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224 连杆工艺及夹具设计2【任务书+毕业论文+cad图纸+答辩ppt+proe】【机械全套资料】,连杆,工艺,夹具,设计,任务书,毕业论文,cad,图纸,答辩,ppt,proe,机械,全套,资料

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工序 工序名称清洗130140 检验、入库110 精镗 精镗小孔铜套，大孔头 金刚镗床120 称重并取重90 压铜套并 精整 精整 双面气动压床100 精磨分别以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面 解 在裂解机床上，利用水平胀断力使体盖分离裂解专用机床、圆 度测量仪80 装配螺栓 M,预拧紧时的扭矩为终拧紧的1/3左右. 拧紧机50 加工螺栓 孔 枪钻螺栓孔 探测，清洗 螺栓孔倒角五工位组合床60 加工裂解 槽 加工如工序卡裂解槽尺寸精镗 半精镗小头孔至 洗 清洗零件 镗 粗镗小头孔至 精镗 半精镗大头孔至 另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面粗磨10 镗 粗镗大头孔至 锻模锻 去毛刺 磁力探伤 退磁 锻压机、毕业设计答辩 课题名称 : 连杆工艺及夹具设计 课题类型： 设计应用 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机制 052 姓 名： 潘益兴 指导老师： 杨卫平 提交时间 : 2009年 5月 前言 连杆是发动机的主要传动件之一，本论文主要论述了连杆裂解的加工工艺及其夹具设计 。连杆裂解是对连杆杆身和连杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的新技术，具有构思新颖、操作经济、效益显著的特点。阐述了连杆裂解加工原理、主要工艺流程以及裂解加工方法对材料和锻造毛坯的要求。介绍了加工裂解槽、有控裂解、装配螺栓等核心工序与设备，探讨了裂解加工常见缺陷及预防措施。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。 连杆的运动及断裂分析 发动机连杆由大头 、 小头和杆身组成 ， 是活塞和曲轴的连接零件 ， 小头与活塞一起作往复运动 ， 把作用于活塞顶部端面的膨胀气体压力传递给曲轴 ， 使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动 ， 连杆在工作过程中把汽缸体气体燃烧产生的压力传递给曲轴 ， 驱动回转 。 连杆作为十分重要的零件要承受弯曲 、 扭转或冲击载荷的作用 ， 因此要求具有良好的综合力学性能 。 连杆的大头和曲轴一起作旋转运动 ， 而杆身用作十分复杂的平面摆动等 ， 因此连杆在工作过程中会受到交变的拉应力和弯曲应力 ， 同时承受急剧变化的动载荷的冲击 。 其受力方式十分复杂 ， 整个截面都要承受均匀的拉伸应力 、 压缩应力以及脉动交变应力的作用 ， 具体如下 :燃烧气体膨胀压力产生的压缩载荷 ;活塞连杆作往复的惯性力 （ 承载拉伸载荷 ） 作用 ;连杆高速作往返运动产生的纵向和横向惯性力 （ 承载弯曲载荷 ） 的作用 。 综上所述，可知连杆在工作过程中受到压缩、拉伸、弯曲和冲击交变载荷作用，考虑到连杆将活塞所承受的通过燃烧所产生的巨大推力传递到曲轴上，所以连杆和活塞一样，要求具有重量轻、足够的刚度和强度、高的疲劳生良好的冲击韧性等，否则连杆螺栓、杆身的大端将发生断裂，造成发动机的损坏，作为发动机容易损坏的零件，连杆的失效形式有以下两种。 发处部位在连杆的三个高应力作用区，大头与杆身和小头与杆身的过渡区（在螺栓孔附近），以及杆身中间。 原材料缺陷、锻造折叠及淬火裂纹等造成的失效。 连杆的加工工艺发展 连杆的传统加工工艺流程 毛坯锻造 铣两端面 粗磨两端面 钻小头孔 钻大头孔 粗镗小头孔 粗镗大头孔 半精镗小头孔 半精镗大头孔 切连杆大头分开面 粗铣离面 精铣分离面 钻铰定位销孔 攻螺纹孔 磨分离面 精磨两端面压铜套 精镗火头孔 精镗铜套孔 珩磨大头孔。 融入裂解工艺的连杆加工工艺流程 毛坯锻造 粗磨连杆两端面 粗镗连杆大小头孔 半精镗连杆大小头孔 清洗 加工螺栓孔 加工裂解槽 裂解 装配螺栓 压铜套并精整 精磨连杆两端面 精镗连杆大小头孔 称重并取重 清洗 终检 在实际生产过程中，两种工艺的各方面能耗相比可得： 与传统加工工艺对比可知，裂解工艺是以整体 加工代替分体加工，将原有连杆杆身与连杆盖的半 圆加工变为裂解装配螺栓后大头孔整圆精加工，省 去了连杆杆身与连杆盖结合面的拉削与磨削等传统 加工工序，简化了螺栓孔结构设计和整体加工工艺， 降低了螺栓孔的加工精度要求。 与传统连杆加工技术相比，采用裂解技术可减 少机加工工序 60，节省设备投资 25，减少刀具 费用 35，节省能源 40，生产成本可降低 15 20，其经济效益和社会效益十分显著。 