机械制造与自动化专业毕业设计柴油机连杆零件的机械加工工艺规程的编制及工装设计.docx

1、机械制造与自动化专业毕业设计柴油机连杆零件的机械加工工艺规程的编制及工装设计毕业论文题目：柴油机“连杆”零件的机械加工工艺规程的编制及工装设计摘要机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。连杆在传递力的过程中，承受着很高的周期性冲击

2、力、惯性力和弯曲力。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。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。关键词：机械制造、机械制造装备、连杆、加工工艺绪 论 （4）一. 零件的结构工艺分析 (4)1.1. 零件的作用及保护措施 (4)1.2. 毛坯材料的选用、制造并绘制毛坯图 (6)1.3. 连杆工艺规程的设计 (9)1.4. 零件的工艺过程分析 (13)1.5. 工艺方案的确定 (15)1.6. 机械加工余量、切削用量、工序尺寸的确定 (16)1.7. 工序工时定额的计算 (19)二. 连杆机械加工技

3、术近期发展 (22)三. 连杆的修复 (24)四. 工装设计 (25)五. 总结 (33)六. 致谢 (34)七. 参考文献 (35)八. 毕业设计任务 (36)绪论机械制造工业是国民经济最重要的部门之一，是一个国家或地区经济发展的支柱产业，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水平和国防实力。机械制造业的生产能力和发展水平标志着一个国家或地区国民经济现代化的程度，而机械制造业的生产能力主要取决于机械制造装备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺水平的高低。将设计图样转化成产品，离不开机械制造工艺与夹具，因而它是机械制造业的基础，是生产高科技产品的保障。离开了它

4、，就不能开发制造出先进的产品和保证产品质量，不能提高生产率、降低成本和缩短生产周期。机械制造工艺技术是在人类生产实践中产生并不断发展的。机械制造工艺的内容极其广泛，它包括零件的毛坯制造、机械加工及热处理和产品的装配等。连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。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。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度。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。如何制定一套合理的加工工艺是我这次设计的主要内容。一. 零件

5、的结构工艺分析1.1零件的作用及保护措施1.1.1零件的作用连杆是活塞式发动机内部的一个十分重要的零（部）件，它连接活塞和曲轴，传递力和转矩，从而实现发动机的运转，提供动力源。连杆是柴油发动机的重要零件。它的作用是连接曲轴和活塞，把作用在活塞顶面的膨胀气体所做的功传给曲轴，推动曲轴旋转，从而将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。连杆的工作状态如图1。1.1.2.零件的结构连杆是一种变截面非圆形细长杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适应在工作中承受急剧变化的动载荷。连杆是由连杆盖和连杆体两部分组成，连杆盖和连杆体用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一

6、起。图2是4125A型柴油发动机的连杆组合件图。为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头孔冲压入青铜衬套，大头孔中装有薄壁金属轴瓦。1.2毛坯材料的选用、制造并绘制毛坯图1.2.1毛坯材料的选用连杆材料一般采用45钢或40Cr、45Mn2等优质钢或合金钢。表1 45钢、40Cr和45Mn2化学成分（摘自GB/T699-1999）牌号 材料内所含化学成分（质量分数）%CSiMnPSCrNi45钢0.420.500.170.370.500.800.0350.0350.0250.02540Cr0.370.440.170.370.500.80 0.801.1 45Mn20.420.490.170.37

7、1.401.80 表2 45钢、40Cr和45Mn2力学性能（摘自GB/T699-1999）牌号热处理屈服点/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率/% 断面收缩率/% 冲击吸收功/J 45钢正火35560016403940Cr淬火回火9807859454745Mn2淬火回火88573594547文献机械工程材料成形及应用中指出：45属于优质非合金结构刚（中碳钢），具有一定的塑性和韧性，较高的强度，切削性良好。经调质处理后具有良好的综合力学性能，用于制造受力较大要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如机床齿轮、主轴，发动机曲轴、连杆，丝杠等，应用十分广泛。综上，此次设计连杆材料选用45钢，毛坯尺寸精

8、度要求为IT11IT12级。1.2.2.材料的可锻性可锻性是指金属在受到锻压后，可改变自己的形状而又不产生破裂的性能。碳钢随含碳量的增加可锻性下降。45钢的含碳量在0.420.50之间，其热锻工艺特性：塑性高，变形抗力比较低，锻造温度范围宽。模锻件经修整后一般还需要通过热处理，锻件热处理常采用正火（或退火），以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，改善切削性能，提高锻件的力学性能。1.2.3.毛坯的种类及制造方法连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，因此，其毛坯采用模锻制造。考虑其生产类型、经济性、结构工艺性，整体锻造较好。毛坯为整体锻造，其外形精度高，省材料，简化工

