还需要进口。 （ 2）工艺装备落后 在粉末冶金设备方面，主要是通过企业引进，购置国外粉末成形压机、烧结炉、模具加工和测试设备及消化吸收、改造设备的使用来提高产品质量。粉末冶金行业除少数企业引进了国外先进的专用压机外，大多数企业仍采用通用压机、生产效率低、质量不稳定，由于压机功能少，不能生产复杂结构件，后续加工量较大。在烧结炉方面也如此，多数企业仍采用性能较差的设备、能耗大、效率低、炉温均匀性差，质量不稳定。目前，国内虽 有少数设备制造企业在生产粉末冶金专用设备，但在性能及质量可靠性上与国外先进设备相比仍有较大差距，还不能完全满足企业的要求。另外，模具、模架的设计制造力量较弱，目前国内还没有形成一个专业生产粉末冶金模具、模架的企业，这导致粉末冶金新产品开发速度较慢，不能满足需要。 （ 3）买方市场下的产需矛盾 受粉末冶金企业技术、设备及规模等诸方面的影响，目前的情况是，低档产品多、生产过剩、市场竞争激烈，纷纷降低促销，严重影响整个行业的经济效益，而高档产品上不去虽有市场，能够胜任的厂家太少，市场供不应求，不能满足主机配套 要求。 （ 4）科研跟不上产品发展需要 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 10 页 粉末冶金制品技术含量高，是技术密集型产品。大量的共性技术和新材料、新产品需要进行试验。如模具、模架的设计与制造、高性能、复杂结构件的成形工艺、后续处理工艺、粉末热锻、温压、注射成形等工艺的研究等。由于企业技术力量薄弱及忙于应付日常生产、经营等工作，无力研究，而研究单位科研经费紧张，自顾尚有问题，这种局面严重影响着粉末冶金技术的提高与发展。 （ 5）出口产品创汇方面 粉末冶金制品企业主要为国内主机配套，能够出口创汇的企业较少。 （ 6）企业技术 经济效益与国外同类企业相比差距较大 与粉末冶金连杆相比， C70S6钢在成本和使用性能上都具有一定优越性，首先锻造后空冷不需要热处理，胀断后连杆与连杆盖接触面不无需机械加工，省去了机械加工费用，装配后连杆体与连杆盖的裂解面能紧密地接触并相互锁定，使其不产生错位和移动，提高了与曲轴零件的配合，同时也提高了曲轴的刚度，大大地改善了发动机的性能。 减轻连杆的重量一直都是连杆制造上讨论的一个主题，如果采用粉末冶金技术，在不改变连杆形状结构的前提之下会导致连杆的重量增加 15% 30%，这样使得连杆得重量有了很大的增加 ，那么发动机的重量也会在一定程度的增加，会影响其使用性能。如果用粉末冶金制造连杆，就必须重新设计连杆的形状结构，以减轻连杆的重量。 综上所述，考虑了各种因素，并经过组内成员的共同讨论，最后决定采用 C70S6钢作为本次设计中连杆的材料。 3.3.2 C70S6钢的成分和力学性能 C70S6 材料中主要各化学成分质量百分比分别为： C为 0. 72 % ， Mn为 0. 5 % ， S为 0. 06 % ， P为 0. 009 % ， V为 0. 04 %；其金相组织为珠光体加断续的铁素体，抗拉强度为： 900MPa 1 050 MPa，屈服极限为 520 MPa，最大延伸率为 10 %。其中 Mn作为强化项而存在，用以提高材料的强度。 胀断工艺要求连杆裂解后的塑性变形最小，又要保证材料有良好的可切削加工性能。 C70S6为高碳钢，含 C量提高后，便增加了钢材的淬透性能，假如保持含 Mn量不变，连杆锻造空冷后硬度会提高，而且金相组织中可能会出现贝氏体，恶化可切削加工性能，须通过适当途径降低含 Mn量。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 11 页 为了改善可切削加工性，提高了含 S量，钢中的 Mn和 S的亲和力大于 Fe和 S的亲和力，优先形成 MnS，从而降低钢的塑性，防止金相组织中可能会出现的贝氏体 ；另外 FeS会引起钢的“热脆”，促进了裂解时的断裂。 Mn和 S结合时含 Mn量又不能过低，至少要高于 S三 倍的含量。 C70S6材料的力学性能 : 表 3.1 极限抗拉强度/MPa 屈服强度 /MPa 伸长率 （ %） 压缩屈服强度/MPa 剪切强度 /MPa 990 580 14 610 655 3.3.3 毛坯的制造方法 由于连杆在发动机工作中要承受交变载荷以及冲击性载荷，一次应选用锻造，以使金属纤维尽量不被切断，保证连杆可靠地工作。而且该零件的年产量是 6000，已经达到了大量生产的水平，要求其生产率比较高， 零件尺寸不是很大，再者为了保证它的尺寸精度、加工精度，故选择模锻。 胀断工艺要求连杆锻件在胀断过程之中不能有过大的塑性变形，因此模锻连杆性能的合格就是保证连杆达到理想的脆性断裂的因素。 用于胀断工艺的 C70S6系列高碳非调质钢，它的成分特点是低硅，低锰及添加了微量合金元素钒和易切削的 S元素，范围窄，纯度高。 胀断连杆工艺现有的模锻工艺主要有以下三种： （ 1）辊锻（楔横轧）制坯 热模锻生产线 工艺：下料加热辊锻成型（预锻，终锻）切边冲孔热校正 BY处理喷丸处理探伤处理精压处理。 设备配置：下料机（带锯机）中频感应加热炉（ 300KW)辊锻机（ 460型 ）热模锻压力机（ 25000KN）闭式单点压力机 BY控冷设备喷丸机探伤机精压机 该生产线比较先进，以载货车连杆为主导产品，其采用了中频感应加热，辊锻或楔模轧制坯，在国内被广泛采用。这种生产线便于实现自动化生产，具有噪声小，劳动环境好等优点。可生产各种类型的发动机连杆。 （ 2)辊锻（楔横轧）制坯 锤上模锻生产线 工艺：下料加热辊锻成型（预锻，终锻）切边冲孔热校正 BY处理喷丸处理探伤处 理精压处理。