三孔连杆加工工艺及夹具设计.docx

1、三孔连杆加工工艺及夹具设计3.1三孔连杆零件图介绍3.2三孔连杆的零件图如图1所示。经检查之后，视图足够并正确，所需要的尺 寸、公差、表面粗糙度、和技术要求全部齐全、合理，而且零件的表面质量、表 面精度和技术要求在现有的技术条件和生产条件下能够达到。4.未注倒角0*5X455.材料45。技术要求 I ”锻造拔模斜度不大于7 2”连杆不得有裂纹，夹渣等缺陷二 3.热处理 226 - 271HBS.图3-1 三孔连杆零件图3.3零件的工艺分析参考机械制造工艺设计中的零件的工艺分析方法，对三孔连杆的工艺进行分 析(1)铣平面后，立即确定大头孔平面为以下各序加工的主基准面，这样可确保 加工质量的稳定。

2、(2)铣平面时，应保证小头孔及耳部孔平面厚度与大头孔平面厚度的对称性。(3)由于连杆三个孔平面厚度不一致，因此，加工中要注意合理布置辅助支承 及应用。(4)连杆平面加工也可以分为粗、精两序，这样可更好的保证三个平面相互位 置及尺寸精度。(5)粗、精镗三孔也可改用专用工装或组合夹具装夹。(6)当加工连杆尺寸较小时，粗、精加工三孔也可采用镗削加工方法。三孔的 精度要求较高，可以分为粗、精两工序。(7)连杆三孔平行度的检验；连杆三孔圆柱度的检验。3.4毛坯的选择连杆是发动机的五大主关件之一，其在发动机中的地位是显而易见。它是发 动机传递动力的主要运动件， 在机体中做复杂的平面运动，连杆小头随活塞作上

3、下往复运动连杆大头随曲轴作高速回转运动连杆杆身在大、小头孔运动的合成下 作复杂的摆动3。连杆在承受往复的惯性力之外， 还要承受高压气体的压力， 在气体的压力和惯性力合成下形成交变载荷， 这就要求连杆具有耐疲劳、抗冲击，并具备足够的强度、刚度和较好的韧性。在今天随着汽车工业的高速发展， “小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求作为高速运 动件重量要轻， 减小惯性力，降低能耗和噪声强度、刚度要高， 并具有较高的韧性连杆比要大， 连杆要短。这也就意味着对连杆的设计和加工有更高的要求。3.3.1 选择毛坯时应考虑的因素在选择毛坯的时候应考虑以下因素4:(1)毛坯的种类和特点，

4、设计图纸规定的材料和机械性能；零件结构形状和外 形尺寸；不同的毛坯的制造方法对结构和尺寸有特定的要求；企业现有的生产条 件；新工艺，新材料新技术的应用。(2)毛坯结构形状和尺寸，毛坯形状应力求接近零件形状，以减少机械加工劳 动量。毛坯尺寸是在原有零件尺寸基础上，考虑后续加工切除余量确定。毛坯形 状也有几种特殊情况。如尺寸小而薄的零件，多个工件连在一起由一个毛坯制造 出；某些零件如车床开合螺母外壳，两件合为一个毛坯，加工至一个阶段后再切 开；为加工时安装方便，毛坯上留有工艺搭子。(3)毛坯制造精度，毛坯制造精度高，材料利用率高，后续加工费用低，但相 应设备投入大。因此，确定毛坯制造精度时，需要综

5、合考虑毛坯制造成本和后续 加工成本。3.4选择毛坯连杆连接活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转换成曲轴的旋转运动， 并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出去功率。连杆在工作中，除承受燃烧室内 燃气产生的压力以外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个很复杂 的应力状态下工作，它既承受交变的拉应力，又承受弯曲应力，其主要失效形式 是疲劳断裂和过量变形。连杆的功能工作条件要求连杆具有较高的工作强度和抗 疲劳性能；有要求具有足够的刚度和韧性。因此，连杆材料一般采用 45钢，40Cr或40MnB等调制钢。调制钢是指经调制处理后使用的结构钢 5，经过调质处理后 钢的组织为回火索氏体，具有良好的综合力