9、艺，便于组织生产、加工和运输。文献机械工程材料成形及应用中指出：模锻是使金属坯料在冲压力作用下，在锻模模膛内变形从而获得锻件的工艺方法。在锻造过程中，由于金属塑性变形的结果，使毛坯金属获得较细的晶粒，同时能压合组织内部的缺陷，因而提高了金属的力学性能和使用中的可靠性，一般可使强度提高20%、韧性提高一倍左右。因此，凡承受重载荷、动载荷、高压力的零件多采用锻件作毛坯。与自由锻相比：模锻锻件的尺寸和精度比较高，机械加工余量较小，材料利用率高。可以锻造形状较复杂的锻件，锻件内部流线分布合理，适用于中小型锻件的大批量生产。1.2.4.绘制锻件毛坯图（1）.毛坯尺寸的确定连杆是活塞式发动机内的一个重要零

10、件，确定其材料为45钢。由于产品的形状结构为细长的变截面非圆形杆件，生产类型是大批量生产，所以毛坯选用模锻整体锻造成形。由文献公差配合与测量技术可查，该种锻件的尺寸公差等级CT为IT11IT12级。故取CT为 IT11级。 可用查表法确定各表面的总余量，但是由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。现将调整后的毛坯主要尺寸及公差如表3所示：表3 连杆毛坯主要尺寸及公差 （mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT大头孔径912891小头孔径552511大头端面高603651小头端面高443501大头侧面宽度12031252连杆长度4701048

11、02由此，即可绘制出零件的毛坯图（见图5）。（2）毛坯图1.2.5.锻件的技术要求：（1）热处理：调质217289HBS （2）连杆杆身壁厚不大于2 mm,R42.5处的定位面上不允许有凸台 （3）错差：纵向不大于1 mm，横向不大于0.75 mm （4）杆体弯曲不大于1 mm1.3.连杆工艺规程的设计1.3.1零件图1.3.2.零件的主要技术条件及要求连杆作为传递力的主要部件广泛应用于各类动力机车上，是各类柴油机或汽油机的重要部件。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。这就要求连杆应具有高的强度、韧性和疲劳性能。同时，因其是发动机重要的运动部件，故要求很高的重量精度

12、。1连杆小头孔衬套底孔尺寸公差为IT7级，粗糙度Ra1.6,圆柱度公差为0.015mm小头孔衬套孔尺寸公差为IT65级，粗糙度Ra0.4。圆柱度公差为0.005mm。为了保证与活塞销的精密装配间隙，小头衬套孔在加工后，以每组间隔为0.0025mm分组，便于分组装配,保证良好的配合。文献机械制造工艺与夹具中指出：分组装配法是将相关尺寸公差放大若干倍，使其尺寸能够按经济精度加工，然后按零件的实际加工尺寸分为若干组，各对应组进行装配，以达到装配精度要求。因同组零件具有互换性，也称此法为分组互换法。这种方法在大批量生产中可降低零件的加工精度，而不降低装配精度，适用于成批、大量、生产中组成环数少而装配精

13、度要求高的部件装配。2连杆大头孔镶有薄壁剖分轴瓦，底孔尺寸公差为IT6级，粗糙度Ra0.8，圆柱度公差为0.012mm。3连杆小头孔及小头铜套孔中心线对大头孔中心线的平行度在垂直面内的平行度公差为0.04 mm；其在水平面内的平行度公差为0.06 mm。4大小头孔间距尺寸极限偏差为0.05mm。 5连杆大头孔两端面对连杆大头孔中心线的垂直度公差为0.1mm，Ra3.2。6两螺孔（定位孔）中心线对连杆大头孔剖分面的垂直度公差为0.15mm，用两个尺寸为的检验心轴插入连杆体和连杆盖的孔时，剖分面的间隙应小于0.05，目的为保证正常承载能力和大头孔轴瓦与曲轴颈的良好配合；7为保证发动机运转平稳，对于

