汽车连杆杆夹具及工艺毕业设计毕业设计.doc

河南工业职业技术学院 0 河南工业职业技术学院河南工业职业技术学院 机械工程系机械工程系 20142014 届毕业生毕业设计届毕业生毕业设计 二零一四年六月 任任 务务 书书 河南工业职业技术学院 1 姓名 姓名 田景豪 班级 班级 机制 1103 专业 专业 机械设计与制造 学号 学号 0101110319 设计题目 设计题目 汽车连杆夹具及工艺毕业设计 进度安排 进度安排 1 制定加工工艺 填写工艺卡 2 完成一套专用夹具的结构设计 绘制 装配图 3 绘制工件零件及重要零件图 4 填写工件的加工工艺过程卡及关键工 序的工序卡 5 书写设计说明书并整理资料 河南工业职业技术学院 2 河南工业职业技术学院河南工业职业技术学院 毕业论文毕业论文 题目 题目 汽车连杆杆夹具及工艺毕业设计 系别 系别 机械工程系 专业 专业 机械设计与制造 班级 班级 机制 1103 姓名 姓名 田景豪 学号 学号 0101110319 指导教师 指导教师 余东满 日期 日期 2013 年 11 月 河南工业职业技术学院 3 目录目录 摘要摘要 5 AbstractAbstract 6 Key words 6 第一章第一章 绪绪 论论 7 1 1 设计任务 7 1 2 加工工艺规程设计的目的和意义 7 1 3 国内外发动机连杆工艺发展现状和发展趋势 9 1 4 连杆工艺研究方向和研究的关键问题 10 第二章第二章 连杆零件的分析连杆零件的分析 11 2 1 连杆零件的分析 11 2 1 1 连杆零件结构分析 11 2 1 2 零件加工表面及其加工要求 11 2 1 3 零件材料的选择 13 2 1 4 C70S6 钢的成分和力学性能 15 2 1 5 毛坯的制造方法 16 2 2 工艺规程的定制 16 2 2 1 定位基准的分析 16 2 3 加工工艺路线的拟定 17 2 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸确定 18 2 5 加工工艺阶段的划分和加工顺序的安排 18 2 6 连杆加工工艺过程的拟定 19 2 7 加工工艺过程用时的计算 19 2 7 1 磁力探伤及去磁 19 2 7 2 粗磨大 小头端面 19 2 7 3 粗 半精镗大 小头孔 20 2 7 4 铣大头两侧 20 2 7 5 扩 铰螺钉孔 21 2 7 6 铣螺栓座面 倒角 21 2 7 7 去毛刺 清洗 22 2 7 8 激光开槽 作标记 胀断 22 2 7 9 铣卡瓦槽 22 2 7 10 连杆体 盖装配 23 2 7 11 精磨大 小头两端面 先标记朝上 23 河南工业职业技术学院 4 2 7 12 精镗大 小头孔 23 2 7 13 大 小头孔两端倒角 去毛刺 23 2 7 14 挤压铜套孔 24 2 7 15 钻小头油孔 24 2 7 16 称重 去重 清洗 终检 24 第三章第三章 胀断工艺简介胀断工艺简介 25 3 1 应力槽设计 25 3 2 胀断工装设计 26 3 3 胀断参数的计算 26 第四章第四章 夹具设计夹具设计 27 4 1 问题的指出 27 4 2 夹具设计 27 1 定位基准的选择 27 第五章第五章 机械加工工序卡片 附 机械加工工序卡片 附 29 第六章第六章 汽车连杆毛坯图 附 汽车连杆毛坯图 附 29 第七章第七章 汽车连杆装配图 附 汽车连杆装配图 附 29 第八章第八章 铣卡瓦槽夹具 装配图 附 铣卡瓦槽夹具 装配图 附 29 总结总结 30 参考文献参考文献 31 河南工业职业技术学院 5 摘要 连杆是汽车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 汽车发动机的性能 得到了进一步提升 本文以汽车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 胀断 铣卡瓦槽 两工序的夹具和工艺装备 关键词 汽车连杆 工艺方案 胀断工装 河南工业职业技术学院 6 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 KeyKey wordswords Diesel engine Technology of process Clamping device of the splitting 河南工业职业技术学院 7 第一章 绪 论 1 1 设计任务 本课题主要设计汽车连杆的加工工艺规程及胀断 铣卡瓦槽专用夹具 年 生产纲领为 45 万件 故为大批大量生产 1 2 加工工艺规程设计的目的和意义 连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一 它在柴油机中 把作用于活塞 顶面的膨胀的压力传递给曲轴 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 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 或油槽 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摆动运 动副 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 因此 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 河南工业职业技术学院 8 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 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 1 图 1 1 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 河南工业职业技术学院 9 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 以体现自己大学三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 3 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 河南工业职业技术学院 10 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 4 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 