连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书

I摘 要连杆加工是机械制造工艺中的一种典型零件加工，本文主要论述了连杆的加工工艺及其镗大头孔夹具设计，目的是希望能在降低产品的生产成本的同时又可以制造出品质优良的产品，在最少的工序或加工时间中制造出满足形状、尺寸、精度及表面粗糙度等要求的产品。因此在安排连杆加工工艺的路线时，就需要将各主要表面的粗精加工工序分开，逐渐减少加工余量，最终达到加工要求。夹具是制造系统的重要组成部分，在这次设计中会涉及到通用夹具、专用夹具等夹具，而本文将详细的论述镗大头孔的专用夹具的设计，主要论述镗大头孔的定位、切削力和夹紧力的计算、夹紧装置的设计、夹具体的设计。本次设计采用连杆盖和连杆体分离锻造，并采用合理的工艺路线，而夹具设计采用一面两销的定位方案，螺旋压板夹紧机构，最终达到要求。关键词：连杆；加工工艺；夹具设计ABSTRACTThe connecting rod processing is a typical kind of parts processing in manufacturing technology. The main point of the thesis is about the processing techniques of connecting rod and its jig design, which aims at manufacturing good products and reducing the production cost, and all the products can be manufactured to match the right shape, size, accuracy, and surface roughness with the least procedures and time. Therefore in order to reach the process requirement, the main surface roughness process needs to be separated, and then the finishing allowance can be reduced gradually. Fixture is an important part of manufacturing system. This design involves Universal fixture, Special fixture, and so on. Meanwhile the thesis will discuss about the special fixture design of boring head whole in details, such as positioning, the calculation of cutting force and clamping force, the design of clamping device, and the design of fixture. This design adopts separation forging connecting rod cover and body, and using reasonable technology route, the fixture design adopts a two pin positioning scheme, powder tightly on the screw mechanism, finally achieved.Keywords: connecting rod; processing technology; fixture designIII目 录摘要 IABSTRACT.II第一章 绪 论 .11.1 连杆的特点 11.1.1 连杆的组成 .11.1.2 连杆的作用 .11.1.3 主要损坏形式 .11.2 连杆的材料和发展趋势 11.2.1 传统材料 .21.2.2 新型材料 .21.2.3 空压机连杆材料展望 4第二章 连杆的加工工艺 62.1 连杆的结构工艺性分析 .62.1.1 连杆结构 62.1.2 连杆的材料 62.1.3 连杆的工艺分析 62.2 毛坯的选择 .62.2.1 确定毛坯的种类 62.2.2 确定毛坯的形状 72.3 机械加工工艺路线的制定 .72.3.1 定位基准的选择 72.3.2 制定工艺路线 82.4 工序设计 .112.4.1 机床的选择 112.4.2 工艺装备的选择 122.4.3 量具的选择 132.5 确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 .132.5.1 大头孔的工序尺寸及其公差的确定 132.5.2 小头孔的工序尺寸及其公差的确定 142.5.3 螺栓孔的工序尺寸及其公差的确定 .142.5.4 大头孔端面的工序尺寸及其公差的确定 .142.5.5 钻小头油孔的工序尺寸及其公差的确定 142.6 确定切削用量及基本工时 .152.6.1 单件时间定额的组成 152.6.2 确定工序的切削用量及基本工时 15第三章 镗大头孔车床夹具设计 253.1 车床夹具的设计要求 .253.1.1 定位装置的设计 253.1.2 夹紧装置的设计 253.1.3 夹具与机床的联接 253.1.4 机床夹具总体结构 253.2 问题的提出 .253.3 夹具设计 .253.3.1 确定定位方案，设计定位装置 253.3.2 确定夹紧方式以及切削力和夹紧力的计算 263.3.3 加工精度的分析 283.3.4 配重块的计算 293.4 夹具在车床主轴上的安装 30第四章 结论 .31参考文献 32致谢 .33XXXXX）1第 1 章 绪论1.1 连杆的特点1.1.1 连杆的组成连杆一般由连杆体和连杆盖组成。连杆一般中碳钢或合金钢弹压而成。连杆小端与活塞销相连，工作时与销之间有相对运动，小头孔中有寸套（青铜） 。在连杆的小端和寸套上钻有小孔（油道） ，用来润滑小端和活塞销。连杆杆身通常作成工字型断面，以求增加其强度和刚度。在其中间油润滑油道。连杆大头与曲轴的曲柄销相连，大头一般作剖分式的，被分开的部分称为连杆盖，接特制的连杆螺栓紧固在连杆的大头上。连杆盖与连杆大头是组合搪孔，为了防止装配错误，在同一侧有配对记号。大头孔表面有很高的光洁度，以便与连杆轴瓦紧密贴和。连杆大头还铣有定位槽，连杆的大端还有有孔。 连杆大头按剖分面可分为平切口和斜切口两种。一般汽油机连杆大头的直径小于气缸的直径，采用平切口；柴油机受力大，其大头直径较大，超过气缸的直径，采用斜切口，一般与连杆轴线成 3060夹角。连杆螺栓是经常受交变应力作用的重要零件，安装时，必须牢固可靠，要符合工厂规定的拧紧力矩，分 23 次拧紧。1.1.2 连杆的作用将活塞承受的力传给曲轴，从而使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。连杆承受活塞销传来得气体的作用力以及本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力，这些力的大小和方向都是周期性变化的，因此，连杆受到的是压缩、拉升和弯曲等较边载荷。1.1.3 主要损坏形式连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能；又要求具有足够的钢性和韧性。统连杆加工工艺中其材料一般采用 45 钢、40Cr 或 40MnB 等调质钢，硬度更高，因此，以德国汽车企业生产的新型连杆材料如 C70S6 高碳微合金非第 1 章 绪论调质钢、SPLITASCO 系列锻钢、FRACTIM 锻钢和 S53CV-FS 锻钢等(以上均为德国din 标准)。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏感。