【工装夹具类】连杆工艺设计及有限元分析【3张CAD图纸】【优秀】
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【工装夹具类】连杆工艺设计及有限元分析【3张CAD图纸】【优秀】,工装,夹具,连杆,工艺,设计,有限元分析,cad,图纸,优秀,优良
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I 毕业 设计论文 任务书 一、题目 连杆的工艺设计及有限元分析 二、指导思想和目的要求 连杆生产和加工是汽车业的重中之重 ， 工艺 技术也成为一个国家制造业发展的标志，利用 良好的工艺 技术可以完成很多以前不能完成 任务 ，而且加工的准确性精度 和耐用度 都可以得到很好的保证。本次毕设题目来源于生产实践，利用出零件图然后进行工艺路线的编制，随后用 模导入 有限元分析。 三、主要技术指标 1. 零件图 3 张； 2. 三维建模零件 1 个； 3. 辅助加工程序 1 份； 4. 毕业设计论文 1 份； 四、进度和要求 2 周 2 周 2 周 2 周 2 周 文） 2 周 2 周 五、主要参考书及参考资料 1 朱焕池 . 机械制造工艺学 . 北京：机械工业出版社 2 邓 文英 . 金属 工艺学 （第五版 下） . 高等教育出版社 3 阎光明 . 现代 制造工艺基础 . 西安 ：西北工业大学出版社 4 刘 治映 . 毕业设计（论文）写作导论 . 长沙：中南大学出版社 5 焦小明 . 机械加工技术 . 北京：机械工业出版社 6 龚桂义 . 机械设计课程设计图册（第三版 ) 7 刘英 . 机械制造技术基础 机械工业 出版社， 8 戴枝荣 . 工程材料及机械制造基 高等教育出版社， 71 9 王凡 . 实用机械制造工艺设计手册 机械工业 出版社， 10上海市 金属切削技术协会 上海 :上海科学技术出版社 ,1982 11周昌治 . 机械制造工艺学 ，重庆 :重庆大学出版社 0， (180 12 柯建宏 . 机械制造技术基础课程设计 华中科技大学 出版社， 13陈宏钧 . 典型零件机械加工生产实例 机械工业出版社， 14黄如林 . 切削加工简明实用手册 化学工业出版社 , 15 梁柄文 . 机械加工工艺与窍门 机械工业 出版社 , 16王启义 . 机械制造装备设计 冶金工业出版社， (160 17金属机械加工工艺人员手册修订组编 海 : 上海科学技术出版社 , 18贾亚洲 . 金属切削机车概论 机械工业出版社， 3 19梁炳文 . 机械加工工艺图集 北京航空航天大学出版社， 20濮良贵，纪名刚 . 机械设计 （第七版） 高等教育出版社， 21徐大湧 . 现代制造工 程 （月刊） 代制造工程杂志社， 2010年第 1 期 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 is or to It in so on on of to be or is a in in so on If is to on to on in a do of as is on a to to is is to in a On be on if a to A to is to is to to to A 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 of is an A of in it to a is at is a if to is to In to to of if in in of is to up of in in to s is to is an to to in is be to on In to to on on is is In to on to (1) is 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 (2) (3) of is (4) is (5) is to be to to in on to on of to in to or to in to to in of or in in of is a a to to be In be to so on s to of In to or to s so on to on to In is by 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 to in to to to of is (a) (b) (c) In of is If is to or In of to to to be to If a in in of In to a up in of or on to so of in to in in be as as to if to to or is in is of is in is 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 it to is on in by to to In is to to on be to In to to to in in on to to in to to to to be of in to to is on to to on of by is in to in of In (a) or (b) to to to to be to to 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 (c) as is in (d) is (e) is by to is to of to be to on of to to 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 机械设计理论 机械设计是一门通过设计新产品或者改进老产品来满足人类需求的应用技术科学。它涉及工程技术的各个领域，主要研究产品的尺寸、形状和详细结构的基本构思，还要研究产品在制造、销售和使用等方面的问题。 进行各种机械设计工作的人 员通常被称为设计人员或者机械设计工程师。机械设计是一项创造性的工作。设计工程师不仅在工作上要有创造性，还必须在机械制图、运动学、工程材料、材料力学和机械制造工艺学等方面具有深厚的基础知识。 如前所诉，机械设计的目的是生产能够满足人类需求的产品。发明、发现和科技知识本身并不一定能给人类带来好处，只有当它们被应用在产品上才能产生效益。因而，应该认识到在一个特定的产品进行设计之前，必须先确定人们是否需要这种产品。 应当把机械设计看成是机械设计人员运用创造性的才能进行产品设计、系统分析和制定产品的制造工艺学的一个 良机。掌握工程基础知识要比熟记一些数据和公式更为重要。仅仅使用数据和公式是不足以在一个好的设计中做出所需的全部决定的。另一方面，应该认真精确的进行所有运算。例如，即使将一个小数点的位置放错，也会使正确的设计变成错误的。 