畢業(yè)設計（論文）-連桿零件設計.doc

蘇州大學本科生畢業(yè)論文（設計）蘇州大學本科畢業(yè)論文(設計)任務書學院：機電工程學院論文（設計）題目： 連桿零件設計指導教師： 樊 琳職稱： 副教授類別： 畢業(yè)設計學生： 學號： 論文(設計)類型： 應用型專業(yè)： 班級： 是否隸屬科研項目： 1論文（設計）的主要任務及目標連桿是活塞式發(fā)動機內部的一個十分重要的零（部）件，它連接活塞和曲軸，傳遞力和轉矩，從而實現發(fā)動機的運轉，提供動力源。連桿設計的主要任務是完成零件從毛坯到成品的整個過程。設計連桿零件的目標是為了實現大批量生產連桿零件。2. 論文（設計）的主要內容 在查閱資料及調研基礎上確定設計連桿的主要內容從零件結構分析、材料的選擇、零件圖的制作、工藝規(guī)程的設計、機械加工的確定、工裝設計、工時的計算、裝配和零件修復等。3論文（設計）的基本要求綜合運用所學知識，獨立完成設計任務，具體地說，應培養(yǎng)以下幾個方面的業(yè)務能力：綜合運用所學專業(yè)基本理論與查閱文獻、論文和資料的能力，其中包括提高閱讀外文資料的能力。進行方案論證、分析比較和設計計算的能力。計算機輔助設計及cad繪圖的能力。進行技術總結、撰寫論文的能力。4主要參考文獻 機械加工工藝師手冊； 機械設計手冊； 機械制造工藝與夾具； 機械工程材料成形及應用；5進度安排論文（設計）各階段任務起 止 日 期1動員，熟悉課題及參觀10.15 10.222查閱資料、方案設計及繪制草圖10.23 11.53主要零件計算和裝配圖設計11.6 11.254部件圖、零件圖設計11.26 12.95數據、說明書整理和答辯12.10 12.186 注：1. 此表一式三份，學院、指導教師、學生各一份 2. 類別是指畢業(yè)論文或畢業(yè)設計，類型指應用型、理論研究型和其他。前 言畢業(yè)設計是在學完了機械制造工藝及夾具和大部分專業(yè)課，并進行了生產實習的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。這是我們在畢業(yè)前對所學課程的一次深入的全面的總復習，也是一次理論聯系實踐的訓練，更是一次畢業(yè)總結。因此，畢業(yè)設計在這三年的學習中占有十分重要的地位，要求每位畢業(yè)生都能發(fā)揮所能，搞好自己的設計，給自己的學業(yè)劃上一個圓滿的句號。我也十分重視這次畢業(yè)設計，并希望通過這次設計對自己今后將從事的工作進行一次適應性的訓練，鍛煉自己分析問題，解決問題的能力。由于個人能力有限，設計中難免有許多不足之處。希望各位指導老師給與批評指正，我也會在以后的工作中嚴格要求自己，努力提高自己的專業(yè)技能。摘 要機械制造工業(yè)是國民經濟最重要的部門之一，是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的支柱產業(yè)，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經濟實力、科技水平、生活水平和國防實力。機械制造業(yè)的生產能力和發(fā)展水平標志著一個國家或地區(qū)國民經濟現代化的程度，而機械制造業(yè)的生產能力主要取決于機械制造裝備的先進程度，產品性能和質量的好壞取決于制造過程中工藝水平的高低。連桿作為傳遞力的主要部件廣泛應用于各類動力機車上，是各類柴油機或汽油機的重要部件。連桿在傳遞力的過程中，承受著很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力。這就要求連桿應具有高的強度、韌性和疲勞性能。同時，因其是發(fā)動機重要的運動部件，故要求很高的重量精度。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，連桿的需要量在不斷的增加，也出現了許多不同的加工制造工藝。關鍵字：機械制造、機械制造裝備、連桿、加工工藝目 錄緒 論(6)1零件的結構工藝分析(6)1.1 零件的作用及保護措施(6)1.2 毛胚材料的選用、制造并繪制毛配圖(7)1.3 連桿工藝規(guī)程的設計(10)1.4 零件的工藝過程分析(15)1.5 工藝方案的確定(16)1.6 機械加工余量、切削用量、工序尺寸的確定(17)1.7工序工時定額的計算(20)2連桿機械加工技術近期發(fā)展(23)3連桿的修復(25)4工裝設計(26)5總結(32)6致謝(33)7參考文獻(34)8附錄(35)緒 論機械制造工業(yè)是國民經濟最重要的部門之一，是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的支柱產業(yè)，其發(fā)展水平標志著該國家或地區(qū)的經濟實力、科技水平、生活水平和國防實力。