6、学性能，即强度高，韧性好。合金调 质钢的合金元素，主要作用是提高刚的渗透性和保证良好的强度和韧性。钢经调 质后的力学性能与其渗透性有密切关系。渗透性差的钢，由于淬不透，在整个截 面上得不到均匀一致的力学性能，没有渗透的部位强度低，韧性差。所以渗透性 是调质钢的一个重要性能。Cr、Ni、Mn、Si、B等元素均能提高钢的淬透性。综 合各方面的考虑从本设计的三孔连杆采用 45钢。钢制零件在结构不杂不复杂及机械性能要求不太高的情况下，用型材毛坯， 否则可用锻造毛坯，由于三孔连杆机械性能要求较高因此可采用锻造毛坯，锻造 分为模锻和自由锻，自由锻是将加热好的金属坯料放在锻造设备的上，下砥铁之 间，施加冲击

7、力或压力，直接使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加 工方法.自由锻由于锻件形状简单，操作灵活，适用于单件，小批量及重型锻件的 生产，但是自由锻生产效率低，劳动强度大，仅用于修配或简单，小型，小批锻 件的生产，模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻 模内锻造成形的。与自由锻相比，模锻的优点是：生产效率高、锻件尺寸精度高、 表面粗糙度低、材料利用率高，能锻制形状较复杂的锻件，操作简单，易实现机 械化等。非常适用于中小型零件的成批大量生产。本设计中零件年产已达到了中 批量生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这对于提高生 产率，保证加工质量也是有利的 。

8、3.5确定毛坯的制造流程，确定毛坯的形状由于三孔连杆的长度明显大于其宽度和高度，锻造过程中锤击方向应垂直于 锻件的轴线，终锻时金属沿高度和宽度方向流动，而长度方向流动不显著，因此 常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步 。模锻结束之后，需对毛坯进行休整和后续处理，处理步骤为 :(1)切边和冲孔，模锻件一般都带有飞边和连皮，需在压力机上的切边模和冲孔模上将其切去校正，在切边和其他工序中都可能引起锻件的变形，应进行校正，大中型 锻件在热态下校正，小锻件亦可在冷态下校正，也可在终锻模或者专门的校正模 具中进行。由于三孔连杆属小型锻件，选择在冷态下校正。热处理和时效处理，对模锻之后的毛坯进行热处理，

9、消除毛坯的过热组织 和冷变形强化组织，使毛坯具有所需的力学性能，一般采用正火或退火。然后对 毛坯进行时效处理，消除其内应力。(4)清理，为了提高模锻件的表面质量，改善切削加工性能，需进行表面处理, 去除在生产过程中产生的氧化皮，所站油污及其他表面缺陷等。通过以上分析可以最后确定本设计中三孔连杆毛坯的选择方案，可以将毛坯 的选择列表，如表3-1所示。表3-1毛坯的选择生产类型材料形状复杂程度尺寸大小后续处理制造方法毛坯中批生产45钢较复杂小型零件热处理、时效处理模锻3.6 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量10(1)公差等级由三孔连杆的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级(2)锻件的质量初

10、步估计机械加工后的三孔连杆质量为 4kg，机械加工前的三孔连杆质量为6kg。(3)锻件形状复杂系数11S = mt/mN其中：mt锻件重量mN 锻件外廓包容体重量对于非圆形锻件mN =lbh pp是锻件的材料密度，这里取 7.8 10*kg/mm3S = m t/m N =6kg/ (351mm 164mm 35mm 7.8 10-6)0.38由于0.38介于0.32和0.63之间，故该零件形状复杂系数属于 S2级11。(4)锻件的材质系数M由于锻件材质是45钢，45钢属于含碳的质量分数小于0.65%的碳素钢；所以 锻件的材质系数为M1级11。(5)零件的表面粗糙度由零件图可知，该零件各个表面

