汽车连杆加工工艺及夹具设计方案.docx

1、河南师范大学新联学院学号： 1032374033本科毕业论文汽车连杆加工工艺及夹具设计专业名称： 材料成型机控制工程年级班别：2018级 2班姓名：李鑫指导教师：赵建国2018 年 05 月摘 要 0Abstract0第一章汽车连杆加工工艺01.1汽车连杆的结构特点 01.2汽车连杆的主要技术要求 11.2.1小、大头孔的尺寸精度、形状精度11.2.2小、大头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 11.2.3小、大头孔中心距 11.2.4小、大头孔两端面的技术要求11.2.5 有关结合面的技术要求 21.3汽车连杆的材料和毛坯 21.4汽车连杆的机械加工工艺过程 21.5汽车连杆的机械加工工艺过

2、程分析31.5.1工艺过程的安排 31.5.2定位基准的选择 41.5.3确定合理的夹紧方法 51.5.4汽车连杆两端面的加工 51.5.5汽车连杆小、大头孔的加工51.5.6汽车连杆螺栓孔的加工 51.5.7汽车连杆体与连杆盖的铣开工序61.6汽车连杆加工工艺设计应考虑的问题61.6.1工序安排 61.6.2定位基准 61.6.3夹具使用 6第二章汽车连杆加工工艺零件的尺寸计算处理72.1切削用量的选择原则 72.1.1粗加用时切削用量的选择原则72.1.2精加用时切削用量的选择原则82.2 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及的公差82.2.1 确定加工余量 80/362.2.2 确定工序

3、尺寸及其的公差92.3 计算工艺尺寸链102.3.1 连杆盖的卡瓦槽的计算102.3.2 汽车连杆体的卡瓦槽的计算112.4 用时定额的计算122.4.1 铣连杆大小头平面122.4.2 粗磨大小头平面 122.4.3 加工小头孔 132.4.4 铣大头两侧面 142.4.5、扩大头孔 142.4.6铣开连杆体和盖 152.4.7加工连杆体 152.4.8铣、磨连杆盖结合面 182.4.9铣、钻、镗 202.4.10粗镗大头孔 212.4.11大头孔两端倒角 222.4.12精磨大小头两平面 222.4.13半精镗大头孔及精镗小头孔 222.4.14精镗大头孔 232.4.15钻小头油孔 23

4、2.4.16小头孔两端倒角 232.4.17镗小头孔衬套 242.4.18珩磨大头孔 242.5 汽车连杆的检验 242.5.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度242.5.2汽车连杆大头孔圆柱度的检验242.5.3 连杆，连杆盖大头孔中心线对称测试。252.5.4汽车连杆大小头孔平行度的检验252.5.5汽车连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验25第三章夹具设计 251/363.1 扩大头孔夹具 253.1.1 问题的指出 263.1.2 夹具设计 263.2 铣剖分面夹具设计283.2.1 问题的指出 283.2.2 夹具设计 28致谢 302/36摘 要连杆是汽车的主要传动件之一，本文主要论述了连杆

5、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。因为连杆是汽车发动机和压缩机的主要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。在夹具设计方面也要针对连杆结构比较小的特点，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小等，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AbstractOne of connecting rod i

6、s the main driving a car， this paper mainly discusses the processing technology and fixture design of connecting rod. Connecting rod size precision， the accuracy requirement of the shape and position precision is very high， and the rigidity of the connecting rod is poorer， prone to deformation. Beca

7、use of the connecting rod is one of the main parts of the automobile engine and compressor，the big hole connected to the crankshaft， small head hole through the piston pin and piston connection，its role is to gas pressure of piston to the crankshaft，and collect the crankshaft drives and drives the p

8、iston compressedgas in the cylinder. In fixture design is according to the characteristics of the connecting rod structure is small ，the design of the clamp should be paid attention to the size of the concrete structure size，etc.，so when arranging process， you need to separate the rough finish machi

9、ning process on the surface of the major. Gradually reduce machining allowance， cutting force and the role of internal stress， and correct processing afterdeformation， can finally achieve the technical requirements of parts.Keyword: Connecting rodDeformationProcessing technologyDesign ofclamping dev

10、ice第一章汽车连杆加工工艺1.1 汽车连杆的结构特点0/36连杆是汽车发动机的主要传动部件之一，在发动机中，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。连杆包括连杆体和盖。工作时，连杆工作在动态荷载作用下的急剧变化的条件下。连杆大头孔的体和盖用垫片相连，连杆用螺栓和螺母和曲轴装在一起。发动机工作时，依靠高速曲轴润滑油飞溅在缸体小头的底部的油孔顶部油孔内，来润滑连杆衬套和活塞销之间摇摆运动副。连杆的主要功能是连接活塞和曲轴并将活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动，输出功率。则连杆加工精度将直接影响发动机的性能，直接影响精度的主要因素是工艺选择的过程。有五

