连杆的毕业设计论文.docx
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连杆的毕业设计论文
河南工业职业技术学院
机械工程系
2007届毕业生毕业设计
任
务
书
二OO六年十二月
姓名：
张辉班级：
04112专业：
机械设计与制造学号：
27
设计题目：
普通汽车发动机连杆的机械加工工艺规程及工艺装备
进度安排：
2006年12月15日——2006年12月31日确定研究内容，制定计划
2007年1月1日——2007年1月31日查阅相关资料文献
2007年2月1日——2007年4月31日编写说明书
2007年5月1日——2007年6月20日修改说明书
指导教师：
（签名）年月日
指导教师评语及成绩评定
论文成绩：
指导教师（签字）：
年月日
答辩小组评语及成绩评定
答辩成绩：
毕业设计成绩：
答辩小组负责人（签字）：
年月日
答辩委员会审定意见：
答辩委员会主任（签字）：
年月日
河南工业职业技术学院毕业论文
题目：
普通汽车发动机连杆的机械加工工艺规程及工艺装备
班级：
04112
姓名：
张辉
专业：
机械设计与制造
指导教师：
刘立新
答辩日期：
2007年6月20日
前言
毕业设计是在学完了机械制造工艺及夹具和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这是我们在毕业前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练，更是一次毕业总结。
因此，毕业设计在这三年的学习中占有十分重要的地位，要求每位毕业生都能发挥所能，搞好自己的设计，给自己的学业划上一个圆满的句号。
2006年年底，我开始了毕业实习。
所在公司是广东盈钢机械有限公司，主要产品是玻璃深加工机械。
我的实习内容是钳工装配。
实习期间，我十分重视对自己能力的提高，经常向经验丰富的师傅提问和请教，从他们身上学到很多技术经验，为自己以后的工作及学习打下了坚实的基础；也为毕业设计的积累了一些实际经验。
我十分重视这次毕业设计，并希望通过这次设计对自己今后将从事的工作进行一次适应性的训练，锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为回厂后的工作打下一个良好的基础。
由于个人能力有限，设计中难免有许多不足之处。
希望各位指导老师给予批评指正，我也会在以后的工作中严格要求自己，不断提升自己的专业技能。
摘要
制造业是将可用资源、能源和信息技术通过制造过程，转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业、人类的生产工具、消费产品、科研产品、武器装备等。
没有哪一样能离开制造业、没有哪一样的进步能离开制造业的进步。
这些产品都是由制造业提供的，可以说制造业是国民经济的装备部、是国民经济产业的核心、是工业的心脏、是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造过程是制造产业的基本行为、是将制造资源转变为有形财富或产品的过程。
制造过程涉及到国民经济的大量行业。
如机械、电子、化工、食品、军工、航空、航天等。
因此，制造业对国民经济有显著的带动作用。
机械制造的主要任务就是机械产品的决策、设计、加工、装配、销售、售后服务及后继处理，其中包括对半成品零件的加工技术、加工工艺的研究及其工艺装备的设计制造、机械制造业担负着为国民经济建设提供生产装备的重任、为国民经济行业提供各种生产手段。
其带动性强、涉及面广、产业技术水平的高低直接决定着国民经济其他产业竞争力的强弱、以及今后运行的质量和效益。
广义而言，制造技术是按照人们所需目的，运用主观掌握的知识和技能、操作可以利用的客观物质工具和采用有效的方法、使原材料转化为物质产品的过程所施行的手段的总和。
制造技术与投资和熟练劳动力一起将创造新的企业、新的市场和新的就业。
制造技术是制造业的支柱。
而制造业又是工业的基石，所以说制造技术是一个国家经济持续增长的根本动力。
关键词：
制造业支柱产业带动作用基石
摘要
前言…………………………………………………………………...
