小型汽油机连杆的加工工艺分析.docx

小型汽油机连杆的加工工艺分析.docx

《小型汽油机连杆的加工工艺分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型汽油机连杆的加工工艺分析.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

小型汽油机连杆的加工工艺分析

前言

改革开放以来，我国国民经济得到了飞速发展，能源、交通、环保、工农业及其他行业都发生了巨大的变革，经过近几年的产品结构调整和经营机构转换，生产企业已逐步适应了市场发展的要求，内燃机作为机车、汽车、船舶及其他相关机械设备的重要组成部分之一，在生产及制造领域得到了广泛的应用。

目前，随着我国对机械设备在环保、节能等方面要求的不断提高，各种新技术、新材料、新工艺等已在机械制造业广泛应用，内燃机制造技术及其工艺相应得到了很大的发展。

作为内燃机的一种，我国通用小型汽油机工业也得到了突飞猛进的发展。

而连杆作为小型汽油机中一个必不可少的基础部件也在发挥着相当重要的作用。

连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类汽油机的重要部件，连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，这就需要连杆有较高的强度、韧性和疲劳性能。

同时，因其是发动机重要的运动部件，故需要很高的重量精度。

另外，连杆是发动机的五大构件之一，是发动机重要的安全件，连杆的质量直接影响着发动机的使用性能和安全性能。

从结构上看连杆并不复杂，但连杆属于典型的不规则件，且精度要求高，所以加工工艺比较复杂，随着汽车行业的发展，连杆的需求量在不断增加，也出现了许多不同的加工制造工艺，其中，磨、钻、铰、镗、铣、攻丝、珩磨就是几种常用的加工方法。

本设计就是根据现有连杆资料的分析与研究，结合小型汽油机工艺的发展状况和现阶段的生产条件，设计出一套比较完整、高效的连杆加工工艺流程及其配套夹具，并详细介绍了在具体生产条件下，对于连杆加工的全过程。

通过此次设计，不仅使我们对于小型汽油机的主要部件有了一定的认识和掌握，而且对于以后实际的工作打下了一定的基础。

1.连杆介绍

1.1连杆的功能及其构造

1.1.1连杆功能及构造

连杆是内燃机的重要运动件之一，连杆功能是连接活塞与曲轴，连杆小头通过活塞销与活塞相连，并把活塞承受的气体压力传给曲轴，使得活塞的往复运动（小头）转变为曲轴的旋转运动（大头）。

反之，将曲轴旋转的力和运动传递给活塞。

杆身作复合平面运动。

连杆可分为大头、小头、杆身三部分。

连杆小头用来安装活塞销，以连接活塞。

连杆的大、小孔内装有滚针轴承，其特性为：

只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷；滚动体为细而长的滚子（长度为直径的3-5倍，直径≤5mm），径向尺寸小，结构紧凑，适用于径向尺寸受限制的场合。