此外，断裂剖分的结合面凸凹不平，大大提高了 接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、连杆杆身 和连杆盖的定位精度、装配质量大幅度提高。 在本设计中，以裂解工艺加工的连杆尺寸如下所示： 31+ 515330- 0 . 0 4 0560 30152 80 . . 2+ 0 . 0 1 701 1 . 2- 0 . 0 0 7- 0 . 0 2 0+ 0 . 0 1 701 1 . 2+ 0 . 0 3 0+ 0 . 0 1 76 8 0 . 0 5 连杆的机械加工工艺过程 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。连杆的机械加工工艺过程如下表所示： 工序 工序名称 工序内容 工艺装备0 模锻 模锻 去毛刺 磁力探伤 退磁 锻压机 、 探伤机10 粗磨分别以一大平面定位 ， 磨另一大平面 ， 保证中心线对称 ， 镗 粗镗大头孔至 镗 粗镗小头孔至 精镗 半精镗大头孔至 精镗 半精镗小头孔至 洗 清洗零件 探测 ， 清洗 螺栓孔倒角 五工位组合床60加工裂解槽加工如工序卡裂解槽尺寸体激光裂解器、 工具显微镜70 裂解 在裂解机床上 ， 利用水平胀断力使体盖分离裂解专用机床 、 圆度测量仪80 装配螺栓终拧紧扭矩为 N M, 预拧紧时的扭矩为终拧紧的 1/3 左右 面气动压床100 精磨分别以一大平面定位 ， 磨另一大平面 ， 保证中心线对称 ， 无标记面称基面镗 精镗小孔铜套 ， 大孔头 金刚镗床120 称重并取重130 清洗140 检验 、 入库 一 根据断裂力学理论，裂纹表面的位移有张开型（ 型）、滑移型（ 撕开型（ 种形式如图 1 1所示。其中，张开型裂纹是低应力脆断的最基本形式，即在温度和应变速率相同的情况下，拉应力状态对脆性断裂的发生最为敏感。其特点是断裂时承受的工作应力较低（远远低于材料的屈服强度）、塑性变形小、断口方向与正应力相垂直。 型 图 1 1 而张开型断裂发生的基本条件是物体受到垂直于预定断裂平面的拉应力，如图 型所示。 根据上述原理，在整体锻造的连杆毛坯大头轴承孔设定剖分位置，加工具有高缺口敏感性的尖锐裂纹，并按张开型断裂条件施加裂解力，满足脆性断裂的发生条件，在几乎不发生塑性变形的情况下实现连杆本体与连杆盖的断裂剖分，如图 1 2所示。由于裂解后断裂面呈犬牙交错形态，具有极高的啮合性和配合精度，因此无需再进行切削加工。在装配时，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖与连杆杆身在断裂处可自然精确装合，完全啮合，确保了后续连杆大头轴承孔的精加工及连杆装配质量 。 图 1 2 连杆断裂截面的形状影响裂解的结果。裂纹首先在连杆大头孔内表面开始起裂，然后向两侧的螺栓孔及外侧表面扩展，当裂纹扩展至螺栓孔处时由一条裂纹分成上下两条裂纹，越过螺栓孔后上下两条裂纹重新汇合。接近于圆形的截面有利于上下两条裂纹在同一点汇合，从而提高裂解质量。相反，断裂截面越接近于矩形，上下两条裂纹不在同一点汇合的风险就越大，结果会产生暴口缺陷，如图 1以断裂截面的设计要尽量接近于圆形而避免矩形截面，如图 1 有利于裂解的截面不利于裂解的截面图 1 3 图 1 4 二 用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓，如 1 5图所示。 连杆胀断工艺的技术要求：（ 1）在裂解过程中，连杆杆身和连杆盖只能反向直线运动，二者之间的任何相对转动都会影响加工质量，导致无法进行正常的装合。（ 2）连杆裂解过程中要求连杆体不能发生垂直于裂解力方向的位移 ,故对连杆体下底面上所有节点在垂直于裂解力方向上施加 0位移约束。（ 3）连杆裂解过程中 ,连杆小头端固定不动 ,所以对连杆体杆部施加固定约束。 综上，可知在胀断过程中，以大头孔，小头孔，大小头孔端面还有分离面为主要加工定位面。如图 1 6所示： 图 1 5 图 1 6 三 连杆裂解过程中涉及到动套、定套、拉杆、连杆 4个实体 ,实际裂解过程中 ,拉杆向下运动 ,通过楔面推动动套水平运动。如图 1 7所示： 解工艺是一种力学加工方法。从图 1 5中可看出，该工艺中首先要在连杆大头孔内侧加工两个同样形状和尺寸的对称分布的“ V”型槽，由于应力集中效应在两个槽处形成初始裂纹源。然后以一定的速度向下拉动楔形块，楔形块推动大头孔的动套，致使大头孔从裂解槽处发生脆性断裂、分离，形成连杆盖和连杆体，最后，在专用设备上用螺栓将断开的两部分装配起来，以便进行后续加工。 所以，综上可知，导引的方案主要由楔形块与定、动套的配合精度来保证。在装配螺栓的导引方案由分离面，大头孔和导轨的精度来保证。 图 1 7 四 同时为减小装配后大头孔的精加工余量 ,裂解前后连杆大头孔直径的平均变化量要控制在 保证裂解加工质量 ,采用背压裂解加工方法 ,即裂解前向连杆盖端螺栓孔处及杆部圆弧过渡处施加背压力 P,所以裂解过程的夹紧方案如图 1 8所示： 了确保分离面完全啮合，除了大头孔的定位之外，还得采取如图 1 9所示的夹紧装置： 图 1 8 图 1 9 转压盘与机构 五 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，能承受一部分胀断力。