機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書學(xué)院： 工程學(xué)院 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓名： 學(xué)號(hào)： 課題零件：連桿，活塞，銷 指導(dǎo)教師： 時(shí)間： 2013年9月12日 目錄目錄1前言2一、設(shè)計(jì)任務(wù)31、總體任務(wù)32、具體要求3二、零件簡要分析41、活塞產(chǎn)品開發(fā)制造介紹42.連桿開發(fā)制造現(xiàn)狀介紹5三、 毛坯選擇51、 連桿毛坯制造方法52、活塞毛坯制造方法63、 活塞銷毛坯選擇7四、零件技術(shù)分析71、 連桿技術(shù)分析72、 活塞技術(shù)分析83、 活塞銷技術(shù)分析9五、 工藝路線設(shè)計(jì)91、 基準(zhǔn)選擇的標(biāo)準(zhǔn)92、工藝路線設(shè)計(jì)102.1、連桿工藝路線102.2、活塞工藝路線112.3、活塞銷工藝路線12六、 夾具設(shè)

2、計(jì)131、夾具方案的設(shè)計(jì)13七、設(shè)計(jì)總結(jié)14八、參考文獻(xiàn)15前言 機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)是修完機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)及其他大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。這一次設(shè)計(jì)使我們能綜合運(yùn)用機(jī)械制造工藝中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，獨(dú)立地分析和解決工藝問題，初步具備設(shè)計(jì)一個(gè)中等復(fù)雜程度的零件的工藝規(guī)程的能力，也是熟悉和運(yùn)用有關(guān)手冊、圖表等技術(shù)資料及編寫技術(shù)文件等基本技能的一次實(shí)踐，可為今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來從事的工作打下良好的基礎(chǔ)。 一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、總體任務(wù) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)分組進(jìn)行設(shè)計(jì)，按照所給機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，確定各零部件設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)出其中的重要工序的專用夾具或模具，并繪制相應(yīng)

3、機(jī)械設(shè)計(jì)圖。具體內(nèi)容如下：1）對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定由哪些零件組成，并對(duì)各零件進(jìn)行測繪；2）明確零件在整個(gè)機(jī)構(gòu)上的作用、零件的材質(zhì)、要求，分析零件結(jié)構(gòu)的工藝性，完成總裝配圖及各零件的設(shè)計(jì)圖。3）擬定工藝方案，確定毛坯種類及制造方法。4）擬定零件的模具加工或機(jī)械加工工藝過程，設(shè)計(jì)重要工序中的一種專用夾具或模具，繪制裝配圖或大件零件圖。5）撰寫設(shè)計(jì)說明書。一份完整的說明書一般包括以下一些項(xiàng)目：(1)目錄。(2)緒論或前言。(3)對(duì)機(jī)構(gòu)的整體分析，各零部件分析說明(4)對(duì)零件的工藝分析，如關(guān)鍵表面的技術(shù)要求分析等。(5)工藝設(shè)計(jì)，如毛坯選擇與說明，工藝路線的確定，工序順序的安排，加工設(shè)備與工藝裝備

4、的選擇等；(6)模具或夾具設(shè)計(jì)，如設(shè)計(jì)思想，夾具操作動(dòng)作說明等。(7)設(shè)計(jì)總結(jié)或心得體會(huì)。(8)參考文獻(xiàn)書目(書目前排列序號(hào)，以便于正文引用)。2、具體要求（1）、中小批量生產(chǎn)連桿、活塞、活塞銷（2）、零件放大十倍設(shè)計(jì)（3）、活塞材料鋁A00、其他為20Cr（4）、連桿毛坯圖一份、三個(gè)零件二維三維圖各一份（5）、夾具及總裝圖一份（6）、各零件加工工藝過程卡一份（7）、各零件加工工序卡片一份（8）、設(shè)計(jì)任務(wù)說明書一份二、零件簡要分析1、活塞產(chǎn)品開發(fā)制造介紹 內(nèi)燃機(jī)活塞制造技術(shù)在我國已有四十多年的發(fā)展，已經(jīng)具有一定的基礎(chǔ)，近年來通過不斷的技術(shù)改造和技術(shù)合作，活塞制造技術(shù)發(fā)展很快，活塞產(chǎn)品質(zhì)量不斷提

