機(jī)械制造課程設(shè)計(jì)說明書概要

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TOC\o"1-3"\h\u19276目錄 131104前言 219690一、設(shè)計(jì)任務(wù) 366771、總體任務(wù) 3223652、具體要求 314106二、零件簡(jiǎn)要分析 4325951、活塞產(chǎn)品開發(fā)制造介紹 496762.連桿開發(fā)制造現(xiàn)狀介紹 521670三、毛坯選擇 5169561、連桿毛坯制造方法 5102962、活塞毛坯制造方法 6211113、活塞銷毛坯選擇 717876四、零件技術(shù)分析 7167331、連桿技術(shù)分析 725752、活塞技術(shù)分析 824383、活塞銷技術(shù)分析 97215五、工藝路線設(shè)計(jì) 961401、基準(zhǔn)選擇的標(biāo)準(zhǔn) 952262、工藝路線設(shè)計(jì) 10281772.1、連桿工藝路線 10227772.2、活塞工藝路線 11170522.3、活塞銷工藝路線 124300六、夾具設(shè)計(jì) 1398251、夾具方案的設(shè)計(jì) 1316617七、設(shè)計(jì)總結(jié) 143181八、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(cè)、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)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(cè)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(jiǎn)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?，F(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(zhǎng)。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(shì)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(zhǎng)；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(rùn)滑性和耐磨性，以提高壽命。現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)不論是汽油機(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(rùn)滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤(rùn)滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。毛坯選擇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)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(shì)，用以取代鋁活塞。一般的鋁活塞大多采用金屬模澆鑄，這樣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?；钊N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、零件技術(shù)分析連桿技術(shù)分析連桿表面鍍銅，用來防銹、防滲、美觀。Φ1800+0.04mm和Φ1400+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。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。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)58~64HRC,增加孔的表面質(zhì)量和耐磨性。連桿盡量的對(duì)稱和平行，這樣能減少震動(dòng)，延長(zhǎng)機(jī)器壽命，根據(jù)加工的精度查表得，兩個(gè)端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.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?；钊夹g(shù)分析1、φ4000-0.057（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?；钊N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.工藝路線設(shè)計(jì)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。基準(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。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Ⅰ模鍛整體模鍛Ⅱ修磨外圓鉗工去毛刺和飛邊Ⅲ鍍銅電鍍銅用于防滲Ⅳ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Ⅴ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Ⅵ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Ⅶ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Ⅷ銑油槽銑油槽，以孔壁定位立式銑床油槽銑刀Ⅸ鉆油孔鉆小頭油孔，孔壁與端面定位搖臂鉆床鉆頭Ⅹ倒角鉆出兩孔倒角搖臂鉆床鉆頭Ⅺ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ⅩⅢ精鏜兩孔精鏜大小孔余量為0.1mm，臥式鏜床鏜刀ⅩⅤ珩磨兩孔珩磨兩孔內(nèi)壁達(dá)到圖紙要求珩磨機(jī)砂輪ⅩⅥ清洗ⅩⅦ檢查各部分尺寸及精度ⅩⅧ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Ⅰ鑄造模具鑄造Ⅱ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Ⅲ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Ⅳ粗車外圓環(huán)槽粗車外圓至φ403mm，粗車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至φ366mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅴ半精車外圓、環(huán)槽半精車外圓至φ400.7mm，半精車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至φ363.7mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅵ粗鏜銷孔粗鏜銷孔至φ66.4mm鏜床鏜刀Ⅶ半精鏜銷孔半精鏜銷孔至φ65.4mm鏜床鏜刀Ⅷ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Ⅸ銷孔倒角銑1mm的45°倒角銑床45°銑刀Ⅹ精車外圓、環(huán)槽精車外圓至φ400mm，精車兩個(gè)寬度為20mm的環(huán)槽至φ363mm距離頂面分別為72mm、92mm車床車刀切刀Ⅺ精磨銷孔精磨銷孔至φ65mm磨床珩磨刀具Ⅻ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ⅩⅢ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Ⅰ下料用直徑為70mm的20Cr切下長(zhǎng)度為330mm的毛坯件鋸床鋸刀Ⅱ車端面粗車兩端面各2mm車床車刀Ⅲ鉆孔鉆