【工装夹具类】连杆生产线精镗连杆大小端孔夹具设计【4张图纸】【优秀】
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【工装夹具类】连杆生产线精镗连杆大小端孔夹具设计【4张图纸】【优秀】,工装,夹具,连杆,生产线,大小,设计,图纸,优秀,优良
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精镗连杆大小端孔夹具设计 摘 要 连杆是发动机运动的主要关键件之一，它工作的稳定性、可靠性对发动机的整机质量至关重要，质量轻、精度高的连杆，有助于降低发动机的能耗和噪声。本文在研究了国外内燃机连杆的基础上，根据我国发动机连杆加工的现状，以及连杆结构的特点和精度要求，分析了如何对连杆加工基准进行合理选择；如何确定夹紧力的方向和着力点；如何合理选择各部位加工方式及工艺流程；给出了各工序加工余量的确定方法；并重点分析了影响连杆加工精度的主要原因。从对发动机连杆机械加工工艺过程、加工余量和工序尺寸的计 算、发动机连杆的镗孔质量和发动机连杆胀断工艺等方面进行了深入的分析和研究，为连杆的生产提供了理论依据。 关键词 : 变形；镗孔夹具设计；连杆；加工工艺； is of it is to of on on of to of of to of to of of of of of of of 目 录 1 序 言 . 夹具加工工艺 .构特点 .要技术要求 . 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 . 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 . 大、小头孔轴心线在两个互相垂直 方向的平行度 . 大、小头孔两端面的技术要求 . 大、小头孔中心距 .械加工工艺过程 .料和毛坯 . 夹具设计 .意事项 .具设计 . 定位基准的选择 . 夹紧方案 . 大、小孔夹具体设计 . 年生产纲领 . 工时定额的计算 . 切削力及夹紧力的计算 . 气缸的选择和设计 . 结 论 .考文献 . 11 致 谢 .国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 1 序 言 我们学完了大学的基础课、加工，设计环节的技术基础课、各项专业课之后进行的。这是在进行毕业设计之前所必须学习的必修课程。并对所学课程又进行了一次深入的综合性的总复习，它在我们四年大学生活中占有非常重要的地位，本次课程设计意图在与培养学生设计机械加工工艺规程的工程实践能力，通过这次我将使我们获得综合运用所学全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力。并综合当今社会情况，做出自己对机械设计的理解和设计方向。 在设计的过程中，遇到非常多的问题，并一 一在同学，老师，网络上寻求答案，最终能完成设计，是得到各位帮助的肯定。 这次理论与实际的结合，大大的提高了我对机械设计的理解，并对机械设计有了一次全新的认识。经验上的欠缺，导致设计方面能力的限制，水平难以达到标准化，其中的许多不足，恳请各位老师给予指正。 2 夹具加工工艺 构特点 连杆是汽车发动机主要的传动机构之一，它将活塞与曲轴连接起来，把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动可逆的转化为曲轴的回转运动，以输出功率。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，连杆的加工精度将直接影响发动机的性能，而 工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。如图： 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 要技术要求 该零件为发动机上的重要组成部分之一，其大头孔和轴连接，小头孔通过活塞销和活塞连接，将作用于活塞的力传给曲轴，又受曲轴驱动面带动活塞。因此该连杆器将受到压缩压力，纵向弯曲应力和拉应力，故要求此连杆有较轻的重量、较高的强度，同时大小头孔还有较高的耐磨性和互换性。 杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求： 规定其垂直度公差等级应不低于 头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100 、小头孔两端面的技术要求 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。 、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 面粗糙度 m；大头孔的圆柱度公差为 头孔公差等级为 面粗糙度 m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 线平行度公差为 00 大、小头孔中心距 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 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： 210 、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 垂直与连杆轴心线方向的平行度在 100 度上公差为 械加工工艺过程 综上所述，对于连杆的尺寸精度、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。在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度： 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；还有就是连杆是模锻件，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： 第一步，粗铣、精铣、粗磨、精磨两端面；第二步，钻孔、扩孔、铰孔、精镗（小头）、压入衬套后再精镗；最后，扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨（大头孔）。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。 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。 料和毛坯 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年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。 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）及中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 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。 