11、个主要反映连杆参数的准确性:(1 连杆大头和小头中心表面相对表面的连杆轴中心对称度；(2的精度连杆很小，大头孔平行度；(3小，大头孔中心距尺寸的精度 (4大螺栓孔和结合面垂直度；(5连杆小，大的孔隙大小，形状精度准确。1.2 汽车连杆的主要技术要求连杆加工主要表面上需要是:小，大头孔以及两端面，还有结合连杆体、连杆体与盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。等等。1.2.1 小、大头孔的尺寸精度、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，以减少冲击不良影响和传热的影响。公差顶级：大头孔IT6 ，小头孔 IT8；表面粗糙度：大头孔Ra 应不小于或等于0.4 m，小头孔Ra 应该不小于或等

12、于3.2 m；圆柱度公差：大头孔是0.012mm，小头孔衬套 0.0025mm。且小头孔素线平行度公差是0.04/100mm。1.2.2 小、大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平行度误差会导致气缸中的活塞倾斜，而气缸壁引起的不均匀磨损，同时使曲轴连杆轴颈产生边缘磨损，所以两个孔轴心线在轴连杆平行度公差较小；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，所以它的公差值应更大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100mm 长度公差是0.06mm1.2.3 小、大头孔中心距大小头孔的中心

13、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： 1900.1 mm。1.2.4 小、大头孔两端面的技术要求1/36连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但技术要求是不同的：尺寸公差等级：大头两端面为IT9 ，小头两端面为IT12 ，表面粗糙度：大头孔Ra 不大于0.8 m,，小头孔 Ra 不大于 6.3 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。1.2.5 有关结合面的技术要求当连杆动态荷载作用下，

14、接合面的歪斜使头连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，使曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，导致不均匀磨损。结合面的平行度会影响连杆体，连杆盖和垫片紧密程度的结合密度，也影响螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。则连杆结合面平面度公差是0.025mm。1.3汽车连杆的材料和毛坯连杆在循环荷载的作用下，需要有高强度。因此，连杆的材料一般采用高强度碳钢和合金钢； 45 钢、 55 钢、 40CrMnB 等。近年来也有使用球墨铸铁，粉末冶金零件的尺寸精度高，不浪费材料，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的实现，粉末冶金零件的工业性能大大提高。因此，采用粉末冶金制造连杆的实践是一个很有前途的方法。言之简而，毛坯的种类

15、和制造方法的选择应使零件总生产成本的降低，性能改进。1.4汽车连杆的机械加工工艺过程从上述技术条件的分析，连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度要求很高，但连杆的刚性较差，容易变形，它带来了很多困难为连杆加工，必须充分注意。连杆机械加工工艺过程如下表(11所示：表 (1 1连杆机械加工工艺过程工序 工序名称工序内容工艺装备1铣铣连杆小、大头两平面，每面留磨量0.5mmX52K2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M7350面称基面。 下同）3钻与基面定位，钻、扩、铰小头孔Z30804铣以基面及小、大头孔定位，装夹工件铣尺寸99 0.01 mm 两X62W 组侧面，保证对称 连杆

16、机械加工工艺过程5扩以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为 60mmZ30802/36X62W 组合机床或以基面及小、大头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身6 铣 专用工装及上盖分别打标记。锯片铣刀厚 2mm7 铣8 磨9 铣10 锪11 钻12 扩13 铰14 钳15 镗16 倒角17 磨18 镗19 镗20 称重21 钳22 钻23 压铜套24 挤压铜套孔25 倒角26 镗27 珩磨28 检29 探伤30 入库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 27.5mm以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖5 00.1

17、005 mm8mm 斜槽以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面R120 0。3 mm，R11mm，保证尺寸 220.25 mm钻 2 10mm 螺栓孔先扩 2 12mm 螺栓孔，再扩 2 13mm 深 19mm 螺栓孔并倒角铰 2 12.2mm 螺栓孔用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为100120N.m粗镗大头孔大头孔两端倒角精磨大小头两端面，保证大头面厚度为 38 00.170232 mm 以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为 1900.1mm精镗大头孔至尺寸称量不平衡质量按规定值去重量钻连杆体小头油孔6.5mm，10mm小头孔两端倒

18、角半精镗、精镗小头铜套孔珩磨大头孔检查各部尺寸及精度无损探伤及检验硬度X62 组合夹具或专用工装M7350X62 组合夹具或专用工装X62WZ3050Z3050Z3050T6 8X62WM7130可调双轴镗T2115弹簧称Z3025双面气动压床压床Z3050T2115珩磨机床1.5 汽车连杆的机械加工工艺过程分析1.5.1 工艺过程的安排影响加工精度的主要因素有两种:3/36(1连杆模锻，而孔机械加工余量，切割时将会产生较大的残余应力，并导致一个内部应力再分布。(2连杆本身的刚度较低，在外力的作用下，容易变形。主要加工表面的流程安排如下:(1两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨(2小头孔：钻孔、扩孔