5、高，并且，新產(chǎn)品的比重逐漸加大。但是，內(nèi)燃機(jī)活塞機(jī)械加工工藝過程還是存在一定的差別，并且活塞類型和加工要求也有較大差別。 現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)活塞生產(chǎn)企業(yè)多采用專用機(jī)床和改裝的普通車床、專用工裝和夾具組成的單機(jī)流水線的加工方式生產(chǎn)。流水線設(shè)備排列為一機(jī)一序或一機(jī)多序，流程較長。典型的汽油機(jī)活塞加工工藝過程如：粗車外圓平頂面車止口、打中心孔粗鏜銷孔半精車外圓、頂面粗、精切環(huán)槽精車外圓、頂面精鏜銷孔車卡環(huán)槽檢驗(yàn)。上述加工工藝過程以止口、中心孔作為精基準(zhǔn)，以活塞頭部外圓、活塞裙部、銷孔表面以及活塞頂面等為主要加工面。這種傳統(tǒng)工藝過程的主要優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)：第一，一次裝夾可車削外圓、活塞頂面和環(huán)槽等工作面，加

6、工方便；第二，沿活塞軸向夾緊可進(jìn)行多刀切削。同時(shí)，這種傳統(tǒng)加工工藝過程也存在一下幾方面主要問題：第一，以活塞止口為工藝基準(zhǔn)，加工流程較長；第二，環(huán)槽的位置精度低；第三，采用軸向夾緊，該夾緊方式對(duì)活塞的加工精度，特別是對(duì)薄壁活塞裙部外圓的加工精度會(huì)產(chǎn)生較大的影響?；钊B桿組主要有活塞、活塞環(huán)、活塞銷和連桿等零件組成?；钊闹饕饔檬桥c汽缸蓋、氣缸共同構(gòu)成燃燒室，將做功行程所承受的燃?xì)鈮毫νㄟ^活塞銷傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。要求活塞具有：(1)足夠的強(qiáng)度、剛度和韌性；(2)良好的導(dǎo)熱性和極小的熱膨脹性；(3)很小的重量，以保持很小的慣性力；(4)良好的潤滑性和耐磨性，以提高壽命?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不論是

7、汽油機(jī)還是柴油機(jī)都廣泛采用鋁合金活塞，只在極少數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鑄鐵或耐熱鋼活塞。目前鋁合金活塞多用含硅12%左右的共晶鋁硅合金和含硅18%23%的過共晶鋁硅合金制造，外加鎳、銅和鎂，以提高熱穩(wěn)定性和高溫機(jī)械性能。含硅量越高，材料的膨脹系數(shù)越小，耐磨性愈好，但制造工藝較差。2.連桿開發(fā)制造現(xiàn)狀介紹 連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿一般由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦

8、有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動(dòng)機(jī)中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿大、小頭兩端對(duì)稱分布在連桿中

9、截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運(yùn)等要求，連桿大、小頭的厚度相等(基本尺寸相同)。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔(或油槽)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。3、 毛坯選擇1、 連桿毛坯制造方法 連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強(qiáng)度。因此，連桿材料一般采用高強(qiáng)度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，使粉末冶金件的密度和強(qiáng)度大為提高。因此，采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個(gè)

10、很有發(fā)展前途的制造方法。 本次設(shè)計(jì)中，采用的是20Cr的材料。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為中小批量生產(chǎn)，采用模鍛制造毛坯。采用整體模鍛，利用中頻感應(yīng)加熱鋼棒，經(jīng)過初鍛、成型、終鍛等過程，將連桿的毛坯制造出來。經(jīng)過去毛邊以及修整外圓及內(nèi)圓，將得到一個(gè)合格的毛坯件送到機(jī)加工車間加工。2、活塞毛坯制造方法 活塞的材料除少數(shù)采用鑄鐵外，大部分采用導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)較底的硅鋁合金。鋁活塞除了導(dǎo)熱性能好外，還具有重量輕、易加工等特點(diǎn)。所以目前中小型發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞大部分采用鋁合金材料。由于鋁合金和鑄鐵材料的不同，造成線膨脹系數(shù)不一樣，亦可能出現(xiàn)廣泛選用鑄鐵活塞的趨勢，用以取代鋁活塞。一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣

11、不僅可以獲得較高精度的毛坯，減少機(jī)械加工余量，同時(shí)還可以保證活塞間較小的重量差。我們采用鑄造的方法利用模具對(duì)原鋁熔融后加工獲得。鑄造出來的毛坯還要進(jìn)行去毛刺去飛邊處理才能得到合格的毛坯。3、 活塞銷毛坯選擇活塞銷的工作條件為周期性強(qiáng)烈沖擊和彎曲、剪切作用；銷表面承受較大的摩擦磨損。因此對(duì)活塞銷材料的要求具有足夠的強(qiáng)度、剛度，表面具有較高的硬度和較高的耐磨性；具有足夠的沖擊韌性；具有較高的疲勞強(qiáng)度。常用材料為15、20或l5Cr、2OCr、 2OCrMnTi等。強(qiáng)載柴油機(jī)多選用合金滲碳鋼。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，采用20Cr的材料進(jìn)行加工，使用的是外直徑70mm的鋼棒進(jìn)行下料取得毛坯。 四、

12、零件技術(shù)分析1、 連桿技術(shù)分析1. 連桿表面鍍銅，用來防銹、防滲、美觀。2. 1800+0.04mm和1400+0.04mm以及65±0.015、605±0.15中的上下偏差、公差根據(jù)加工到七級(jí)精度來確定。3. 表面粗糙度由表面的加工精度來取合理的推薦值，比如Ra3.2和Ra1.6分別是粗銑和精銑得到連桿端面的粗糙度。4. 兩個(gè)內(nèi)孔滲碳后淬火、低溫回火，滲碳的厚度為2mm-3mm(與滲碳時(shí)間有關(guān)、一般7-8小時(shí))，回火溫度在150-200，硬度可達(dá)5864HRC,增加孔的表面質(zhì)量和耐磨性。5. 連桿盡量的對(duì)稱和平行，這樣能減少震動(dòng)，延長機(jī)器壽命，根據(jù)加工的精度查表得，兩個(gè)端

13、面的平行度公差值為0.06mm，兩端面相對(duì)于中心平面對(duì)稱度公差值0.15mm.6. 為了保證連桿能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿與銷軸的垂直度有一定的要求：公差值為0.03mm。2、 活塞技術(shù)分析1、4000-0.057（根據(jù)加工等級(jí)和公差確定上下偏差）外圓由于對(duì)耐磨性有很高的要求，故表面Ra1.6，圓度公差值根據(jù)推薦值選0.04mm。2、環(huán)槽與活塞環(huán)配合，所以對(duì)環(huán)槽的要求為垂直度0.08和圓跳動(dòng)度0.04。3、銷孔與活塞銷有配合，所以銷孔的尺寸要求按照七級(jí)加工精度為650+0.03，垂直度公差值為0.08mm，圓度公差值為0.025mm。4、活塞頂面由于直接和燃燒室接觸，故表面的質(zhì)量要求高，用微弧氧化技術(shù)氧

14、化頂面，微弧氧化膜層與基體結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。3、 活塞銷技術(shù)分析1、根據(jù)活塞銷兩個(gè)端面的加工精度等級(jí)為十二級(jí)，故公差為0.57mm，為3270-0.57（根據(jù)最小入體原則）。2、為了減輕活塞銷的重量，在保證強(qiáng)度的情況下打孔，孔直徑為35mm,經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度足夠。3、精磨外圓的目的是為了保證銷與軸承和活塞能配合，取Ra1.6，取圓度公差值為0.09mm.5、 工藝路線設(shè)計(jì)1、 基準(zhǔn)選擇的標(biāo)準(zhǔn) 正確選擇定位基準(zhǔn)是制定機(jī)械加工工藝規(guī)程和進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵?；鶞?zhǔn)的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要問題，基準(zhǔn)的選擇是否合理影響到加工質(zhì)星、生產(chǎn)率和加工成本。

15、定位基準(zhǔn)的選擇合理與否，會(huì)直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程的質(zhì)量基準(zhǔn)選擇不當(dāng)，會(huì)增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設(shè)計(jì)團(tuán)難，甚至達(dá)不到工件的加工精度要求。在設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的過程中，當(dāng)根據(jù)零件工件圖先選擇精基準(zhǔn)，后選料精基準(zhǔn)。結(jié)合整個(gè)工藝過程要進(jìn)行統(tǒng)一考慮，先行工序序要為后續(xù)工序創(chuàng)造條件。（1）粗基準(zhǔn)的選擇粗準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。所以為了便于定位、裝夾和加工 ，可選軸的外圓表而面為定為基準(zhǔn)，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準(zhǔn)。用外圓表面定位時(shí)，因基準(zhǔn)面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量