杆身通常做成上小下大的“工”字形断面，以求在强度和刚度足够的前提下减小质量［1］。

图1.1连杆零件图

Figure1.1Linkageparts

连杆大头与杆身圆弧过渡处容易产生裂纹。

小头、大头与杆身采用较大圆弧过渡，逐渐变化，以获得足够的强度和刚度。

1.1.2连杆的安装

为了保证连杆正常工作，必须按如下要求正确安装：

（1）由于连杆大头内孔是配对装合加工的，并且为了使汽油机运转平稳，出厂时各缸连杆质量都限制在一定范围内，为此在二者的同一侧打有配对标记。

（2）由于喷油孔、斜切口的方向性以及为防止在维修中不慎调位而破坏大头与配合件的配合位置，连杆杆身上制有方向（朝前）标记，修理后的汽油机大头侧面还有缸号标记。

1.2连杆的材料与毛坯概括

1.2.1连杆材料的现状及发展趋势

碳素调质钢和合金调质钢是连杆用钢的传统钢种，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。

碳素钢调质硬度一般在229-269HBS，合金钢可达到300HBS，但最高不超过330HBS。

碳素钢抗拉强度可达到800MPa以上，冲击韧度在60J/cm2以上；合金调质钢抗拉强度可达到900MPa以上，冲击韧度在80J/cm2以上。

调质钢连杆用于要求连杆有较高强度和韧性的大功率柴油机。

小型汽油机连杆多采用可锻铁或者球铁，前者硬度应于210--260HBS，抗拉强度不低于619MPa；后者硬度240--280HBS，抗拉强度不低于690MPa。

铸铁材料连杆一般也要经过表面喷丸等技术处理。

冶金粉末锻造工艺在欧美国家30年代就已经应用于实际生产，随之技术的不断改进，冶金粉末零件成为了一种新兴的金属零件成形工艺。

常用材料HS150TM及HS160TM,粉锻连杆的力学性能以及疲劳性能与锻钢连杆相似，高强度的粉锻连杆抗拉强度可达1000MPa以上.非调质钢连杆材料例如35MnVS,49MnVS3,30SiMnVS6等等。

1.2.2连杆使用的材料与毛坯

工作时，连杆承受大小、方向为周期性变化的交变载荷。

在做功冲程，燃气压力在连杆轴线上的分力产生压缩应力；在进气冲程上止点，活塞组和连杆本身的惯性力在横断面内造成拉伸应力；燃气压力在水平方向的分力引起纵向弯曲应力；摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力。

而且，交变应力值在很宽的范围内急剧变化，弯曲应力引起弯曲变形，导致产生疲劳破坏，从而导致整个曲柄连杆机构失常，加剧零件损坏，因而连杆除了具有符合要求的几何精度、尺寸精度和装配精度外，还应有足够的刚度和强度。

所以，连杆的材料应具备以下特点：

（1）具有较高的机械强度和刚度；

（2）具有较高的抗疲劳强度；（3）为减小惯性力，尽量减轻杆身重量。

低碳合金钢，又称低合金高强度钢（HighStrength,LowAlloysteel）,它是在碳素结构钢（ω（C）<0.25%）基础上，加入少量合金元素（一般合金元素ω（Me）<3%）而发展起来的、具有较高强度的工程结构用钢。

这类钢比碳素结构钢的强度提高20%-30%以上，节约钢材20%以上，从而可减轻构件的自重量、提高使用可靠性等。

由于低碳合金钢有上述特点，我们此次设计的连杆就是用低碳合金钢制造，毛坯整体溶模，渗碳淬火处理，加工中间采用调质处理，提高强度和抗冲击能力。

所谓渗碳是将工件放入渗碳气氛中，并在900-950℃的温度下加热、保温，使其表面层增碳的一种工艺操作。

渗碳是向钢的表面层渗入碳原子的过程，其目的是使工件在继续经过相应热处理后表面具有高硬度和耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性。

淬火工艺是将钢加热至临界点以上，保温后以大于上临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺；而回火则系指将淬火后的钢加热至炉冷以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。