所以，在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求，还应注意表面加工质量以提高疲劳强度，否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。1.2 连杆的材料和发展趋势连杆作为车用空压机能量转换的主要运动部件，承受着较高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，这就要求连杆除具有足够的强度和刚度外，还应具有尽可能小的质量，以适应轻量化设计及空压机性能的要求。1.2.1 传统材料1.2.1.1 可锻铸铁和球墨铸铁可锻铸铁和球墨铸铁为空压机连杆的传统用材。由于珠光体可锻铸铁连杆成本相对较低，因此较早地被国外所采用，且成功地取代了部分锻钢连杆。此后，随着球铁技术的发展及其在汽车零部件上的广泛应用，珠光体可锻铸铁连杆又被球墨铸铁连杆所替代。但无论是哪种铸铁连杆，在浇铸过程中都易产生夹渣、气孔和疏松等铸造缺陷，这也是造成铸铁连杆失效的主要原因。因此，为确保铸铁连杆的质量，需严控铁水的温度、纯度和化学成分，采取加压排气精炼、强力喷丸处理等特殊工艺和措施。1.2.1.2 碳素钢和合金钢碳素钢、合金钢也是空压机连杆的传统用材（如 40、45、40Cr 钢等） 。通常较小排量的空压机采用正火或调质的碳素钢连杆，其硬度可达 229269HBS，抗拉强度可达800 N/mm2 以上，冲击韧度也在 60 J/cm2 以上。而较大排量的空压机则采用调质的合金钢连杆，其硬度可达 300HBS，抗拉强度可达 900 N/mm2 以上，冲击韧度也在 80 J/cm2 以上。这样，可保证其具有足够的强度和塑性，获得良好的综合力学性能，见表1。表 1-1 空压机连杆材料与性能材料牌号 热处理方式 硬度 HBS正火 22926940调质 229269XXXXX）3正火 22926945调质 22926940Cr 调质 2332801.2.2 新型材料1.2.2.1 非调质结构钢空压机非调质钢连杆多用于排量较大的空压机，其连杆用非调质钢分为微合金非调质结构钢和高碳非调质结构钢两大类。其中，微合金非调质结构钢多采（或托氏体）+铁素体组织，具有很高的疲劳寿命。实测微合金非调质结构钢连杆化学成分见表 2。而高碳非调质结构钢为新型高碳钢，可适用于空压机连杆裂解，进而减少了生产工序，节省了能源、降低了成本，同时也避免了热处理过程中产生的淬火裂纹、变形等质量缺陷，保证了产品质量。目前，空压机连杆用高碳非调质结构钢主要有德国的高碳微合金非调质钢 C70、C70S6 及法国的高碳微合金非调质钢 C70E3 等，其化学成分见表3，连杆的力学性能见表 4。表 1-2 实测微合金非调质钢连杆化学成分（%）牌号 C Si Mn P S Cr V40MnV 0.41 0.53 1.46 0.024 0.037 0.195 0.0838MnV 0.37 0.58 1.33 0.013 0.025 0.109 0.0835MnVS 0.36 0.48 0.13 0.018 0.359 0.09表 1-3 空压机连杆用高碳非调质钢化学成分参考值（%）牌号 C Si Mn P S Cr Ni Mo V Cu AlC70 0.670.73 0.150.400.520.720.0450.060.080.200.200.050.030.06 0.01C70S6 0.670.73 0.150.250.450.550.0450.060.070.100.200.200.030.030.04 0.01表 1-4 空压机连杆用高碳非调质钢的力学性能Rp0.2/ Nmm-2Rm/ Nmm-2A/%Z/% K/Jcm-2硬度 HBS第 1 章 绪论国外连杆 570 920 11 21 30 270TL1470 规范指标520 9001 050 10 040 2633101.2.2.2 铝合金空压机铝合金连杆属厚壁件，采用压铸工艺难以获得质量优良的毛坯，而采用锻造工艺其生产成本较高，且可供选用的锻造铝合金耐磨性较差，无法满足无轴瓦、轴套铝合金连杆的使用要求。