14、连杆的重量及装于同一台发动机中的一组连杆重量都有要求, 连杆组内的质量差为2%。对连杆大头重量和小头重量都分别规定、涂色分组，供选择装配。1.3.3.零件的机械加工工艺过程及工艺方案连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度的要求都很高，但刚度又较差容易产生变形。连杆的主要加工表面为大小头、大小头孔两端面、连杆盖与连杆体的接合面和螺栓孔等，次要加工表面为油孔、锁口槽、供作工艺基准的工艺凸台等。还有称重、去重、检验、清洗和去毛刺等工序。其中检验是主要的辅助工序，是保证产品质量的重要措施。1. 加工工艺过程的安排连杆的加工顺序大致如下：粗磨（铣）上下端面钻、拉小头孔铣大孔两侧面切开磨接合面配对加工螺栓孔装

15、配合件精加工合件大小孔光整加工称重去重检验，标记分组成品入库 连杆小头孔压入衬套后常以金刚镗孔作为最后精加工工序，大头孔常以珩磨作为底孔的最后精加工工序。2加工工艺方案的拟定为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制订合理的加工工艺路线。工艺路线方案一：5. 粗铣连杆大、小头两端面10. 粗铣连杆大、小头两端面15扩连杆小头孔20. 连杆小头孔倒角25. 拉削连杆小头孔30. 铣连杆大头定位凸台和连杆小头凸台35. 粗扩、半精扩连杆大头孔40钻扩绞连杆两个螺栓孔45. 自连杆上切下连杆盖50. 扩连杆螺栓孔55磨连杆大头剖分平面60. 锪连杆体上装螺栓的凸台65. 扩连

16、杆螺栓孔70. 在连杆体和连杆盖的螺栓孔上倒角75. 钻连杆体上两个定位销孔80. 拉连杆两个螺栓孔85. 锪连杆上装螺栓的头部和装螺母的支承平面90. 钻润滑油孔95. 去毛刺并清洗100.检验105.装配连杆和连杆盖110.磨连杆大头端平面115.半精镗连杆大头孔120.连杆大头孔倒角125.车连杆大头侧面的凸台130.拧紧螺母、打字、去毛刺135.金刚镗连杆大头孔140.珩磨连杆大头孔145. 金刚镗连杆小头孔150. 去毛刺、清洗、吹净油孔155.检验160.压入铜套165.连杆小头铣3.5圆弧槽170.金刚镗连杆小头铜套孔175. 清洗、吹净油孔180.检验185.拆开连杆和连杆盖1

17、90.铣连杆和连杆盖上的轴瓦槽及16孔壁的口195. 清理、去毛刺200. 清洗、吹净、称重205.检验210.连杆体和连杆该配对并装配215.成品防锈入库 工艺路线方案二：5. 粗铣连杆大、小头两端面10. 粗铣连杆大、小头两端面15扩连杆小头孔20. 连杆小头孔倒角25. 拉削连杆小头孔30. 铣连杆大头定位凸台和连杆小头凸台35. 自连杆上切下连杆盖40锪连杆盖上装螺母的凸台45磨连杆大头剖分平面50. 粗扩、半精扩连杆大头孔55钻扩绞连杆两个螺栓孔60. 锪连杆体上装螺栓的凸台65. 扩连杆螺栓孔70. 在连杆体和连杆盖的螺栓孔上倒角75. 钻连杆体上两个定位销孔80. 拉连杆两个螺栓

18、孔85. 锪连杆上装螺栓的头部和装螺母的支承平面90. 钻润滑油孔95. 去毛刺并清洗100.检验105.装配连杆和连杆盖110.磨连杆大头端平面115.半精镗连杆大头孔120.连杆大头孔倒角125.车连杆大头侧面的凸台130.拧紧螺母、打字、去毛刺135.金刚镗连杆大头孔140.珩磨连杆大头孔145. 金刚镗连杆小头孔150. 去毛刺、清洗、吹净油孔155.检验160.压入铜套165.连杆小头铣3.5圆弧槽170.金刚镗连杆小头铜套孔175. 清洗、吹净油孔180.检验185.拆开连杆和连杆盖190.铣连杆和连杆盖上的轴瓦槽及16孔壁的口195. 清理、去毛刺200. 清洗、吹净、称重205