11、加工表面的粗糙度 Ra均大于等于1.6 ym根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果 列表，如表3-2所示。表3-2三孔连杆锻造毛坯尺寸公差及加工余量12锻件重量/kg包容体重量/kg 形状复杂系数材质系数公差等级615.75 S2M 1普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm厚度50225 比.70.8厚度3522 525 _0.8厚度2022.215孔径门902.52.8 _0：9孔径门352.02 5 4172.5_0.8孔径门252.0111.52.2 _0.73.7绘制锻件毛坯简图由表所得结果，绘制毛坯简图，见附图 23.8机械加工工艺规程的制定该三

12、孔连杆要求中批生产，另外再根据三孔连杆的零件图及其结构尺寸，可以设计出一套三孔连杆的机械加工工艺路线13,14，方便为今后的加工生产提供依 据。三孔连杆的加工工艺路线可以大致归纳如下：毛坯锻造及热处理 -定位基准的选择-三孔端面加工-三孔加工-终结检验。下面分别就三孔连杆加工工艺中几方面 的问题进行分析。3.9定位基准的选择所谓基准，就是零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。 根据基准功用的不同，又可以分为设计基准和工艺基准两大类 1、8。零件图样上所采用的基准，称为设计基准。这是从零件的工作条件、性能要 求出发，适当考虑加工工艺性而选定的。在零件图上可以有一个也可以有多个设 计

13、基准。在本设计中的三孔连杆小孔和耳部孔的设计基准是大孔中心线。零件在加工工艺过程中所采用的基准称为工艺基准。定位基准是工艺基准中 的一种，而定位基准是获得尺寸的直接基准，占有很重要的地位。定位基准还可 进一步分为：粗基准、精基准，另外还有附加基准。合理选择定位基准对保证加 工精度和确定加工顺序都有决定性的影响。因此，它是制定工艺规程时要解决的 主要问题。基准的选择实际上就是基面的选择问题，在第一道工序中，只能使用 毛坯的表面来定位，这种定位基面就是粗基面(或称毛基面)。在以后的各工序的 加工中，可以采用已经切削加工过的表面作为定位基准，这种定位基面就称为精 基面(或称光基面)。在本设计机械加工

14、工艺规程设计先对定位粗基准和精基准进 行了确定，下面分别就本设计中三孔连杆的粗基准和精基准的选择进行讨论。3.9.1粗基准的选择粗基准的选择主要影响加工表面与不加工表面的相互位置精度，以及影响加 工表面的余量分配。粗基准的选择有一定的原则，其基本原则如下所述：(1)保证相互位置要求的原则如果必须保证工件上加工面与不加工面的相互位置要求，则应以不加工面作 为粗基准。(2)保证加工表面加工余量合理分配的原则如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面的毛坯面为粗 基准。(3)便于工件装夹的原则选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠及夹具结构简单、操作方便等 的问题。为保证定位准确，夹紧

15、可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、光洁和有 足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。(4)粗基准一般不得重复使用的原则如果能使用精基准定位，则粗基准一般不应被重复使用。这是因为若毛坯的定位面很粗糙，在两次装夹中重复使用同一基准，就会造成相当大的定位误差。 上述选择粗基准的四条原则，每一原则都只能说明一个方面的问题。在实际 应用中有时可以兼顾这四条原则，而夹具装夹则不能同时兼顾，这就要根据具体 情况抓住主要矛盾，解决主要问题。在本设计的三孔连杆中，综合考虑以上原则，在端面的加工时可选择大头孔 为粗基准，在保证垂直度的情况下，通过划线找正装夹的方法，铣削大头孔端面 (作为后续工序的