1.零件的结构工艺性分析……………………………………………1
1.1连杆的结构特点…………………………………………………..1
1.2连杆的结构工艺性………………………………………………..1
1.3连杆的技术要求…………………………………………………..1
1.4毛坯的选择………………………………………………………..2
2.零件的工艺过程及分析…………………………………………….2
2.1定位基准的选择…………………………………………………...2
2.2加工顺序的确定…………………………………………………...3
2.3拟定工艺路线……………………………………………………...3
2.4确定工艺过程………………………………………………………6
2.5连杆机械加工余量、工序尺寸及公差的确定……………………7
3.专用夹具的设计……………………………………………………...9
3.1定位方案的设计…………………………………………………….10
3.2夹紧方案的设计…………………………………………………….10
3.3其它结构的设计…………………………………………………….10
3.4夹具体的设计……………………………………………………….11
4.连杆加工技术展望...............................................................................11
5.总结…………………………………………………………………...13
6.致谢…………………………………………………………………...14
参考文献
毕业设计任务书
1.零件的结构工艺性分析
连杆是汽车发动机中的重要零件，在发动机内的曲柄连杆机构中，连杆的大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞连接，其作用是将活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动并输出动力。
连杆承受动态载荷，因此，要求连杆质量小，强度高，高度好。
1.1连杆的结构特点
连杆由大头、小头和杆身等部分组成。
大头为分开式结构，连杆体与连杆盖用螺栓连接。
大头孔和小头孔内分别安装轴瓦和衬套。
为了减轻重量并保证连杆体具有足够的强度和刚度，连杆的杆身截面多为工字形，其外表不需要机械加工。
连杆的大头和小头端面，通常都与杆身对称。
有些连杆在结构上设计有工艺凸台、中心孔等，作为机械加工时的辅助基准。
1.2连杆的结构工艺性
连杆的结构形式，直接影响到机械加工工艺的可靠性和经济性。
影响连杆结构工艺性的因素除应考虑一般的结构工艺性外，还要考虑以下几点：
连杆盖和连杆体的连接方式连杆盖和连杆体的定位方式，有连杆螺栓、套
筒、齿形定位和凸肩定位4种。
连杆的大小头的厚度考虑到加工时的定位和加工时的传输等，连杆大、小
头的厚度应相等。
连杆杆身油孔的大小和深度由于活塞销与连杆小头衬套之间需要进行润
滑，为此连杆杆身钻有油孔。
但为了使润滑油从连杆大头沿油孔通向小头衬
套，油孔一般为Φ4-Φ8㎜的深孔,加工困难。
为了避免深孔加工，汽车发动
机连杆可改为重力润滑，则只在连杆小头铣槽或钻孔就可
1.3连杆的技术要求
.此件为整体模锻成型，在加工中先将连杆切开，再重新组装，镗削大头孔，其外形可不再加工。
.连杆大头孔圆柱度公差为0.005㎜。
.连杆大小头孔平行度公差为0.06/100㎜。
.连杆大头孔两侧面对大头孔中心线的垂直度公差为0.1/100㎜。
.连杆体分割面、连杆上盖分割面对连接连杆螺钉孔的垂直度公差为0.25/100㎜。
.连杆体分割面、连杆上盖分割面对大头孔轴线位置度公差为0.125㎜。
.连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度公差为0.25㎜。
.热处理后硬度28-32HRC.
.材料45钢.