在这种情况下，只有挤压铸造工艺才是较为理想的工艺方案。目前，空压机铝合金连杆主要采用 ZL108、ZL202 等材料，应用挤压铸造工艺，将液态铝合金材料在压力作用下结晶凝固，可获得组织致密均匀、晶粒细化、力学性能良好、表面光洁、机械加工量少的优质连杆，符合轻量化设计的要求，有利于空压机性能的提高，且不受合金牌号的限制。其连杆的力学性能见表 5。表 1-5 空压机铝合金连杆的力学性能生产方式 合金种类 Rm/ Nmm-2 A/% 硬度 HBSZL108 265315 1.54.0 100挤压铸造ZL202 400 8 100金属型铸造 ZL108 235275 80锻造 LD2 295 12 851.2.2.3 粉末冶金用粉末锻造法生产粉末锻造连杆或烧结锻造连杆起源于 20 世纪 70 年代，该法是将常规粉末冶金工艺与精锻工艺相结合，既具有粉末冶金的特性又具有机械精锻的优点。用该法生产的连杆具有精度高、质量轻、密度大、偏差小、力学性能好等特点，且工艺流程短、生产工序少，从而降低了生产成本。与锻钢连杆相比，可节省材料约 40%，可降低生产成本约 10%，可节约能源消耗约 50%。空压机粉末锻造连杆的力学性能见表6。表 1-6 空压机粉末锻造连杆的力学性能/kgm-3Rp0.2/ Nmm-2Rm/ Nmm-2A/%Z/%XXXXX）57800 540 7801000 15 35目前，日本丰田汽车公司采用成分为 Fe-2Cu-0.55C-0.1S 合金粉末生产的汽车发动机连杆已商品化，且与锻钢连杆具有等同的疲劳性能。德国也采用成分为 Fe-（0.350.45） C-（0.30.4）Mn-（0.10.25）Cr-（0.20.3）Ni 的粉末冶金连杆装配于Porsche928 高性能发动机上，且效果良好。到目前为止，国外还没有将粉末锻造连杆批量应用到空压机上的先例。而我国烧结锻造技术比较落后，专用的粉末冶金设备及粉末品种较少，烧结锻造质量差且不稳定，烧结保护气体还需进一步研究改进，这些都将制约着粉末锻造空压机连杆的研究，是今后亟待解决的课题。1.2.2.4 塑料塑料可使空压机连杆显著轻量化，在空压机上最多可减少 40%的摆动质量，其机理是采用碳纤维强化用以制造塑料连杆（CFRP） 。但目前仍未获得令人满意的疲劳强度，况且纤维材料价格昂贵，布放工艺复杂，成本居高不下，严重制约了其研发，因而在近期难以大量应用。1.2.3 空压机连杆材料展望传统可锻铸铁、球墨铸铁材料生产的空压机连杆具有价格优势，一些低端空压机仍将采用，但却面临着粉末锻造连杆的挑战。碳素钢、合金钢模锻生产的空压机连杆虽然仍占有一席之地，却大有被铝合金连杆、粉末锻造连杆、非调质结构钢裂解连杆所替代的趋势，并将随着挤压铸造、粉末锻造及裂解技术的不断提高，终将被替代。尤其是铝合金挤压铸造连杆，其符合轻量化设计的理念，可改善空压机的工况，提高空压机的可靠性，延长空压机的使用寿命。目前，国外匹配铝合金挤压铸造连杆的高端空压机已大批量装车，并已打入国内市场。国内虽也有一些铝合金空压机连杆生产厂家，但与国外相比，存在着材料、工艺等诸多问题，亟待解决。碳纤维强化塑料空压机连杆是目前空压机连杆中质量最轻的，但存在技术和经济方面的诸多问题，需在技术上有重大突破，方可批量生产应用。第 2 章 连杆的加工工艺第 2 章 连杆的加工工艺2.1 连杆的结构工艺性分析2.1.1 连杆结构连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头孔到小头孔逐渐变小，以适应在工作承受的急剧变化的动载荷，连杆多数为整体结构，为了减少磨损和磨损后便于修理，在连杆小头空中压入青铜衬套，大头孔中装有薄壁巴氏合金轴瓦。2.1.2 连杆的材料连杆通常选用 45 钢，硬度 HBS229269，质量为 2.2Kg。2.1.3 连杆的工艺分析2.1.3.1 连杆的作用把活塞和曲轴联接起来，是活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以便输出动力。