16、精基准)、小头孔端面、侧耳孔端面。在钻削加工小孔和侧耳孔 时需要以大头孔作为粗基准，来确定另外两孔的轴线位置，钻小头孔至 29mm耳部孔至 19mm由以上的分析可以将三孔连杆机械加工中粗基准的选择列表， 如表3-3所示表3-3粗基准的选择粗基准定位面大头孔端面大头孔端面和内径面粗加工面及加工内容铳大头孔端面、小孔和侧耳孔的端 面钻小头孔至 29mm耳部孔至 19mm3.9.2精基准的选择在选择精基准时要考虑的主要问题是如何保证技术设计要求的实现以及装夹 准确、可靠、方便。精基准的选择也有一定的原则，其基本原则 6，12咖下所述:(1)基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准。这称之

17、为基准重合原则。(2)统一基准原则当工件以某一精基准定位，可以比较方便的加工大多数其他表面，则应尽早 地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精基准加工其他 表面。这称之为统一基准原则。(3)互为基准原则某些位置度要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度 要求。这称之为互为基准原则。旨在减小表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工 面本身为基准进行加工，称为自为基准原则。(5)便于装夹原则所选择的精基准，应保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便，这称 为便于装夹原则。另外，选择精基准时也应考虑要便于工件加工，并能使夹具结构简单。本设计的三孔

18、连杆中，综合考虑以上原则，并确定大头孔端平面为以下各序 加工的主基准面作标记（下称大头孔基准面）。1以大头孔基准面为基准，小头、耳部及杆身加辅助支承，压紧工件，铣另 一侧端平面，大头厚为 50mm,小头厚35mm。2以大头孔基准面为基准。按大、小头中心连线找正，压紧大头，铣耳部两 侧平面，保尺寸高为52mm，厚为20mm。3粗镗大头孔时，以大头孔基准面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后， 压紧工件。粗镗大头孔至 88mm4精镗大头孔时，以大头孔基准面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后， 压紧工件。精镗大头孔至 90H6mm5粗镗小头孔和侧耳孔时，以大头孔基准面和大头孔轴线为基准。小头及耳 部端

19、面加辅助支承后，压紧工件。粗镗小头孔尺寸至 33mm耳部孔尺寸至 24mm6然后以大头孔基准面和大头孔轴线为精基准，精镗小头孔至 330.2mm保证中心距为2700.1mm,镗耳部孔 25H6 25H60013mm，保证与大头孔中心距 为 95）.1mm。由以上的分析可以将三孔连杆机械加工中精基准的选择列表，如表 3-4所示。表3-4精基准的选择大头孔基准 大头孔基 大头孔基准面和大精基面 大头孔端平面 大头孔基准面面 准面 头孔轴线3.10零件表面加工方法的选择工件上的加工表面往往需要通过粗加工、半精加工、精加工等才能逐步达到 加工质量要求。因此一般在选择表面加工方法时，先根据零件表面的加工

20、精度和 表面粗糙度要求，选定加工方法，然后再确定精加工前的准备工序的加工方法， 即确定加工方案。由于获得同一精度和同一粗糙度的方案有好几种，选择时还要 考虑生产率和经济性，考虑零件的结构形状、尺寸大小、材料和热处理要求及工 厂的生产条件等15。选择零件表面加工方法时要考虑以下因素：经济精度与经济 粗糙度；零件结构形状和尺寸大小；零件的材料及热处理要求；生产率和经济性。本设计中的三孔连杆零件的加工面有大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面、大头孔内壁、小头孔内壁、侧耳孔内壁。材料为 45钢，通过查阅典型表面加工的经济精度和表面粗糙度表16，可以针对零件的实际生产加工要求来分析确定， 现针对三孔连杆