根据加工零件的定位需要以及加工连杆尺寸的大小，设计的夹具体轮廓尺寸 440 10所示： 夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。 图 1 10 ,查表可知。 个内六角螺栓固定在专用的连杆裂解机床上，为此需要校核螺栓的剪切强度： ，查表可知。 六 裂解过程中需要采用背压力来减小大头孔的变形量，使其直径变化量维持在 本设计中采用了四个夹紧油缸来达到这个要求。采用铰链顶头的装置有利于油缸充分地实现压紧的效果。油缸在夹具体上的分布如图 1 20063 622 P 15铰链顶头装置图 1以采用以上的液压夹紧油缸。当楔形块推动裂解动块运动时，动块也必须稳定地在导轨上滑行。所以设计导轨如图 1 12所示： 图 1 头孔采用固定式菱形销，大头孔以动块与定块所组成的圆柱销定位，定位误差计算如下图 1 (1)小头孔 用菱形销定位 ,其中菱形销与夹具体的定位孔配合 用动套与定套所组成的圆柱销进行定位 ,两者之间的配合 图 1 5 2+ 0 . 1- 0 . 156 034+ 0 . 0 2 00o1 ,经验证此值也符合对称度的要求 . 八 连杆裂解技术的原理是基于断裂力学和应力集中理论，其基本原理是利用液压活塞带动楔形块运动，推动动套 (放置在连杆大头端内 )，实现连杆裂解。首先将整体锻造的毛坯大头孔内侧人为加工出预制裂解槽，形成初始裂纹源，以提高裂解过程的应力集中系数；然后利用特定的方法使初始裂纹源启裂并快速扩展，达到连杆本体与连杆盖分离的目的。其裂解过程如图 1连杆锻造毛坯大头孔内，预先加工出裂解槽，形成初始断裂源；在裂解专用设备上首先对连杆大头内孔侧面施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展直至完全裂解如图 1-2(b)所示 ,利用断裂面犬牙交错的特征，在裂解专用设备上，再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位；最后在断裂面完全啮合的条件下，完成上螺栓工序及其他后续与传统工艺相同的切削加工工序。总原理简图如 1 2 i 1 工位置 4 i 1 1)(o)(o1)o(o 22 0 8 221 位置位置角度 图 1 14 1定位销 2辅助定块 3定块 4楔块 5动块 6背压机构 我的毕业设计说明完毕 , 谢谢各位老师 ! 学校代码： 10410 序 号： 050439 本 科 毕 业 设 计 题目： 连杆工艺及夹具设计 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 潘益兴 学 号 ： 20050439 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 2005 级 指导教师 ： 杨卫平 二 年 五 月连杆工艺及夹具设计 I 摘 要 连杆是发动机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆裂解的加工工艺及其夹具设计。连杆裂解是对连杆杆身和连杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的新技术，具有构思新颖、操作经济、效益显著的特点。阐述了连杆裂解加工原理、主要工艺流程以及裂解加工方法对材料和锻造毛坯的要求。介绍了加工裂解槽、有控裂解、装配螺栓等核心工序与设备，探讨了裂解加工常见缺陷及预防措施。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的 要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。 关键词： 连杆 裂解加工工艺 变形 夹具设计 连杆工艺及夹具设计 he is of of of of is a of of at It of of of on as in 杆工艺及夹具设计 录 摘要 . I .言 . 连杆加工工艺过程设计 .艺规程的制定 . 制订工艺规程的原始资料 .杆工艺过程的准备工作 . 连杆的功用及结构特点概述 . 连杆的技术要求分析 . 连杆的功用及结构特点概述 .杆的工艺规程设计 . 连杆加工工艺的主要特点 . 连杆工艺方案的比较及确定 .杆的机械加工工艺过程 . 夹具设计 .杆胀断工艺夹具设计 . 连杆胀断工艺性分析 . 定位方案设计 . 导引方案设计 . 夹紧方案设计 . 夹具体设计 . 其他装置设计 . 夹具精度分析 . 夹具工作原理简介 .总装配图和零件图 .束语 .考文献 .谢 .制 05 级 潘益兴 连杆工艺及 夹具设计 引 言 随着社会经济的发展，人们的生活和工作节奏的加快，汽车作为现代交通运输工具，它的作用及重要性越来越被人们所重视。从 1886 年第一辆汽车的出现到如今汽车成为现代社会不可缺少的交通工具，汽车工业已经成为融合先进技术最多，结构最复杂的 产业之一。