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 12 页 设备配置：下料机（带锯机或棒料剪切机床）中频感应加热炉（ 300KW）辊锻机（ 370型 ）液压精锻锤（ 25 50KJ）开式压力机（ 1000KN） BY控冷设备抛丸机（ 600 1200kg/h)荧光探伤机 600WE型）电动螺旋压力机（ 400KW） 该生产线主要轿车连杆为主，锻件厚度公差基本在 0.2mm以 内，错差在 0.4mm以内，切边模具没有氮气缸，可使模锻件定位后再切边，切边变性很小，精压尺寸精度可以控制在 0.1mm以内 （ 3）辊锻制坯 摩擦压力机模锻（高能螺旋 压力机）生产线 工艺：下料加热辊锻预锻终锻切边冲压热校正 BY处理抛丸处理探伤处理精压处理。 设备配置：下料机（带锯机）中频感应加热炉（ 250W)辊锻机（ 460型）摩擦压力机（ 630t）摩擦压力机（ 1000t）闭式单点压力机（ 250t）摩擦压力机。 该生产线以柴油机连杆为主，在摩擦压力机上进行预锻、终锻、热校正，其工艺过程较为稳定，生产效率也比较高，适合中小型企业。 根据所生产的连杆类型和实际情况，故选择第三种模锻方式，即辊锻制坯 摩擦压力机模锻（高能螺 旋压力机）生产线 用于胀断连杆制造的模锻过程中应注意以下几个问题： a.由于模锻胀断连杆采用 C70S6高碳非调质钢材料，其中加热温度较高（ 1220 1290C），需注意生产节拍的控制，保证热校正和去毛刺的温度不低于 950 C。 b.通过控冷设备来调整锻件在空气之中的冷却速度，以保证锻件力学性能和纤维组织符合工艺要求。屈服强度不低于 550MPa,断裂拉伸率不低于 10%，断裂收缩率不低于 20%。该工序直接影响着胀断连杆的断裂效果，所以应该注意。 c.大头断裂部分硬度测量在 280 310HBS，冷校正的零件其硬 度检验前应去掉表面硬化层。 d.金相组织式样应该从连杆体纵向取样，组织为珠光体铁素体组织，铁素体的含量应约为 10%。 e.所有零件必须 100%通过纵横磁化，进行磁粉探伤，检查表面裂纹。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 13 页 3.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯 尺寸 确定 根据模锻的基本要求，在零件的基本尺寸上加上加工余量 2 4mm，所以在加工多数表面在基本尺寸的基础上单面加 2mm，一些特殊表面如螺钉座面上加 2mm，侧面工艺凸台加工精度不是很高，在其表面加 1mm。（如图 3.2，详细尺寸请查阅 105 高速柴油机连杆毛坯图图纸） 图 3.2 连杆毛坯图 激光加工工序的加工余量及工序尺寸将会在工装设计的胀断槽设计中作详细阐述；胀断加工工序基本没有加工余量。剩余加工工序的加工余量由组内其他成员负责。 3.5 指定工序 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分。在加工起始工序中 ， 只能用毛坯 尚 未曾加工过的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准 ； 利用已加工表面作为定位基准，则称为精基准。 其基准的选择也是工艺规程设计之中的重要问题之一， 定位基准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使 夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求 ，造成零件报废等情况。 选择粗基准时主要考虑两个问题：一是保证加工 表 面与 非 加工 表 面之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。 粗、精基准 具体选择时参考下列原则： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 14 页 （ 1） 对于同时具有加工表面和不加工表面的零件，为了保证不加工表面与加工表面之间的位置精度，应选择 非 加工表面作为粗基准。 （ 2） 对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。 （ 3） 粗基准应避免重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使 用一次，以免产生较大的定位误差。 精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准一般应考虑如下原则： （ 1） “基准重合 ”原则 为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则 。 如果加工表面的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差 。 （ 2 ） “基准统一 ”原则 当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是 “基准统一 ”原则。 采用 “基准统一 ”原 则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可避免因基准转换所造成的误差。 （ 3） “自为基准 ”原则 当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工表面本身作为定位基准，这就是 “自为基准 ”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。 （ 4） “互为基准 ”原则 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。 （ 5 ） 精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。 在该设计中大部分工序由组内其他同学做，现在介绍一下我做的两道工序的基准选择： （ 1）激光开 应力槽加工工序：以第二端面，小头孔作为定位基准（图 3.3），在定位时，小头孔一个定位销，侧面一个支承钉，加上一个端面，达到完美定位，限制了 5 个自由度。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 15 页 图 3.3 激光开应力槽工序基准示意图 （ 2）胀断加工工序的基准、定位与激光开应力槽加工工序一样（图 3.4）。 图 3.4 胀断加工工序基准示意图 3.6 加工工艺阶段的划分和加工顺序的安排 粗加工阶段：粗磨连杆两端面，粗、半精镗大小头孔，磨搭子面工艺凸台，枪钻螺纹底孔，铰螺钉光孔，攻丝；锪螺钉座面、倒角，激光开槽、作标记，胀断，铣卡瓦槽，压衬套，钻油 孔。首先要加工其他表面就必须先加工出精基准，端面的加工必须安排所以必须安排在第一，接着再在以端面为基准的基础之上加工其他面或者其他精基准，那么接下来要安排的就是粗镗大小头孔，粗磨搭子面，这样精基准就基本出来了。那么在 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 16 页 精加工之前必须把所有的粗加工都做完，紧接着的粗加工工序都在这样的一些基准上进行加工了。 精加工阶段：精磨两端面，精镗大小头孔，珩磨大头孔，小头铣落差。 在连杆的加工过程之中，其辅助工艺（去毛刺，倒角，清洗等）必须贯穿整个工艺过程，所以说必须在其中安排辅助工序。在连杆胀断之前安排一道磁力探伤，在锪 螺钉座面、倒角之后安排了去毛刺、清洗，胀断之后要立即用螺钉套住连杆体与盖，以免错位，连杆总装时时必须要求清理连杆结合面之间的尘屑，最后还要来一道清洗。 3.7 连杆加工工艺过程的拟定 经组内成员共同探讨和评比（其他方案略），最后得出最优方案如下： 粗磨第一端面粗磨第二端面磁力探伤及去磁粗、半精镗大、小头孔粗磨搭子面工艺凸台枪钻螺纹底孔，铰螺钉光孔，攻丝锪螺钉座面、倒角去毛刺、清洗激光开槽、作标记胀断铣卡瓦槽连杆体、盖装配压衬套钻油孔精磨第一端面精磨第二端面精镗大、小头孔珩 磨大头孔小头铣落差倒角、去毛刺称重、去重清洗终检 一共 23道工序，从连杆使用性能的基本要求来看，该工艺方案能基本达到要求。 3.8 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 工艺过程综合卡片。简要写明各道工序，作为生产管理使用。 工艺卡片。详细说明整个工艺过程，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。 工序卡片。用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产的关键零件的关键工序才使用。 （ 1）简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。简图也可以只画出与加工部 位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省略，以必需、明了为度。 （ 2）被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。 应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。 （ 3）定位、夹紧表面应以规定的符号标明。 工艺文件详见附件机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 17 页 第四章 指定工序的工装设计 4.1 机床夹具设计的基本要求 1.保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 2.提高生产效率 应根据 工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。 3.工艺性好 专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。 专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。 4.使用性好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。 5.经济性好 除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益 。 4.2 专用夹具设计步骤 1.明确设计任务与收集设计资料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。 其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。 2.拟订夹具结 构方案与绘制夹具草图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 18 页 1） 确定工件的定位方案，设计定位装置。 