河南工业职业技术学院 11 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 第二章 连杆零件的分析 2 12 1 连杆零件的分析 连杆零件的分析 2 1 1 连杆零件结构分析 本课题设计的零件是汽车发动机连杆 零件图如图 2 1 从零件图的分析可 以知道 零件的表面大都由一系列的规则的直线和圆弧组成 因此选择通用的 加工方法即可 为了减少连杆的惯性力 要求连杆的质量要尽可能的轻 所以连杆采用 工字形 截面 以便保证有较高的强度和刚度 又能够减轻连杆的质量 各 部分的精度都要求比较高 在加工大 小头孔时 都有圆柱度和互相的平行度要 求 加工时必须加以注意 两端面的加工有垂直度的要求 加工过程中可考虑 设计专用夹具来适合加工需要 加工时根据尺寸精度选择合理的机床设备型号 2 1 2 零件加工表面及其加工要求 零件主要尺寸及精度要求如图 2 1 河南工业职业技术学院 12 图 2 1 A 大头孔 65 未装轴瓦 大头孔上要装轴瓦 通过瓦与曲轴配合 配合间隙为 0 27 0 079mm 为了保证良好的配合精度 减少冲击力的影响 大头孔的加工精度为 IT6 圆柱度为 0 003 表面粗糙度 Ra 为 0 8 m B 小头孔 28 未装铜套 小头孔是与活塞销配合的表面 加工尺寸精度要求为 IT5 圆柱度误差 为 0 007 表面粗糙度 Ra0 8 m 小头孔与活塞销的配合精度要求较高 如果配合间隙过小 会影响连杆与活塞销之间的运动传力效果 如果配合 间隙过大 又会晃动 使得发动机在运行过程中发出敲击声 考虑到工作 后的磨损量 0 01mm 因此 安装时必须保证连杆小头孔与活塞销之间的配 合间隙为 0 0045 0 0095 C 大小头孔端面 大 小头孔两端面与曲轴轴承座端面配合 其精度影响到安装和磨损 端面厚度公差为 0 040mm 它与孔的垂直度误差为 0 015 厚度尺寸为 33 mm 0 040 0 D 大小头孔中心距及孔的中心线的平行度和扭曲变 大 小头孔的中心距影响到发动机的压缩比 即发动机的工作效率 河南工业职业技术学院 13 所以规定了较高的要求 中心距为 190 0 025 大 小头孔的中心线的平行 度误差会使活塞在汽缸中倾斜 造成汽缸壁磨损不均匀 同时使曲轴的连 杆颈产生边缘磨损 缩短发动机的使用寿命 所以规定平行度公差为 0 025 100mm 大 小头孔中心线的扭曲对不均匀磨损的影响较小 一般规 定扭曲度不大于 0 03 100 这两项技术要求 对于结构刚性较差的连杆来说 加工可能有些困难 但是为了保证发动机的使用寿命 必须达到这些要求 加工中应特别注意 E 连杆连接螺栓孔 连杆在工作过程中 受到急剧的动载荷的作用 这一作用又传递到连 杆和盖的两个连接螺母上 因此 除了对螺栓及螺母提出较高的技术要求 外 对螺栓孔及两螺栓孔端面也有一定的要求 两螺栓孔在互相垂直的方 向的平行度公差 0 03mm 两螺栓孔与结合面的垂直度 0 03mm 两螺栓孔 的尺寸公差为 0 017mm 2 1 32 1 3 零件材料的选择零件材料的选择 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 河南工业职业技术学院 14 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 1 产品水平低 在产品精度方面 少数企业尺寸精度可达IT7 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 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 河南工业职业技术学院 15 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 2 1 42 1 4 C70S6C70S6 钢的成分和力学性能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 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 河南工业职业技术学院 16 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 99058014610655 2 1 52 1 5 毛坯的制造方法毛坯的制造方法 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 2 2 工艺规程的定制 2 2 12 2 1 定位基准的分析定位基准的分析 连杆工艺的基准选择 连杆件外形复杂而刚性较差 它的技术要求又很高 故恰当地选择机械 加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一 选用连杆的端面和小头孔作为定位基准 不仅便于在加工中实现基准统 一 更重要的是使连杆的重要技术要求中加工过程中实现基准重合 以减小 定位误差 对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求 在精加工时也可以采用自 为基准的原则进行加工 或采用互为基准的原则进行加工 或由机床精度直 接保证 在制造连杆毛坯时 在杆身一侧作出定位标记 在对大小头端面进行粗加工 时 选取没有凸起标记的一侧为粗基准来加工 紧接着以已加工过的端面为 河南工业职业技术学院 17 基准来加工第二个端面 显然 第一个端面的精度 如平面度 要比第二个端 面高 在以后的加工中 当然用第一个端面做精基准为好 加工连杆时要保 证小头孔的壁厚均匀 所以在拉小头孔时 选大 小头孔的两个端面作为基 准 在加工中 先加工出大 小头孔两端面 可以为后续的精加工做好准备 既满足加工要求 方便加工 又符合统一基准选择的要求 提高了加工精度 2 32 3 加工工艺路线的拟定加工工艺路线的拟定 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 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 河南工业职业技术学院 18 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 故选择第二种模锻方式 即辊锻 楔 横轧 制坯 锤上模锻生产线 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 