而汽车工业的发展在很大程度上依赖于机械制造技术的进步，其中机械加工工艺及夹具对加工精度的影响尤为明显。 本课题研究的是连杆工艺及夹具设计。连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞压缩的往复运动转变为曲柄的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩缸中的气体。由于连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大冲击特性。因此，连杆在机械加工中工艺性的好坏直接影响到连杆的使用寿命，而夹具是保证良好工艺性的必要手段。它是在机床上用 于装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个加工位置不变。在本课题中，使用夹具主要是为了保证连杆在加工后，连杆的加工表面能够满足尺寸、几何形状和相互位置精度的要求。 随着计算机、机械、材料等工业的发展及汽车的结构、设计、动力等的变化，汽车的现代制造工艺与传统的制造工艺有了显著的不同。例如，最初采用拉法加工连杆大头孔的两条槽子，由于拉刀随着加工时间要磨损，因此被拉削的槽子的形状也随之而变化。槽子形状的变化又要影响连杆大头孔在胀断后的变形 。最近几年，美国 国用激光加工连杆大头孔的两条槽子。这种工艺可保持形状是一致的，这也就保证了连杆大头孔在胀断后的变形也是一致的。现在很多汽车公司都倾向采用激光加工连杆断裂槽。 又如在国内，上海大众汽车公司发动机厂连杆总成两侧平面的磨削工艺 1990 年采用德国 此外，连杆大小头孔传统的最后光正加工是采用普通珩磨工艺来实现的。近几年来国外已广泛采用铰珩（ 艺来取代普通 珩磨工艺。由于铰珩工艺在提高加工精度（圆度、圆柱度及尺寸等），缩短加工循环时间和节约费用等方面均比普通珩磨工艺有较大优势。 因此，我们在编制连杆工艺时，应该从质量和经济等角度出发，尽可能的采用现代先进制造工艺，因为这符合精益生产的原则，是一种精益制造工艺。 连杆工艺及夹具设计 - 2 - 1 连杆加工工艺过程设计 艺规程的制订 订工艺规程的原始资料 下列原始资料是制订工艺规程的依据： 1. 零件工作图，包括必要的装配图。 在本课题中，有连杆部件、连杆体和连杆盖零件图各一张。 2. 零件的生产纲领和生产类型 生产纲领 生产纲领是指在一定计划期内应当生产的产品的产量。按下式可计算某一零件的年生产纲领： N=1+ 1+ 式中 :N 为生产纲领件 /年 ;Q 为产品产量台 /年 ;n 为每台产品中该零件的数量件 /台 ;为备品的百分率 ;为残品的百分率。、之值根据经验选取。 需要指出的是，随着汽车制造新工艺、新技术的不断发展，以及现代物流管理水平的不断提高，现在许多汽车公司正在向生产的零库存和产品的零缺陷方向迈进。 生产类型 根据产品 大小和年生产纲领的不同，可以将生产分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。 单件生产 每年生产的产品品种很多，每个品种的生产数量很少，每一设备或工作的常年不重复或很少重复生产同种零件。 成批生产 产品的年产量较多，可以在一段时间内比较固定的生产某一品种的产品。根据产品结构特点、生产纲领和批量等，成批生产又可分为大批、中批和小批生产。 大量生产 每一产品的年产量很大，产品生产可以连续进行。 单件生产的工艺特点是按零件类型划分车间或工段，产品改型对生产影响不大，零件生产无流水线，通常采用试切法加工，广泛采用通 用机床、标准刀具、万能量具、通用夹具或组合夹具，也可采用加工中心等柔性加工设备。 大量生产的工艺特点是按部件组织生产，采用流水线或自动生产线。由于通常采用高效率的专用设备进行加工，故产品改型后原来的设备很难改装，广泛采用专用复合刀连杆工艺及夹具设计 - 3 - 具、成形刀具、专用量具和专用夹具，用调整法进行加工。 中批生产的特点是每台设备完成多种零件的相同工序。产品改型对生产有影响。部分零件按流水线生产，部分按同类零件组织生产，采用通用机床、专用机床和柔性加工设备进行加工。可以采用标准刀具、通用刀具、夹具，也可以采用专用刀具、量具、夹具， 大部分采用调整法加工，个别用试切法加工。小批生产与单件生产的工艺特征相近，而大批生产的工艺与大量生产相似。 在本课题中，连杆是大量生产。 杆工艺规程的准备工作 一、连杆的功用 连杆是发动机的主要零件之一，由连杆小头，连杆杆身和连杆大头三部分组成，它连杆活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，将活塞压缩的往复运动转变为曲柄的旋转运动，又受曲柄的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。因此，连杆工作中承受着呈周期交变的压缩，拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大 的冲击特性。