一个好的设计人员应该勇于提出新的想法，而且愿意承担一定的风险，当新的方法不适用时，就使用原来的方法。因此，设计人员必须要有耐心，因为 所花费的时间和努力并不能保证带来成功。一个全新的设计，要求屏弃许多陈旧的，为人们所熟知的方法。由于许多人墨守成规，这样做并不是一件容易的事。一位机械设计师应该 不断地探索改进现有的产品的方法，在此过程中应该认真选择原有的、经过验证的设计原理，将其与未经过验证的新观念结合起来。 新设计本身会有许多缺陷和未能预料的问题发生，只有当这些缺陷和问题被解决之后，才能体现出新产品的优越性。因此，一个性能优越的产品诞生的同时，也伴随着较高的风险。应该强调的是，如果设计本身不要求采用全新的方法，就没有必要仅仅为了变革的目的而采用新方法。 在设计的初始阶段，应该允许设计人员充分发挥创造性，不受各种约束。即使产生了许多不切实际的想法，也会在设计的早期，即绘制图纸之前被改正掉。只有这样 ，才不致于堵塞创新的思路。通常，要提出几套设计方案，然后加以比较。很有可能在最后选定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 心理学家经常谈论如何使人们适应他们所操作的机器。设计人员的基本职责是努力使机器来适应人们。这并不是一项容易的工作，因为实际上并不存在着一个对所有人来说都是最优的操作范围和操作过程。 另一个重要问题，设计工程师必须能够同其他有关人员进行交流和磋商。在开始阶段，设计人员必须就初步设计同管理人员进行交流和磋商，并得到批准。这一般是通过口头讨论，草图和文字材料进行的。为了进行有效的 交流 ，需要解决下列问题： （ 1） 所设计的这个产品是否真正为人们所需要？ （ 2） 此产品与其他公司的现有同类产品相比有无竞争能力？ （ 3） 生产这种产品是否经济？ （ 4） 产品的维修是否方便？ （ 5） 产品有无销路？是否可以盈利？ 只有时间能对上述问题给出正确答案。但是， 产品的设计、制造和销售只能在对上述问题的初步肯定答案的基础上进行。设计工程师还应该通过零件图和装配图，与制造部门一起对最终设计方案进行磋商。 通常 ，在制造过程中会出现某个问题。可能会要求对某个零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生产 变得容易。但是，工程上的更改必须要经过设计人员批准，以保证不会损伤产品的功能。有时，在产品的装配时或者装箱外运前的试验中才发现设计中的某种缺陷。这些事例恰好说明了设计是一个动态过程。总是存在着更好的方法来完成设计工作，设计人员应该不断努力，寻找这些更好的方法。 近些年来，工程材料的选择已经显得重要。此外，选择过程应该是一个对材料的连续不断的重新评价过程。新材料不断出现，而一些原有的材料的能够获得的数量可能会减少。环境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面经常会对材料选择附加新的限制条件。为了减轻重量或 者节约能源，可能会要求使用不同的材料。来自国内和国际竞争、对产品维修保养方便性要求的提高和顾客的反馈等方面的压力，都会促使人们对材料进行重新评价。由于材料选用不当造成的产品责任诉讼，已经产生了深刻的影响。此外，材料与材料加工之间的相互依赖关系已经被人们认识得更清楚。因此，为了能在合理的成本和确保质量的前提下获得满意的结果，设计工程师的制造工程师都必须认真仔细地选择、确定和使用材料。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 制造任何产品的第一步工作都是设计。设计通常可以分为几个明确的阶段：（ a）初步设计；（ b）功能设计；（ c）生产设计。在初步设计阶 段，设计者着重考虑产品应该具有的功能。通常要设想和考虑几个方案，然后决定这种思想是否可行；如果可行，则应该对其中一个或几个方案作进一步的改进。在此阶段，关于材料选择唯一要考虑的问题是：是否有性能符合要求的材料可供选择；如果没有的话，是否有较大的把握在成本和时间都允许的限度内研制出一种新材料。 在功能设计和工程设计阶段，要做出一个切实可行的设计。在这个阶段要绘制出相当完整的图纸，选择并确定各种零件的材料。通常要制造出样机或者实物模型，并对其进行试验，评价产品的功能、可靠性、外观和维修保养性等。虽然这种试验可能 会表明，在产品进入到生产阶段之前，应该更换某些材料，但是，绝对不能将这一点作为不认真选择材料的借口。应该结合产品的功能，认真仔细地考虑产品的外观、成本和可靠性。一个很有成就的公司在制造所有的样机时，所选用的材料应该和其生产中使用的材料相同，并尽可能使用同样的制造技术。这样对公司是很有好处的。功能完备的样机如果不能根据预期的销售量经济地制造出来，或者是样机与正式生产的装置在质量和可靠性方面有很大不同，则这种样机就没有多大的价值。设计工程师最好能在这一阶段完全完成材料的分析、选择和确定工作，而不是将其留到生产设 计阶段去做。因为，在生产设计阶段材料的更换是由其他人进行的，这些人对产品的所有功能的了解不如设计工程师。 在生产设计阶段中，与材料有关的主要问题是应该把材料完全确定下来，使它们与现有的设备相适应，能够利用现有设备经济地进行加工，而且材料的数量能够比较容易保证供应。 在制造过程中，不可避免地会出现对使用中的材料做一些更改的情况。经验表明，可采用某些便宜材料作为替代品。然而，在大多数情况下，在进行生产以后改换材料要比在开始生产前改换材料所花费的代价要高。在设计阶段做好材料选择工作，可以避免多数这样的情况。在生 产制造开始后出现了可供使用的新材料是更换材料的最常见的原因。当然，这些新材料可能降低成本、改进产品的性能。但是，必须对新材料进行认真的评价，以确保其所有性能都满足要求。应当记住，新材料的性能和可靠性很少像现有材料那样为人们所了解。大部分的产品失效和产品责任事故案件是由于在选用新材料作为替代材料之前，没有真正了解它们的长期使用性能而引起的。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 产品的责任诉讼迫使设计人员和公司在选择材料时，采用最好的程序。在材料过程中，五个最常见的问题为：（ a）不了解或者不会使用关于材料应用方面的最新最好的信息资料； (b)未能预 见和考虑擦黑年品可能的合理用途（如有可能，设计人员还应进一步预测和考虑由于产品使用方法不当造成的后果。在近年来的许多产品责任诉讼案件中，由于错误地使用产品而受到伤害的原告控告生产厂家，并且赢得判决）； (c)所使用的材料的数据不全或是有些数据不确定，尤其是当其长期性能数据是如此的时候； (d)质量控制方法不适当和未经验证； (e)由一些完全不称职的人员选择材料。 通过对上述五个问题的分析，可以得出这些问题是没有充分理由存在的结论。对这些问题的研究分析可以为避免这些问题的出现指明方向。尽管采用最好的材料选择方法也不 能避免发生产品责任诉讼，设计人员和工业界按照适当的程序进行材料选择，可以大大减少诉讼的数量。 