21、各个表面的加工方法进行如下分析确定：(1)大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面：粗铣一一半精铣该三孔连杆材料为45钢，大头孔端面、小头孔端面、耳部两侧平面的粗糙度 要求都是Ra6.3卩甲经济精度为IT8，只进行粗铣加工无法满足要求，故需要在粗 铣加工后再进行精铣加工。(2)大头孔内壁：粗镗一一精镗大头孔已经锻造出，粗糙度要求是 Ra1.6卩玛经济精度为IT8，若只采用粗镗 则难以达到表面粗糙度要求，若采用粗镗 一一精镗一一浮动镗完全没有必要，只 会增加生产成本。(3)小头孔内壁、侧耳孔内壁：钻一一粗镗一一精镗由于大头孔和侧耳孔早期没有锻造出，因此要额外增加一道钻削工序，粗糙 度要求是Ra1.6

22、 um经济精度为IT8，因此后续加工工序的选择和大头孔内壁相同。结合上述分析，零件各表面加工方法的选择，如表 3-5所示。加工表面加工方法大头孔端面生口 Ml粗铣半精铣小头孔端面生口 Ml粗铣半精铣耳部两侧平面生口 Ml粗铣半精铣大头孔内壁粗镗一-精镗小头孔内壁钻一一粗镗精镗侧耳孔内壁钻一一粗镗精镗3.11加工顺序的安排该零件有多个表面需要机械加工，这些表面不仅本身有一定的表面粗糙度和 尺寸精度要求，而且各表面间还有一定的位置要求。而为了满足以上这些要求， 就需要合理安排各个表面的加工工序。3.11.1工序安排需遵循的原则加工顺序安排总的原则是前面的工序为后续工序创造条件，并作好基本准备。 机

23、械加工顺序的安排有如下原则13:1先粗厚精，零件的加工一般应划分加工阶段，先进行粗加工，然后进行半 精加工，最后是精加工和光加工，应将粗精加工分开进行。2先主后次，先考虑主要表面的加工，后考虑次要表面的加工。主要表面加 工容易出废品，应放在前阶段进行，以减少工时的浪费。次要表面一般加工余量 较小，加工比较方便，因此把次要表面加工穿插在各种加工阶段中进行，使加工 阶段更明显且能顺利进行，又能增加加工阶段的时间间隔，可以有足够的时间让 残余应力重新分布并使其引起的变形充分表现，以便在后续工序中修正。3先面后孔，先加工平面，后加工孔。应为平面一般面积比较大，轮廓平整, 先加工好平面，便于加工孔时的定

24、位夹装，利于保证孔与平面的位置精度，同时 也给孔的加工带来方便，另外由于平面已加工好，对平面上的孔加工时，使刀具 的初始工作条件得到改善。4先基准后其他，工艺路线开始安排的加工面应该是选择定位基准的精基准 面，然后再以精基准定位，加工其它表面。为保证一定的定位精度，当加工面的 精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。3.11.2加工阶段的划分戈扮加工阶段可以达到以下目的1、6、8:1利于保证加工质量。2便于合理的使用机床设备。3便于热处理工序安排。4便于及时发现毛坯缺陷。该三孔连杆加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精 加工三个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（大头孔

25、端平面）准备好，使后续工序都可采 用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣大头孔另一侧端面、 小头孔两侧端面、耳部两侧平面。钻小头孔、侧耳孔；粗镗大头孔、小头孔和侧 耳孔。在半精加工阶段，完成粗铣大头孔另一侧端面、小头孔两侧端面、耳部两侧平面的半精镗和大头孔、小头孔和侧耳孔的半精镗、精镗。而在其精加工阶段 主要是保证三个孔的端面和内孔面的表面粗糙度及相互位置精度的要求。3.11.3工序顺序的安排(1)机械加工工序1遵循先基准后其他”的原则，首先加工精基准一一大头孔端平面和大头孔内亠十 .016表面 90H6) mm。2遵循 先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3

