汽车连杆加工工艺及夹具设计
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扩大头孔夹具.dwg
扩大头孔零件图.dwg
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目 录
摘要 3
第一章 汽车连杆加工工艺 4
1.1 连杆的结构特点 4
1.2 连杆的主要技术要求 4
1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 5
1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 5
1.2.3 大、小头孔中心距 5
1.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 5
1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求 5
1.2.6 螺栓孔的技术要求 6
1.2.7 有关结合面的技术要求 6
1.3 连杆的材料和毛坯 6
1.4 连杆的机械加工工艺过程 8
1.5 连杆的机械加工工艺过程分析 10
1.5.1 工艺过程的安排 10
1.5.2 定位基准的选择 11
1.5.3 确定合理的夹紧方法 12
1.5.4 连杆两端面的加工 12
1.5.5 连杆大、小头孔的加工 12
1.5.6 连杆螺栓孔的加工 13
1.5.7 连杆体与连杆盖的铣开工序 13
1.5.8 大头侧面的加工 13
1.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题 13
1.6.1 工序安排 13
1.6.2 定位基准 13
1.6.3 夹具使用 13
1.7 切削用量的选择原则 14
1.7.1 粗加工时切削用量的选择原则 14
1.7.2 精加工时切削用量的选择原则 15
1.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 15
1.8.1 确定加工余量 15
1.8.2 确定工序尺寸及其公差 16
1.9 计算工艺尺寸链 17
1.9.1 连杆盖的卡瓦槽的计算 17
1.9.2 连杆体的卡瓦槽的计算 18
1.10 工时定额的计算 19
1.10.1 铣连杆大小头平面 19
1.10.2 粗磨大小头平面 19
1.10.3 加工小头孔 20
1.10.4 铣大头两侧面 21
1.10.5、扩大头孔 21
1.10.6 铣开连杆体和盖 21
1.10.7 加工连杆体 22
1.10.8 铣、磨连杆盖结合面 24
1.10.9 铣、钻、镗连杆总成体 26
1.10.10 粗镗大头孔 27
1.10.11 大头孔两端倒角 27
1.10.12精磨大小头两平面 28
1.10.13 半精镗大头孔及精镗小头孔 28
1.10.14精镗大头孔 28
1.10.16 小头孔两端倒角 29
1.10.17 镗小头孔衬套 29
1.10.18 珩磨大头孔 29
1.11 连杆的检验 30
1.11.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度 30
1.11.2 连杆大头孔圆柱度的检验 30
1.11.3 连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验 30
1.11.4 连杆大小头孔平行度的检验 30
1.11.5 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验 31
第二章 夹具设计 31
2.1 铣剖分面夹具设计 31
2.1.1问题的指出 31
2.1.2 夹具设计 31
1) 定位基准的选择 31
2) 夹紧方案 31
3) 夹具体设计 31
4) 切削力及夹紧力的计算 32
5) 定位误差分析 32
2.2 扩大头孔夹具 33
2.2.1 问题的指出 33
2.2.2 夹具设计 33
1) 定位基准的选择 33
2) 夹紧方案 33
3) 夹具体设计 34
4) 切削力及夹紧力的计算 34
5) 定位误差分析 35
结束语： 36
参考文献: 37
致谢 38
摘 要
连杆是柴油机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，而连杆的刚性比较差，容易产生变形，因此在安排工艺过程时，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。
关键词: 连杆 变形 加工工艺 夹具设计
The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally .
Keyword: Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device
第一章 汽车连杆加工工艺
1.1 连杆的结构特点
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。
在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。
连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。
1.2 连杆的主要技术要求
连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求（图1-1）如下。
连杆总成图（1—1）
1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度
为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.4μm；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2μm。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。
1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度
两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。
1.2.3 大、小头孔中心距
大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：190±0.05 mm。
1.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度
连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）。
1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求
连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3μm。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。
1.2.6 螺栓孔的技术要求
在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3μm加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25 mm。
1.2.7 有关结合面的技术要求
在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。
5) 定位误差分析
① 定位元件尺寸及公差的确定：
本夹具的主要定位元件为一固定定位销，结构简单，但不便于更换。该定位销尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相配孔的尺寸公差相同，即为 Φ29.49h7.
② 对于连杆体剖分面中心距190 0.1的要求，以Φ29.49 的中心线为定位基准，虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位间存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：
ΔDw=δD+δd+Δmin
=0.033+0.012+0
=0.045 mm
ΔDw－－剖分面的定位误差
δD――工件孔的直径公差
δd――定位销的直径公差
Δmin――孔和销的最小保证间隙
此项中心距加工允差为0.2mm,因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。
③ 大头孔两侧面对中心距的要求：扩大头孔时，限制Z轴的转动是一挡板（工序基准），同时亦为第一定位基准，对加工大头孔来说，它与工序基准的距离49及相应的平行度误差只取决于工序基准在夹具中的位置。因为工序基准同时为定位基准，即基准重合，没有基准不重合误差。即基准位置误差为零，定位误差为零。
结束语：
通过对汽车连杆的机械加工工艺及对粗加工大头孔夹具和铣结合面夹具的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识,主要归纳为以下两个方面：
第一方面：连杆件外形较复杂，而刚性较差。且其技术要求很高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。在连杆的实际加工过程中，选用连杆的大小头端面及小头孔作为主要定位基面，同时选用大头孔两侧面作为一般定位基准。为保证小头孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证大小头孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。
对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面，次要的加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及连杆体和盖上的螺栓座面等。
连杆机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。连杆加工路线按连杆的分合可以分为三个阶段：第一个阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二个阶段为连杆体和盖的切开加工；第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。
第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤。
（1）、定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。
（2）、导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是扩大头孔夹具和铣结合面夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定钻套和对刀块的位置尺寸及公差。
（3）、夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用自动夹紧装置。
（4）、夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。
（5）、定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。
（6）、绘制夹具装备图及夹具零件图。
参考文献:
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致谢
首先衷心感教授，论文的选题、研究的方向和设计内容都得到两位教授的精心指导与热情的帮助。两位教授严谨细致的作风，丰富的理论知识给了我很深的启迪，使我受益匪浅。我的论文是在你们悉心指导和严格要求下完成的，我的每一点进步和提高都得益于两位老师的指导、鼓励、影响和支持；同时也使我在思维方法、工作作风以及学习态度方面得到进步。感谢所有关心和帮助过我的老师们、同学们！