从以上的讨论可以看出，选择材料的人们应该对材料的性质，特点和加工方法有一个全面而基本的了解。 本科毕业设计论文 题 目 连杆工艺设计及有限元分析 专业名称 机械设计及其自动化 学生姓名 梁 乐 指导教师 李 郁 毕业时间 二零一四年六月 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 摘要 连杆是发动机内部的重要零件，连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞 组上的燃气压力传给曲轴 。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，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。 连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，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。 本次毕业设计针对汽车发动机连杆进行工艺设计编制及有限元分析。 涉及连杆的选材、确定毛坯、拟定工艺路线、选择工艺设备。 本论文通过 与分析，并且对连杆的加工工艺进行了编制。得到了工艺过程和连杆的有限元分析。 关键字 ：连杆 ，工艺编制 ，有限元分析 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 of is an is to of of on to of of of to of of is he at in to by of to to in a by by to In on by a of of 北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 目 录 第一章 绪 论 . 5 . 5 . 5 . 6 第二章 连杆的工艺编制 . 8 杆的结构分析 . 8 . 8 杆的工艺分析 . 8 杆的材料和毛坯选择 . 10 杆机械加工工艺过程 . 11 . 12 . 12 . 13 . 13 杆大小头孔的加工 . 15 . 15 . 16 . 16 . 16 . 16 . 17 杆机械加工工艺路线 . 18 工序的加工余量 . 27 第三章 连接受载荷情 况下的有限元分析 . 29 . 29 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 第四章 全文总结 . 45 致 谢 . 46 参考文献 . 47 毕业设计小结 . 48 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 第一章 绪 论 题研究的意义 随着科学技术的发展， 我们的生活越来越便捷。例如普遍的汽车， 汽车发动机有五大件：缸体、曲轴、连杆、凸轮轴、缸盖。在今天，汽车工业的高速发展，“ 小体积、大功率、低油耗 ” 的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求。作为高速运动 件，重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声，强度、刚度要高，并具有较高的韧性，连杆比要大，连杆要短。 连杆是发动机内部的重要零件，连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴。 所以，连杆除上下运动外，还左右摆动作复杂的平面运动。连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷，要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度。同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计、热处理及表面强化等因素来确保连杆的可靠性。连杆在 机器中应用之广以及它在机器中的作用和地位不言而喻。因此，本课题所研究的连杆加工工艺是非常有意义的。 内外现状 汽车发动机连杆是一套曲柄连杆机构。而 曲柄连杆机构是 往复式内燃机 中的动力传递系统。曲柄连杆机构是 发动机 实现工作循环，完成能量转换的主要运动部分。在作功冲程中，它将燃料燃烧产生的热 能活塞往复运动、由曲轴旋转运动转变为机械能，对外输出动力；在其它冲程中，则依靠曲柄和飞轮的转动惯性、通过连杆带动活塞上下运动，为下一次作功创造条件。 曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。 （ 1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳 （ 2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 （ 3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴 高强度，轻量化，低成本是汽车发动机连杆的用材料的发展趋势，我国发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，但连杆轻量化方面还是 相当落后。为保证连杆的疲劳强度，要求连杆的材料要具有良好的综合力学性能及工艺性能，以往连杆材料几乎普遍采用碳素调制钢和冶金调制钢， 20世纪 70年代由于石油危机为节省资源，欧美和日本开始大量应用非调制钢，并取得很大进展。 随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能越来越高，而连杆强度刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大汽车公司对发动机连杆用材料和制造技术的研究都非常重视。在满足性能指标的前提下，连杆的材料和制造技术关联很大，非调制钢的应用就是考虑节省调制工序。近年来，采取裂解连杆 体和连杆盖分界面的技术可以大幅减少机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调制钢和粉末冶金锻件以满足工艺要求。 目前连杆的主要用料有以下几种：碳素钢合金钢，非调制钢，粉末冶金连杆，钛合金连杆。 我国各大汽车集团的主机厂发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，不论从锻件的强度表面强化技术，还是尺寸精度及产品稳定性方面，都接近国外发达国家水平。国内虽然近年来技术有所提升，但还存在一些问题，锻件成型及空冷技术的落后，产品性能不稳定。 在连杆轻量化方面，我国还相当落后，钛合金连杆，纤维强化铝合金连杆，粉末冶金锻造 连杆的研究还没有展开，是今后要开展的课题。 