機械制造業(yè)的生產能力和發(fā)展水平標志著一個國家或地區(qū)國民經濟現代化的程度，而機械制造業(yè)的生產能力主要取決于機械制造裝備的先進程度，產品性能和質量的好壞取決于制造過程中工藝水平的高低。將設計圖樣轉化成產品，離不開機械制造工藝與夾具，因而它是機械制造業(yè)的基礎，是生產高科技產品的保障。離開了它，就不能開發(fā)制造出先進的產品和保證產品質量，不能提高生產率、降低成本和縮短生產周期，機械制造工藝技術是在人類生產實踐中產生并不斷發(fā)展的。機械制造工藝的內容極其廣泛，它包括零件的毛胚制造、機械加工及熱處理和產品的裝配等。連桿作為傳遞力的主要部件廣泛應用于各類動力機車上，是各類柴油機或汽油機的重要部件。連桿在傳遞力的過程中，承受著很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力。這就要求連桿應具有高的強度、韌性和疲勞性能。同時，因其是發(fā)動機重要的運動部件，故要求很高的重量精度。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，連桿的需要量在不斷的增加，也出現了許多不同的加工制造工藝。如何制定一套合理的加工工藝是我這次設計的主要內容。1.零件的結構工藝分析1.1零件的作用及保護措施1.1.1零件的作用連桿是活塞式發(fā)動機內部的一個十分重要的零（部）件，它連接活塞和曲軸，傳遞力和轉矩，從而實現發(fā)動機的運轉，提供動力源。連桿是柴油發(fā)動機的重要零件。它的作用是連接曲軸和活塞，把作用在活塞頂面的膨脹氣體所做的功傳給曲軸，推動曲軸旋轉，從而將活塞的往復直線運動轉變成曲軸的旋轉運動，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮汽缸里面的氣體。1.1.2零件的結構連桿是一種變截面非園形細長桿件，其桿身截面從大頭到小頭逐步變小，以適應在工作中承受急劇變化的動載荷。連桿是由連桿蓋和連桿體兩部分組成的，連桿蓋和連桿體用螺栓和螺母與曲軸主軸頸裝備在一起。附錄1是4125a型柴油發(fā)電機的連桿組合件圖。為了減少磨損和磨損后便于維修，在連桿小頭沖壓入青銅襯套，大頭孔中裝有薄壁金屬軸瓦。1.2毛坯材料的選用、制造并繪制毛坯圖1.2.1毛坯材料的選用連桿材料一般采用45綱或者40cr、45mn2等優(yōu)質鋼或合金鋼。表1 45鋼、40cr和45mn2化學成分（摘自gb/t699-1999）牌 號材料內所含化學成份（質量分數）%csimnpscrni45鋼0.420.500.170.370.500.800.0350.0350.0250.02540cr0.370.440.170.370.500.800.801.145mn20.420.490.170.371.401.80表2 45鋼、40cr和45mn2力學性能（摘自gb/t699-1999）牌 號熱處理屈服點/mpa抗拉強度/mpa伸長率/%斷面收縮率/%沖擊吸收功/j45鋼正火35560016403940cr淬火-回火9807859454745mn2淬火-回火88573594547文獻機械工程材料成型及應用中指出：45鋼屬于優(yōu)質非合金結構鋼（中碳鋼），具有一定的塑性和韌性，較高的強度，切削性良好。經調質處理后具有良好的綜合力學性能，用于制造受力較大要求強度、塑性和韌性都較高的機械零件，如機床齒輪、主軸、發(fā)動機曲軸、連桿、絲杠等，應用廣泛。綜上，此次設計連桿材料選用45鋼，毛坯尺寸精度要求為it11it12。1.2.2材料的可鍛性可鍛性是指金屬在受到鍛壓后，可改變自己的形狀而又不產生破裂的性能。碳鋼隨含碳量的增加可鍛性下降。45鋼的碳含量在0.420.50之間，其熱鍛工藝特性：塑性高，變形抗力比較低，鍛造溫度范圍高。模鍛件經修整后一般還需要用過熱處理，鍛件熱處理常采用正火（或退火），以消除過熱組織或形變強化組織，細化晶粒，改善切削性能，提高鍛件的力學性能。1.2.3毛坯的種類及制造方法連桿是較細長的變截面非圓形桿件，其桿身截面從大頭到小頭逐步變小，因此，其毛坯采用模鍛制造?？紤]其生產類型、經濟性、結構工藝性，整體鍛造較好。毛坯為整體鍛造，其外形精度高，省材料，簡化工藝，便于組織生產，加工和運輸。文獻機械工程材料成形及應用中指出：模鍛是使金屬坯料在沖壓力作用下，在鍛模模腔內變形從而獲得鍛件的工藝方法，在鍛造工程中，由于金屬塑性變形的結果，使毛坯金屬獲得較細的晶粒，同時能壓合組織內部的缺陷，因而提高的金屬的力學性能和使用中的可靠性，一般可使強度提高20%、韌性提高一倍左右。因此，凡承受重載荷、動載荷、高壓力的零件多采用鍛件做毛坯。與自由鍛相比：模鍛鍛件的尺寸精度比較高，機械加工余量小，材料利用率高?？梢藻懺煨螤钶^復雜的鍛件，鍛件內部流線分布合理，適用于中小型鍛件的大批量生產。1.2.4毛坯尺寸的確定連桿是活塞發(fā)動機內的一個重要的零件，確定其材料為45鋼。由于產品的結構為細長的變截面非圓形桿件，生產類型是大批量生產，所以毛坯選用模鍛整體鍛造成型。