毕业设计论文柴油机连杆加工工艺设计说明书.docx
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毕业设计论文柴油机连杆加工工艺设计说明书
毕业设计（论文）柴油机连杆加工工艺设计说明书
毕业设计论文任务书
专业机械设计制造及其自动化班级机械051姓名下发日期200-3-10
题目12V180C柴油机加工工艺设计专题12V180柴油机加工工艺设计主
要
内
容
及
要
求设计内容首先仔细分析所要加工零件的结构技术要求生产纲领等内容从而制定一套该零件的加工工艺规程认真分析该加工工艺规程的优点进而绘制出各个主要工序的工序卡片设计主要工序的机床夹具分析计算定位误差设计机床夹具的主要零件
要求根据给定的12V180系列柴油机零件图制定出符合加工技术要求的加工工艺工艺规程并对所制定的加工工艺规程进行可行性和优化性比较从而制定出较好的加工工艺设计重要工序的工艺装备要求的图纸量折合为零号图后不少于四张设计说明书不少于三万字主要技术参数进
度
及
完
成
日
期
3月30日至4月10日2周根据设计任务书要求查阅资料完成外文翻译工作
4月13日至4月24日2周绘制连杆零件图熟悉连杆的结构初步确定连杆的加工工艺过程
4月27日至5月8日2周确定连杆机械加工工艺过程设计部分工序的工艺过程
5月11日至5月22日2周了解机床夹具设计的基本原则绘制重要工序夹具简图
5月25日至5月29日1周绘制重要工序的夹具图
6月1日至6月12日2周编写设计说明书
6月15日至6月21日1周修改整理资料打印资料
6月22日至6月23日2天答辩教学院长签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指导教师评语
指导教师
年月日
指定论文评阅人评语
评阅人
年月日
答辩委员会评语
评
定
成
绩指导教师给定
成绩30评阅人给定
成绩30答辩成绩
40总评答辩委员会主席
签字
连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件例如在往复活塞式动力机械和压缩机中用连杆来连接活塞与曲柄连杆多为钢件其主体部分的截面多为圆形或工字形两端有孔孔内装有青铜衬套或滚针轴承供装入轴销而构成铰接连杆是汽车发动机中的重要零件它连接着活塞和曲轴其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上的力传给曲轴以输出功率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连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能又要求具有足够的钢性和韧性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部分工序夹具设计确定加工的生产纲领及生产类型确定的毛坯材料及尺寸确定毛坯加工余量设计加工工艺确定部分重要工序所用的工艺装备和设备计算部分重要工序的切削用量和基本时间设计重要工序所用的夹具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工作环境恶劣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才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Abstract
AtbothendsoflinkagewiththeactiveandpassivecomponentsinordertoconveymovementandthehingededgeofthebarForexampleinreciprocatingpistoncompressorandpowermachinerytoconnectthepistonwithconnectingrodandcrankConnectingrodforsteelpartsthemainpartofthecrosssectionfortheroundorshapedbothendshaveaholeorholeswithneedlebearingbronzebushingforthepinintoandconstituteahingedaxisLinkageisanimportantautomotiveenginepartsitisconnectedtothepistonandthecrankshaftitsroleistothereciprocatingpistonmovementintorotarymovementofthecrankshaftandtheroleoftheforceinthepistontothecrankshafttotheoutputpowerLinkatworkinadditiontogasproducedbythecombustionchamberunderpressurealsohavetofacetheverticalandhorizontalinertiaforceThereforetheconnectingrodinacomplexworkunderthestressstateItissubjecttoalternatingstressoftensionandcompressionbutalsobythebendingstressLinkthemainformoffatiguedamageandexcessivedeformationUsuallythesiteoffatiguefractureintheconnectingrodonthethreeregionsofhighstressRequirementsoftheworkingconditionsofconnectingrodconnectingrodhashigherstrengthandfatigueperformancealsorequiresadequateandtoughnessofsteelTheconnectingrodisoneofthemaindrivingmediumofdieselenginethistextexpoundsmainlythemachiningtechnologyandthedesignofclampingdeviceoftheconnectingrodTheprecisionofsizetheprecisionofprofileandtheprecisionofpositionoftheconnectingrodisdemandedhighlyandtherigidityoftheconnectingrodisnotenougheasytodeformsoarrangingthecraftcourseneedtoseparatetheeachmainandsuperficialthickfinishmachiningprocessReducethefunctionofprocessingthesurpluscuttingforceandinternalstressprogressivelyrevisethedeformationafterprocessingcanreachthespecificationrequirementforthepartfinally
KeywordConnectingrodDeforminationWorkingenvironmentProcessingtechnologyDesignofclampingdevice
摘要I
AbstractII
目录III
第1章绪论1
11机车柴油机简介1
com柴油机概述1
com油机简介2
12连杆简介及连杆加工工艺分析4
com作用4
com械加工工艺技术关键分析4
com要研究内容5
第2章连杆加工工艺规程6
21机械加工工艺规程简介6
com工工艺规程的作用6
com工工艺规程的制定程序6
22计算产品生产纲领确定生产类型6
23审查零件图样工艺性7
24选择毛坯7
25工艺过程设计8
com准的选择8
com段的划分与工序顺序的安排10
com艺路线11
26确定毛坯加工余量及毛坯尺寸13
com算连杆机械加工余量的方法13
com设计毛坯图14
27部分重要工序设计15
com分重要工序介绍15
com分重要工序工序尺寸16
com削用量及基本时间17
第3章夹具设计28
31机床夹具的分类基本组成及功能28
311机床夹具的分类28
com具的基本组成28
com用夹具的主要功能28
com用夹具设计的基本要求29
3212V180C系列柴油机连杆铣剖分面夹具设计29
com指出29
com夹具设计30
3312V180C系列柴油机连杆镗大小头孔夹具设计31
com问题的指出32
com夹具设计32
结论34
参考文献35
致谢36
附件137
附件262
第1章绪论
11机车柴油机简介
com柴油机概述
1柴油机是一种动力机械它以柴油为燃料将柴油燃烧而产生的热能转化为机械能柴油机广泛应用在工农业交通运输国防及人民日常生活中柴油机的型式很多一般可按下述几种方式分类
①按工作方式二冲程四冲程
②按汽缸数单缸多缸
③按汽缸直径95105135mm等
柴油的特点是自燃温度低所以柴油发动机无需要火花塞之类的点火装置它采用压缩空气的办法提高空气温度使空气温度超过柴油的自燃测试这时再喷入柴油柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧从性能上说国内传统柴油机一直给人以体积笨重振动噪声大以及排放污染严重的印象因此国产轿车基本都采用汽油发动机然而近年来国外知名车商开始将一些最新的柴油机技术引入到中国大大改善了国人对柴油机的偏见譬如一汽大众刚刚推出宝来TDI柴油发动机其环保性动力性以及平顺性都不逊于汽油机同时又具有柴油机特有的巨大扭力和超低油耗市场前景十分看好
2柴油机结构及工作原理
1结构柴油机由燃烧室组件动力传递组件机体和主轴承配气机构燃油系统和调速器润滑系统冷却系统起动系统构成
