連桿加工工藝規(guī)程及夾具設計

連桿加工工藝規(guī)程及大頭孔術磨工序夾具設計摘要連桿是汽油機的主要傳動件之一，本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設計。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要外表的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內應力的作用，并修正加工后的變形，就能最后到達零件的技術要求。機械加工工藝是企業(yè)上品種、上質量、上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保障。然而夾具乂是制造系統的重要部分，工藝對夾具的要求也會提高，專用夾具、成組夾具、組合夾具和隨行夾具都朝著柔性化、自動化、標準化、通用化和高效化方向發(fā)展以滿足加工要求。所以對機械的加工工藝及夾具設計具有十分重要的意義。關鍵詞：連桿；夾具；工藝過程目錄TOC\o"1-5"\h\z1連桿的結構特點 1\o"CurrentDocument"2毛坯選擇 2\o"CurrentDocument"毛坯的材料 2\o"CurrentDocument"毛坯制造方法的選擇 2\o"CurrentDocument"3連桿的主要技術要求 3\o"CurrentDocument"大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 3\o"CurrentDocument"大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度 3\o"CurrentDocument"大、小頭孔中心距 3連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 3\o"CurrentDocument"大、小頭孔兩端面的技術要求 4螺栓孔的技術要求 4\o"CurrentDocument"4連桿機械加工工藝過程分析 4工藝ttS的安排 4定位基準的選擇 5連桝與連桿蓋的銃開工序 5大頭側面的加工 6\o"CurrentDocument"5切削用星的選擇原則 7\o"CurrentDocument"粗加工時切削用量的選擇原則 7切削深度的選擇 7進給量的選擇 8切削速度的選擇 8精加工時切削用量的選擇原則 8切削深度的選擇 8進給量的選擇 8切削速度的選擇 8\o"CurrentDocument"6確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差 10確定加工余量 10確定工序尺寸及其公差 10\o"CurrentDocument"7工時定額 12班磨大頭孔 13\o"CurrentDocument"8連桿大頭孔甫磨夾具設計 13\o"CurrentDocument"基準選擇 13\o"CurrentDocument"夾緊方案確實定 13\o"CurrentDocument"8.3切削力及夾緊力的計算 13&4定位誤差分析 13\o"CurrentDocument"&5夾具設計及操作的簡要說明 13\o"CurrentDocument"9課程設計總結 16\o"CurrentDocument"參考文獻 18連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在汽油機中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，乂受曲軸的驅動而帶動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載荷。連桿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，連桿的大頭孔內裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質的底，底的內外表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，可以用來補償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。在發(fā)動機工作過程中，連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的質量，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)動機運轉均衡，同一發(fā)動機中各連桿的質量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設置了去不平衡質量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質量。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，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有油孔（或油槽），發(fā)動機工作時，依靠曲軸的高速轉動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內，以潤滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動運動副。連桿的作用是把活塞和曲軸聯接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍幕剞D運動,以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇乂是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數主要有5個：（1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿身中心面的對稱度；⑵連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；⑶連桿大、小頭孔平行度；（4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。2毛坯選擇毛坯的材料連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如45鋼、55鋼、406、40C1M11B等。毛坯制造方法的選擇連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據生產類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性）及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現有生產條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據生產綱領為大量生產，連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成一體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鎮(zhèn)孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言，整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯的一種主要形式。