2.1.3.2 反映连杆精度的 5 个参数连杆大头螺栓孔与结合面的垂直度连杆大头螺栓孔两中心线的平行度连杆大、小头孔中心距尺寸精度连杆大、小头孔关于大头孔侧面的平行度连杆大、小头孔的圆柱度2.2 毛坯的选择毛坯是根据零件所要求的形状、尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象，毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产品质量、材料消耗和生产成本有着XXXXX）7直接的影响。2.2.1 确定毛坯的种类机械零件常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及粉末冶金件和工程塑料件等。由于连杆零件选用 45 钢，且要求机械性能要求高，固采用锻件。然后在根据生产类型选择，因为连杆的生产批量为中批量生产，固采用段建中的模锻件。查机械制造工艺设计简明手册 （后面简称设计简明手册 ）表 1.3-1 得到毛坯制造方法表 2-1 毛坯制造参数毛坯制作方法 最大质量（kg ） 最小壁厚（mm） 形状复杂程度 试用材料模锻 至 100 2.5 由锻造难易而定 碳素钢、合金钢生产类型 精度等级 毛坯尺寸公差（mm）表面粗糙度（mm）生产率成批、中批量生产12-14 0.2-2 Ra 12.5 高其他锻件力学性能好，强度高2.2.2 确定毛坯的形状为了减少机械加工工作量和节约金属材料，毛坯应尽可能接近零件形状。然后根据机械制造技术基础P185 确定毛坯的要求，大致确定毛坯图。第 2 章 连杆的加工工艺图 2-1 毛坯图2.3 机械加工工艺路线的制定2.3.1 定位基准的选择2.3.1.1 粗基准的选择粗基准选择遵循的原则：以不需要加工表面作为粗基准以工件上要求余量均匀的重要表面作为粗基准以平整且面积大的表面作为粗基准粗基准一般只能使用一次根据上述的原则，我选择大头孔端面为粗基准。具体的原因有 2 点：该加工表面为连杆的重要表面，为保证其余量均匀;毛坯的大头孔端面较为光洁。2.3.1.2 精基准的选择因尽量遵守基准重合原则，以减少因基准不重合而引起的定位误差，应尽量选择工序基准，因此，选择半精加工后的小头孔、大、小头孔端面为精基准。2.3.2 制定工艺路线制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度和位置精度等技术要求能得到合理的保证。既要保证零件的加工力量，又要使加工成本最低，而且要注意加工表面的精度和粗糙度要求、零件的材料和热处理要求、零件的生产类型，更加要考虑本厂现有技术水平、生产条件等。工艺路线方案一：连杆体的加工工艺过程工序 10 粗、精铣两端面工序 20 粗磨两端面工序 30 粗镗小头孔及倒角工序 40 粗、精铣工艺凸台工序 50 半精镗小头孔XXXXX）9工序 60 粗、精铣结合面工序 70 钻、扩螺纹孔及孔口倒角工序 80 粗镗大头孔工序 90 粗磨结合面工序 100 中间检验工序 110 攻丝连杆盖的加工工艺过程工序 10 粗、精铣端面工序 20 粗、精铣结合面工序 30 粗铣螺栓孔平面工序 40 粗磨端面工序 50 粗镗内半圆面工序 60 钻、扩螺纹孔及孔口倒角工序 70 粗磨结合面工序 80 中间检查连杆合体加工加工工艺过程工序 10 连杆体和连杆盖打号、装配、清洗、紧固螺栓工序 20 粗磨两端面工序 30 精磨两端面工序 40 精镗小头孔工序 50 粗镗大头孔工序 60 半精镗大头孔及孔口倒角工序 70 精镗大头孔工序 80 钻小头油孔及倒角工序 90 铣落差及孔口倒角工序 100 珩磨大头孔工艺路线方案二工序 10 正火工序 20 粗铣两端面工序 30 半精铣两端面工序 40 粗铣工艺凸台第 2 章 连杆的加工工艺工序 50 粗铣螺栓孔平面工序 60 钻螺栓孔工序 70 扩、铰孔及倒角工序 80 攻丝工序 90 切断工序 100 粗铣结合面工序 110 粗镗小头孔工序 120 粗镗大头孔工序 130 粗铣螺栓孔平面工序 140 钻螺栓孔工序 