26、遵循先面后孔”的原则，先加工大头孔和小头孔的两侧端面及侧耳孔的两侧 平面，后加工三个孔。(2)热处理工序模锻成型后切边，进行正火处理，然后喷砂、去毛刺。(3)辅助工艺精加工之后安排去刺、修钝各处尖棱探伤检查，无损探伤，检查零件有无裂纹，夹渣等工序3.11.4确定工艺路线在综合考虑上述工序安排原则的基础上，列表确定出工艺路线，如表 6所示表3-6三孔连杆机械加工工艺过程卡模锻按所划加工线找正，垫平，杆身加辅助支承，压紧工件，铳X52K平面至划线尺寸。并确定大头孔平面为以下各序加工的主基组合夹具准面作标记(下称大头孔基准面)粗镗9精镗紧工件。精镗大头孔至 0 90H60 mm专用夹具以大头毛坯孔为

27、基准，兼顾连杆外形情况，划两孔径的加工10划线线以大头孔基准面和大头孔内孔面为基准。小头及耳部端面加Z305011钻辅助支承后，压紧工件。钻小头孔至0 29nm、侧耳孔至专用夹具0 19mm粗镗小头孔和侧耳孔，其中小头孔尺寸至0 33mm耳部孔尺T61212粗镗寸至0 24mm专用夹具小头及耳部端面加辅助支承后，压以大头孔基准面为基准。T612以大头孔基准面和大头孔内孔面为基准。小头及耳部端面加辅助支承后，重新装夹压紧工件。精镗两孔至图样要求尺寸。 _|0013 _|o io耳部孔0 25H6/ mm，保证与大头孔中心距为 95o mm续表5工序号工序名称工序内容工艺装备14倒角对大头孔倒角0

28、.5 45 专用夹具15钳修钝各处尖棱，去毛刺16检验检查各部尺寸及精度17检验探伤检查，无损探伤，检查零件有无裂纹，夹渣等磁力探伤仪18入库油封入库3.12加工余量、工序尺寸的确定3.12.1加工余量与工序余量加工余量是指加工过程中从被加工表面上切除的金属层厚度 17。加工余量有工序余量和和加工总余量（毛坯余量）两种。工序余量是相邻两工序的工序尺寸之差。加工总余量是指从毛坯变为成品的整个加工过程中某表面切除的金属层总 厚度，即毛坯尺寸与零件图设计尺寸之差。显然，某个表面加工总余量为该表面 工序余量之和，即每一工序所切除的金属层厚度称为工序余量。另外工序余量还 可以定义为相邻两工序基本尺寸之差

29、。由于加工表面形状不同，加工余量又可分 为单边余量和双边余量，零件非对称结构的非对称表面，其加工余量一般为单边 余量；零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量。在三孔连杆的机械加 工中，大头孔端平面、小头孔端面和耳部两侧平面是非对称结构，故其加工余量 为单边边余量。三个孔是对称结构，其加工余量是双边余量，工序余量主要受第 一道粗加工工序余量与毛坯制造精度的影响。3.12.2加工余量与工序尺寸的确定确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验估计法等三种18。三孔连杆 机械加工中加工余量可以通过查表法确定，然后可以计算出各加工工序基本尺 寸，可以通过查表12计算得出三孔连杆机械加工余量及工序尺寸如表 3-7。表3-7三孔连杆的机械加工余量及工序尺寸工序工序内容单边余量（伽）工序尺寸（伽）表面粗糙度（卩m）粗铳大头孔端面1.511212.55粗铳小头孔端面1.55012.5半精铳大头孔端面0.51126.36半精铳小头孔端面0.5506.3续表6工序工序内容单边余量（伽）工序尺寸（伽）表面粗糙度（卩m）粗铳耳部两侧平面1.2552 5012.57半精铳耳部两侧平面0.7552 506.3粗镗大头孔1.5506.38精镗大头孔1.0501.69钻小头孔14.5356.310钻侧耳孔9.5206.3粗镗小头孔2356.311