2） 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。 3） 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。 4） 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。 5） 确定和设计其它装置及元件的结构形式。如分度装置、预定位装置及吊装元件等。 6） 确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。 7） 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 3.进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方 案。 4.审查方案与改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。 5.绘制夹具装配总图 夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 1 1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。 夹具装配图绘制方法如下： 1）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。 2）依次绘出定位装置、夹紧装置、 对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。 3）标注必要的尺寸、公差和技术要求。 4）编制夹具明细表及标题栏。 6.绘制夹具零件图 夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 19 页 4.3 激光开应力槽工装设计 4.3.1 应力槽设计 应力槽开的位置应该是在与螺钉中心孔成 90 的方向上，距离螺钉座面 30mm的地方。 应力槽主要有机械加工和激光加工两种加工方法 ,应力槽的形状主要也有两种：一种是利用机械加工方法加工出来的“ V”型槽，另一种是利用激光加工出来的矩形槽 （图4.1）。 图 4.1 两种方法加工的应力槽 国内常用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，而美国 RA YCON 、德国 AL FIN G 和 MAUSER 等公司采用水刀和激光加工。 利用机械加工 “V” 型槽，由于 C70S6BY 材料的屈服强度较低，硬度较高，在加工过程中其刀具容易磨损，刀尖会变钝、变短，加工出来的槽的曲率半径就会增大，槽的深度就会减小，因为其 “V” 型槽的曲率半径越小，它的应力集中效果就越好，所需的胀断力就越小，同时增加槽的深度 H也有利于减小胀断力，但由于后续工序加工余量的限制，槽的深度不能超 过一定范围。如果刀具磨损使其 “V” 槽的半径增大，从应力集中系数变小，导致胀断力增加，大头塑性变形增大，会造成断裂面撕裂等不良现象，所以在机械加工应力槽时需要经常检查更换刀具，并在专用的磨刀仪上定期修磨刀具。 激光加工应力槽是一种非常可靠的加工方法，具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、易裂解、重复精度高等特点，该方法加工的矩形槽尺寸稳定，同时槽宽 W 很小，可控制在 0. 15mm 之内，应力集中系数大，使得裂解质量进一步提高，而且激光可对裂纹槽缺口根部进行淬火处理，进一步提高缺口根部的应力集中系数，保证脆性断裂由于 无刀具磨损，因此，该种方法目前得到了广泛应用。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 20 页 在参阅了大量关于胀断工艺应力槽加工的资料并总结上述各自特点后，本设计中应力槽的加工采用激光开应力槽，所以采用矩形槽。 应力槽参数的确定：参看很多资料各自的经验值有所不同，在没有试验作为依据的前提之下，只有采用资料的经验数据并折中，由于矩形槽宽度对胀断力影响不是很大，所以只要求确定其深度，取 0.5 0.6mm。 4.3.2 设备的选择与改装 根据相关资料介绍，激光加工应力槽的时候都采用 YAG固体激光器，但由于无法得到该设备的先关尺寸参数，所以在这种情况之下只有利 用其他机床来改装，在这里我选择了 Z525立式钻床的工作台作为改装激光器的工作台。 4.3.3 拟定定位方案 小头孔、端面和侧面定位凸台作为定为基准，端面限制 Z方向上的移动和 X、 Y方向上的转动，利用一个圆柱销来限制 X方向上的移动，一个可调螺钉来限制一个 Z方向上的转动，一共限制六个自由度。靠一个夹紧螺钉夹紧 (图 4.2)，详细情况请查阅图纸。夹紧在这里为手动夹紧，夹紧力大小暂时无法估计，但看在实际操作中进行估计。由于该夹具采用的是一面两销，对该加工影响不是很大，所以定位误差可以忽略不计。 图 4.2 激光开应力槽 夹具装配图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 21 页 4.4 胀断工装设计 4.4.1 设备选择 目前没有现成的胀断设备作为参考，那么在这种情况之下，只有采用改装其他机床来作为该工序的设备，到学校实验室参观过后，根据自己的需要，于是决定采用压力机，其型号为 YJ32-315AM。 4.4.2拟定定位方案 该方