19、.检验210.连杆体和连杆该配对并装配215.成品防锈入库工艺路线方案三：5. 磨连杆大小头两端面10扩连杆小头孔15. 连杆小头孔倒角20. 拉削连杆小头孔25. 铣连杆大头定位凸台和连杆小头凸台30. 粗扩、半精扩连杆大头孔35. 自连杆上切下连杆盖40锪连杆盖上装螺母的凸台45磨连杆大头剖分平面50钻扩绞连杆两个螺栓孔55. 锪连杆体上装螺栓的凸台60. 扩连杆螺栓孔65. 在连杆体和连杆盖的螺栓孔上倒角70. 钻连杆体上两个定位销孔75. 拉连杆两个螺栓孔80. 锪连杆上装螺栓的头部和装螺母的支承平面85. 钻润滑油孔90. 去毛刺并清洗95.检验100.装配连杆和连杆盖105.磨连杆

20、大头端平面110.半精镗连杆大头孔115.连杆大头孔倒角120.车连杆大头侧面的凸台125.拧紧螺母、打字、去毛刺130.金刚镗连杆大头孔135.珩磨连杆大头孔140. 金刚镗连杆小头孔145. 去毛刺、清洗、吹净油孔150.检验155.压入铜套160.连杆小头铣3.5圆弧槽165.金刚镗连杆小头铜套孔170. 清洗、吹净油孔175.检验180.拆开连杆和连杆盖185.铣连杆和连杆盖上的轴瓦槽及16孔壁的口190. 清理、去毛刺195. 清洗、吹净、称重200.检验205.连杆体和连杆该配对并装配210.成品防锈入库1.4零件的工艺过程分析1.4.1定位基准的选择加工中可供作定位基准面的表面有

21、：大头孔、小头孔、上下两端面、大小头孔两侧面连杆体与连杆盖的结合面等。这些表面在加工过程中不断地转换基准，由粗到精，逐步形成。如工艺路线方案三中：工序5中粗磨平面的基准面是毛坯底平面，小头外圆和大头一侧；工序10中仍采用平面为基准面，但此时平面为精基准；大头两侧面以两侧自定心定位；镗大头孔时的定位基准为一平面，小头孔和大头孔一侧面；而镗小头孔时可选一平面、大头孔和小头孔外圆等。连杆加工中精基准的选择，要保证其对称性和孔的壁厚均匀。如工艺路线方案二中：工序15扩小头孔时，钻模是以小头外圆定位，来保证孔与外圆的同轴度，使壁厚均匀，符合技术要求。1.4.2.连杆的检验连杆加工工序长，中间又插入质检处

22、理工序，因而需经多次中间检验、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，可采用图4所示的方法进行。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。因连杆在机械运动中的重要作用，故连杆还要进行

23、探伤检查其内在质量。1.4.3.加工设备及工艺装备的选择机床设备与工艺装备是零件加工的物质基础，是加工质量和生产率的重要保障。为了合理的选择加工设备和工艺装备，必须对各种机床的规格、性能、生产率、经济性和工艺装备的种类、精度、规格、可靠性等进行详细的了解。总的原则是根据零件的生产类型与加工要求，使所选择的加工设备及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。连杆属于大批量生产产品，加工技术要求较为严格，尺寸公差精度要求高，应多采用高效专用机床、组合机床流水线与随机专用夹具，并考虑工序集中原则，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。文献机械加工工艺师手册中指出：组合机床是按系列化、标准化、通用化

24、原则设计的通用部件，以及按被加工工件形状和加工工艺要求而设计的专用部件所组成的高效专用机床。专用组合机床可实现多刀切削，自动化程度较高，生产效率也较高，加工精度稳定，制造成本低。1.5.工艺方案的确定1.5.1连杆两端面的加工如果毛坯精度高，可以不经粗铣而直接粗磨。精磨工序应安排在精加工大小孔之前，以保证与端面的相互垂直度要求。粗磨和精磨应在不同的机床上进行。如工艺路线方案三中：工序1是在双轴立式平面磨床上进行两头孔端面的精磨工序（图3）。磨床上有两根主轴，分别装有高速旋转的砂轮1和2，砂轮2比砂轮1略低一些，可分别调整磨削深度，磨削连杆的不同端面。所以、工位的定位基面不是等的，第工位比第工位

25、高，其高出量就是一端面的加工余量。图3 磨削连杆两端面示意图 毛坯精度一般不高，而且毛坯的切削量也比较大，故应以铣削为主，粗精铣加工可选在同一机床，而选用不同转速和切削量进行；又因磨削加工切削量小而本批次连杆为大批量生产，为满足加工的时间要求选用铣加工，粗精铣在同一台机床上加工可减小二次装夹造成的定位误差，提高尺寸精度。1.5.2.连杆大小头孔的加工大小头孔加工既要保证本身的精度、表面粗糙度要求，还要保证相互位置和孔与端面垂直度要求。小头底孔径由扩孔、倒角、拉孔三道工序而成。扩孔用外圆定位、心夹具，以保证壁厚均匀。小头孔经倒角后在立式拉床上拉孔，然后压入青铜衬套，再以衬套内孔定位，在金刚镗床上

