汽车发动机连杆的加工工艺及夹具设计.docx

1、 汽车发动机连杆的加工工艺及夹具设计汽车发动机连杆的加工工艺及夹具设计 摘要 机械制造业的发展日新月异，加之市场竞争越来越激烈，在这种趋势中和发展的大环境下，企业若想要生存发展，就必须在原有的技术上不断地改进生产工艺，力求利益的最大化。那么如何去合理的安排生产工艺路线就显得尤为重要，也是降低成本和提高生产效率的关键。其次，夹具的使用也是提高生产效率的有效途径，传统的手工装夹不仅增大了工人的劳动强度，更重要的是生产效率更是大大降低。本文主要论述了连杆，作为柴油机的主要传动件之一，它的加工工艺及夹具设计。连杆在各种精度要求上都比较高，比如尺寸精度、形状精度以及位置精度；但是连杆的刚性不是很好，很可

2、能会发生变形。因此在实施工艺的整个过程中，就需要我们把各主要表面的粗加工工序和精加工工序分开进行。逐渐减少加工余量、切削力及内应力产生的作用，并在加工后修正变形，最后就能达到零件在一定程度上的技术要求。关键词：连杆；加工工艺；夹具设计；加工余量；切削力；内应力 1汽车连杆的加工工艺 1.1连杆的结构特点 连杆位于柴油机中，是汽车发动机中的主要传动部件之一。它可以把压力传递给曲轴，而这种压力正是作用于活塞顶面的膨胀的压力；同时连杆可以带动活塞压缩气缸中的气体，这是由于受到曲轴的驱动。在实际工作中，连杆承受着剧烈变化的动载荷。连杆体和连杆盖两部分组成连杆。连杆的连杆体及连杆盖上的大头孔使用螺栓和螺

3、母与曲轴固定在一起。为方便维修和减少连杆的磨损，装有一个薄壁金属轴瓦在连杆的大头孔内。轴瓦有钢质的底，有一层金属浇于其底的内表面，即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可以用来补偿轴瓦的磨损垫片，用活塞销与活塞来连接连杆小头。为了减少小头孔与活塞销的磨损，青铜衬套被压入小头孔内，同时也更加方便在磨损后进行必要的修理和更换。连杆在发动机工作过程中不仅受膨胀气体交变压力的作用，还受到惯性力的作用，因此除应具有足够的强度和刚度外，为减小惯性力的作用，还应尽可能的减少连杆自身的质量。连杆杆身一般都采用工字型截面形状，即从大头到小头逐渐变小。为了防止发动机运转不均衡，在同一发动机中各连杆

4、的质量应当相差无几，因此，在连杆部件的大头和小头两端放置了除去不平衡质量的凸块，以便于那些不平衡质量在称量之后能够被切除。连杆中截面的两侧对称分布着连杆大、小头两端。连杆大头和小头的厚度的基本尺寸相同是由于考虑到装夹、安放、搬运等要求。在连杆小头的最上端设有油孔或油槽。在发动机工作时，气缸体下部的润滑油在曲轴的高速转动下溅到小头顶端的油孔内，用来润滑位于连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆起到使活塞和曲轴联接起来的作用，可以让活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，柴油机的性能将受到连杆的加工精度的直接影响，而工艺的选择又直接影响到精度。主要有 5个反映连杆精度的参数：（

5、1）连杆大端中心面和小端中心面相对于杆身中心面的对称度；（2）连杆大头孔和小头孔中心距的尺寸精度；（3）连杆大头孔和小头孔平行度；（4）连杆大头孔和小头孔的尺寸精度和形状精度；（5）连杆大头螺栓孔和接合面的垂直度。1.2连杆的主要技术要求 连杆上需要进行机械加工的表面主要是：大头孔的两个端面、小头孔的两个端面，连杆体和连杆盖的结合面以及连杆螺栓定位孔等。连杆总成在技术上的主要要求（图 1-1）如下。连杆总成图（11）1.2.1大头孔和小头孔的尺寸精度以及形状精度 为了使大头孔与活塞销能基本配合，同时与轴瓦及曲轴、小头孔也能够密切配合并减少冲击所带来的不良影响并方便传递热量，大头孔表面粗糙度 R