2工作原理柴油机工作时一般分为吸气压缩爆发排气等步骤开始时活塞从上止点下行到下止点将新鲜空气吸入气缸然后从下止点上行到上止点将吸入的气体压缩使其压力及温度升高当接近上止点时气体温度已超过柴油燃点此时由喷油嘴将柴油喷入迅速燃烧高温高压燃气推动活塞下行做功之后活塞再次从下止点上行将废气排出气缸完成一个循环活塞往复不停地工作带动连杆使曲轴转动就从曲轴上把动能传输出来1机车柴油机概述
机车柴油机locomotivedieselengine是指用于内燃机车内燃车组或内燃动车的柴油机机车柴油机具有高功率强化柴油机的典型特征一般为四冲程V型机以12缸16缸最为普遍也有直列式6810缸的柴油机的宽度和高度受铁路机车车辆限界标准的限制机车的允许轴重对柴油机重量也有一定的限制现代机车柴油机不断提高增压度见内燃机增压同时加大气缸排量大功率柴油机的单机功率已达5000千瓦平均有效压力为13～20兆帕燃料消耗率为200～225克千瓦·时柴油机的附件如冷却水散热器风扇和空气滤清器等均布置在机车厢内机油滤清器机油换热器一般也布置在机车厢内柴油机几乎都采用电起动方式只有个别的采用空气起动调速系统大多采用液压全速调速器并装有超速停机油压保护和超温卸载等自动安全保护装置
2对机车柴油机的性能要求
机车在铁路上运行时线路状况不时变化又需要按计划时间运行因而要求机车柴油机的转速和功率在相当宽的范围内变化从运行工况的时间比例来看部分负荷约占50％空转占40％左右而标定工况的使用时间很少铁路分布地区广泛列车运行时的自然环境条件也在改变这就要求柴油机具有广泛的适应能力
对机车柴油机的性能要求是不仅在标定工况下而且更重要的是在部分负荷和空转时燃油和机油的消耗量小经济性应与机车牵引特性相适应有一个经济性最好的最低空载稳定转速性能指标随环境条件的变化小噪声低排气烟尘和有害成分少冷机或热机均能连续可靠起动一般在5℃气温时起动时间不超过10秒
2机车柴油机在中国的发展历程
柴油机发明后屡经研究试图将柴油机用于铁路牵引1913年瑞典最先制造了以55千瓦75马力柴油机为动力的第一台电力传动内燃动车但在1950年以前铁路车辆的牵引动力主要仍是蒸汽机车50年代内燃机车因有较好的能源利用率可以改善列车牵引经济性而获得了广泛的应用并逐步取代了蒸汽机车到80年代初世界上内燃机车已占机车总数的23
中国于1958年自行制造内燃机车长辛店机车车辆厂制成了国产第一台内燃机车---建设型直流电力传动调车内燃机车机车装有2台B2-300型柴油机总装车功率为2×300马力最高速度80kmh该机车基本上是按从匈牙利进口的ND1型内燃机车仿造试制的
1969年1970年和1977年四方厂戚墅堰厂和资阳内燃机车厂以下简称资阳厂先后制造了6台4500马力等级的东方红4型货运液力传动内燃机车机车装用2台16V200ZL型柴油机最高速度100kmh
1970年四方厂开始生产援助坦-赞铁路和越南等国的装用12V180ZJ型柴油机的1000马力的DFH1345型和2000马力的DFH2型液力传动内燃机车总数达163台这是最早走出国门的国产内燃机车本文所研究就是12V180ZJ型柴油机气缸盖的加工工艺过程
1999年8月戚墅堰厂和浦镇车辆厂合作制成了M9T双M编组的新曙光号电力传动双层内燃车组媒介动力车机车装用1台12V280ZJ型柴油机车组总功率为2×3750马力席位1140个最高速度180kmh试验时达到1904kmh其他工厂的内燃动车也正在试制开发当中
内燃动车组的发展不仅提高了铁路在国内运输市场的竞争能力还提高了在国际市场上的竞争能力也为21世纪初叶我国铁路客运提供了新的运输工具
3机车柴油机发展方向
机车柴油机发展重点是在机车车辆限界和机车轴重允许的条件下不断提高功率一个重要的趋势是采用低压缩比与二级增压相配合的方法提高功率提高可靠性和耐久性以延长柴油机寿命提高经济性特别是改善部分负荷过渡工况和空转时的经济性应用电子技术实现运行工况优化和故障自动监控降低噪声和减少排气中的有害成分防止污染改善机车用柴油机增压器的跟随性等
内燃机车可靠性与可维修性设计也是国外大功率内燃机车的一个发展方向经验表明大功率交流传动内燃机车无故障运行能力要比传统的直流传动内燃机车大４０％左右可靠性提高除通过结构方面的改进外一个显著的特点是叫可靠性技术的应用提高内燃机车可靠性问题不只是通过对薄弱零件改进来解决而且要将可靠性技术贯穿于内燃机车设计试验制造使用维修和管理等各个环节中形成一个系统工程在设计中除采用概率统计方法把影响应力和强度的各因素视为随机变量运用可靠性理论保证所设计的零部件具有规定的可靠度外还要进行可靠性规划与设计主要包括建立可靠性模型将系统可靠性指标分配给各级组成部分进行可靠性分配根据设计方案进行可靠性预测按照设计方案进行故障模式影响及危害性分析ＦＭＥＣＡ及故障树分析ＦＴＡ等找出影响可靠性安全性的关键部件及薄弱环节国产第４代内燃机车应具有可靠性维修性及模块化设计
图1-1活塞连杆组
连杆是将活塞的往复运动转变成曲轴旋转运动的中间构件
连杆由连杆小头杆身连杆大头三部分组成连杆小头承受着活塞组产生的往复惯性力杆身承受着气缸内燃机气压力所产生的压应力以及往复惯性力产生的拉应力由制造误差产生的杆身断面偏移也会在杆身上形成附加弯曲应力连杆大头承受着往复惯性力和不包括连杆盖在内的连杆离心惯性力