26、精镗内孔。如工艺路线方案二中：工序170加工过程中定位加紧方式为镗孔前大头孔以内涨心轴定位，小孔插入菱形假销，并使端面紧贴支承面后将工件夹紧。抽出假销进行精镗小头衬套孔。大头孔经切开后，这时连杆体和连杆盖的圆弧均不成半圆，故在工艺路线方案二中：工序30精铣连杆体和连杆盖的侧面。此后，大头孔的粗镗、精镗、珩磨工序都是在配套合装后进行的。1.5.3.螺栓孔的加工对于整体锻造的连杆，螺栓孔的加工是在切开后，接合面经精加工后进行的。这样易于保证螺栓孔与接合面的垂直度。因其精度要求较高，一般需要经钻扩铰拉等加工工序。工艺路线方案二中在工序安排上分二个阶段，第一阶段是在连杆体和连杆盖分开状况下的加工（工序

27、55、工序6070）；第二阶段是在连杆体和连杆盖合装后的加工（工序80）。1.5.4.连杆加工工艺方案的确定通过对零件的机械加工工艺过程的分析，同时对两个工艺路线方案进行比较，考虑工厂的具体条件等因素，如设备、能否借用工装夹具、量具等。本次设计选择工艺路线方案二对零件进行机械加工。根据工艺路线方案二制定出详细的机械加工工艺规程，如下：毛坯为整体模锻件，清理后进行调质处理，以消除锻件在锻造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间进行加工。机械加工工艺过程卡、机械加工工序卡参见连杆加工工艺规程。1.6. 机械加工余量、切削用量、工序尺寸的确定1.6.1粗铣连杆

28、大小两端平面该工序选用四轴龙门铣床对连杆大小两端面进行粗铣。粗铣平面的基准面是：小头外圆和大头一侧。铣大头平面至尺寸，磨第二面至尺寸，表面粗糙度到Ra12.5。 保证大头端面在背对标记号的一面相差尺寸8.50.3 1.6.2.扩、拉小头孔该孔先由高速钢钻头扩出底孔后，再由圆空拉刀拉削。在加工过程中扩孔用外圆定心夹具，保证小头孔壁厚均匀，孔经倒棱后在立式拉床上拉孔。扩孔：工序尺寸及公差为53 0+0.05；拉孔：工序尺寸及公差为54.2 0+0.05。由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，计算可得扩削余量为2mm，拉削余量为1.2mm。由文献机械加工工艺师手册表28-10，取钻孔时的进给量=0.5m

29、m/r ；钻削深度=44 ；由文献机械加工工艺师手册表32-01，可得拉削时切削厚度为0.01mm，拉削速度=5m/min；由文献机械加工工艺师手册表28-13 ，取扩孔时的切削速度=20m/min ；由此计算出转速为：N=1000Vc/d=1000x20/3.14x53=120r/min按钻床的实际转速取：n=140r/min,则实际切削速度为：Vc =23.3m/min 。由文献 机械加工工艺师手册表28-14 ，轴向力为11085 N；转矩为156.96 N.m;功率为 2.68 kw。1.6.3. 粗、半精镗大头孔该工序采用金刚镗床对连杆大头孔进行加工，加工时为提高孔的加工精度和表面质

30、量，应采用较小的切削深度和进给量，同时提高切削速度。可获得较高的尺寸精度（0.0030.005mm）和很高的表面质量（表面粗糙度一般为Ra=0.161.25）。使用硬质合金刀YT30对大头孔进行镗削。加工中应保证孔间距及孔径的尺寸公差，孔内表面质量。孔径尺寸：粗镗900.1mm ；精镗 90.20+0.2mm两孔中心距：3300.1mm mm经尺寸计算可知，镗孔时的加工余量为0.1mm,由文献机械加工工艺师手册表29-15，取镗孔时的切削用量为：镗刀进给量为0.06 mm/r；镗削深度为0.2mm; 切削速度为： =160 m/min。由以上数据可利用公式计算出镗削时的主轴转速n=778r/min。实际生产中参照机床主轴转速具体设定。1.6.4.切断整体锻件该工序选用双面卧式组合铣床对整体锻件进