19、、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗(3:大扩孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨有的次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。1.5.2 定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。图 :在安装工件时，注意到一个完整的序列号标签不会接触夹具定位元件。在精镗小头孔时，也用小头孔作为基面，定位销做成活动的称“假销 ”。当当连杆用小头孔连杆的硬度较低，容易在外力

20、变形； (2连杆模锻件，孔机械加工余量大，切割将产生较大的残余内应力。所以在连杆加工时，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。1.6.2定位基准精基准：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。1.6.3夹具使用应该适应 ”一个洞一个凸平台 ”的统一基准的本质。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，小头定位销应活动在这一时刻，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

21、。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。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。6/36第二章汽车连杆加工工艺零件的尺寸计算处理2.1 切削用量的选择原则正确选择切削参数，提高切削效率，保证必要的刀具寿命和经济性，保证加工的质量，起着重要的意义。2.1.1 粗加用时切削用量的选择原则粗加用时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大。因此，粗加工切削用量的选择，为了提高生产效率，降低加工成本，尽可能保证较高的单位时间金属切削量和必要的刀具寿命，金属切

22、除率可以用下式计算：Zw V.f.ap.1000.00式中： Zw 单位用时内的金属切除量mm3/s）V- 切削的速度 m/sF- 进给量 mm/rap 切削的深度 mm切削速度增加，增大进给量和切削深度，可以提高金属去除率。然而，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，影响最小是切削深度。所以粗加工切削参数选择的原则是:第一，考虑选择吃刀深度a 尽可能大，然后选择一个较大的进给量度f，最后确定一个合适的切割速度V 。选择较大的吃刀深度ap 和 f，刀具寿命t 显然将会下降，但比V 对 t 的影响小得多，只要能减少一点V 便可使 t 回升到规定的合理数值，因此，可以使V

23、，f， ap 较大的乘积，以保证金属切削率高。此外，增大ap 可使走刀次数减少，增大f 又有利于断屑。以上选择的原则，因此，粗加工切削用量的选择对提高生产效率，减少工具消耗，降低处理成本是更有利的。1）切削的深度的选择：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：粗加用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7/

24、36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）切削的速度的选择：粗加工，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。2.1.2 精加用时切削用量的选择原则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）切削的深度的选择：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

25、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）切削的速度的选择：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ap 和进给量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

26、的要求。2.2 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及的公差2.2.1 确定加工余量用查表法确定机械加工余量：由机械加工工艺手册第一卷表 3.225 表 3.2 26 表 3.227）（ 1）平面加工的工序余量 连杆加工过程单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣1.5IT12( 00.32040( 00 .320 12.5精铣0.6IT10( 00.10038.8( 00.100 3.2粗磨0.3IT8( 00.050 38.2( 00.050 1.6精磨0.1IT7( 00.025 38( 00.170232 0.8则连杆两端面总的加工余量为：nAi2A 总= i

27、1=A 粗铣 +A 精铣 +A 粗磨 +A 精磨）2=1.5+0.6+0.3+0.1）2= 50 0.55 mm2）连杆铸造出来的总的厚度为 H=38+ 500 .55 = 4300.55 mm2.2.2 确定工序尺寸及其的公差大头孔各工序尺寸及其的公差工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.08H 6(00.019 )65.565.5 H 6( 00. 019 )0.4精镗0.4H 8(00.046 )65.465.4 H 8( 00. 046 )0.8半精镗1H11(00.19 )6565 H11(00.19 )1.6二次粗镗2H12(00.30)6464H1

28、2(00.30 )6.3一次粗镗2H12(00.30)6262 H12(00.30 )12.5扩孔56059( 1)9/362）、小头孔各工序尺寸及其的公差小头孔各工序尺寸及其的公差工序工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度名称精镗0.2H 8(00.033 )29.4929.49(00.033 )1.6铰0.2H 9(00.052 )29.2929.29(00. 052 )6.4扩9H10(00.084 )29.129.1(00.084 )12.5钻钻至 20H1300.33202000.3312.52.3 计算工艺尺寸链2.3.1 连杆盖的卡瓦槽的计算减环为： A3；封闭环

29、为： A0 ；增环为： A21）、 A0 极限尺寸为：mn 1A0 maxAi maxAi mini1i m 1=30.199-4.949=25.25 mm图2-1 ）mn 1A0 minAi minAi maxi1i m 1=29.81-5.11=24.70 mm2）、 A0 上、下偏差为 :mn 1ESA0ES AiEI Aii 1i m 1=0.20+0.05=0.25 mmmn 1EIA0EI AiES Aii 1i m 1=-0.20-0.10=-0.30 mm3）、 A0 的公差为 :10/36T0ESA0EIA0=0.25-/(500 0.18 6=0.110 min 由表 2.

