175ⅱ型柴油机连杆制造及铣螺柱孔平面工装设计

175型柴油机连杆制造及铣螺柱孔平面工装设计厦门海洋职业技术学院（论文）1/22摘要连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。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；变形；加工工艺；夹具设计厦门海洋职业技术学院（论文）2/22ABSTRACTDIESELENGINECONNECTINGRODISONEOFTHEMAINTRANSMISSIONPARTS,THISPAPERDISCUSSESTHEPROCESSINGTECHNOLOGYOFCONNECTINGRODANDFIXTUREDESIGNLINKAGEOFTHEDIMENSIONALACCURACY,SHAPEACCURACYANDPOSITIONACCURACYREQUIREMENTSAREHIGH,WHILETHERIGIDRODISRATHERPOOR,PRONETODEFORMATION,ANDTHEARRANGEMENTPROCESS,YOUNEEDTOTHEMAINSURFACEOFTHESEPARATIONOFROUGHFINISHINGPROCESSTOGRADUALLYREDUCETHEMACHININGALLOWANCE,CUTTINGFORCEANDTHEROLEOFINTERNALSTRESSANDDEFORMATIONOFTHEAMENDMENTAFTERPROCESSINGCANBEACHIEVEDBYPARTSOFTHETECHNICALREQUIREMENTSOFKEYWORDSCONNECTINGROD；DEFORMATION；PROCESSING；FIXTUREDESIGN厦门海洋职业技术学院（论文）3/221连杆的结构特点及主要技术条件分析11概述连杆是柴油机的主要传动部件之一，它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。12连杆的结构分析零件结构的工艺性，是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。所谓良好的工艺性，首先是这种结构便于加工，即在同样的生产条件下能够采用简便和经济的方法加工出来，此外，零件还适应生产类型和具体生产条件的要求。“连杆”零件为杆类零件，其结构特点（1）大小头端面对称分布在连杆中截面的两侧。（2）精度要求高（3）加工部位多（4）其加工面主要是两端面面和大小头孔连杆是拖拉机发动机中的主要传力部件之一，其大小经活塞销与活塞连接，大头与曲轴颈相连接，燃烧室中受压缩的油气混合气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的力传给曲轴，推动曲轴旋转。连杆部件一般有连杆体、连杆盖和螺栓等所组成。在发动机工作过程中，连杆要承受膨胀气体的作用，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重量，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。为了减小磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头孔内衬有具厦门海洋职业技术学院（论文）4/22有钢制基底的耐磨巴氏合金轴瓦。为了保证发动机运转平衡，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），发动机工作是依靠曲轴的高速转动，把汽缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副，连杆所承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。13连杆的主要技术要求131大小头孔的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，大头孔与小头的衬套孔尺寸公差均为IT6。大头孔表面粗糙度RA08M，衬套孔表面粗糙度RA04M，大头孔的圆度公差为0005MM，圆柱度公差为001MM；小头压衬套的底孔的圆度公差为0007MM，圆柱度公差为0015MM，小头衬套孔的圆度公差为0004MM，圆柱度公差为0008MM。132大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气缸中倾斜，从而造成气缸壁磨损不均匀，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要求较高；而两孔轴心线用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。此处规定为两孔轴心线子在连杆轴线方向的平行度在100MM长度上公差为03MM；在垂直于连杆轴线方向的平行度在100MM长度上公差为006MM。133大小头孔的中心距大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，即影响到柴油机的效率，所以规定了比较高的要求180005MM。134大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度大小头孔两端面对大头孔轴心线在垂直度影响到轴瓦的安装和磨损；同时，这个垂直度在加工过程中将影响到加工小头孔两端面时定位精度，所以对它也提出了一定的要求大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度在100MM长度上公差为01MM。