1.4毛坯的选择
连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢，近年来也有采用球墨铸铁的。
其毛坯多用锻造，可将连杆体和连杆盖分开锻造，也可整体锻造，主要取决与锻造毛坯的设备能力。
锻造可用自由锻或模锻，但模锻与自由锻相比，模锻的尺寸和精度比较高，机械加工余量小，材料的利用率高，锻件内部流线分布合理，操作方便，劳动强度低，生产率高。
查表可得毛坯的单面加工余量为2.5㎜。
可确定连杆毛坯两面厚度为：
38+2×2.5=43㎜；宽度为：
99+2×2.5=104㎜。
其毛坯图如下：
结合本实际，连杆生产纲领为4000件/年，属中批生产，决定其材料用45钢，整体模锻成型。
2.零件的工艺过程及分析
2.1定位基准的选择
在零件的加工中，定位基准的选择合理与否，不仅影响加工表面的位置精度，而且对于零件各表面的加工顺序也有很大影响。
在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这时的基准一是保证加工表面有足够而且均匀的余量和各待加工表面有足够的余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度，随着加工的进一步进行，应选择已加工面作为定位基准。
如：
加工前先对连杆两端面粗铣，以为钻大小头孔留下粗基准，随着加工的进一步进行，大头孔精镗前，精铣两端面，为大小头孔精镗留下精基准；大头孔珩磨前对其两侧面磨削，以提供更精确的基准，保证其内孔的中心线与两端面的垂直度要求。
加工中可作为基准的面有：
上下两端面、大小头内孔、大头孔两侧面，这些表面在加工中不断转换，由粗到精，逐步形成。
2.2加工顺序的确定
2.2.1两大平面的加工
由零件图纸要求，最终的表面粗糙度为0.8；其毛坯单面加工余量为2.5㎜，结合其批量生产，确定其加工工序为：
模锻——精铣——磨削。
并将磨削安排在热处理及精加工大小头孔前，以提高孔的加工定位精度。
加工后表面粗糙度值可达Ra0.2—0.8，精度等级为IT7级，符合图纸要求。
2.2.2大小头孔的加工
连杆大小头孔加工是连杆机械加工的重要工序。
在保证其本身的精度、粗糙度要求的前提下，还要保证其相互位置和与端面的垂直度要求。
由于用小头孔作为定位基准较多，所以其加工安排的早，小头孔作为定位基面，它经过了钻、扩、半精镗三道工序。
钻小头孔以其外形定位，这样可以保证加工后的孔与外形的对称性较好。
小头孔经过钻、扩、半精镗，在两端面磨削后与大头孔同时进行精镗，这样可以保证大小头孔轴心的距离公差和位置精度要求。
大头孔经过钻——粗镗——半精镗——精镗——金刚镗三道工序后达到IT6级公差，表面粗糙度为Ra0.05-0.4。
2.2.3连杆螺栓孔的加工
连杆螺栓孔经过钻、扩、绞工序，加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面的外圆定位。
为了两螺栓孔在两个互相垂直方向的平行度，在扩和绞两个公步用上下双导向导套。
2.3拟定工艺路线
1.加工前对毛坯进行正火处理，以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，提高锻件的力学性能，改善其切削加工性能。
2.铣精铣连杆两大平面至
，加工中多翻转几次，以消除平面翘曲。
3.钻、扩以一端面及小头孔外圆定位，钻小头孔至Φ25，扩至Φ
4.镗以上道工序同样的基准，半精镗小头孔至
5.钻以基面及小孔定位，钻大头孔至
6.铣以工件一侧面及大头孔定位，装夹工件铣连杆两侧面尺寸99㎜，保证对称，次平面为后续工序用基准面。
7.镗以工件一端面、一侧面及小头孔定位，加紧工件，粗镗大头孔至
8.镗以上道工序同样的基准，半精镗大头孔至
9.铣以工件一端面、一侧面及小头孔定位，加紧工件铣螺栓孔两端面
10.钻、扩、绞两螺栓孔以工件一端面、一侧面及小头孔定位，加紧工件，钻螺栓孔至
，扩至
，绞至
，保证中心距82±0.175