发动机正常工作时，连杆大头约以 3000R/转速旋转，线速度达 10M/在工作时，形成巨大的离心力。由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，使连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损坏形式。 二、连杆的结构特点 1连杆小头 连杆小头形状为薄壁筒壮，有的连杆小头中间突起，一方面是拔模需要，另一方面是加强中部强度。 全浮式连杆小头孔内装有青铜衬套，衬套润滑若是飞溅润滑，则在小头上铣出或钻出集油孔，收集的飞溅润滑油直接引到衬套内。若是压力润滑，则从杆身来的压力润滑进入衬 套，同时从小头的孔中喷出，对活塞内腔进行冷却。 半浮式连杆，则小头与活塞销采用过盈配合或者将小头铣开，然后用螺丝将小头夹紧在活塞销上，半浮式连杆不在用小头衬套和活塞销卡环。 连杆小头用用大圆弧过渡到连杆杆身圆弧与小头切点间的夹角为固定角，固定角小，小头表应力小，固定角最小可到 90圆弧与连杆相切点是连杆杆身危险截面。 连杆杆身端面是工字形，在保证刚度的情况下，工字形端面杆身质量较小。若小头衬套采用压力润滑，则杆身上钻出油道，杆身轴形状上小下大。 连杆工艺及夹具设计 - 4 - 杆身在气压力和往复惯性力的拉压 作用下及在摆动附加弯矩的弯曲作用下，容易弯曲，弯曲力矩在杆身 了保证杆身在 身在 轴的 4倍。 当曲轴采用整体式或组合式时，为了将活塞和连杆从汽缸抽出，连杆大头采用部分形式。汽油机连杆大头采用平切口。柴油机采用连杆大头既有平切口也有斜切口。 柴油机连杆大头斜部分对进一步加大曲柄销有利。大头部分方向从反动机前端看，在直角坐标系的 I 错误 !未找到引用源。 象限，与连杆轴线成 30 60夹角 。这样当功冲程时，大头上盖承受最大爆发压力部分的强度可加强一些，排气冲程时，更大的连杆螺钉能够承受的拉应力会小一些。为了减小连杆螺钉承受的剪切应力，斜切口连杆大头盖要进行定位。大头盖的断面有多种形式，带加强筋的盖质量较轻，刚度也好。 连杆螺钉工作时，承受很大拉力，若断裂，可能产生严重后果。因此连杆螺钉必须有足够的抗疲劳强度，常采用中碳合金钢制造，并经调质处理。 为了防止连杆螺钉松动，在螺钉尾部采用特殊结构，螺母采用花槽螺母，再穿上开口销或锁紧铁丝防松。防松也可采用锁紧片。若无螺母，则螺钉螺纹部分采用 特殊结构，并进行镀铜等防松处理。汽车机平切口连杆的大头定位，用连杆螺钉中部直径较大、表面光滑的定位圆柱面，圆柱面与大头上下盖孔有精密的配合关系。 杆的技术要求分析 连杆是一种难以锻造成形的锻件，最大截面与最小截面之比很大，杆部细长为工字形，厚度尺寸公差较小连杆成型要求有较高的锻造水平。连杆材料为 40料规格：63154工序过程为；切料一加热一道辊锻制坯一予锻、终锻一切边、冲孔一余热淬火一回火一抛丸一测硬一冷校正一探伤一压印一检查入库。根据连杆锻件图规定，毛坯错差不大于 面缺陷深度不太于 件残余飞刺不大于 面抛丸清理；调质硬度为 3 7 殊要求：两端头部放在同一平面检查时，其间隙不大于 连杆材料与毛坯的确定 在编写本研究课题中的连杆工艺时，采用了连杆裂解连杆技术，故对材料有着特殊的要求。裂解加工工艺要求大头孔不能产生明显的塑性变形，以保证精加工后大头孔的圆度要求。因此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性，以便具有良好的啮合性。目前连杆材料主要有粉末冶金、高碳钢、球墨铸铁和可锻铸铁。 粉末冶金材料具有良好的脆性断裂性能，用裂解方法加工连杆广泛采用此种材料。连杆工艺及夹具设计 - 5 - 其优点是锻造毛坯的精确度高，可取消连杆毛坯粗加工， 减少了材料费用和加工工序。粉末冶金锻造连杆甚至在烧结成型时就可预压出裂纹槽，从而可取消缺口加工工序。粉末冶金技术的发展使获得高密度、高强度的粉末冶金材料变得更容易也更廉价，促进了连杆裂解加工技术的发展和使用范围 。铸造连杆的低塑性和易脆断极适宜裂解加工技术的应用。但铸造连杆重量偏差大，机械性能较差，其使用受到限制。 锻钢连杆尺寸精度高、组织结构与力学性能好，在传统 连杆制造业中应用最为广泛，尤其用于负荷大、转速高的发动机以及要求连杆具有高疲劳强度和可靠性的场合。目前广泛用于制造轿车连杆的 造后直接空冷机械性能即可达到要求，可取消常规热处理以及校直和消除应力的工序，尤其是可裂性好，极适合裂解加工 。 杆工艺规程设计 杆加工工艺的主要特色 一、 连杆传统的加工工艺 传统加工工艺流程： 毛坯锻造 铣两端面 粗磨两端面 钻小头孔 钻大头孔 粗镗小头 孔 粗镗大头孔 半精镗小头孔 半精镗大头孔 切连杆大头分开面 粗铣离面 精铣 分离面 钻铰定位销孔 攻螺纹孔 磨分离面 精磨两端面压铜 套 精镗火头孔 精镗铜套孔 珩磨大头孔。 鉴于锻造法生产的连杆比铸造法成本高，故采用铸造法大批生产珠光体可铸铁连杆， 1965年由美国通用汽车公司使用后，相继有德国 成功地取代了部分锻造连杆。此后，又采用球墨铸铁制造连杆，以取代可锻铸铁。仅德国的铸造行业，每年供应欧洲汽车制造业需用的铸造连杆约达1000万根以上“其中 定 铸造连杆形状和尺寸的主要因素是疲劳强度，它须通过 107周次循环负荷的疲劳强度试验。