柴论油机连杆的加工工艺 本科毕业设计.docx
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柴论油机连杆的加工工艺本科毕业设计
电子科技大学
毕业设计（论文）
论文题目：
论柴油机连杆的加工工艺
教学中心：
电子科技大学网络教育重庆学习中心
指导老师：
邓文亮职称：
讲师
学生姓名：
刘飞学号:
V10648142368
专业：
机械设计制造及自动化
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2010年05月01日
电子科技大学
毕业设计（论文）任务书
题目：
论柴油机连杆的加工工艺
任务与要求：
本设计要求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。
时间：
2012年3月1日至2012年5月15日共12周
办学单位：
电子科技大学网络教育重庆学习中心
学生姓名：
刘飞学号：
V10648142368
专业：
机械设计制造及自动化
指导单位或教研室：
重庆科创职业学院
指导教师：
邓文亮职称：
讲师
电子科技大学
继续教育学院
制
网络教育学院
2012年3月5日
毕业设计（论文）进度计划表
日期
工作内容
执行情况
指导教师
签字
3月1日至
3月10日
选题
3月11日至
3月21日
论文提纲写作
3月22日至
4月15日
初稿写作
4月16日至
4月25日
二稿写作
4月26日至
5月5日
定稿并上交论文的电子文档
5月6日至
5月15日
做好论文答辩准备
教师对进度计划实施情况总评
签名
年月日
电子科技大学毕业设计（论文）中期检查记录表
学生填写
毕业设计（论文）题目:
论柴油机连杆的加工工艺
学生姓名:
刘飞
学号：
V10648142368
专业：
机械设计制造及自动化
层次:
专升本
教学中心名称:
电子科技大学网络教育重庆学习中心
指导教师姓名及职称:
邓文亮（讲师）
教师指导毕业设计（论文）时间及地点:
电子科技大学网络教育重庆学习中心
检查
教师填写
毕业设计（论文）题目工作量
饱满
一般
不够
毕业设计（论文）题目难度
大
适中
不够
毕业设计（论文）题目涉及知识点
丰富
比较丰富
较少
毕业设计（论文）题目价值
很有价值
一般
价值不大
学生是否按计划进度独立完成工作任务
学生毕业设计（论文）工作进度填写情况
学生出勤情况及出勤的考核办法
学生与指导教师见面接受指导次数
5次
学生工作态度
认真
一般
较差
教师毕业设计（论文）指导日志是否齐全
其他检查内容：
存在问题及采取措施:
检查教师签字:
年月日
教学中心意见:
学院审核意见（加盖公章）:
年月日
年月日
摘要
本文主要论述了柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计。
因为连杆是活塞式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，又收曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高刚性较差，没有良好的定位基准，柴油机连杆是柴油机中的关键零件之一，它将发动机活塞的直线反复运动转化为回转运动，在工作中主要承受拉压交变应力。
它工作的稳定性和可靠性对整台柴油机工作的质量至关重要。
这就涉及到零件的工作部位的加工精度要求。
所以在安排工艺过程时，按照“先基准后一般”的加工原则。
连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面。
在夹具设计方面也要针对连杆结构特点比较小，设计应时应注意夹具体结构尺寸的大小等，最终就能达到零件的理想要求。
关键词:
连杆变形加工工艺夹具设计
Abstract
Thispapermainlydiscussesthedieselenginemachiningprocessoftheconnectingrodandfixturedesign.Becausetheconnectingrodpistonenginesisoneofthemainpartsandcompressor,thebigholeandcrankshaftconnection,smallheadholethroughthepistonpinsconnectedwiththepistons,itseffectisthepistonofgaspressuretotransfertothecrankshaft,andgatheredthecrankshaftdriveandthepistoncompressorcylinderdrivingthegas.Undertheimpactoftheconnectingrodisdynamicload,therefore,asktheconnectingrodqualitysmall,highstrengthrigidisbad,nogoodpositiondatum,dieselengineiskeypartsofthedieselengineconnectingrod,oneoftheenginespistonsstraightlineitrepeatedmovementsintorotarymotion,intheworkwhichmainlybearandcompressivealternatingstress.Itworktothestabilityandreliabilityofthedieselengineisveryimportanttothequalityofthework.Thisisinvolvedpartswheretheworkoftheprocessingaccuracy.Sointhearrangementprocess,accordingtothe\"firstafterbenchmarkgeneral\"processingprinciple.Themainprocessingsurfaceisconnectingrodheadsizeholesandtwoend,ofmoreimportantprocessingsurfaceisthecombinationoftheconnectingrodbodyandcoverfaceandboltholepositioningsurface.Thefixturedesignforconnectingrodstructurecharacteristicstosmaller,shouldpayattentiontothedesigntimelyconcretestructurewiththesizeofthesize,andfinallyachievedthecomponentstheidealrequirements.