11.热处理工件两端面调质处理。
12.磨在磁力吸盘上两端面互为基准磨两端面至
13.镗以工件一端面、一侧面及小头孔定位，加紧工件，精镗大头孔至
14.镗以工件一端面、一侧面及大头孔定位，加紧工件，精镗小头孔至
，保证大小头中心距为190±0.05㎜。
15.切开以工件一端面、一侧面及大头孔定位，加紧工件，切开连杆盖与连杆体，并分别对连杆盖及连杆体打标记字头。
16.磨以端面和一侧面（99㎜）定位，装夹工件，磨连杆盖分割面，保证总高度48㎜。
17.磨以端面、一侧面及小头孔定位，夹紧工件，磨连杆体分割面，保证尺寸
。
18.用专用螺钉将连杆体与连杆盖组装成连杆组件。
19.镗以端面、一侧面及小头孔定位，夹紧工件，用金刚镗镗削大头孔至
。
20.拆开连杆体与上盖。
21.以基面及分割面定位装夹工件，铣连杆上盖
×8㎜斜槽。
22.以基面及分割面定位装夹工件，铣连杆体
×8㎜斜槽。
23.钻连杆体大头油孔Φ5㎜、Φ1.5㎜。
24.小头油孔Φ4㎜、Φ8㎜。
25.钳工按规定质量称重去重。
26.检验各部尺寸及精度。
连杆最终检验项目和其它零件一样，包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度的检验，只不过连杆某些要求较高而已。
由于装配的要求，大小头孔要按尺寸分组，连杆的位置精度测量要在检具上进行。
如大头孔轴心线在两个相互垂直方向上的平行度，可采用如下图示的方法进行。
在大头孔中塞入心轴搁在等高垫铁上，使大头心轴与平板平行。
将连杆置于直立位置时（a）,在小头孔心轴上距离为100mm处测量高度的读数差，即为大小头孔在连杆轴心线方向的平行度误差值；工件置于水平位置时（b）同样方法测出来的读数差值，即为大小孔在垂直连杆轴心线方向的平行度误差值。
连杆还要进行探伤检查其内在质量。
连杆大小头孔在两个相互垂直方向平行度的检验
25.清洗吹干。
26.包装入库。
2.4确定工艺过程
1）热处理
2）精铣两大平面
3）钻小头孔
4）粗镗小头孔
5）钻大头孔
6）铣连杆两侧面
7）粗镗大头孔
8）半精镗大头孔
9）铣螺栓孔两端面
10）钻、扩、绞两螺栓孔
11）工件两端面热处理
12）磨两端面
13）精镗大头孔
14）精镗小头孔
15）拆开并打标记
16）磨连杆盖分割面
17）磨连杆体分割面
18）组装
19）金刚镗大头孔
20）拆
21）铣连杆上盖斜槽
22）铣连杆体斜槽
23）钻连杆盖油孔
24）钻连杆体油孔
25）称重去重
26）终检
27）清洗入库
2.5机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
加工余量是指加工过程中的加工表面切去的材料层厚度，主要分为工序余量和加工总余量两种。
工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差，即在一道工序中从某一加工表面切除的材料层厚度；加工总余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差，加工总余量等于各工序余粮之和。
加工余量的大小对于零件的加工质量、生产率和生产成本均有较大影响。
加工余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加材料、工具和电力等的消耗，加工成本增高。
但加工余量过小，又不能保证消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。
因此，应当合理的确定加工余量。
工件从毛坯加工至成品的过程中，要经过多道工序，每道工序都将得到相应的工序尺寸。
工序尺寸是指某一个工序加工达到的尺寸，其公差即为工序尺寸公差，各个工序的加工余量确定后，即可确定工序尺寸及其公差。
制定合理的工序尺寸及其公差是确保加工工艺规程、加工精度和加工质量的重要内容。
确定加工余量的方法有三种，即：
经验估算法、查表修正法、分析计算法。
用查表法确定工件各部位余量、工序尺寸及公差如下：