1290 C 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 2 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 激光加工工序的加 工余量及工序尺寸将会在胀断工艺介绍中作详细阐述 胀断加工工序基本没有 加工余量 河南工业职业技术学院 19 2 5 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 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 2 6 连杆加工工艺过程的拟定 拟定方案如下 磁力探伤及去磁 粗磨大小头端面 粗 半精镗大 小头孔 铣大头两侧 面 扩 铰螺钉孔 铣螺栓座面 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 精磨大 小头两端面 精镗大 小头孔 大 小头孔两端倒角 去毛刺 挤压铜套孔 钻油孔 称重 去重 清洗 终 检 一共 18 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 河南工业职业技术学院 20 2 7 加工工艺过程用时的计算 2 7 12 7 1 磁力探伤及去磁磁力探伤及去磁 2 7 22 7 2 粗磨大 小头端面粗磨大 小头端面 选用 M7350 磨床 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 砂轮直径 D 40 mm 磨削速度 V 0 33 m s 切削深度 ap 0 3 mm fr0 0 033 mm r Z 8 则主轴转速 n 1000v D 158 8 r min 根据表 3 1 48 按机床选取 n 100 r min 则实际磨削速度 V Dn 1000 60 0 20 m s 磨削工时为 按表 2 5 11 基本时间 tj zbk nfr0z 0 3 260 100 0 033 8 2 6 min 按表 3 1 40 辅助时间 ta 0 21 min 2 7 32 7 3 粗 半精镗大 小头孔粗 半精镗大 小头孔 1 镗大头孔 选用镗床 T2115 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 铣刀直径 D 65 mm 切削速度 V 0 16 m s 进给量 f 0 30 mm r 切削深度 ap 2 0 mm 则主轴转速 n 000v D 47 r min 根据表 3 1 41 按机床选取 n 800 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 72 m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 20 1000 0 23 min 按表 2 5 67 辅助时间 ta 0 50 min 2 镗小头孔 镗刀直径 D 30 mm 切削速度 V 3 18 m s 进给量 f 0 10 mm r 切削深度 ap 1 5 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 2000 r min 镗削工时为 按表 2 5 3 河南工业职业技术学院 21 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 10 2000 0 23 min 2 7 42 7 4 铣大头两侧铣大头两侧 选用铣床 X62W 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 铣刀直径 D 20 mm 切削速度 V 0 64 m s 铣刀齿数 Z 3 切削深度 ap 4 mm af 0 10 mm r 则主轴转速 n 1000v D 611 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 78 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 40 mm L1 1 5 8 5 mm L2 2 5 mm ee ada 基本时间 tj L fmz 40 8 5 2 5 750 0 10 3 0 23 min 按表 2 5 46 辅助时间 ta 0 4 0 45 0 18 min 2 7 52 7 5 扩 铰螺钉孔扩 铰螺钉孔 1 扩螺栓孔 选用钻床 Z3025 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 扩刀直径 D 10 mm 切削速度 V 0 40 m s 切削深度 ap 1 0 mm 进给量 f 0 6 mm r 则主轴转速 n 1000v D 764 r min 根据表 3 1 30 按机床选取 n 764 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 40 m s 扩削工时为 按表 2 5 7 L 34 mm L1 2 mm 基本时间 tj L fn 34 2 0 6 764 0 07 min 按表 2 5 41 辅助时间 ta 0 25 min 2 铰螺栓孔 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 81 选取数据 铰刀直径 D 12 2 mm 切削速度 V 0 22 m s 切削深度 ap 0 10 mm 进给量 f 0 2 mm r 则主轴转速 n 1000v D 140 r min 根据表 3 1 31 按机床选取 n 200 r min 河南工业职业技术学院 22 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 127 m s 铰削工时为 按表 2 5 7 L 34 mm L1 2 mm L2 3 mm 基本时间 tj L fn 34 2 3 0 8 200 0 23 min 2 7 62 7 6 铣螺栓座面 倒角铣螺栓座面 倒角 选用铣床 X62W 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 铣刀直径 D 63 mm 切削速度 V 0 47 m s 铣刀齿数 Z 24 切削深度 ap 2 mm 则主轴转速 n 1000v D 142 r min 根据表 3 1 31 