KEYWORDSConnectingrodDeforminationProcessingtechnologyDesignofclampingdevice
第一章柴油机连杆的加工工艺
第一节柴油机连杆的用途及其特点
本文主要论述了柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计。
因为连杆是活塞式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。
连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。
所以在安排工艺过程时，按照“先基准后一般”的加工原则。
连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面。
在夹具设计方面也要针对连杆结构特点比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小等，最终就能达到零件理想的要求。
连杆是发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
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。
轴瓦有刚质的底，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。
在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，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质量，以减小惯性力的作用。
连杆杆身一般采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。
为了保证发动机运转均衡，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、小头两端设置了去平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。
连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。
考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、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），发动机工作时，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，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。
连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。
因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。
反映连杆精度的参数主要有5个：
（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；
（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度；（5）连杆大头螺栓孔与结合面的垂直度。
第二节连杆的材料及毛坯制造
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、40Cr、40CrMnB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老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一体。
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1-1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，毛坯生产塑性变形，从而的到所需要的形状。
用辊锻发生产的连杆锻件，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以达到模锻水平，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，适于在大批量生产中使用。
辊锻需要经多次逐渐成形。
1-上辊锻2-下辊锻模具3-连杆毛坯
4-下辊锻模具5-下辊锻
图1-1连杆辊锻示意图
图1-2、图1-3为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1-2，然后在锻压机上进行预断和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见图1-3。
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，连杆的毛坯尚需要进行热校正。
图1-2连杆辊锻制坯示意图
图1-3连杆预锻、终锻、冲孔示意图
a）预锻b）终锻c）冲孔
连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等得全面检查，方能进入机械加工生产线。
第三节连杆的加工工艺过程
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表1-1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
工艺设备
1
铣
铣连杆大、小头两平面，每面留磨损量0.5mm
X52K
2
粗磨
以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，
M7350
无标记面称基面。
（下同）
3
钻
以基面定位，钻、扩、铰小头孔
Z3080
4
铣
以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸99±
X62W组合机床或专用工装
0.01mm两侧面保证对称（此平面为工艺用基准面）
5
扩
以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为
Z3080
6
铣
以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，
X62W组合机床或专用工装
编号杆身及上盖分别打标记。
锯片铣刀厚2mm
7
铣
以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合
X62组合夹具或专用工装
面，保证直径方向测量深度为27.5mm
8
磨
以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的
M7350
结合面
9
铣
以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖
X62组合夹具或专用工装
5±0.100.05mm×8mm斜槽
10
锪
以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两
X62W
螺栓座面R120+0.3mm,R11mm,保证尺寸22±0.25mm
11
钻
钻2—Φ10mm螺栓孔
Z3050
12
扩
先扩2—Φ12mm螺栓孔，再扩2—Φ13mm深19mm螺栓
Z3050
孔并倒角
13
铰
铰2—Φ12.2mm螺栓孔
Z3050
14
钳
用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其
扭力矩为100—120N.m
15
镗
粗镗大头孔
T68
16
倒角
大头孔两端倒角
X62W
17
磨
精磨大小头两端面，保证大断面厚度为
M7130
38±0.1700.232mm
18
镗
以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔
可调双轴镗
至图纸尺寸，中心距为190±0.1mm
19
镗
精镗大头孔至图纸尺寸
T2115
20
称重
称量不平衡质量
弹簧秤
21
钳
按规定值去重量
22
钻
钻连杆体小头油孔Φ6.5mm，Φ10mm
Z3025
23
压铜套
双面气动压床
24
挤压铜套孔
拉床
25
倒角
小头孔两端倒角
Z3050
26
镗
半精镗、精镗小头铜套孔
T2115
27
洐磨
洐磨大头孔
洐磨机床
28
检
检查各部尺寸精度
29
探伤
无损深伤及检验硬度
30
入库
连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：
第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。
第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。
如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。
第四节连杆的加工工艺过程分析
一、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，用小头孔定位课直接控制大、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1-4所示：
在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触（在设计夹具是亦作相应的考虑）。
在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小
图1-4连杆的定位方向
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，精密端面。
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图（1-4）连杆的定位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，在两岸加工工艺路线中，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。
二、加工阶段的划分和加工顺序的安排
在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：
（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。
（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削是将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。
因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后。
这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。
粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。
这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。
各主要表面的工序安排如下：
（1）两端面：
粗铣、精铣、粗磨、精磨
（2）小头孔：
钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗
（3）大头孔：
扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、洐磨
一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。
三、确定合理的夹紧方法
既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。
在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。
在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小偷端部的刚性高，变形小，即使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平行度。
夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。
在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。
在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。
小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。
小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。
四、连杆主要面的加工方法
（一）连杆两端面的加工
采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。
粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。
这种方法的生产率较高。
精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种方法的生产率低一些，但精度较高。
（二）大头侧面的加工
以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。
装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。
五、连杆主要孔的加工方法
（一）连杆大、小头孔的加工
连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。
小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。
钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。
小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。
由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法可能使精镗后的衬套孔与大头孔中心距超差。
大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和衍磨达到IT6级公差等级。
表面粗糙度Ra为0.4μm，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。
这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。
（二）连杆螺栓孔的加工
连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰三道工序。
加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。
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，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。
从而达到所需要的技术要求。
粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。
精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。
连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800，铣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保证。
六、连杆体
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