2.5.1两大平面加工余量及工序尺寸的确定
工序名称
工序余量
工序所能达到的精度等级
工序尺寸
工序尺寸及上、下偏差
粗磨
0.6
IT8
38
精铣
2.4
IT9
38.6
模锻
±1
41
2.5.2大头孔加工余量的确定
工序名称
工序余量
工序所能达到的精度等级
工序尺寸
工序尺寸及其上下偏差
金刚镗
0.2
IT6
65.5
精镗
0.3
IT8
65
半精镗
1
IT9
65
粗镗
14
IT10
64
钻孔
IT12
50
2.5.3小头孔加工余量的确定
工序名称
工序余量
工序所能达到的精度等级
工序尺寸
工序尺寸及其上下偏差
精镗
0.5
IT8
29.5
半粗镗
4
IT10
29
扩孔
3
IT11
28
钻孔
IT12
25
2.5.4连杆螺钉孔加工余量的确定
工序名称
工序余量
工序所能达到的精度等级
工序尺寸
工序尺寸及其上下偏差
细绞
0.22
IT8
12.22
扩孔
2
IT11
12
钻孔
IT12
10
3.专用夹具的设计
在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上的位置，进行正确地确定工件与机床、刀具的相对位置关系，并在加工中始终保持这个正确位置的工艺装备称为机床夹具。
机床夹具由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件及其他元件或装置组成。
它可以保证加工精度，稳定加工质量、提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，降低对工人的技术要求，降低生产成本及扩大机床的工艺范围。
专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的机床夹具。
这类夹具专用性强，操作迅速方便，其优点是在产品相对稳定、批量较大的生产中可获得较高的加工精度和生产率，对工人的技术水平要求也相对较低。
由于专用夹具的针对性极端，只能适用产品相对稳定的大批量生产中。
前面已对连杆的加工工艺过程作了叙述和分析，以下将针对加工连杆的两侧面，保证设计尺寸99㎜，设计一套专用夹具。
3.1定位方案的设计
选用一大平面、大头孔和小头孔外圆作为定位基准，定位方案如图所示（附图）。
大平面限制工件
、
、
三个方向的自由度，圆柱销与V型块共同限制
、
、
，再用一开口垫圈压住大头孔外圆，此处虽然为过定位（又限制工件的）
，但为了使加工安全，保证设计尺寸，是有必要的。
3.2夹紧方案的设计
连杆杆身方向由一圆柱销来定位、一活动V型块顶紧，圆柱销上设一螺栓用一开口垫圈压住大头孔以防止铣削过程中振动。
3.3其他结构的设计
夹具通常是单件生产，且制造周期很短。
为了保证工件的加工要求，很多夹具要有较高的制造精度。
企业的工具车间有多种加工设备，例如加工孔系的坐标镗床，加工复杂形面的万能铣床、精密车床和各种磨床等，都具有较好的加工性能和加工精度。
夹具制造中，除了生产方式与一般产品不同外，在应用互换性原则方面也有一定的限制，以保证夹具的制造精度。
结合本夹具实际，由于活动V型块需频繁移动，为了保证加工工件两侧面与大头孔表面垂直度，故设两导向滑快来限定V型块的活动。
3.4夹具体的设计
夹具体的类型有：
铸造夹具体、焊接夹具体、锻造夹具体、型材夹具体、装配夹具体。
其上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体，因此，夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置及机床的连接。
此外，夹具体应有适当的精度和尺寸稳定性、足够的强度和刚度、结构工艺性要好、排屑方便、在机床上安装稳定可靠。
本夹具体采用焊接结构，夹具体通过T型螺钉与工作台连接，主要工作面上的圆柱销与夹具体采用过渡配合，底面用双螺母紧固妨松，并用6块筋板提高夹具体的刚度。
4.连杆加工技术展望
4.1连杆的材料