铸造连杆经喷丸强化处理后，其疲劳的质量偏差为 3 4。近来可采用“裂痕撑断法”剖分连杆体与盖的新切断工艺，从而减少了机加工工序，降低了生产成本。 锻造是使钢铁或有色金属材料产生塑性变形，从而变成具有一定形状和尺寸的锻件，并改善其组织结构而获得高的力学性能。现今汽车锻造行业几乎都是采用模锻法，主要用以制造形状复杂和性能要求高的零部件或毛坯，诸如曲轴、前粱、连杆、转向节连杆工艺及夹具设计 - 6 - 等。全球主要汽车制造业每年需用发动机连 杆约达 2亿根，其中 为模锻连杆 。为满足发动机连杆的大量需求，多采用锤上热模锻法在自动化锻造生产线上大批量生产。其主要制造工艺过程是：首先将钢坯加热 (如感应加热 )到锻造温度，然后将此钢坯送人自动轧钢机进行初轧，使其延伸成一定要求的几何形状和尺寸的预制坯，最后，将此预制坯送人锻压机的锻模中进行终锻， 以获得最终产品形状和尺寸精度。或者采用多模锻造方法就不需要进行轧制，但与连续锻造相比，则有更多的材料浪费在毛刺上；与初轧到终锻的锻造相比，纤维状取向更恶化。关于模锻连杆的材料选择，以往多使用传统的可热处 理钢 (如 42，现可 选用控制轧制的微合金化钢。通常模锻毛坯的质量损失为其总质量的 4 7 ，锻造成品连杆的质量偏差为 3 5。 “切断法” 发动机连杆分离面加工的传统方法可以称为有屑切削法即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行粗加工之后 。 用切削的方法 (铣削或锯削 )将整体连杆切断分成连杆体厦连杆盖两个零件 。 然后再用拉削磨削或精铣的方 法 。 对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工，以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求 一般可称为切断法 (见图 1 在分离面进行精加工之后，将连杆体及盖成对合在一起，再加工连杆螺栓孔；随后，已加工完螺拴孔的连杆体及盖再成对地、不可互换地用连杆螺栓台装在一起，并按规定扭矩拧紧，转入其它情加工工序。不论连杆的毛是锻造的还是铸造的，这种传统的连杆切断法在汽车制造业以及一切内燃机 制造业界一直沿用至今，几乎有近百年的历史 . 图 1断法 二、连杆现代的加工工艺 在连杆的现代加工工艺中，最具有现代特色的就是采用了对连杆杆身和连 杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的先进加工技术 杆裂解 ”工艺 。 连杆裂解加工技术的基础是断裂理论。根据断裂力学原理，裂纹表面通常有张开型、连杆工艺及夹具设计 - 7 - 前后滑移型和平面剪切型三种位移形式。当物体受到垂直于断裂平面的正应力作用时，发生低应力脆性断裂，即张开型断裂。其特点是断裂时承受的工作应力较低，通常远远低于材料的屈服强度，塑性变形小，断口方向与正应力垂直 。 连杆裂解加工的原理是通过在大头适当位置设计并预制缺口，形成应力集中，再主动施加垂直于预定断裂面的载荷进行引裂。当满足发生脆性断裂的条 件时，在几乎不发生塑性变形的情况下，在缺口处规则断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。其加工原理如图 1 2所示。由于断裂面呈犬牙交错自然形态，具有极高的配合精度，无需再加工。在后续的大头 孔 精加工及装配过程中，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖与连杆体在断裂面处自然啮合、精确合装。 图 1 2 裂解加工原理 连杆裂解加工属于精密加工技术。断裂剖分后大头 孔 仅需精镗，因此在定向裂解过程中，大头孔不能有较大的失圆与变形，以免造成后续精加工的余 量不足；由于断裂面将作为后续加工及装配的基准，所以要求断裂面具有较好的三维凹凸曲面形态，以满足精确啮合的要求；同时，连杆作为发动机的重要零件，工作状态恶劣，在高温环境下承受交变载荷的作用，运动速度极高，因此要求断裂面 (接触面 )强度高、承载能力强。 锻造的连杆毛坯，在实施断裂剖分之前，先粗镗连杆大头孔，然后在其预定断裂处加工两个对置的沟槽，为应力集中点，见图 1 3a。随后，将连杆 a） 开槽的连杆 b)断裂剖分工艺示意 图 1 3 连杆断裂剖分工艺示意图 大头孔套装到一台进行断裂剖分的装置的两个半芯轴上，并将连杆进行定位和夹紧。然后利用冲击力，将用来胀裂连杆的楔插入上述半芯轴中，此时在楔的冲击下，连杆的大头孔在沟槽处被断裂剖分为连杆体和连杆盖，见图 1 3b。 这种新工艺，使分离后的连杆和连杆工艺及夹具设计 - 8 - 连杆盖能直接在断裂面处自然精确合装，无需加工配合面，达到了减少加工工序和减少加工机床的目的。此外，除连 杆剖分面具有较高的配合精度外，还由于其剖分接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力。 