6、a应小于等于0.4m，公差等级为 IT6，圆柱度公差为 0.012mm；小头孔表面粗糙度 Ra应小于等于3.2m，公差等级为 IT8，。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 0.0025mm，素线平行度公差为 0.0004mm。1.2.2大头孔和小头孔的轴心线在两个垂直方向上的平行度 活塞在汽缸中倾斜是大头孔和小头孔的轴心线在连杆轴线方向的平行度误差造成的，从而进一步造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈发生边缘磨损，因而大头孔和小头孔的轴心线在连杆轴线方向上的平行度公差较小；而在对不均匀磨损的影响上，两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向上的平行度误差是较小的，所以其公差值较大。大头孔和小头孔的轴心线

7、在连杆的轴线方向上的平行度在 100mm长度上的公差为 0.04mm；在垂直于连杆轴心线方向上的平行度在 100mm长度上的公差为 0.06mm。1.2.3大、小头孔中心距 汽缸的压缩比受到大小头孔的中心距影响，即受到发动机的效率的影响，所以规定的要求也比较高：190 0.05mm。1.2.4连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 轴瓦的安装和磨损受到连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度的影响，这个垂直度甚至能够引起烧伤；所以对它提出了要求：规定它的垂直度公差等级应高于或等于 IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100mm长度上公差为0.08mm）。1.2.5大头孔和小头孔两端面

8、的技术要求 连杆大头孔和小头孔两端面间相隔距离的基本尺寸相同，但从技术要求角度来看是不同的，大头孔两端面的尺寸公差等级是 IT9，表面粗糙度 Ra小于等于 0.8m,小头孔两端面的尺寸公差等是为 IT12，表面粗糙度 Ra小于等于 6.3m。这是由于连杆大头孔两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面之间有配合要求，而连杆小头孔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。1.2.6螺栓孔的技术要求 在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除

9、了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按 IT8级公差等级和表面粗糙度 Ra应不大于 6.3m加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为 0.25mm。1.2.7有关结合面的技术要求 在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为 0.025mm。1.3 连杆的材料和毛坯 连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有

10、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

11、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。图（1-2）连杆辊锻示意图 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

12、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(1-3)、图(1-4)给出了连杆的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至 11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图(1-3)，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(1-4)。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

13、面检查，方能进入机械加工生产线。1.4 连杆的机械加工工艺过程 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。连杆机械加工工艺过程如下表(11)所示：工序 工序名称 工序内容 工艺装备 1 铣 铣连杆大、小头两平面,每面留磨量 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，无标记面称基面。（下同）M7350 3 钻 与基面定位，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mm两侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面）

14、X62W组合机床或专用工装 5 扩 以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为 60mm Z3080 6 铣 以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。X62W组合机床或专用工装锯片铣刀厚 2mm 7 铣 以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为 27.5mm X62组合夹具或专用工装 8 磨 以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面 M7350 9 铣 以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖mm 8mm斜槽 X62组合夹具或专用工装 10 锪 以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面mm,R11mm,保证尺寸mm X62W

15、 11 钻 钻 210mm螺栓孔 Z3050 12 扩 先扩 212mm螺栓孔，再扩213mm深 19mm螺栓孔并倒角 Z3050 13 铰 铰 212.2mm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 100120N.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，保证大端面厚度为mm M7130 18 镗 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mm 可调双轴镗 19 镗 精镗大头孔至尺寸 T2115 20 称重 称量不平衡质量 弹簧称 21 钳 按规定值去重量 22 钻 钻

16、连杆体小头油孔6.5mm,10mm Z3025 23 压铜套 双面气动压床 24 挤压铜套孔 压床 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 珩磨 珩磨大头孔 珩磨机床 28 检 检查各部尺寸及精度 29 探伤 无损探伤及检验硬度 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