由文獻公差配合與測量技術可查，該種鍛件的尺寸公差等級ct為it11it12級。故取ct為it11級?？捎貌楸矸▉泶_定各表明的總余量，但是由于用查表法所確定的總余量與生產實際情況有些差距，故還應根據工廠具體情況進行適當的調整。現將調整后的毛坯尺寸及公差如表3所示：表3 連桿毛坯主要尺寸及公差（mm）主要面尺寸零件尺寸總余量毛坯尺寸公差ct大頭孔徑912891小頭孔徑552511大頭端面高603651小頭端面高443501大頭側面寬度12031252連桿長度470104802 由此，即可繪制出零件的毛坯圖（見附錄2）。1.2.5鍛件的技術要求（1）熱處理：調質217289hbs（2）連桿桿身壁厚不大于2mm，r42.5處的定位面上不允許有凸臺（3）錯差：縱向不大于1mm，橫向不大于0.75mm（4）桿體彎曲不大于1mm1.3連桿工藝規(guī)程的設計1.3.1零件圖（見附錄1）1.3.2零件的主要技術條件及要求連桿作為傳遞力的主要部件廣泛應用于各類動力機上，是各類柴油機或汽油機的重要的部件。連桿在傳遞力的過程中，承受這很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力。這就要求連桿應具有較高的強度、韌性和疲勞性能。同時，因其是發(fā)動機重要的運動部件，故要求很高的重量精度。1.連桿小頭孔襯套底孔尺寸公差為it7級，粗糙度ra1.6，圓柱度公差為0.015mm，小頭孔襯套尺寸公差為it6級，粗糙度ra0.4，圓柱度公差為0.005mm。為了保證與活塞銷的精密裝配間隙，小頭襯套孔在加工后，以每組間隔為0.0025mm分組，便于分組裝配，保證良好的配合。文獻機械工藝制造與夾具中指出：分組裝配法是將相關尺寸公差放大若干倍，使其尺寸能夠按經濟精度加工，然后按零件的實際加工尺寸分為若干組，各對應組進行裝配，以達到裝配精度要求。因同組零件具有互換性，也稱此法為分組互換法。這種方法在大批量生產中可降低零件的加工精度，而不降低裝配精度，使用于成批、大量、生產中組成環(huán)數少而裝配精度要求高的部件裝配。2.連桿大頭孔鑲有薄壁剖分軸瓦，底孔尺寸公差為it6級，粗糙度ra0.8，圓柱度公差為0.012mm。3.連桿小頭孔及小頭銅套孔中心線對大頭孔中心線的平行度在垂直面內的平行度公差為0.04mm；其在水平面內的平行度公差為0.06mm。4.大小頭孔間距尺寸極限偏差為0.05mm。5.連桿大頭孔兩端面對連桿大頭孔中心線的垂直度公差為0.1mm，ra3.2。6.兩螺孔（定位孔）中心線對連桿大頭孔剖分面的垂直度公差為0.15mm，用兩個尺寸為的檢驗心軸插入連桿體和連桿蓋的孔時，剖分面的間隙應小于0.05，目的為保證正常承載能力和大頭孔軸瓦與曲軸頸的良好配合。7.為保證發(fā)動機運轉平穩(wěn)，對于連桿的重量及裝于同一臺發(fā)動機中的一組連桿重量都有要求，連桿組內的質量差為2%。對連桿大頭重量和小頭重量都分別規(guī)定、涂色分組，供選擇裝配。1.3.3零件的機械加工工藝過程及工藝方案連桿的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求都很高，但剛度又較差容易產生變形。連桿的主要加工表面為大小頭、大小頭孔兩端面、連桿蓋與連桿體的接合面和螺栓孔等，次要加工表面為油孔、鎖口槽、供作工藝基準的工藝凸臺等。還有稱重、去重、檢驗、清洗和去毛刺等工序。其中檢驗是主要的輔助工序，是保證產品質量的重要措施。（1）加工工藝過程的安排連桿的加工順序大致如下：粗磨（銑）上下斷面鉆、拉小頭孔銑大孔兩側面切開磨接合面配對加工螺栓孔專配合件精加工合件大小孔光整加工稱重去重檢驗，標記分組成品入庫連桿小頭孔壓入襯套后常以金剛鏜孔作為最后精加工工序，大頭孔常以研磨作為底孔的最后精加工工序。（2）加工工藝方案的擬定為保證達到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術要求，必須制定合理的加工工藝路線。工藝路線方案一：335.粗銑連桿大、小頭兩端面10.擴連桿小頭孔15.連桿小頭孔倒角20.拉削連桿小頭孔25.銑連桿大頭定位凸臺和連桿小頭凸臺30.粗擴、半精擴連桿大頭孔35.鉆擴鉸連桿兩個螺栓孔40.自連桿上切下連桿蓋45.擴連桿螺栓孔50.磨連桿大頭剖分平面55.鍃連桿體上裝螺栓的凸臺60.擴連桿螺栓孔65.在連桿體和連桿蓋的螺栓孔上倒角70.鉆連桿體上兩個定位銷孔75.拉連桿兩個螺栓孔80.鍃連桿上裝螺栓的頭部和裝螺母的支撐平面85.鉆潤滑油孔90.去毛刺并清洗95.檢驗100.裝配連桿和連桿蓋105.磨連桿大頭端平面110.半精鏜連桿大頭孔115.連桿大頭孔倒角120.車連桿大頭側面的凸臺125.擰緊螺母，打字，去毛刺130.金剛鏜連桿大頭孔135.研磨連桿大頭孔140.金剛鏜連桿小頭孔145. 去毛刺，清洗，吹凈油孔150.檢驗155.壓入套筒160.連桿小頭銑3.5圓弧槽165.金剛鏜連桿小頭銅套孔170.