文的章节安排 根据论文选题的要求，作者在近三个月的论文阶段，基于 ， 导师的认真指导下完成了大量的工作，对计算机辅助数控加工进行 了深入的研究，在此基础上并对连接板凹模进行仿真模拟加工。这些内容在论文中都得到了充分的反映，论文内容的章节安排如下： 第一章 绪论 课题研究的意义和国内外的现状 第二章 连杆的工艺编制 连杆的结构 分析工艺过程 第三章 连杆受载荷情况下的有限元分析 有限元分析过程和结果 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 第四章 总 结与展望 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 第二章 连杆的工艺编制 杆的结构分析 杆的作用 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，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，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。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。 杆的结构特点 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 。 杆的工艺分析 各类连杆主要技术要求基于类似，仅在数值上略有差别。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 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 面粗糙度 不大于 m；大头孔的圆柱度公差为 头孔公差等级为 面粗糙度 不大于 m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 00 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 度上公差为 垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 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： 190 连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为 面粗糙度 大于 m, 小头两端面的尺寸公差等级为 面粗糙度 m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。 在前面已 经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按 a 应不大于 螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 杆的材料和毛坯选择 连杆在工作中承受多向交变载 荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如 45钢、 55钢、 4040。 连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件 的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆 模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成 体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均 匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题 ，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损 耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。 选择毛坯应综合考虑一下几方面的因素： 1)零件材料及对零件力学性能的要求。零件材料为 45 号钢料，且零件力学性能要求较高，所以不管形状简单与复杂，连杆毛坯都应该选择锻件。如果零件材料是铸铁或青铜，毛坯就只能够采用铸造，而不是锻造。 2)生产类型。连杆生产属于大批量生产，应选毛坯精度和生产率都较高的先进毛坯制造方法，使毛坯的形状、 尺寸精良接近零件的形状、尺寸，以节约材料减少机械加工工作量，因此所节约的费用远远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。 3)生产条件。选择连杆毛坯时应尽可能考虑现有的生产条件，如现有的毛坯制造水平和设备情况、外协的可能性等。 充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。 本次设计 连杆 采用的是 45 号 钢。由于该 连杆 在工作过程中要承受冲击载荷 和摩擦 ，为增强 连杆 的 耐摩 强度和 抗 冲击韧度，获得更好的纤维组织，毛坯选用锻件。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 又因为该 连杆 属于轻型零件，且生产类型属大批生产，为提高生产效率和锻件精度，现采用模锻方法制造毛坯。 杆机械加工工艺过程 本次设计的连杆的毛坯是锻造而成，材料选择为 45 号钢，为整体锻件，因为连杆要承受冲击载荷摩擦，要有良好的机械性能，连杆为小件， 且生产类型属大批生产，为提高生产效率和锻件精度，现采用模锻方法制造 毛坯。随后进行热处理正火，消除内应力，改善机械加工性。细化晶粒，消除组织缺陷。加工过程如下： 1 铣 铣连杆大、小头两平面 ,每面留磨量 2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面。（下同） 3 钻 与基面定位，钻、扩、铰小头孔。 4 铣 以基面 及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸 侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面）。 5 扩 以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为 60 6 铣 以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。 7 铣 以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为 8 磨 以基面和一侧面定位装夹工件，磨体和盖的结合面。 