總之，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產成本降低，性能提高。連桿的鍛造工藝，將棒料在爐中加熱至1140?12OOC0,先在規(guī)鍛機上通過四個型槽進行規(guī)鍛制坯，然后在鍛壓機上進行預鍛和終鍛，再在壓床上沖連桿大頭孔并切除飛邊見圖2.1。鍛好后的連桿毛坯需經調質處理，使之得到細致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內應力。為了提高毛坯精度，連桿的毛坯尚需進行熱校正。3連桿的主要技術要求連桿上需進行機械加工的主要外表為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結合面及連桿螺栓定位孔等。連桿總成的主要技術要求如下。大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為IT6,外表粗糙度Ra應不大于0.4um：大頭孔的圓柱度公差為0.0047）.006mm,小頭孔公差等級為IT7,外表粗糙度Ra應不大于3.2uni。大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿軸頸產生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較??；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在lOOinrn長度上公差為0.04nun：在垂直與連桿軸心線方向的平行度在100mm長度上公差為0.06mm。3?3大、小頭孔中心距大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機的效率，所以規(guī)定了比較高的要求:261.5^nuiio連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，共至引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級應不低于IT7（大頭孔兩端面對大頭孔的軸心線的垂直度在100mm長度上公差為0.06mm）。3?5大、小頭孔兩端面的技術要求連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級為IT7,外表粗糙度Ra不大于0.8um,小頭兩端面的尺寸公差等級為IT12,外表粗糙度Ra不大于6.3umo這是因為連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內檔之間沒有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方便。在前面己經說過，連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷乂傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術要求外,對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級公差等級和外表粗糙度Ra應不大于6.3uni加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為0.25miiio4連桿機械加工工藝過程分析連桿的主要加工外表為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工外表為連桿體和蓋的結合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工外表為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側面及體和蓋上的螺栓座面等。連桿的機械加工路線是圍繞著主要外表的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側面）；第二階段主要是加工除精基準以外的其它外表，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準備的螺栓孔和結合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要外表的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要外表的半精加工、精加工階段。工藝過程的安排在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度:（1） 連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力〕的作用下容易變形。（2） 連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產生較大的殘余內應力，并引起內應力重新分布。因此，在安排工藝進程時，就要把各主要外表的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產生變形。粗、精加工分開后，粗加工產生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后到達零件的技術條件。各主要外表的工序安排如下：（1） 兩端面：粗銃、精銃、粗磨、精磨（2） 小頭孔：鉆孔、擴孔、較孔、精鎮(zhèn)（3） 大頭孔：擴孔、粗鎮(zhèn)、半精鎮(zhèn)、精鎮(zhèn)、術磨一些次要外表的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側的外外表作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準統一起來，減少了定位誤差。為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要外表的加工要適當配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鎮(zhèn)大、小頭孔前，精磨端面。由于用小頭孔和大頭孔外側面作基面，所以這些外表的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和餃孔，這些工序對于較后的孔與端面的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。剖分面（亦稱結合面）的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證。為了保證銃開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差0.03nmi,并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直度，除夾具本身要保證精度外，鋸片的安裝精度的影響也很大。如果鋸片的端面圓跳動不超過0.02nunJ'lJ銃開的剖分面能到達圖紙的要求，否則可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結合強度有較大的影響。