清洗，吹凈油孔175.檢驗180.拆開連桿和連桿蓋185.銑連桿和連桿蓋上的軸瓦槽及16孔壁的口190.清理，去毛刺192.清洗，吹凈，稱重200.檢驗205.連桿體和連桿配對并裝配210.成品防銹入庫工藝路線方案二：5.粗銑連桿大、小頭兩端面10.擴連桿小頭孔15.連桿小頭孔倒角20.拉削連桿小頭孔25.銑連桿大頭定位凸臺和連桿小頭凸臺30.自連桿上切下連桿蓋35.鍃連桿體上裝螺栓的凸臺40.磨連桿大頭剖分平面45. 粗擴，半精擴連桿大頭孔50.鉆孔絞連桿兩個螺栓孔55.鍃連桿體上裝螺栓的凸臺60.擴連桿螺栓孔65.在連桿體和連桿蓋的螺栓孔上倒角70.鉆連桿體上兩個定位銷孔75.拉連桿兩個螺栓孔80.鍃連桿上裝螺栓的頭部和裝螺母的支撐平面85.鉆潤滑油孔90.去毛刺并清洗95.檢驗100.裝配連桿和連桿蓋105.磨連桿大頭端平面110.半精鏜連桿大頭孔115.連桿大頭孔倒角120.車連桿大頭側面的凸臺125.擰緊螺母，打字，去毛刺130.金剛鏜連桿大頭孔135.研磨連桿大頭孔140.金剛鏜連桿小頭孔145.去毛刺，清洗，吹凈油孔150.檢驗155.壓入套筒160.連桿小頭銑3.5圓弧槽165.金剛鏜連桿小頭銅套孔170.清洗，吹凈油孔175.檢驗180.拆開連桿和連桿蓋185.銑連桿和連桿蓋上的軸瓦槽及16孔壁的口190.清理，去毛刺192.清洗，吹凈，稱重200.檢驗205.連桿體和連桿配對并裝配210.成品防銹入庫工藝路線方案三：5.磨連桿大小頭兩端面10.擴連桿小頭孔15.連桿小頭孔倒角20.拉削連桿小頭孔25.銑連桿大頭定位凸臺和連桿小頭凸臺30.粗擴，半精擴連桿大頭孔35.自連桿上切下連桿蓋40.鍃連桿體上裝螺栓的凸臺45.磨連桿大頭剖分平面50.鉆擴絞連桿兩個螺栓的凸臺55.鍃連桿體上裝螺栓的凸臺60.擴連桿螺栓孔65.在連桿體和連桿蓋的螺栓孔上倒角70. 鉆連桿體上兩個定位銷孔75.拉連桿兩個螺栓孔80.鍃連桿上裝螺栓的頭部和裝螺母的支撐平面85.鉆潤滑油孔90.去毛刺并清洗95.檢驗100.裝配連桿和連桿蓋105.磨連桿大頭端平面110.半精鏜連桿大頭孔115.連桿大頭孔倒角120.車連桿大頭側面的凸臺125.擰緊螺母，打字，去毛刺130.金剛鏜連桿大頭孔135.研磨連桿大頭孔140.金剛鏜連桿小頭孔145.去毛刺，清洗，吹凈油孔150.檢驗155.壓入套筒160.連桿小頭銑3.5圓弧槽165.金剛鏜連桿小頭銅套孔170.清洗，吹凈油孔175.檢驗180.拆開連桿和連桿蓋185.銑連桿和連桿蓋上的軸瓦槽及16孔壁的口190.清理，去毛刺192.清洗，吹凈，稱重200.檢驗205.連桿體和連桿配對并裝配210.成品防銹入庫1.4零件的工藝過程分析1.4.1定位基準的選擇加工中可供作定位基準面的表面有：大頭孔、小頭孔、上下兩端面、大小頭孔兩側面連桿體和連桿蓋的結合面等。這些表面在加工過程中不斷地轉換基準，由粗到精，逐步形成。如工藝路線方案三中：工序5中粗磨平面的基準面是毛坯底平面，小頭外圓和大頭一側；工序10中仍然采用平面為基準，但此時平面為精基準；大頭兩側面以兩側自定心定位；鏜大頭孔時的定位基準為一平面，小頭孔和大頭孔一側面；而鏜小頭孔是可選一平面，大頭孔和小頭孔外圓等。連桿加工中精基準的選擇，要保證其對稱性和孔的壁厚均勻。如工藝路線方案二中：工序10擴小頭孔時，鉆模是以小頭外圓定位，來保證孔與外圓的同軸度，使壁厚均勻，符合技術要求。1.4.2連桿的檢驗連桿加工工序長，中間又插入質檢處理工序，因而需經過多次中間檢驗、最終檢驗項目和其他零件一樣，包括尺寸精度，形狀精度和位置精度以及表面粗糙度的檢驗，只不過連桿某些要求較高而已。由于裝配的要求，大小頭孔要按尺寸分組，連桿的位置精度測量要在檢具上進行。如大頭孔軸心線在兩個相互垂直方向上的平行度，可采用附錄3所示的方法進行。在大頭孔中塞入心軸擱在等高墊鐵上，使大頭心軸與平板平行。將連桿置于直立位置時（a），在小頭孔心軸上距離為100mm處測量高度的讀數差，即為大小頭孔在連桿軸心線方向的平行度誤差值；工件置于水平位置時（b）同樣的方法測出來的讀數差值，即為大小頭孔在垂直連桿軸心線方向的平行度誤差值。因連桿在機械運動中的重要作用，故連桿還要進行探傷檢查其內在質量。1.4.3加工設備及工藝準備的選擇機床設備與工藝裝備是零件加工的物質基礎。是加工質量和生產率的重要保障。為了合理的選擇加工設備和工藝裝備，必須對各種機床的規(guī)格、性能、生產率、經濟性和工藝裝備的種類、精度、規(guī)格、可靠性等進行詳細的了解。總的原則是根據零件的生產類型與加工要求，使所選擇的加工設備及工藝裝備既能保證加工質量，又經濟合理。連桿屬于大批量生產產品，加工技術要求較為嚴格，尺寸公差精度要求高，應多采用高效專用機床、組合機床流水線與隨機專用夾具，并考慮工序集中原則，以提高生產率和減少機床數量，使生產成本下降。文獻機械加工工藝師手冊中指出：組合機床是按系列化、標準化、通用化原則設計的通用部件，以及按被加工工件形狀和加工工藝要求而設計的專用部件所組成的高效專用機床。