按机床选取 n 150 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 49 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 28 mm L1 1 5 19 mm L2 3 mm ee ada 基本时间 tj L fmz 28 19 3 150 24 0 02 min 按表 2 5 46 辅助时间 ta 0 4 0 45 0 18 min 从连杆盖上方给螺栓孔口倒角 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 67 选取数据 切削速度 V 0 2 m s 切削深度 ap 3 mm 进给量 f 0 10 mm r Z 8 根据表 3 1 30 按机床选取 n 750 r min 切削工时为 按表 2 5 7 基本时间 tj L fn 0 5 1 5 750 0 10 0 03 min 2 7 72 7 7 去毛刺 清洗去毛刺 清洗 2 7 82 7 8 激光开槽 作标记 胀断激光开槽 作标记 胀断 在夹具部分重点介绍 这里不多介绍 2 7 92 7 9 铣卡瓦槽铣卡瓦槽 选用铣床 X62W 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 河南工业职业技术学院 23 铣刀直径 D 63 mm 切削速度 V 0 31 m s 铣刀齿数 Z 24 切削深度 ap 2 mm 切削宽度 ae 0 5 mm af 0 02 mm r 则主轴转速 n 1000v D 94 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 100 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 33 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 5 mm L1 0 5 63 1 5 33 mm L2 1 5 mm 基本时间 tj L fmz 5 33 1 5 100 24 0 02 min 按表 2 5 46 辅助时间 ta 0 4 0 45 0 18 min 2 72 7 1010 连杆体 盖装配连杆体 盖装配 2 7 112 7 11 精磨大 小头两端面 先标记朝上 精磨大 小头两端面 先标记朝上 选用磨床 M7130 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 切削速度 V 0 413 m s 切削深度 ap 0 10 mm 进给量 f 0 006 mm r 磨削工时为 按表 2 5 7 基本时间 tj zfvfklbz rab0 1000 0 1 70 0 02 1 1 1000 60 0 413 0 006 20 0 1 0 03 min 2 7 122 7 12 精镗大 小头孔精镗大 小头孔 1 精铣大头孔 选用镗床 T2115 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 镗刀直径 D 65 4 mm 切削速度 V 0 20 m s 进给量 f 0 2 mm r 切削深度 ap 1 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 1000 r min 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 20 1000 0 23 min 河南工业职业技术学院 24 2 精铣小头孔 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 30 mm 切削速度 V 3 18 m s 进给量 f 0 10 mm r 切削深度 ap 1 0 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 2000 r min 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 10 2000 0 23 min 2 7 132 7 13 大 小头孔两端大 小头孔两端倒角 去毛刺倒角 去毛刺 选用机床 X62W 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 切削速度 V 0 2 m s 切削深度 ap 3 mm 进给量 f 0 10 mm r Z 8 根据表 3 1 30 按机床选取 n 750 r min 切削工时为 按表 2 5 7 基本时间 tj L fn 0 5 1 5 750 0 10 0 03 min 选用机床 X62W 根据 机械加工工艺设计实用手册 选取数据 切削速度 V 0 2 m s 切削深度 ap 3 mm 进给量 f 0 10 mm r Z 8 根据表 3 1 30 按机床选取 n 750 r min 切削工时为 按表 2 5 7 基本时间 tj L fn 0 5 1 5 750 0 10 0 03 min 2 7 142 7 14 挤压铜套孔挤压铜套孔 2 7 152 7 15 钻小头油孔钻小头油孔 选用钻床 Z3025 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 38 41 选取数据 切削速度 V 1 18 m s 切削深度 ap 3 mm 进给量 f 0 05 mm r 根据表 3 1 30 按机床选取 n 1000 r min 钻削工时为 按表 2 5 7 河南工业职业技术学院 25 L 6 mm L1 3 mm 基本时间 tj L fn 6 1 1000 0 05 0 14 min 2 7 162 7 16 称重 去重 清洗 终检称重 去重 清洗 终检 第三章第三章 胀断工艺简介胀断工艺简介 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 河南工业职业技术学院 26 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 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 3 2 胀断工装设计 在大头孔里放入胀断套 胀断套分为两半 半径与连杆大头内圆半径一样 大 使其在胀断时与连杆内圆的更好接触 但其两块之间留有