150 扩、铰孔及倒角工序 160 粗磨结合面工序 170 精铣两端面工序 180 连杆体与盖装配工序 190 钻小头油孔及孔口倒角工序 200 半精镗小头孔工序 210 半精镗大头孔工序 220 粗磨大头孔工序 230 精磨大头孔工序 240 精镗小头孔工序 250 珩磨大头孔工序 260 拆连杆体与盖工序 270 检查工艺方案的比较分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一：先加工两端面而且达到较高的精度，然后把大头孔加工到较高的精度，是先粗镗小头孔后在半精镗。而方案二：则没有把两端面和小头孔加工到较高的精度。方案一：粗镗大头孔，放在钻、扩、铰螺纹孔及孔口倒角之后。而方案二：则是先粗镗大头孔后，钻、扩、铰螺纹孔。两者相比较，可以看出方案二中的先以去除足够的余量为主，先不考虑是否能达到足够的要求。因此方案二中将半粗镗小头孔放在连杆体与盖合并后加工，能更好地校正前面粗加工带来的误差，使精加工达到更高的要求，XXXXX）11并且也能很好地保证其尺寸精度。方案一：连杆体与盖的两端面是分开加工的，而方案二则是将连杆体与盖放在一道工序加工，首先能省工时和机床设备等资源，还有一个重要的问题是方案一种很多粗、精加工放在一道工序加工。这样粗、精精加工的精度要求不同，对机床的精度和其他设备要求也不同，方案二则更加经济，其他加工工序大致相同。方案一中是先加工完结合面后在加工螺栓孔平面。而方案二则是采用互为基准的原则，先以结合面为粗基准加工螺栓平面，然后以螺栓孔平面加工结合面，这样交替加工可以是两端面达到一定的精度要求，因此相比之下选择方案二，然后在其中加入一些辅助工序，如去毛刺、检验、最后的加工路线确定如下：工序 10 正火工序 20 粗铣两端面工序 30 半精铣两端面工序 40 粗铣工艺凸台工序 50 粗铣螺栓孔平面工序 60 钻螺栓孔工序 70 扩、铰螺栓孔及倒角工序 80 攻丝工序 90 切断工序 100 粗铣结合面工序 110 精磨结合面工序 120 清洗工序 130 中间检查工序 140 连杆体与盖装配工序 150 精铣两端面工序 160 粗镗小头孔工序 170 粗镗大头孔工序 180 钻小头油孔及孔口倒角工序 190 半精镗大头孔工序 200 半精镗小头孔工序 210 调质工序 220 精镗大头孔第 2 章 连杆的加工工艺工序 230 精镗小头孔工序 240 去毛刺工序 250 珩磨大头孔工序 260 拆连杆体与盖工序 270 去全部毛刺工序 280 清洗、吹净工序 290 称重量工序 300 检验工序 310 连杆体与盖对号、装配2.4 工序设计2.4.1 机床的选择工序 2、3、4、5 是粗铣平面，成批生产不是要求很高的生产率，固选择卧式铣床就能满足要求。本零件的轮廓尺寸不是很大，加工精度要求不是很高，选用常用的立式铣床 X51。 （查设计简明手册表 4.2-35）工序 6、23 是钻 15 螺栓孔和 5 小头油孔，根据钻孔的直径，可以选择摇臂钻床 Z3025（查设计简明手册表 4.2-14）工序 11、12 是镗大头孔和小头孔，由于加工零件的尺寸不大，固宜在车床上镗孔。由于要的精度高，表面粗糙度要求较低，固选用落地卧式车床 C630（查设计简明手册表 4.2-4）工序 18、27、30 是磨削加工，因为这些工序里又有磨削端面又有磨削内圆，然后其粗糙度的要求，固选择万能外圆磨床（查设计简明手册表 4.2-30）2.4.2 工艺装备的选择2.4.2.1 夹具的选择本零件除了几个重要的加工部位的加工需要专用夹具以外，其他部分的加工按照加工要求选择通用夹具。2.4.2.2 刀具的选择在机械加工中常用的金属切削刀具有车刀、中心钻、麻花钻、扩孔钻、铰刀、丝锥、XXXXX）13铣刀和齿轮、花键刀具等。在生产中，除了大批量生产和加工特殊形状零件有时采用高效专用刀具、组合刀具和特殊刀具外，一般采用标准刀具。恰当合理地选用标准刀具是保持加工质量，提高生产率的一个重要问题。