9 铣 以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖 10 锪 以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面 11证尺寸 11 钻 钻 2 10 12 扩 先扩 2 12扩 2 139 13 铰 铰 2 14 钳 用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为 100 15 镗 粗镗大头孔。 16 倒角 大头孔两端倒角。 17 磨 精磨大小头两端面，保证大端面厚度为 38 18 镗 以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 19 镗 精镗大头孔至尺寸。 20 称重 称量不平衡质量。 21 钳 按规定 值去重量。 22 钻 钻连杆体小头油孔 0 23 镗 半精镗、精镗小头铜套孔。 24 珩磨 珩磨大头孔。 25 检 检查各部尺寸及精度。 26 探伤 无损探伤及检验硬度后。 27 检 入库。 杆工艺过程的安排 个影响加工精度 的主要因素 （ 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，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。 因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、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）大头端面：粗铣、半精铣、精磨 （ 2）小头孔：钻孔、扩孔、镗孔、拉，精镗、浮动镗 （ 3）大头孔：粗镗、半精镗、精镗，浮动镗 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。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 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，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，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。 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 （ 2 1）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 14 图 2杆的定位方向 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。 为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。 由于用小头孔和大头孔外侧面作基面 ，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。 在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加 工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因 此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 15 粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。 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，它经过了钻、扩、铰三道工序。钻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。 小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到 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、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到 公差等级。表面粗糙度 m，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。 杆螺栓孔的加工 连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。 为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。 粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。 精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 16 用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转 1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。 杆加工工艺应考虑的问题 序安排 连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（ 1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；（ 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内应力。因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。 位基准 精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。 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。 具使用 应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。 保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制 7 个自由度（ 其是长圆柱销限制 4 个，长菱形销限制 2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 17 精 加工时切削用量的选择原则 粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高 ,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。 