因此，在融入裂解技术之后，本课题所采用的连杆工艺规程为 ： 0 锻造 10 粗磨连杆两端面 20 粗镗连杆大小头孔 30 半精镗连杆大小头孔 40 清洗 50 加工螺栓孔 60 加工裂解槽 70 裂解 80 装配螺栓 90 压铜套并精整 100 精磨连杆两端面 110 精镗连杆大小头孔 120 称重并取重 130 清洗 140 终检 杆工艺方案的比较及确定 对于任何产品的工艺过程，通常应制订出几套不同的、能够满足加工质量和生产效率的工艺方案，最后，以经济性评比来决定它们的取舍。经济性评比可以对整个工艺过程来进行，也可以针对某个 或几个工序来进行。如果两个工艺过程截然不同，则应进行全面的分析比较。如果只是个别工序不同，则对不同的工序进行分析比较，最后选择较为经济的方案。 一、工艺成本 制造一个零件所必需的一切费用的总和，称为零件的生产成本。生产成本中有一部分是与工艺过程有关的，称为工艺成本；另一部分则与工艺过程无关，例如行政总务人员的工资及办公费用、厂房折旧和维持费用等。在工艺方案的经济性评比中，只考虑生产成本中的工艺成本这一部分。 工艺成本由以下两种费用组成： （元 /件） 可变费用是指与零件产 量直接有关的费用。如毛坯材料和制造的费用，操作工人的 连杆工艺及夹具设计 - 9 - 工资和奖金，通用机床和通用夹具的折旧费和维修费，通用刀具的折旧费及维持费，加工消耗的电费等。 （元） 不变费用是指与零件年产量无之间关系的费用，如专用机床和专用夹具的折旧费和维修费，专用刀具的折旧费，机床调整工人的工资等。 若零件的全年产量为 N（件），则全年工艺成本 C = S （ 元 ） 单个零件的工艺成本 V + S/N （元） 二、工艺方案的比较及确定 方案一 方案二 0 锻造 0 锻造 10 粗磨连杆体两侧面 10 粗磨连杆两端面 20 拉削连杆体分离面、 20 粗镗连杆大小头孔 大小头定位点 30 拉连杆体与盖半圆、 30 半精镗连杆大小头孔 侧定位点、螺栓座面、分离面 40 粗加工连杆小头孔 40 清洗 50 粗、半精、精加工螺栓孔 50 加工螺栓孔 60 铣连杆体和盖的 锁瓦槽 60 加工裂解槽 70 磨分离面一压衬套并精整 70 裂解 80 装配连杆 80 装配螺栓 90 精磨连杆体两侧面 90 压铜套并精整 100 半精镗、精镗大小头孔 100 精磨连杆两端面 110 研磨大小头孔 110 精镗连杆大小头孔 120 称重并取重 120 称重并取重 130 清洗 130 清洗 140 终检 140 终检 由前面的介绍可知，连杆裂解技术的基础是裂纹技术，即通过主动设计敏感应力场、施加载荷充分引裂和催裂、控制裂纹走向并实现规则断裂。首先在整体锻造的连杆毛坯大头孔内侧加工裂解槽，形成初始断裂源；然后施加垂直于预定断裂面的正应力，满足脆性断裂的发生条件，在几乎不发生塑性变形的情况下连杆体与盖分离，完成无屑断裂剖分，见图 1 4所示。由于断裂面呈犬牙交错自然形态，具有极高的配合精度，无需再加工。在后续的大头孔精加工及装配过程中，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖与连杆体在断裂面处自然精确合装、完全啮合，可保证连杆大头孔的圆度。 连杆工艺及夹具设计 - 10 - 裂解工艺改变了连杆加工的关键生产工序。断裂剖分面作为接合面，配合精度很高，可省去分离面的拉削与磨削等工艺，简化螺栓孔结构设计和整体加工工艺，降低螺栓孔的加工精度要求。具有加工工序少、节省精加工设备、产品质量高、生产成本低、生产效率高等显著优点。此外，剖分接合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承 载能力，抗剪能力，杆、盖的定位精度，装配质量大幅度提高，对提高发动机整体生产技术水平具有重要作用。图 1 5给出传统加工与裂解加工在螺栓孔结构设计和加工工艺上的比较。 图 1 4 裂解加工技术 图 1 5 螺栓孔结构设计和加工工艺的比较 与传统加工方法相比，连杆分离面裂解工艺的优点是： 连杆工艺及夹具设计 - 11 - 连杆大头采用裂解工艺后，它们分离面是最完全的吻合。所以没有分离面及螺栓孔加工误差等影响，而这些加工误差以 用裂解工艺时连杆大头孔亦有变形，但是比较小，其误差以 如德国 的 粗加工后连杆大头孔不圆度大约在 12 裂解后大约在 40 变形约为 28 m。 可省掉连杆盖与连杆分离面的拉削加工，磨削加工和螺栓孔的精加工及其设备投资费用和这些机床占有生产面积以及其制造费用。 在传统工艺中，切断后的连杆盖需要单独自动运输装置，而采用裂解工艺后，由于连杆盖从连杆本体裂解后，即行装配，不再单独出现连杆盖的零件，所以在机 加工生产线中亦不再需要连杆盖单独自动运输装置。 裂解加工工艺可使机械加工工序减少 60 ,设备投资节省 25 ,刀具费用减少 35 ,能源节省 40，生产成本降低 15 20，其经济效益和社会效益十分显著。此外，由于剖分接合面为三维凸凹曲面，增大了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、杆与盖的定位精度、装配质量大幅度提高，对提高发动机整体生产技术水平具有重要作用。 