專用組合機床可實現多刀切削，自動化程度較高，生產效率也較高，加工精度穩(wěn)定，制造成本低。1.5工藝方案的確定1.5.1連桿兩端面的加工如果毛坯精度高，可以不經過粗銑而直接粗磨。精磨工序應該安排在精加工大小孔之前，以保證與端面的相互垂直度要求。粗磨和精磨應該在不同的機床上進行。如工藝路線方案三中：工序1是在雙軸立式平面磨床上進行兩頭孔端面的精磨工序（見附錄3）。磨床上有兩根主軸，分別裝有高速旋轉的砂輪1和2，砂輪2比砂輪1低些，可分別調整磨削深度，磨削連桿的不同端面。所以，1、2工位的定位基面是不等的，第2工位比第1工位高，其高出量就是一端面的加工余量。毛坯精度一般不高，而且毛坯的切削量也比較大，故應以銑削為主，粗精銑加工可選在同一機床，而選用不同轉速和切削量盡享；又因磨削加工切削量小而本批次連桿為大批量生產，為滿足加工的時間要求選用銑加工，粗精度在同一臺機床上加工可減少二次裝夾造成的定位誤差，提高尺寸精度。1.5.2連桿大小頭孔的加工大小頭孔加工既要保證本身的精度、表面粗糙度要求，還要保證相互位置和孔與端面垂直度要求。小頭底孔徑由擴孔、倒角、拉孔三道工序而成。擴孔用外圓定位、心夾具，以保證壁厚的均勻。小頭孔經倒角后在立式拉床上拉孔，然后壓入青銅襯套，再以襯套內孔定位，在金剛鏜床上精鏜內孔。工藝路線方案三中：工序170加工過程中定位夾緊方式為鏜孔前大頭孔以內漲心軸定位，小孔插入菱形假銷，并使端面緊貼支撐面后將工件夾緊，抽出假銷進行精鏜小頭襯套孔。大頭孔經切開后，這時連桿體和連桿蓋的圓弧均不成半圓，故在工藝方案路線二中：工序30精銑連桿體和連桿蓋的側面。此后，大頭孔的粗鏜，精鏜，研磨工序都是在配套合裝后進行的。1.5.3螺栓孔的加工對于整體鍛造的連桿，螺栓孔的加工是在切開之后，接合面經精加工后進行的。這樣易于保證螺栓孔與接合面的垂直精度。因其精度要求較高，一般需要經鉆擴絞拉等加工工序，工藝路線方案二中在工序安排上分兩個階段，第一階段是在連桿體和連桿蓋分開狀況下的加工（工序50工序70）；第二階段是在連桿體和連桿蓋合裝后的加工（工序80）。1.5.4連桿加工工藝方案的確定通過對零件的機械加工工藝過程的分析，同時對兩個工藝路線方案進行比較，考慮工廠的具體條件等因素，如設備、能否借用工裝夾具、量具等。本次設計選擇工藝路線方案二對零件進行機械加工。根據工藝路線方案二制定出詳細的機械加工工藝規(guī)程，如下：毛坯為整體模鍛件，清理后進行調制處理，以消除鍛件在鍛造過程中產生的內應力，改善機械加工性能，達到毛坯的技術要求，然后送到機械加工車間進行加工。機械加工工藝過程卡、機械加工工序卡參見連桿加工工藝規(guī)程。1.6機械加工余量、切削用量、工序尺寸的確定1.6.1粗銑連桿大小兩端平面該工序選用四軸龍門銑床對連桿大小兩端面進行粗銑。粗銑平面的基準面是：小頭外圓和大頭一側。銑大頭平面至尺寸，磨第二面至尺寸，表面粗糙度到ra12.5，保證大頭端面在背對標記號的一面相差尺寸8.50.3。1.6.2擴、拉小頭孔該孔先由高速鋼鉆頭擴出底孔后，再由園空拉刀拉削。在加工過程中擴孔用外圓定心夾具，保證小頭孔壁厚均勻，孔經倒角后在立式拉床上拉孔。擴孔：工序尺寸及公差為拉孔：工序尺寸及公差為由毛坯尺寸公差和本工序的加工尺寸，計算可得擴削余量為2mm，拉削余量為1.2mm。由文獻機械加工工藝師手冊表28-10，取鉆孔時的進給量；鉆削深度；由文獻機械加工工藝師手冊表32-01，可得拉削時切削厚度為0.01mm，拉削速度；由文獻機械加工工藝師手冊表28-13，取擴孔時的切削速度；由此計算出轉速為：按鉆床的實際轉速?。?則實際切削速度為：由文獻機械加工工藝師手冊表28-14，軸向力為11085n；轉矩為156.96nm，功率為2.68kw。1.6.3粗、半精鏜大頭孔該工序采用金剛鏜床對連桿大頭孔進行加工，加工時為提高孔加工精度和表面質量，應采用較小的切削深度和進給量，同時提高切削速度。可獲得較高的精度尺寸（0.0030.005mm）和很高的表面質量（表面粗糙度一般為ra=0.161.25）。使用硬質合金刀yt30對大頭孔進行鏜削。加工中應保證孔間距及孔徑的尺寸公差，孔內表面質量?？讖匠叽纾捍昼M900.1mm；精鏜mm兩孔中心距：3300.1mm經尺寸計算可知，鏜孔時的加工余量為0.1mm由文獻機械加工工藝師手冊表29-15，取鏜孔時的切削用量為：鏜刀進給量為；鏜削深度為0.2mm；切削速度為。由以上數據可利用公式計算出鏜削時的主軸轉速。實際生產中參照機床主軸轉速具體設定。1.6.4切斷整體鍛件該工序選用雙面臥式組合銑床對整體鍛件進行切斷加工，加工過程中由大頭側面定位基準，選用高速鋼鋸片切斷刀加工工件。由文獻機械加工工藝師手冊表30-14，已知鍛件厚度約為60mm，選取切斷銑刀厚度為35mm，銑刀直徑為200mm（可切斷厚度為84mm），每齒進給量；由文獻機械加工工藝師手冊表30-23，取銑削速度；1.6.5鍃連桿體和連桿蓋的接合面該工序選用平面磨床對連桿體和連桿蓋的兩側接合面進行拉削加工，工序余量為0.65mm。