厦门海洋职业技术学院（论文）5/22135有关螺栓孔的技术要求连杆在工作过程中承受着急剧变化的动载荷，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，对于安装这个两个螺栓的螺栓孔及端面也提出了一定的要求螺栓孔按公差等级IT8和表面粗糙度RA32M；两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度在100MM长度上公差为015MM；螺栓孔两端面对螺栓孔轴心线的圆跳动在100MM长度上载100长度上公差为02MM。136有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，结合面的歪斜使连杆盖以及连杆体沿着结合面产生相对错位，使曲轴的连杆轴颈荷轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平面度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。此处规定结合面对大头孔端面的垂直度在100MM长度上公差为02MM，结合面的平面度公有效期为001MM。14毛坯的确定毛坯的选择应从生产批量的大小，非加工面的技术要求，零件的材料、结构、形状、尺寸、重量技术要求等方面综合考虑。通常情况下，主要以生产类型来决定。正确选择制坯方式可以使整个工艺过程经济合理，故应认真的选择并要加以论述。141毛坯的材料零件为连杆，工作时需要承受交变载荷及冲击性载荷，因此选用45钢来作为零件,材料毛坯应为锻件。45钢一般为中碳的优质碳素结构刚与合金结构钢，主要用于制造承受很大变动载荷与冲击载荷或各种复合应力的零件（如机器中传递动力的轴、连杆、齿轮等）。这类零件要求钢材具有较高的综合力学性能，即强度、硬度、塑性、韧性有良好的配合。142制坯方法的确定毛坯的选择有两种使毛坯形状与尺寸和零件接近；使毛坯的形状尺寸与零件相差较大。厦门海洋职业技术学院（论文）6/22这影响着毛坯的制造费用及劳动量，与机械加工费用及劳动量。为节省能源与金属材料，随着毛坯制造专业化生产的发展，制坯方法的确定应取向前种方法。（1）零件的材料及其机械性能的要求，在绝大多数情况下，就基本上确定了毛坯的种类“连杆”零件设计时选用材料为45钢,硬度HB不小于226271，就只能用锻造的方法制造毛坯。（模锻）（2）毛坯种类的选择决定于零件的材料、形状、生产性质以及在生产中获得的可能性。材料为45钢,杆类零件，大批生产，综合考虑选择毛坯为模锻件。模锻件是由毛坯经加热后在锻模中锻制而成，因而能使其轮廓尺寸接近于零件的尺寸，加工余量及材料消耗均大大减少由于模锻件的尺寸比较精确，它有可能免去以后的机械加工模锻件的成本较自由锻件低（自由锻件是由金属经加热后用手工锻或用锻锤锻压成型，使外形与零件的轮廓相近似，不适宜中批生产）其制造过程远较自由锻造的过程为短，所要求的工人技术熟练程度也较低，但设备价格较贵，因而适用于同类零件产量较大的生产中。（3）生产纲领对制坯方法的选择有决定性影响。各种毛坯的制坯方法只能在一定的生产纲领条件下才使经济的可行的。生产批量大时，应选择精度和生产率都比较高的制坯方法，用于制坯的费用，可由材料消耗的减少和机加工费用的降低来补偿。（4）现有生产条件结合具体条件，考虑现场制坯的实际工艺水平、能力、设备状况及外界的可能性和经济性。143毛坯的加工余量机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量（零件的表面如无须机械加工，则该表面上即无须加工余量）。加工余量的大小，取决于加工过程中各个工步应切除的金属层的总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。在机械加工的各个工步中。所切除的金属层厚度用符号ZM来代表；如果不考虑所有其它因素，则总余量的大小将为ZM如用符号Z1、Z2、ZM来代表各个公步或工序间的余量大小，则ZMZ1Z2Z3ZMA厦门海洋职业技术学院（论文）7/22式中A毛坯外尺寸的下差或内尺寸的上差。数值Z1、Z2、ZM取决于完成各个工步的条件，如安装零件的精确度和工具的特性等。但是，其中Z1的植，亦即第一个粗切削工步的加工余量，还取决于毛坯需要加工处的表面层状况。因为表面层不平度差别较大，有时甚至会有相当大的表面凹陷。此外，表面的金属层往往不同于表皮内部的金属。在铸铁件上，有较内部为硬的外壳9白口铁）；锻件的外皮有氧化层和脱碳层。由此可知，表面层（外皮）是有缺陷的，它的特点是有较高的硬度。如果刀具的刀刃切在表面层，将使刀具加速磨损。因此刀具切入金属层的厚度应大于表面层的厚度。各种毛坯的表面层厚度“加工余量的公差”既是最大加工余量与最小加工余量之差。当确定加工余量的尺寸时，必须考虑到毛坯公差的大小。厦门海洋职业技术学院（论文）8/22第2章制定机械加工工艺过程及工艺简卡21工艺规程的选择因素零件的加工工艺规程是一系列不同工序的组合，由于生产规模和具体情况不同，对同一零件的加工工序综合可能有很多方案，应根据生产条件，采用其中工序最完善和最经济的方案。工艺规模应根据以下基本因素来选择生产规模是决定生产类型的基本因素，亦即是设备，工装，机械化和自动化程度等的选择依据连杆零件属于中批量的生产类型。制造零件所需要的坯料和型材的形状，尺寸和精度。零件材料的性质（硬度，可加工性，热处理在工艺路线中的排序先后等），它是热处理工序和选用设备及切削用量的依据45钢，HB226271。零件制造的精度，包括尺寸公差，形位公差以及零件图上所指定的或技术条件中所补充指定的要求。零件的表面粗糙度决定该表面最终的类别及相应中间工序和粗加工工序的加工方法类别和次数的主要因素（最终加工方法方法）。）