近年来，非调质钢作为在传统材料基础上发展起来的一个新品种，得到广泛的应用。
该材料对锻造工艺而言，省去了调质处理工艺，避免了热处理裂纹，节省了大量能源。
从加工方面看，由于通过添加S、Ca等元素，明显地改善了切削性能，断屑容易，排屑流畅，刀具寿命大大提高。
4.2连杆撑断加工新工艺
连杆撑断工艺的基本原理是：
在连杆大头孔的剖分面上，加工一个V型凹槽，在该凹槽处施加一个撑开的力，由于在V形凹槽处形成应力集中，而将连杆体和连杆盖撑开，断口沿V形凹槽准确断裂，其断裂面的特性可使连杆体和连杆盖在装配时处于最佳吻合状态。
采用撑断工艺将连杆断开以后，结合面不再进行任何加工。
断面虽然比较粗糙，但合上以后断口吻合良好，连杆体和盖会得到良好的定位，可以不必象传统连杆那样采用定位螺栓、定位销、齿形等定位方式，大大降低了成本。
其优点如下：
（1）减少了加工工序数（无结合面的铣削、磨削及拉削），使连杆的加工变得更简单，可节省机床投资和机床占地面积；
（2）由于结合面的特殊开口，使盖的定位准确，可保证连杆在使用过程中的精度，而不需要定位螺栓（只需普通螺栓），并省去了螺母；
（3）连杆毛坯大头孔为圆形，不象传统工艺那样为椭圆形，节省了金属材料和模具费用，使连杆大头孔的粗加工变得更为简单；
（4）节省了操作人员；
（5）降低了生产线运行费用。
可以预见，材料的塑性变形及断裂方向的精确控制将是在今后推广应用中着重研究解决的课题。
虽然连杆加工本身所包括的工艺内容并不复杂，但由于材质、外形尺寸以及要求的加工精度，经常给加工带来不少困难。
锻造毛坯的精度及刚性差、孔加工的精度低、连续带状切屑的断屑、平面加工的毛刺、因夹压和内应力的重新分布而产生的几何变形等，是加工工艺长期以来需要研究和解决的主要技术问题。
随着新型刀具材料的不断出现，促进了刀具材料、加工工艺的相互替代及生产流程的变革；随着高效加工工艺的出现，更合理和更经济地安排零件的加工工艺及生产流程便成为可能。
同时也应该看到，先进的制造技术仍需通过精细的工作不断地完成善和提高。
总结
紧张的设计工作就要结束了，这次毕业设计是在完成三年学业和多次实习的基础上完成的，它涉及的知识面比较广泛，持续时间也比较长，工作任务量也相对较大，对知识的应用也比较灵活，全面，是对我们所学的一次综合性检验和练兵。
通过这次的毕业设计，我不但学到了许多课本上学不到的知识，以前所学的得到了巩固，充实和应用，更重要的是了解了一个比较陌生，可以说是一个全新的领域，对我而言，使我对机械加工产生了浓厚的兴趣。
在设计过程中，我学会了如何熟练应用手边的资料，如何快界，简便，准确的查找所需的数据和图表等，也使我体会到作为一个设计人员，在进行机械设计时，必须全面考虑结构，材料的强度，刚度，工艺性，配合等问题，而且还要考虑结构的合理性，简洁实用和整体方案的经济可行性。
通过这次设计，我在计算技能，利用水平，熟悉资料及有关标准方面得到了提高，尤其难能可贵的是，我在设计中所表现出来的吃苦精神，独立思考，独立钻研的工作作风让我十分满意。
我相信，只要这样的坚持做下去，是一定能胜任将来的实际工作的。
致谢
本次毕业设计是在刘立新等几位导师的精心指导下完成的，导师高尚的品德、严谨的学风和高度的责任心深深影响着我。
导师们的谆谆教诲在帮助我完成毕业设计的同时，更让我懂得了做人、处事要养成一种严谨、灵通的作风，这将成为我人生的一笔宝贵的精神财富。
在此，向指导本人进行毕业设计的导师们表示真诚的感谢和崇高的敬意！
由于本次毕业设计是在学校和实习岗位上逐步完成的，周围的同学、公司的师傅及同事都给予了很大的帮助，在此也向他们表示深深的感谢！
最后，我还要感谢一直在背后默默支持我完成学业的父母及亲友，是他们的无私奉献和巨大支持使得我的学业得以顺利完成，向他们表示真挚的谢意！
张辉
07年6月17日
参考文献
1.《汽车制造工艺学》韩英淳主编人民交通出版社
2.《典型零件机械加工生产实例》陈宏
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