磨削：連桿蓋高度mm；由文獻機械加工工藝師手冊表32-1，可得拉削時切削厚度為0.01mm，拉削速度；1.6.7螺栓孔的加工該工序采用六工位組合機床對連桿體和連桿蓋的螺栓孔進行精加工，選用12h7、14h7、15、16.5h7的高速鋼鉆頭，yt14.5拉刀，15.7h7mm的機用絞刀對尺寸要求不同的孔進行加工：第一工位：將連桿體和連桿蓋在夾具中定位并夾緊（標記向上）放在工作臺上指定位置；第二工位：擴連桿蓋上螺栓孔mm 深度27mm0.5m；第三工位：同時鉆通兩個孔；第四工位：同時擴兩個孔mm；第五工位：鉸14.5的兩個孔第六工位：鉸的兩個孔由文獻機械加工工藝師手冊表28-16，取螺栓孔加工的切削用量為：進給量；切削速度為：。由此可計算出主軸轉速，可取機床實際主軸轉速。實際生產中參照機床主軸轉速具體設定。1.6.8精鏜小頭青銅襯套孔該工序采用金剛鏜床對連桿小頭青銅襯套孔進行精鏜加工，以大頭孔中心軸定位，保證兩孔中心間距，小頭青銅襯套孔的最終尺寸公差為：mm，表面粗糙度ra=0.4。同時保證小頭青銅襯套孔的圓柱度為0.005mm；小頭青銅襯套孔與大頭孔中心軸線的平行度在100mm的長度上誤差不大于0.04mm；小頭青銅襯套孔中心軸線與小頭孔端面的垂直度為0.01mm。經尺寸計算可知，鏜孔時的加工余量為0.1mm。由文獻機械加工工藝師手冊表29-15，取鏜孔時的切削用量為：鏜刀進給量為；鏜削深度為0.2mm；切削速度為：。由以上數據可利用公式計算出鏜削時的主軸轉速。實際生產中參照機床主軸轉速具體設定。1.7工序工時定額的計算工時定額是指在一定的生產條件下規(guī)定一件產品或完成一道工序所需要消耗的時間。它是安排生產計劃、進行成本核算、考核工人完成任務情況的主要依據。制定合理的工時定額是調動工人積極性的重要手段，可以促進工人技術水平的提高，從而不斷提高生產效率。零件機械加工工序的工時定額，在使用中應定期修訂，以使其保持平均先進水平。根據設計要求，選定工序路線中的一道工序進行工時計算，下面對工序10擴連桿小頭孔通孔進行工時定額計算。1.7.1基本時間基本時間是直接改變生產對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態(tài)或材料性質等工藝過程所需消耗的時間，對機械加工而言是指從工件切除材料層所消耗的時間?；緯r間可按公式求得：由文獻表28-42，得鉆孔工序基本時間的計算公式為：式中：；?。?所以：1.7.2輔助時間輔助時間是為了實現工藝過程所必須進行的各種輔助動作所消耗的時間，這些輔助時間包括：裝夾和卸下工件、開動和停止機床、改變切削用量、進退刀具、測量工件尺寸等。由文獻表28-43，取開停機床：0.015min升降鉆桿：0.015min主軸運轉：0.02min消除切屑：0.04min測量工件：0.10min裝卸工件：1.0min所以輔助時間：1.7.3作業(yè)時間基本時間和輔助時間的總和稱為工序作業(yè)時間，即直接用于制造產品或零部件所需要消耗的時間。1.7.4布置工作場地時間布置工作場地時間是為了使加工正常進行，工人照管工作地（如更換刀具、潤滑機床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的時間。布置工作地時間可以按照工序作業(yè)時間的倍（一般=2%7%）來估算。由文獻機械加工工藝師手冊取=5%，則1.7.5休息和生理需要時間休息和生理需要時間是工人在工作班內為恢復體力和滿足生理上需要所消耗的時間。它可按工序時間的倍（一般=2%4%）來估算。由文獻取=3%，則1.7.6準備和終結時間對于成批生產還要考慮準備和終結時間，準備和終結時間是工人為了生產一批成形產品和零部件，進行準備和結束工作所消耗的時間。這些工作包括：熟悉工藝文件、安裝工藝設備、調整機床、首件檢驗、歸還工藝裝備和清點并送交成品等。準備和終結時間對一批零件只有一次，工作批量n越大，則分攤每一件工件上的這部分時間越少。由文獻機械制造工藝和夾具表28-43，取部分時間為：簡單件：26min深度定位：0.3min使用鉆模：6min由設計者給定零件生產綱領為10000件，則：1.7.7單件工時基本時間、輔助時間、布置工作地時間及休息和生理需要時間四部分的時間之和稱為單件工時。因此，單件工時為：綜上時間，成批生產的單件工時為：在大量生產時，每個工作地點完成的一道工序，一般不需要考慮準備和終結時間。2零件機械加工技術近期發(fā)展2.1連桿的鍛造工藝連桿是發(fā)動機里面的一種重要的零件，一般為鍛件，國內市場中，發(fā)動機連桿的年需求量大約在5000萬只左右，目前國內有上百家鍛造廠擁有連桿生產線，專業(yè)連桿廠也有幾十家。由于連桿屬于精密級鍛件，因此生產設備主要以鍛壓機、螺旋壓力機，高速電液錘為主，也有相當多的廠家使用摩擦壓力機。連桿屬于大批量需求產品，因此，一些專業(yè)的連桿生產線生產率極高，達到300件/天。