特殊的限制条件，例如工厂的设备及用具的条件。编制的工艺规程在即定的条件下获得最佳的技术经济效果。22机械加工工艺规程的制订制订机械加工工艺规程的原始资料主要是产品图纸，生产纲领，现场加工设备及生产条件等，有了这些原始材料并有生产纲领制定了生产类型和生产组织形式之后，即可着手机械加工工艺规程的制订，其内容如下分析被加工零件；选择毛坯；设计工艺过程包括划分工艺过程的组成，选择定位基准，选择零件表面的加工方法，安排加工顺序和组合工序等；（4）工序设计包括选择机床和工艺设备确定加工余量及计算工时定额等；（5）编制工艺文件。厦门海洋职业技术学院（论文）9/2223加工阶段的划分在拟订工艺路线时，正确的处理粗、精加工工序的安排是很重要的。在大批大量生产时，粗、精加工分开。零件的加工质量高时，工艺过程应分阶段。一般分为粗加工、半精加工、精加工，当加工精度及表面质量要求特别高时，精加工阶段后，还可增加光整加工和超精密加工阶段。应指出，按零件的功用和技术要求，可按零件各工作面分为主要表面和次要表面，而划分加工阶段是对整个工艺过程而言的，应以工件的主要表面来分析，不应以个别表面或个别加工工序来判断。划分加工阶段的优点有以下几个方面（1）符合加工规律加工工艺过程是由低质量的毛坯逐渐提高其精度的一个运动变化过程，区分为由低到高几个加工阶段符合机械客观规律，按照误差递减规律，毛坯经若干阶段加工后，其余留误差会逐次递减直至达到规定的限度。（2）工件能得到较好的冷却，减少热变形及内应力的影响，有利于保证加工精度。粗加工时，切除余量大，切削力、夹紧力、切削热都比较大，所以引起工件的弹性变形，热变形也较大，尤其是大批大量生产中，如组合机床，多力多工位机床，专用机床上往往同时加工大量的孔与面，粗加工时大量黑皮的切除时工件发热，产生热变形并引起工件内应力的重新分布，这样若立即进行精加工，就不易保证加工精度。不分阶段，就无法避免上述原因造成的加工误差。划分阶段，时粗加工后的工件有足够的时间冷却，然后再进行精加工。粗加工造成的误差，通过半精加工和精加工足部得到纠正，利于保证加工精度。（3）可避免粗加工产生的震动和不利影响。粗加工时切削力较大，且产生很大的震动，会影响精加工孔的光洁度和精度；（4）有利于精加工机床精度持久的保存，合理的使用设备；（5）有利于安排热处理工序，时冷热加工工序配合得更好；（6）便于及时发现毛坯缺陷；（7）保护主要表面精度。因此，在确定工艺方案时，必须从实际出发，首先要根据生产批量，加工精厦门海洋职业技术学院（论文）10/22度，技术条件及工作条件来分析。按照经济的满足加工要求的原则，合理的处理粗精工序的安排问题。一般的说，矛盾的主要方面是加工经济性，所以不能不问具体情况，一般粗精加工分开。但是，粗、精加工合并在一台机床上进行，其相互影响总是有的，应当采取措施尽量减少这种不利影响。24加工顺序的安排零件上的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工，这对保证零件质量、提高生产率、降低加工成本都至关重要。（1）工序顺序的安排原则先加工基准面，再加工其它表面。这条原则有两个含义一、工艺路线开始安排的加工面应该是选作定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它表面。二、为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。一般情况下，先加工平面，后加工孔。这条原则的含义是一、当零件上有较大的平面可作定位基准时，可先加工出来作定位面，以面定位，加工孔。这样可以保证定位稳定、准确，装夹工件往往也比较方便。二、在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若该平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面。先加工主要表面，后加工次要表面。这里所说的主要表面是指设计基准面，主要工作面。而次要表面是指键槽、螺孔等其它表面。次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求。因此，一般要在主要表面达到一定的精度后，再以主要表面定位加工次要表面。要注意的是“后加工”的含义并不一定是整个工艺过程的最后。先安排粗加工工序，后安排精加工工序。对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗精加工应该分开。（2）热处理工序及表面处理工序的安排为了改善切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火、调质等），应安排在切削加工之前。为了消除内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后。有时为减少运输工作量，对精度要求不太高的零件，把去除厦门海洋职业技术学院（论文）11/22内应力的人工时效或退火安排在切削加工之前（即在毛坯车间）进行。为了改善材料的力学物理性质，半精加工之后，精加工之前常安排淬火，淬火回火，渗碳淬火等热处理工序。对于整体淬火的零件，淬火前应将所有切削加工的表面加工完。因为淬硬后，再切削就有困难了。为了提高零件表面耐磨性或耐腐蚀性而安排的热处理工序以及以装饰为目而安排的热处理工序和表面处理工序（如镀锌、阳极氧化、发蓝处理等）一般都放在工艺过程的最后。（3）其它工序的安排检查、检验工序，去毛刺、平衡、清洗工序等也是工艺规程的重要组成部分。检查、检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一。每个操作工人在操作过程中和操作结束以后都必须自检。