16、小而均勻，應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。（2）精基準(zhǔn)的選擇根據(jù)活塞桿的技術(shù)要求和裝配要求，應(yīng)選擇活塞桿的左右端面和兩端面的中心孔作為精基準(zhǔn)。零件上的很多表面都可以以兩端面作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工?？杀苊饣鶞?zhǔn)轉(zhuǎn)化誤差，也遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。兩端的中心軸線是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。選用中心軸線為定為基準(zhǔn)，可保證表面最后的加工位置精度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)的重合。2、工藝路線設(shè)計(jì)2.1、連桿工藝路線中國海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械加工工藝過程卡零件名稱發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料牌號(hào)20Cr年產(chǎn)量毛坯種類批量每毛坯件數(shù)工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容機(jī)床刀具模鍛整體模鍛修磨外圓鉗工去毛刺和飛邊鍍銅電鍍銅用于防

17、滲粗銑端面粗銑大小頭端面均留余量1mm，以大頭外輪廓小頭孔壁定位立式銑床平面銑刀精銑端面粗銑大小頭端面均留余量0.4mm，以大頭外輪廓小頭孔壁定位立式銑床平面銑刀粗鏜內(nèi)孔粗鏜大小內(nèi)孔均留余量1.5mm，以端面、大頭外輪廓定位加工小孔，后以小孔壁為定位加工大孔。臥式鏜床鏜刀半精鏜內(nèi)孔粗鏜大小內(nèi)孔均留余量0.7mm，以端面、大頭外輪廓定位加工小孔，后以小孔壁為定位加工大孔。臥式鏜床鏜刀銑油槽銑油槽，以孔壁定位立式銑床油槽銑刀鉆油孔鉆小頭油孔，孔壁與端面定位搖臂鉆床鉆頭倒角鉆出兩孔倒角搖臂鉆床鉆頭熱處理對(duì)工件進(jìn)行碳氮共滲、淬火、回火處理，增加其表面硬度精鏜兩孔精鏜大小孔余量為0.1mm，臥式鏜床鏜刀

18、珩磨兩孔珩磨兩孔內(nèi)壁達(dá)到圖紙要求珩磨機(jī)砂輪清洗檢查各部分尺寸及精度入庫設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)日期指導(dǎo)教師日期2.2、活塞工藝路線中國海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械加工工藝過程卡零件名稱活塞材料牌號(hào)A00原鋁年產(chǎn)量毛坯種類批量每毛坯件數(shù)工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容機(jī)床刀具鑄造模具鑄造車底面止口、下端面車直徑為380mm距離頂面357mm的止口車距離頂面397mm的下端面車床車刀打中心孔頂面圓心處打一定位中心孔打中心孔自動(dòng)車床頂針粗車外圓環(huán)槽粗車外圓至403mm，粗車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至 366mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀半精車外圓、環(huán)槽半精車外圓至400.7mm，半精車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至3

19、63.7mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀粗鏜銷孔粗鏜銷孔至66.4mm鏜床鏜刀半精鏜銷孔半精鏜銷孔至65.4mm鏜床鏜刀車擋圈槽車直徑為72mm寬度為10mm距離活塞外圓32.5mm的擋圈槽車床車刀銷孔倒角銑1mm的45°倒角銑床45°銑刀精車外圓、環(huán)槽精車外圓至400mm，精車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至363mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀精磨銷孔精磨銷孔至65mm磨床珩磨刀具銑頂銑頂至最高點(diǎn)距離止口355mm，最低點(diǎn)距離止口325mm銑床球頭銑刀微弧氧化微弧氧化頂面設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)日期指導(dǎo)教師日期2.3、活塞銷工藝路線中國海洋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)械加工工藝過程卡零件名稱活塞銷材料牌號(hào)20Cr年產(chǎn)量毛坯種類批量每毛坯件數(shù)工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容機(jī)床刀具下料用直徑為70mm的20Cr切下長度為330mm的毛坯件鋸床鋸刀車端面粗車兩端面各2 mm車床車刀鉆孔鉆直徑為35mm的孔立式鉆床麻花鉆粗車外圓粗車外圓2.5mm車床車刀半精車外圓半精車外圓1.7mm車床車刀粗磨端面粗磨兩端面各0.5mm磨床砂輪半精磨端面半精磨兩端面各0.5mm磨床砂輪倒角倒外