2.4.2.2.1 车刀的选择在车床上加工的工序，一般选用硬质合金车刀和镗刀，根据连杆大、小头孔的余量比较大，而连杆的材料为 45 钢，固采用 45 度外圆车刀镗孔，而且其材料硬度HBS229269。根据机械制造技术课程设计指导 （后面简称设计指导 ）表 1-144选择刀具的材料为 P 类 YT15。2.4.2.2.2 孔类加工刀具根据连杆中螺栓孔和出油孔的尺寸和加工表面粗糙度 Ra6.3，选择麻花钻，查设计指导表 1-113 直柄麻花钻（GB1436-85）选择直柄麻花钻，d 取 4.5，L 取86，L 1=52，尺寸参数图如下：图 2-2 直柄麻花钻2.4.2.2.3 铰刀的选择因为麻花钻钻螺栓孔只能粗糙度只能达到 Ra6.3，固选用铰刀进行精加工，公差等级为 IT6IT8，加工表面的粗糙度能够达到 Ra1.60.4mm。由于为 H7 的孔，固采用手用铰刀进行铰孔。查设计指导表 1-135 手用铰刀（GB/T1131-1984）得到L=87，l=44 ，=4 ，d=5。尺寸参数如下图：图 2-3 手用铰刀2.4.2.2.4 铣刀的选择第 2 章 连杆的加工工艺铣刀的选用依据设计指导表 1-121 铣削深度 ap、铣削宽度 ae的选用，选择镶齿套式面铣刀。2.4.2.2.5 磨具的选择磨削加工时常使用的切削工具是砂轮，它是由磨料和结合剂构成，并经烧结灬河道的多孔物体。其特性取决于砂轮的磨料、粒度、结合剂、硬度和组织等参数。根据机械制造技术基础表 3.5 选择棕刚玉的磨料，根据零件需要要磨削的粗糙度选择：粗磨选择小粒度;精磨选择大粒度。结合剂一般选用常用的陶瓷。2.4.3 量具的选择在机械加工中，常用的计量器有各种量规、游标卡尺、百分尺、千分尺、百分表、千分表、千分比较仪、90 度角尺、方形平尺及正弦规等。在本次零件加工中，其面的粗糙度为 0.0250.03，固测量面采用游标卡尺：而内孔的测量，采用塞规。2.5 确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸连杆的材料为 45 钢，其硬度 HBS 为 229269，毛坯质量重 2.2Kg。生产类型为中批量生产，采用的模锻毛坯。对于简单的工序尺寸，只需根据工序的加工余量就可以算出各工序的基本尺寸，其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算的。各加工尺寸的公差按加工方法的经济精度确定，并按“入体原则”标注。2.5.1 大头孔的工序尺寸及其公差的确定大头孔的设计要求为 70H70+0.03，Ra=1.6 ,毛坯为锻造件，在中批量生产的条件下，其加工工艺路线为：粗镗-半精镗-粗磨-珩磨。其工序尺寸如表 2-2：表 2-2 大头孔工序尺寸及公差工序经济精度工序步骤 工序双边余量公差等级 公差值/mm最小极限尺寸/mm工序尺寸及极限偏差珩磨 0.1 IT 6 0.03 70 700+0.03粗磨 0.4 IT 9 0.12 69.9 69.90+0.12半精镗 1.5 IT10 0.19 69.5 69.50+0.19粗镗 2 IT12 0.3 68 680+0.3XXXXX）15毛坯 2 65 6612.5.2 小头孔的工序尺寸及其公差的确定孔的设计要求为 46H70+0.025，Ra=3.2 ，毛坯为锻造件，在中批量生产的条件下，其加工工艺路线为：粗镗-半精镗-精镗。其工序尺寸如表 2-3：表 2-3 小头孔工序尺寸及公差工序经济精度工序步骤 工序双边余量公差等级 公差值/mm最小极限尺寸/mm工序尺寸及极限偏差精镗 0.5 IT9 0.025 46 460+0.025半精镗 1 IT10 0.1 45.5 45.50+0.1粗镗 2 IT12 0.25 44.5 44.50+0.25毛坯 2 41.5 42.512.5.3 螺栓孔的工序尺寸及其公差的确定 螺栓孔的设计要求为 15H80+0.043，Ra=3.2 ,毛坯为锻造件，在中批量生产的条件下，其加工工艺路线为：钻-扩-铰。