对连杆的基本要求是
1连杆小头应具有足够的强度和刚度并使连杆小头轴承比压控制在合理范围内
2杆身应具有足够的疲劳强度尽可能小的质量良好的锻造工艺性
3连杆大头应具有足够的刚度以减小运转时的变形防止轴承热熔接连焊轴承应具有足够的承载面积
4连杆螺栓应具有足够的疲劳强度和一定的超转速工作能力
本论文主要研究大内容主要有
确定加工的生产纲领及生产类型
确定的毛坯材料及尺寸确定毛坯加工余量
设计加工工艺
确定部分重要工序所用的工艺装备和设备
计算部分重要工序的切削用量和基本时间
设计重要工序所用的夹具
第2章连杆加工工艺规程
21机械加工工艺规程简介
com工工艺规程的作用
1机械加工工艺规程是组织车间生产的主要技术文件机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要严格认真贯彻执行的工艺技术文件按照它组织生产就能做到个工序科学的衔接实现优质高产和低消耗
2机械加工工艺规程是生产准备和计划调度的主要依据有了机械加工工艺规程在产品投入生产之前就可以根据它进行一系列的准备工作如原材料和毛坯的供应机床的调整专用工艺装备如专用夹具刀具和量具的设计制造生产作业计划的编排劳动力的组织以及生产成本的核算等有了机械加工工艺规程就可以制所生产产品的进度计划和相应的调度计划使生产均衡顺利的进行
3机械加工工艺规程是新建或扩建工厂车间的基本技术文件在新建或扩建工厂车间时只有根据机械加工工艺规程和生产纲领才能准确确定生产所需机床的种类和数量工厂和车间的面积机床的平面布置生产工人的工种等级数量以及个辅助部门的安排等
制定机械加工工艺规程的原始资料主要是产品图样生产纲领生产类型现场加工设备及生产条件等设计机械加工工艺规程的程序一般为
1分析加工零件的工艺性主要包括审查零件结构的工艺性及了解零件的各项技术要求分析产品的装配图和零件的工作图熟悉该产品的用途性能及工作条件明确被加工零件在产品中的位置和作用等
2熟悉和确定毛坯
3拟定加工工艺路线
4工序设计
5编制工艺文件
180C柴油机的该产品年产量为150台设其备品率为10机械加工废品率为1现制定该活塞的机械加工工艺规程
NQn1αβ
1501101
166件年
连杆的年产量为166件现已知该产品属于轻型机械根据《机械制造工艺设计简明手册》表11-2生产类型与生产纲领的关系可确定其生产类型为中批生产
零件图样的视图正确完整尺寸公差及技术要求齐全
24选择毛坯
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40Cr40CrMnB等近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
目前我国有些生产连杆的工厂采用了连杆辊锻工艺图1-2为连杆辊锻示意图．毛坯加热后通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽毛坏产生塑性变形从而得到所需要的形状用辊锻法生产的连杆锻件在表面质量内部金属组织金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平并且设备简单劳动条件好生产率较高便于实现机械化自动化适于在大批大量生产中应用辊锻需经多次逐渐成形
图连杆辊锻示意图
图给出了连杆的锻造工艺过程将棒料在炉中加热至1140～1200C0先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图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见图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
辊锻制坯
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15所示在安装工件时注意将成套编号标记的一面不
图连杆的定位方向
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
com段的划分与工序顺序的安排
连杆的主要加工部位是大小头端面大小头孔次要加工部位是各种螺纹孔及倒角除机械加工外还有调质处理划螺纹孔线探伤等另外在机械加工过程后还安排了钳工倒角去毛刺并对连杆进行喷丸处理为连杆的组装做好准备
加工阶段的划分
连杆机械加工工艺过程
连杆的机械加工工艺过程大致可以分为加工基准面粗钻铣大小头平面及大小头孔调质处理半精钻铣大小头平面及大小头孔分离连杆和连杆盖精铣基准面并进行磨削钻铰锪各种孔精钻铣大小头平面及小头孔和大头轴瓦研磨重要孔的支撑面钳工倒角去毛刺探伤后钳工清洗组装
连杆的大小头平面及大小头孔的技术要求都很严格所以对于这些端面安排了粗铣半精铣精车铣对于180C柴油机连杆进行粗加工时以大小头两端面作为精基准所以先粗加工大小头端面然后再加工其他各主要表面各种孔的
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