對于連桿精度判斷標準主要有外形公差和重量公差等，如厚度公差一般在0.50.9之間，重量公差一般在1.5%3%之間。材質主要有：1）調質鋼，如42crmo、35crmo、45等；2）非調質鋼，如c70s6（一種裂解材料）等；3）鋁合金材質；4）粉末冶金材質等。按照成型方式主要有：粉末冶金成型、壓力機成型、輥鍛成型、閉塞成型、輥壓成型等。其中絕大多數廠家是以壓力機成型為主，其工藝流程主要有以下幾種：1)下料加熱制坯輥鍛壓扁預鍛終鍛切邊沖孔熱校正熱處理強化噴丸精壓機加工成品2)下料加熱制坯輥鍛成型輥鍛熱精整切邊沖孔熱校正熱處理強化噴丸精壓機加工成品機加工成品3)粉末冶金鐵粉燒結成型熱處理強化噴丸機加工成品4)下料加熱制坯輥鍛輥壓成型熱精整切邊沖孔熱校正熱處理強化噴丸精壓機加工成品機加工成品5)下料加熱鍥橫軋制坯壓扁預鍛終鍛切邊沖孔熱校正熱處理強化噴丸精壓機加工成品6)下料加熱制坯輥鍛壓扁預鍛終鍛切邊沖孔熱校正熱處理強化噴丸精壓機加工成品目前，模鍛和模鑄連桿的主、重要地位，正面臨著粉末鍛造鋼連桿和粉末一次燒結鋼連桿成型工藝的挑戰(zhàn)。就國內現狀而言，粉末冶金鍛造工業(yè)雖然有了一定的發(fā)展，但是要提供大批量和高質量的粉末冶金鍛件還不成熟，而且涉及設備更新、技術改進等方面費用問題，在今后一個長的時期內，國產連桿生產還將以模鍛工藝為主。2.2連桿的斷裂剖分工藝斷裂剖分工藝是一種為了部件裝配的需要，將一整體件通過沖擊的方法而斷裂剖分為兩個構件的新工藝。這種工藝與傳統切削剖分的工藝或構件通過單個制造的方法相比，其突出的優(yōu)點是剖分的兩個構件不需要加工剖分面而可以直接進行盒裝，并且有可重復的極高定位精度和承載能力，以及構件的生產只需要較少的加工工序，從而顯著節(jié)約設備投資和降低生產成本。這種新工藝具有顯著的技術經濟效益。連桿是發(fā)動機中高精度的關鍵零件，由連桿體、連桿蓋共同組成。在傳統制造工藝中，連桿體和蓋都依賴兩種方法：1）連桿體和蓋整體鍛造鋸切分離接觸面機加工裝配。2）連桿體蓋分別鍛造接觸面機加工裝配。采用上述兩種工藝，不僅需要對連桿體和蓋的聯接面進行銑削和磨削，并且在該連接面上還要鉆鉸螺栓定位孔和攻螺紋孔，或者切制端面齒，鉆鉸定位銷孔和鉆螺栓孔等，以便將來能使連桿體和蓋實現精確合裝。為此，需要較多的加工機床，經過十幾道工序，消耗大量的加工工時。針對連桿傳統制造工藝中的缺點，為了降低制造費用和工時，提高配合精度，連桿斷裂剖分工藝被提出，并首先于80年代中，由alfling公司在德國申請專利。進入90年代，該工藝在工業(yè)發(fā)達國家進入實際應用生產階段。適用的毛坯由最初的粉末鍛造連桿，發(fā)展到中高碳鋼鍛造連桿。根據斷裂剖分工藝的要求，鍛造的連桿毛坯，在實施斷裂剖分之前，先粗鏜連桿大頭孔、鉆螺栓孔，以及在大頭孔預定斷裂處切出兩個對稱布置的三角溝槽（此三角溝槽也可以在鍛造連桿毛坯時做出），為應力集中點，見附錄4。這樣安排，一方面，連桿在斷裂剖分后，就可在下一工位接著進行連桿體和連桿頂蓋的合裝，另一方面，由于加工出螺栓孔，可減少連桿的斷面截面積，由此降低連桿斷裂剖分時所需的沖擊力。隨后，將連桿大頭孔套裝到一臺進行斷裂剖分的裝置的兩個半芯軸上，并將連桿進行定位和夾緊。然后利用沖擊力，將用來脹裂連桿的鍥插入上述半芯軸中，此時在鍥的沖擊下，連桿的大頭孔在溝槽處被斷裂剖分為連桿體和連桿蓋。連桿在斷裂剖分后進行合裝，此時在大頭孔上所測得的非圓度約達到40.非圓度變大是由于在斷裂剖分時連桿產生一定的變形所致?？自俳浘庸?，這時孔的非圓度減少到約3。接著，連桿經多次拆卸和合裝，此時孔的非圓度則穩(wěn)定保持在4左右，此非圓度與精加工后直接測量得的非圓度只有1左右的變化，這表明，采用斷裂剖分工藝保證連桿體和其頂蓋合裝的可重復的高精度。這種新工藝，使分離后的連桿體和連桿蓋能直接在斷裂面處自然精確的合裝，無需加工配合面，達到了減少加工工序和減少加工機床的目的。此外，除連桿剖分面具有較高的配合精度外，還由于其剖分面接觸面是凹凸不平的，大大提高了接觸面積，從而提高了連桿承載能力。3零件的修復連桿是承載較復雜作用力的重要部件。連桿螺栓是該部件的重要部件，一旦發(fā)生故障，可能導致設備的嚴重損壞。連桿常見的故障有：連桿大端變形、螺紋孔及其端面磨損、小頭孔磨損、潤滑油孔堵塞等，出現這些現象應及時修復。連桿大端變形的修復：連桿大端變形如附錄4所示，產生大端變形的主要原因是：大端薄壁瓦口余面高度過大，使用厚壁瓦的連桿大端面兩側墊片厚度不一致或安裝不正確。在上述狀態(tài)下，擰緊連桿螺栓后便產生大端變形，螺栓孔的精度也隨之降低。因此，在修復大端孔時應同時檢修螺栓孔。3.1修復大頭孔將連桿體和連桿蓋的兩接合面磨去少許，使接合面垂直于連桿體的中心線，然后把連桿蓋組裝到連桿體上。在保證大小孔中心距尺寸精度的前提下，重新鏜大頭孔、研磨達到規(guī)定尺寸及精度。