30、546 辅助用时 ta=0.4 0.45=0.180 min2.4.2 粗磨大小头平面选用 M7350 磨床由机械制造工艺设计手册表2.4170 可得砂轮的直径 D=40.00 mm磨削的速度 V=0.33 m/s切削的深度 ap=0.30 mmr0f =0.033 mm/rZ= 8则主轴的转速 n=v/0.001 D=158.8 r/min按表 3.148机床选取 n=100 r/min则实际磨削得速度 V=0.001Dn/60=0.20 m/s磨削得用时为：按表2.51112/36基本的用时 tj=zbk/nfr0z=(0.3 1/(100 80.033=0.01 min由表 3.140辅

31、助用时 ta=0.21 min2.4.3 加工小头孔(1 钻小头孔选用钻床 Z3080由机械制造工艺设计手册表2.438(41可得钻头的直径 D=20.00 mm切削的速度 V=0.99 mm切削的深度 ap进给量f=0.12 mm/r=10.00 mm则主轴的转速 n=v/0.001 D=945 r/min按表 3.130机床选取 n=1000 r/min则实际钻削的速度 V=0.001Dn/60=1.04 m/s钻削用时为：按表 2.57L=10 mmL1 =1.5 mmL2=2.5mm基本的用时 tj=L/fn= (10+1.5+2.5/(0.121000= 0.12 min按表 2.5

32、41辅助用时 ta=0.5 min按表 2.542其他用时 tq= 0.2 min(2 扩小头孔选用钻床 Z3080由机械制造工艺设计手册表 2.453 可得扩刀的直径 D=30.00 mm切削的速度 V=0.32 m/s切削的深度 ap进给量f=0.80 mm/r=1.50 mm则主轴的转速 n=v/0.001D=203 r/min由表 3.130则机床选取 n=250 r/min则实际切削的速度 V=0.001 Dn/60=0.39 m/s扩削用时为：按表 2.57L 0 =10 mmL1=3 mm基本的用时 tj=L/fn=(10+3/(0.8 250=0.07 min按表 2.541辅

33、助用时 ta=0.25 min(3 铰小头孔选用钻床 Z3080由机械制造工艺设计手册表 2.481 可得铰刀的直径 D=30.00 mm切削的速度 V=0.22 m/s13/36切削的深度 ap进给量f=0.80 mm/r=0.10 mm则主轴的转速n=v/0.001D=140 r/min由表 3.131则实际切削的速度则机床选取 n=200 r/minV=0.001Dn/60=0.32 m/s铰削的为：按表2.57L=10 mmL 1=0L2=3 mm基本的用时 tj=L/fn=(10+3/(0.8200=0.09 min按表 2.541辅助用时 ta=0.25 min2.4.4 铣大头两

34、侧面由机械制造工艺设计手册表2.477(88可得则选用铣床 X62W铣刀的直径D=20.00 mm切削的速度V=0.64 m/s铣刀的齿数Z=3切削的深度ap=4.00 mmaf=0.10 mm/r则主轴的转速n=v/0.001D=611 r/min由表 3.174则实际切削的速度则机床选取 n=750 r/minV=0.001Dn/60=0.78 m/s铣削用时为：按表2.510L=40 mmL 1 =ae (dae ) +1.5=8.5 mmL2=2.5 mm基本的用时tj=L/fmz=(40+8.5+2.5/(7500.10 3=0.23 min按表2.546辅助用时ta=0.4 0.4

35、5=0.18 min2.4.5、扩大头孔选用钻床床 Z3080刀具 :扩孔钻由机械制造工艺设计手册表2.454 可得扩孔钻的直径D=60 mm进给量 f=0.50 mm/r切削的速度 V=1.29 m/s切削的深度 ap =3.0 mm走刀次数I=1则主轴的转速n=v/0.001D=410 r/min由表 3.141则实际切削的速度则机床选取 n=400 r/minV=0.001Dn/60=1.256 m/s扩削用时为：按表2.5714/36L=40 mmL 1=3 mmL2=3 mm基本的用时 :t jl403 31 0.23(min)fn0.50400l1Dd(ctgk r1 2)2l22 42.4.6 铣开连杆体和盖则选用铣床 X62W由机械制造工艺设计手册表2.479(90可得铣刀的直径 D=63 mm切削的速度 V=0.34 m/s切削的宽度 ae铣刀的齿数 Z=24=3 mm切削的深度 apf=d=40 mm=2 mma 0.015 mm/r则主轴的转速 n=v/0.001 D=103 r/min由表 3.174则机床选取 n=750 r