在工艺规程中，下列情况下应安排检查工序零件加工完毕之后；从一个车间转到另一个车间的前后；工时较长或重要的关键工序的前后。除了一般性的尺寸检查（包括形、位误差的检查）以外，X射线检查、超声波探伤检查等多用于工件（毛坯）内部的质量检查，一般安排在工艺过程的开始。磁力探伤、萤光检验主要用于工件表面质量的检验，通常安排在精加工的前后进行。密封性检验、零件的平衡、零件的重量检验一般安排在工艺过程的最后阶段进行。切削加工之后，应安排去毛刺处理。零件表层或内部的毛刺，影响装配操作、装配质量以至会影响整机性能，因此应给以充分重视。25零件“连杆”工艺过程最终方案连杆体的加工厦门海洋职业技术学院（论文）12/22厦门海洋职业技术学院（论文）13/22厦门海洋职业技术学院（论文）14/22厦门海洋职业技术学院（论文）15/22厦门海洋职业技术学院（论文）16/22第3章主要工序及铣螺栓柱孔平面的工序参数确定31铣螺栓柱孔平面的工序参数确定选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表247990选取数据铣刀直径D63MM切削速度V034M/S切削宽度AE3MM铣刀齿数Z24切削深度AP2MMAF0015MM/RD40MM则主轴转速N1000V/D103R/MIN根据表3174按机床选取N750R/MIN则实际切削速度VDN/（100060）247M/S32铣螺栓柱孔平面工时参数确定选用铣床X62W端铣刀铣平面22L24241652525MM,1铣削长度为13MM,切入长度切出长度L2为13MM,取为2MMTLL1L2135252002MIN10001000厦门海洋职业技术学院（论文）17/22第4章夹具的设计41夹具的分析411机床夹具在机械加工中的作用对机械进行加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此，在进行机械加工前，先要将工件装夹好。工件的装夹有两种一是工件直接装夹在机床的工作台上或花盘上；另一种是工件装夹在夹具上。用夹具装夹有以下优点能稳定的保证工件的加工精度；能提高劳动生产率；能扩大机床的使用范围；降低成本；机床夹具的组成定位装置；夹紧装置；对刀或导向装置；连接元件；夹具体；其他装置或元件。412对夹具的基本要求1保证工件的加工精度夹具应有合理的定位方案标志合理的尺寸、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，应缩短辅助时间，提高生产效率。厦门海洋职业技术学院（论文）18/223工艺性好夹具的结构应简单、合理，便宜加工，装配、检验和维修。4经济性好根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产过程中经济效益。42连杆体铣螺栓孔工序连杆螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头孔端面、小头孔及大头一侧的外圆定位。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，在扩和铰两个工部中用上下双导向套导向。粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样的銑夹具在加工中没有活动部分，能够保证承受较大的銑削力。精銑时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用下图所示的两工位夹具。连杆在夹具的工位上銑完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转180度，銑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来保证。43连杆体螺栓孔加工工序夹具设计由生产纲领知道夹具用于大量生产中。根据设计任务的要求，需要设计一套专用的夹具。431夹具的问题注意本夹具主要作来铣螺栓孔平面，螺栓孔面与大、小头孔轴心线有尺寸精度要求，螺栓孔平面与大小、头孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。由于本工序是粗加工，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。432夹具设计1夹具主要尺寸由第三章计算的主要数据和图纸可知连杆的大小头孔中心距为180MM，选取材料为Q235A的挡板，销钉GB/T11716703，螺钉GB/T51186。2夹紧方案由于零件小，所以采用开口垫圈的螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。3夹具体设计厦门海洋职业技术学院（论文）19/22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。夹具体图如图夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。厦门海洋职业技术学院（论文）20/22总结通过对连杆的机械加工工艺及对粗加工大头孔夹具和铣结合面夹具的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识，主要归纳为以下两个方面第一方面连杆件外形较复杂，而刚性较差，且其技术要求很高。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，可采用互为基准原则加工。第二方面主要是关于夹具的设训方法及其步骤。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扩大头孔夹具和铣