金属切除率可以用下式计算： 中： （ s） V 切削速度（ m/s） f 进给量（ mm/r） 削深度（ 提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度 次选择一个较大的进给量度 f，最后确定一个合适的切削速度 V. 选用较大的 f 以后，刀具耐用度 t 显然也会下降，但要比 V 对 t 的影响小得多，只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到规定的合理数值，因此，能使 V、f、 乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大 使走刀次数减少，增大 f 又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。 1）切削深度的选择： 粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。 2）进给量的选择： 粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺 系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 18 大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。 3）切削速度的选择： 粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。 精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如 何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。 1）切削深度的选择： 精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。 2）进给量的选择： 精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。 3）切削速度的选择： 切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有 当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。 由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度 进给量 f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度 V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。 杆机械加工工艺路线 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 19 正火 将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上， 30 50 保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高材料 的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 铣两端面，铣连杆大小透亮平面 每面留磨量 以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称为基面。 图 3、铰：一基面定位，先钻小头孔 27.8 扩小头孔 后铰小头孔 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 20 图 3铣大头两侧， 铣两侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面）保证 99 3连杆大头 以基面定位，以小头孔定位扩大头孔为 60。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 21 图 3孔 基面定位和小头孔定位，切开工件，编号连杆体及上盖。 图 3结合面，以基面和一侧面（指 99 位装夹工件，铣连杆体结合面，保直径方向测量深度 基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和上盖结合面。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 22 图 3结合面 铣斜槽， 以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体、盖 5槽。 图 3斜槽 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 23 基面，结合面和一侧面定位，铣连杆体和上盖的两螺栓座面。 图 3螺栓座面 扩：以基面和小头孔定位钻 2 10栓孔。以基面和小头孔定位，先扩 2 扩 2 130 图 3扩孔 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 24 基面和小头孔定位粗镗大头孔。 图 3大头孔 基面定位 精磨两端面， 精磨大小头两端面，保证尺寸精度 38 图 3北工业大学明德学院本科毕业设计论文 25 为基准 半精镗大头孔及精镗小头孔，精镗大头孔。 图 3钻连杆小头油孔 3油孔 基面和两侧面定位，压小头铜套孔。 半精镗、精镗小头衬套孔小头套孔 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 26 图 3小头套孔 基面 和小头和两侧面定位，精磨大头孔和小头铜套孔，保证尺寸。 图 3磨 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 27 表 3床设备及工艺装备 工序号 工序名 加工设备 刀具 量辅具 1 锻造 空气锤 游标卡尺 2 热处理 特种淬火机 3 铣 立式铣床 合金端铣刀 游标卡尺 4 磨 轮 千分尺 5 钻扩铰 头，组刀 游标卡尺 6 铣 铣刀 游标卡尺 7 扩 柱钻模 游标 卡尺 8 铣 片铣刀 游标卡尺 9 铣 金端铣刀 游标卡尺 10 磨 轮 千分尺 11 铣 用铣刀 游标卡尺 12 铣 用铣刀 游标卡尺 13 钻扩 花钻 游标卡尺 14 镗 用镗杆 游标卡尺 15 磨 轮 千分尺 16 镗 标卡尺 1
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