因此，在剖分面銃開以后再經過磨削加工。以基面及小頭孔定位，它用一個圓銷（小頭孔）。裝夾工件銃兩側面至尺寸，保證對稱（此對稱平面為工藝用基準面〕。5切削用量的選擇原則正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經濟性，保證加工質量，具有重要的作用。粗加工時切削用量的選擇原則粗加工時加工精度與外表粗糙度要求不高，毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量(金屬切除率)和必要的刀具耐用度，以提高生產效率和降低加工成本。金屬切除率可以用下式計算：式中：Zw單位時間內的金屬切除量(mm3/s〕；V切削速度(m/s)；f進給量(nini/r)；切削深度(mm〕。提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度％,其次選擇一個較大的進給量度f,最后確定一個合適的切削速度V.選用較大的％和f以后，刀具耐用度t顯然也會下降，但要比V對t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t上升到規(guī)定的合理數值，因此，能使V、f、％的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大％可使走刀次數減少，增大f乂有利于斷屑。因此，根據以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。切削深度的選擇粗加工時切削深度應根據工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應根據工藝系統的剛性和強度來確定。選擇進給量時應考慮到機床進給機構的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量;在剛性和強度較差的情況下，應適當減小進給量。粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。精加工時加工精度和外表質量要求較高，加工余量要小且均勻。因此選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質量，并在此基礎上提高生產效率。精加工時的切削深度應根據粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，這樣會影響加工質量。精加工時限制進給量提高的主要因素是外表粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑,但殘留面積高度增大，切削力上升，外表質量下降。切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產生的范圍。由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度％和進給量f,在保證合理刀具耐用度的前提下，選盡可能高的切削速度V,以保證加工精度和外表質量，并滿足生產率的要求。6確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差確定加工余量用查表法確定機械加工余量：（根據《機械加工工藝員手冊》卩］）表6.1大頭平面加工的工序余量〔57mm〕工藝名稱單面余量工序精度工序尺寸尺寸公差外表粗糙度毛坯————粗銃IT12+0.210精銃1IT10+0.0840粗磨IT8+0.0330精磨IT757577155-0.20324-100X0.2=0.064,則毛坯尺寸為32土（根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》罔表2-29表2—34）（根據《機械工藝員手冊》〔7】表4-22）（鑄造出來的大頭孔為097mm〕工序名稱直徑余量工序經濟精度 工序尺寸 尺寸公差 外表粗糙度

擴孔200±1一次粗鋰2H12代）00川2（擰）二次粗鋰2H12代）00丹12（擰）（續(xù)）工序名稱直徑余量工序經濟精度工序尺寸尺寸公差外表粗糙度半精錘H11（嚴）096096也1（嚴）0.5H8（嚴）0IJQz4-0.04<5\0恥（0 ）瑜磨丹6嚴）097LiZT/+0019\097^6（。）0.4（根據《機械工藝員手冊》⑺表4-22）（根據《機械制造技術基礎課程設計指導教程》〔8］表2—29表2—30）〔鍛造出來的小頭孔為060run）工序名稱工序基本余量工序經濟精度工序尺寸尺寸公差外表粗糙度鉆鉆至052H13嚴052052川3（汁）擴4也0（嚴）056056H10（嚴）

較1”9嚴2)057tj+0.052\057^9(。)精螢7/8(°33)0?&8（嚴）粗鎮(zhèn)〃7（嚴）059nim059/f7(^015)精鎮(zhèn)〃7（：°佃）060mm060/f7(^°25)（根據《機械工藝員手冊》⑺表4一22）工序名稱工序基本余量工序經濟精度工序尺寸公稱尺寸外表粗糙度鉆2IT90014.6(^02)擴2TI80+0.430(°)6.32IT80z+0.06、0(0)7工時定額術磨大頭孔〔選用HM1860J〕根據《機械制造工藝設計手冊》⑴表2.4-66選取數據切削速度V=6m/s進給量f=1.25nun/r切削深度ap=0.10mm根據表3.1—39按機床選取n=1500r/min鎮(zhèn)削工時為：按表2.5—3基本時間tj=2L^/(1000X60)v=(2X30X2)/(1000X6)=0.02min8連桿大頭孔術磨夾具設計為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。這里的夾具為怖磨大頭孔的專用夾具。基準選擇小頭孔是定位基準，在用作定位基面之前先進行了擴狡孔。王行磨大頭孔之前，連桿的兩個端面，即小頭孔及大頭孔的兩側面己經進行了精銃工序具有很高的外表精度，因此怖磨大頭孔時釆用連桿端面和大、小頭孔定位，連桿大、小頭孔兩端分別釆用夾具體和定位螺釘進行對中定位。夾緊方案確實定

此工序加工的孔為通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但實際上以工件的端向上的移動和轉動,面定位時，必須限制該方向上的自由度。故應按完全定位設計夾具。夾具體限制X軸方向上的移動和轉動,六角螺釘限制了y軸方向上的移動、轉動和z軸方向上的轉動。另外設置一輔助工件在加工中外設置一輔助工件在加工中支承，以增加的支承剛性。1—夾具體2—螺釘3—導板4—定位板5—輔助支承6—墊圈7—六角螺釘圖&1連桿夾具裝配圖8.3切削力及夾緊力的計算由于本工序主要是術磨大頭孔，所以只對夾具的定位穩(wěn)定性進行計算，及夾緊力和鉆削力的計算。怖磨大頭孔時的切削力計算：根據（《機械加工工藝手冊》李洪主編）瑜磨大頭孔時的切削力為：Fc-Cptgg，3°；0l，87tgtZdo式中：B 切削寬度；Cp 工件材料對切削力影響系數；K 刀具前角對切削力的影響因素；& 切削速度對切削力的影響因素；所以，Fc二*0.9*1*1068*2°-36*0.15°-87所以，Fc二*0.9*1*1016器&怖磨大頭孔時的扭矩為M=9.81*0.0521*更*f08*km=9.81*0.0521*163*3.608夾緊力的計算：根據（《機床夾具設計手冊》第三版王光斗王春福主編）表1-3-11W=kJ（晉）$+/-sin^/2f=2.5*I（27785.62）2+6325.84?-sin0°/（）716在計算切削力時，必須考慮安全系數;