习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称作“调质处理”，简称“调质”。

2.连杆加工工艺规程

2.1连杆加工的技术要求

2.1.1机械加工精度概述

尺寸、形状和相互位置精度间的关系：

零件的尺寸、形状和相互位置精度三者之间是既有区别又有联系的。

一般的情况是尺寸精度高，其几何形状和相互位置精度也高。

例如，为保证轴颈的直径尺寸精度，则轴颈的圆度误差不应超出直径的尺寸公差；又如两表面本身的平面度很差，就很难保证两表面之间的平行度。

通常零件的形状误差约占相应尺寸公差的30%-50%；位置误差约为有关尺寸公差的65%-85%。

然而对于某些配合要求高或有特殊功用的零件，其几何形状和相互位置精度，则往往有更高的要求。

2.1.2加工精度与加工误差

加工精度是指零件经加工后，其几何参数（尺寸、形状、表面相互位置）的实际值与理想值的符合程度。

符合程度越高，加工精度也愈高。

实际值与理想值之差，称为加工误差。

加工误差愈小，加工精度愈高。

生产中所谓保证和提高加工精度，就是指控制和减少加工误差。

研究加工精度，就是通过分析各种因素对加工精度影响的规律，从而找出减少加工误差的工艺措施，把加工误差控制在公差范围之内［2］。

连杆需加工表面有：

大、小头孔，大、小头端面。

其它面为非加工表面其处理方法为：

过渡圆角处抛光，杆身进行喷丸处理，以提高疲劳强度。

喷丸处理就是把铁砂通过机器打在需要处理的产品上，使其表面的氧化皮、锈迹等被处理掉。

加工面的精度要求为：

（1）尺寸精度

①小头孔的精度采用7级公差等级，φ18

，表面粗糙度Ra为1.6μm，采用精镗加工。

②大头孔采用6级公差等级Φ25

表面粗糙度Ra为1.6μm，采用精镗加工。

③大、小头端面直线度为0.120，粗磨两平面时表面粗糙度Rz为12.5μm，精磨两平面时表面粗糙度Ra为1.5μm，两端面平行度为0.03，平面度为0.01。

④大、小头中心距L=95

。

（2）形状精度

①大头孔的圆度公差为0.005mm，大头孔的圆柱度公差为0.005mm；

②小头孔的圆度公差为0.005mm，小头孔的圆柱度公差为0.005mm。

（3）位置精度

大、小头孔轴线的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，造成汽缸壁磨损不均匀，并使曲

图2.1机械加工原始误差

Figure2.1theoriginalmachiningerror

柄销产生边缘磨损，所以要求平行度的允许公差较严，一般规定为0.04mm。

2.1.3.影响加工精度的因素

机械加工中零件的尺寸、形状和相互位置误差，主要是由于工件与刀具在切削运动过程中相互位置发生了变动而造成的。

由于工件和刀具安装在夹具和机床上，因此，机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系统。

工艺系统中的种种误差，是造成零件加工误差的根源，故称之为原始误差。

加工中可能出现的原始误差，可列举如下：

2.2机械加工工艺规程

工艺过程是指生产过程中，直接改变对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程。

这是生产过程中的主要组成部分。

机械产品的工艺过程主要包括铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、油漆等工艺过程。

机械加工工艺过程是指用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为零件的全过程。

机械加工工艺过程直接决定零件及产品的质量和性能，对产品的成本、生产周期都有较大的影响，是整个工艺过程的重要组成部分。

机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片，是两个主要的工艺文件，对于检验工序还有检验工序卡片。

机械加工工艺过程卡片，是说明零件加工工艺过程的工艺文件，由于各工序的内容规定得不够具体，因此不能直接指导工人操作，只能作为生产管理用的技术文件。

机械加工工序卡片，它是为每个工序详细制定的，用于直接指导工人进行生产，多用于大批大量生产的零件和成批生产中的重要零件［3］。

2.2.1机械加工工艺过程的组成

组成机械加工工艺过程的基本单元是工序。

工序又是由安装、工位、工步及走刀组成的。

（1）工序工序是指一个或一组工人，在同一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

工作地、工人、零件和连续作业是构成工序的四个要素，其中任一要素的变更即构成新的工序。

连续作业是指在该工序内的全部工作要不间断地接连完成。

由零件加工的工序数就可以知道设备数量、工人人数和工作面积的大小。

因此，工序是制定劳动定额、配备工人及机床设备、安装作业计划和进行质量检验的基本单元。

（2）安装安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工序。

在一个工序中，有的工件只需装夹一次，也有需要多次装夹的。

但从减少装夹工件花费的工时考虑，应尽量减少装夹次数。

（3）工位当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对于机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成的那一部分工序，称为工位。

采用多工位加工可以减少装夹次数，减少装夹误差，提高生产率。

（4）工步工步是加工表面、切削刀具和切削用量（仅指主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。

变化其中一个就是另一个工步。

（5）走刀在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切削。

每切削一次就称为一次走刀［3］。

2.2.2连杆加工的工艺性分析

（1）连杆的工艺特点

外形复杂，定位较难；细长杆身，刚度较差，受夹紧力、切削力容易变形；尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度要求较高，是加工难度较大的杆类零件。

（2）连杆加工工艺确定的原始资料

①产品的全套技术文件；

②毛坯图及毛坯制造方法；

③本厂（车间）的生产条件；

④各种技术资