连杆的锻造工艺过程，是将棒料在炉中加热至 1140 1200在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。 连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量 等的全面检查，方能进入机械加工生产线。 3 大、小孔夹具设计 由连杆工作图可知，连杆材料为 45钢，年产量 25万件。根据指导老师的要求，需设计一套精镗大小端孔夹具。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。夹具图如图 1： 图 1 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 意事项 本夹具主要用来精镗 70的大头孔和 39 的小头孔，大头孔的轴心线相对于小头孔轴心线有一定的尺寸精度要求。由于本工序是精加工，在加工本道工序时，主要应考虑如何在保证镗孔精度的前提下提高劳动生产率，降低 劳动强度。 具设计 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。因此，工件以大头一侧的外表面作主要定位基准面，用支承板限制工件的三个自由度，其中大头孔用定位销（假销）定心定位，限制工件的两个自由度，另一小头孔用锥形销（假销）消除工件的一个转动自由度。 紧方 案 该零件是带孔的盘状零件，孔是其设计基准，为避免由于基准不重合而产生误差，应选孔为定位基准。大小端孔分别用斜楔夹紧机构，浮动夹紧机构夹紧。为了装卸工件方便，采用气动夹紧工件。当连杆定位夹紧后，再从大小头孔中抽出 “ 假销 ” 进行加工。小孔两侧夹紧装置。 如图 2： 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 图 2 具体设计 夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。 生产纲领： 生产纲领的大小对零件的加工过程和生产组织起着重要的作用，它决定了各个工序所需的专业化和自动化程度，决定了所应选用的工艺方法和机床设备。 年生产纲领可按下式计算： N=+a%+b%) 式中 N 零件的年生产纲领（件 /年） Q 产品的年生产纲领（台 /年 ） n 每台产品中该零件的数目 a% 该零件的备品率 b% 该零件的废品率 按一年工作日 220 天，一天一班，工作 7 小时， %， %，要达到年产 25万件，需要每小时生产 173 件。 生产每件所用的操作时间为 60/173=国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 时定额的计算 根据机械制造工艺设计手册选取数据 大头孔：镗刀直径 D = 89.5 切削速度 V = m/s 进给量 f = 0.2 mm/r 切削深度 0.2 按机床选取 n = 1000 r/削工时为： L = 38 3.5 5 本时间 Li/ 辅助时间 头孔：镗刀直径 D = 切削速度 V = m/s 进给量 f = mm/r 切削深度 0.2 机床选取 n = 2000 r/削工时为： L = 38 3.5 5 本时间 Li/ 辅助时间 切削力及夹紧力的计算 由金属机械加工工艺人员手册， 镗削工作常用符号 机动时间（分）； L 切刀行程的长度（毫米）； l 加工长度（毫米）； 切 刀的切入长度（毫米）； 切刀的超出长度（毫米），当加工到定位器、台阶时， ； 附加长度（毫米），单件及小批生产的条件下试刀用； t 切削深度（毫米）； s 主轴每转切刀的进给量（毫米）； n 机床主轴每分钟的转数（转 /分）； i 进给次数； d 零件或毛坯的直径（毫米）； v 切削速度（圆周速度）， 分米 /1000 , T n0 , 321 查组合机床设计参考图册硬质合金镗刀加工钢， 米 /转时，求 T、 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 T= 或 v=t=s= s=B=10260Pzv 切削速度（米 /分） S 每转进给量（毫米 /转） 轴向力（公斤） t 切削深度（毫米） 圆周力（公斤） T 刀具耐用度（分） N 切削功率（千瓦） 布氏硬度 刀具： 采用硬质合金钻头 F=z/n 以 F 大 =1456N， F 小 =566N 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。 安全系数 K=中： 基 本安全系数 2： 加工安全系数 3： 刀具钝化系数 4： 断续切削系数 以 F 大 = F=小 国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 缸的选择和设计 气缸是气动夹具的动力部件。常用的有活塞式和薄膜式两种结构形式。根据进气方式，它们可分为单向作用和双向作用；按气缸的使用和安装方式，又可分为固定的，摇摆的和回转的三种。一般气动夹具，夹紧时活塞杆仅作直线运动，因此多采用固定的气缸。为了使位置 紧凑，可把气缸直接嵌入夹具体内，但这种气缸的结构尺寸不能过大。 由于镗削力比较小，因此采用耳座式气缸夹紧大端孔，嵌入式气缸夹紧小端孔。缸体和缸盖一般用铸铁制成，在缸盖和活塞端部制成圆形和环形坑，当活塞行至终点时，可以起缓冲作用，防止活塞和缸盖发生撞击。 当压缩空气进入气缸内无活塞杆一端时，活塞的推力 4 2 ， P 压缩空气的单位压力，一般为 4 105 105 活塞的直径 (m) 机械效率，取 于镗孔的切削力相对较小，故分别选用选用 3500N,1500 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 4 结 论 对于这次夹具设计的过程，以及成果，让我对连杆端孔的认识更透彻。在机械加工工艺方面，有了一定的思维模式。 在设计方面，可以归纳为： 1、定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。 2、导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是精镗大小端孔夹具，所以主要考虑的是选用镗模镗套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定镗套和对刀块的位置尺寸 及公差。 3、夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用气动夹紧装置。 4、夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。 另一方面：连杆件外形较复杂，而刚性较差。且其技术要求很高，所以适当的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。在连杆的实际加工过程中，选用连杆的大小头端面及小 头孔作为主要定位基面，同时选用大头孔两侧面作为一般定位基准。为保证小头孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证大小头孔的中心距精度要求，可采用
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