3.2檢修兩螺栓孔如兩螺栓孔的圓度、圓柱度、平行度和孔端面對其軸線的垂直度不符合規(guī)定的技術要求，則應鏜孔或者鉸孔修復，修復時，孔的端面可以人工修復以達到精度要求。按修復后孔的實際尺寸配制新的連接螺栓。3.3潤滑油孔堵塞4125a型柴油機連桿在連接使用一段時間后，連桿軸頸中的潤滑油孔會因油泥過多而堵塞，造成油路不同，引起機械故障。修理方法：在每次大修時清理堵塞在連桿軸頸潤滑油孔中的油泥。4零件機械加工過程中的工裝的設計在機械加工中，為了迅捷，準確地確定工件在機床上的位置，進行正確的確定工件于機床、刀具的相對位置關系，并在加工中始終保持這個正確位置的工藝裝備稱為機床夾具。機床夾具由定位裝置、夾緊裝置、夾具體、連接元件、對刀元件及其他元件或裝置組成。它可以保證加工精度，穩(wěn)定加工質量，提高勞動生產率，改善工人的勞動條件，降低對工人的技術要求，降低生產成本及擴大機床的工藝范圍。專用夾具是針對某一工件的某一工序的加工要求而專門設計和制造的機床夾具。這類夾具專用性強，操作迅速方便，其優(yōu)點是在產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中可獲得較高的加工精度和生產率，對工人的技術水平要求也相對較低。由于專用夾具的針對性極強，只能適用產品相對穩(wěn)定的大批量生產中。前面已對連桿零件的結構工藝性及零件的技術要求進行了分析，并確定了零件的機械加工工藝路線，制定了詳細的加工工藝規(guī)程。下面將從制定的工藝路線中選擇一道工序，對其加工中所需要的工藝裝備進行設計。工序165 精鏜小頭青銅襯套孔mm的鏜孔夾具連桿的相對剛性較差，應十分注意夾緊力的大小、方向及著力點的選擇。鏜小頭青銅襯套孔既要保證孔本身的精度、表面粗糙度要求，還要保證互相位置和孔與端面的垂直度要求。小頭底孔由鉆孔、倒角、拉孔三道工序而成，小頭孔經拉孔后在壓力機上加壓壓入青銅襯套，最后在金剛鏜床上對小頭孔內的青銅襯套孔進行精鏜加工，達到技術要求的尺寸公差。小頭孔尺寸的變化：mm（擴）mm（拉）mm（壓入青銅襯套）mm（精鏜）小頭青銅襯套孔最終加工技術要求：孔徑為mm；孔軸線對端面的垂直度允許差為每100mm長度上不大于0.04mm；兩孔軸線保證在同一個平面上，其平行度允許差為每100mm長度不大于0.06mm；兩孔間距尺寸公差為3300.05mm；孔內表面要求圓柱度公差不大于0.05mm。根據實際生產能力及狀況確定：加工余量為0.25mm；鏜刀進給量為；鏜削深度為0.2mm；切削速度為；鏜削是的主軸轉速。4.1設計方案及設計思想加工中可供定位基準面的表面有：大頭孔、小頭孔、上下斷面、大小頭孔兩側連桿體與連桿蓋的接合面等。這些表面在加工過程中不斷地轉換基準，由粗到精，逐步形成，而鏜小頭孔可選一平面、大頭孔和小頭孔外圓等。工件以一面兩孔定位。定位夾緊方式為：鏜孔前，小頭青銅襯套孔插入菱形假銷并使端面緊貼支撐面后，大頭孔以內漲心軸（材料為硬鋁合金）定位，然后將工件夾緊，最后抽出菱形假銷，精鏜小頭青銅襯套孔。夾具在設計過程中考慮到了螺旋鉤形壓板夾緊機構和斜鍥夾緊機構配合使用定位夾緊工件。該夾具中設計使用了兩種螺栓：tr20x8(p4)-7h 梯形螺紋螺栓；m8x1.25lh-6h 緊固螺紋螺栓。鏜小頭青銅襯套孔夾具如附錄5所示。由文獻機械加工工藝師手冊可知：夾具采用螺旋夾緊機構，此結構不僅結構簡單、容易制造，而且螺栓是由平面斜鍥纏繞在圓柱表面形成的。螺旋夾緊機構的夾緊力計算、自鎖性能等與斜鍥相似，且螺旋線長、升角小。所以，螺旋夾緊機構自鎖性能好，夾緊力和夾緊行程大，是應用最為廣泛的一種夾緊機構。斜鍥夾緊機構在夾具設計和生產實踐中應用較廣，一般情況下是與其他機構聯合使用。增加系數（增力比）是指夾緊力與原始作用力之比，是衡量夾緊機構的重要指標。升角也是衡量夾緊機構的重要指標，在選擇升角時，必須同時考慮機構的增力、夾緊行程和自鎖三方面的問題。為保證自鎖和具有適當的夾緊行程，一般升角不得大于12。斜鍥升角大的用來使機構迅速趨近工件，而斜鍥升角小的用來夾緊工件。鏜小頭孔夾具采用基準重合原則，選用大頭孔軸線和小頭孔端面為定位基準，其中，大頭孔內漲心軸限制工件的；菱形假銷限制工件的；鉤形壓塊限制工件的。由于菱形假銷只能起到臨時定位的作用，所以，夾具不存在過定位和重復定位現象。撤去菱形假銷后鉤形壓塊限制了工件的，和內漲心軸共同限制工件的六個自由度，實現了工件的合理定位。4.2夾具的結構工藝夾具通常是單件生產，制造周期很短，具有較高的制造精度，夾具制造過程中，除了生產方式與一般產品不同外，在應用互換性原則方面也有一定的限制，以保證夾具的制造精度。對于與加工尺寸直接有關的且精度較高的部位，在夾具制造時常用調整法和修配法來保證夾具的精度。為了使夾具的裝配、測量具有良好的工藝性，應遵循基準統一原則，以夾具體的基面為統一的基準，便于裝配和測量，保證夾具的制造精度和加工工件的尺寸精度。夾具上的各種裝置和元件通過夾具體連接成一個整體，因此夾具體的形狀及尺寸取決于家具商的各種裝置的布置及與機床的連接。此外，夾具體還應有適當的精度和尺寸穩(wěn)