综上所述，连杆加工的最终工艺方案为方案二： 0 锻造 10 粗磨连杆两端面 20 粗镗连杆大小头孔 30 半精镗连杆大小头孔 40 清洗 50 加工螺栓孔 60 加工裂解槽 70 裂解 80 装配螺栓 90 压铜套并精整 100 精磨连杆两端面 110 精镗连杆大小头孔 120 称重并取重 130 清洗 140 终检 连杆的机械加工工艺过程 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连杆工艺及夹具设计 - 12 - 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。 连杆的机械加工工艺过程如下表 1 1 所示： 表 1 1 工序 工序名称 工序内容 工艺装备00 模锻 模锻 去毛刺 探伤 退磁 锻压机 、 探伤机10 粗磨分别以一大平面定位 ， 磨另一大平面 ， 保证中心线对称 ， 镗 粗镗大头孔至 镗 粗镗小头孔至 精镗 半精镗大头孔至 精镗 半精镗小头孔至 洗 清洗零件 探测 ， 清洗 螺栓孔倒角 五工位组合床60加工裂解槽加工如工序卡裂解槽尺寸体激光裂解器、 工具显微镜70 裂解 在裂解机床上 ， 利用水平胀断力使体盖分离裂解专用机床 、 圆度测量仪80 装配螺栓终拧紧扭矩为 N M, 预拧紧时的扭矩为终拧紧的 1/3 左右 面气动压床100 精磨分别以一大平面定位 ， 磨另一大平面 ， 保证中心线对称 ， 无标记面称基面镗 精镗小孔铜套 ， 大孔头 金刚镗床120 称重并取重130 清洗140 终检 检验 油封入库 连杆工艺及夹具设计 - 13 - 2 夹具设计 连杆胀断工艺夹具设计 连 杆胀断工艺性分析 根据断裂力学理论，裂纹表面的位移有张开型（型）、滑移型（ 撕开型（ ） 三 种形式 如图 2 1 所示 。其中，张开型裂纹是低应力脆断的最基本形式，即在温度和应变速率相同的情况下，拉应力状态对脆性断裂的发生最为敏感。其特点是断裂时承受的工作应力较低（远远低于材料的屈服强度）、塑性变形小、断口方向与正应力相垂直。 型 图 2 1 断裂形式 而 张开型断裂发生的基本条件是物体受到垂直于预定断裂平面的拉应力，如图 2 1型所示。 根据上述原理，在整体锻造的连杆毛坯大头轴承孔设定剖分位置，加工具有高缺口敏感性的尖锐裂纹，并按张开型断裂条件施加裂解力，满足脆性断裂的发生条件，在几乎不发生塑性变形的情况下实现连杆本体与连杆盖的断裂剖分，如图 2 2所示。由于裂解后断裂面呈犬牙交错形态，具有极高的啮合性和配合精度，因此无需再进行切削加工。在装配时，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖 与连杆杆身在断裂处可自然精确装合，完全啮合，确保了后续连杆大头轴承孔的精加工及连杆装配质量 。 连杆工艺及夹具设计 - 14 - 图 2 2 传统连杆与裂解连杆 连杆断裂截面的形状影响裂解的结果。裂纹首先在连杆大头孔内表面开始起裂，然后向两侧的螺栓孔及外侧表面扩展，当裂纹扩展至螺栓孔处时由 一 条裂纹分成上下两条裂纹，越过螺栓孔后上下两条裂纹重新汇合。接近于圆形的截面有利于上下两条裂纹在同一点汇合，从而提高裂解质量。相反，断裂截面越接近于矩形，上下两条裂纹不在同一点汇合的风险就越大，结果会产生暴口缺陷，如图 2以断裂截 面的设计要尽量接近于圆形而避免矩形截面，如图 2 图 2口缺陷 连杆工艺及夹具设计 - 15 - 有利于裂解的截面不利于裂解的截面图 2解截面 定位方案设计 采用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓，如1 4图所示 。 连杆胀断工艺的技术要求：（ 1） 在裂解过程中，连杆杆身和连杆盖只能反向直线运动，二者之间的任何相对转动都会影响加工质量，导致无法进行正常的 装合。 （ 2） 连杆裂解过程中要求连杆体不能发生垂直于裂解力方向的位移 ,故对连杆体下底面上所有节点在垂直于裂解力方向上施加 0位移约束。 （ 3） 连杆裂解过程中 ,连杆小头端固定不动 , 所以对连杆体杆部施加固定约束 。 综上，可知在胀断过程中，以大头孔，小头孔，大小头孔端面还有分离面为主要加工定位面。如图 2 5所示： 图 2 5 连杆工艺及夹具设计 - 16 - 导引方案设计 连杆裂解过程中涉及到动套、定套、拉杆、连杆 4个实体 ,实际裂解过程中 ,拉杆向下运动 ,通过楔面推动动套水平运动 。如图 2 6所示： 图 2 6 裂解工艺是一种力 学加工方法。从图 1 4 中可看出，该工艺中首先要在连杆大头孔内侧加工两个同样形状和尺寸的对称分布的“ V”型槽，由于应力集中效应在两个槽处形成初始裂纹源。然后以一定的速度向下拉动楔形 块 ，楔形 块 推动大头孔的 动套 ，致使大头孔从裂解槽处发生脆性断裂、分离，形成连杆盖和连杆体，最后，在专用设备上用螺栓将断开的两部分装配起来，以便进行后续加工。 所以，综上可知，导引的方案主要由楔形块与 定、动套的配合精度来保证。在装配螺栓的导引方案由分离面，大头孔和导轨的精度来保证。 夹紧方案设计 同