其工序尺寸如表 2-4：表 2-4 螺栓孔工序尺寸及公差工序经济精度工序步骤 工序双边余量公差等级 公差值/mm最小极限尺寸/mm工序尺寸及极限偏差铰 0.15 IT9 0.043 15 150+0.043扩 0.85 IT10 0.07 14.85 14.850+0.07钻 IT11 0.11 14 140+0.112.5.4 大头孔端面的工序尺寸及其公差的确定大头孔端面的设计要求为 40CB+0.12 -0.05，Ra=3.2，毛坯为锻造件，在中批量生产的条件下，其加工工艺路线为：粗铣-半精铣-精铣。其工序尺寸如表 2-5：表 2-5 大头孔端面工序尺寸及公差第 2 章 连杆的加工工艺工序经济精度工序步骤 工序双边余量公差等级 公差值/mm最小极限尺寸/mm工序尺寸及极限偏差精铣 0.5 IT7 0.25 39.99 40+0.015 -0.01半精铣 1 IT9 0.062 40.49 40.5+0.032 -0.03粗铣 1.5 IT12 0.025 41.4 41.5+0.15 -0.1毛坯 2 42.5 43.512.5.5 钻小头油孔的工序尺寸及其公差的确定小头油孔的设计要求为 2*5，毛坯为锻造件，在中批量生产的条件下，其加工工艺路线为：钻。其工序尺寸如表 2-6：表 2-6 小头油孔工序尺寸及公差工序步骤 工序的双边余量 工序尺寸钻 0.2 52.6 确定切削用量及基本工时2.6.1 单件时间定额的组成时间定额是指在一定生产条件下，规定完成一件产品或完成一道工序所需消耗的时间。时间定额不进是衡量劳动生产率的指标，也是安排生产计划、核算生产成本的重要依据，还是新建或扩建工厂（车间）时计算设备和工人数量的依据。完成一个工件的一道工序的时间定额，称为单件时间定额，它由基本时间（t 1） 、辅助时间（t 2） 、布置工作场地时间（t 3） 、休息和生理需要时间（t 4）组成。基本时间和辅助时间的总和称为操作时间，而布置工作场地时间和休息和生理需要时间一般为操作时间的 2%。XXXXX）172.6.2 确定工序的切削用量及基本工时工序 1 正火依据热处理技术要求工序 2 粗铣两端面粗铣大头孔端面查设计简明手册表 4.2-35 立式铣床 X51 的功率为 4.5Kw查设计指导表 1-149 fz=0.040.06mm/z取铣刀每齿进给量 fz=0.05mm/z查设计简明手册表 3.1-28 ap=5 ae=90 d=110130 查设计指导表 1-151 v=47.5 d=125 z=14 ae=75(2-1) dvns10将数据带入公式（2-1）得：n s=121.01 查表得：ns=125r/min切削实际速度： =47.1m/min1025v切削工时： (2-2)mfLt211查设计简明手册表 6.2-7，取 L=85, =14.5,L2=2,)21(5.021 eadfm=fz*z* ns=84,将查表所得带入公式 2-2 的 t1=1.20min辅助时间：查设计简明手册表 6.3-5 得：装夹时间为 0.05min。查设计简明手册表 6.3-6 得：松开，卸下工件时间为 0.04min。 查设计简明手册表 6.3-7 得：操作时间为 0.05min。查设计简明手册表 6.3-8 得：测量时间为 0.14min。所以 t2=0.05+0.04+0.05+0.14=0.28min 单件时间 t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.07min粗铣小头孔端面查设计指导表 1-149：f z=0.040.06mm/z，取 fz=0.05mm/z，查设计简明手册表 3.1-28：a p=4 ae=60d=7590，第 2 章 连杆的加工工艺查设计指导表 1-151：v=45.8m/min,d=80,z=10, a e=48,由公式 2-1 得，n s=182.32r/min查表得：n s=185r/min实际切削速度： =46.72m/min1025v切削工时：L=62，L 1=9，L 2=2，f m=92.5 带入公式 2-2 得：t 1=0.78min辅助工时：辅助工时与粗铣大头孔端面相同，则 t2=0.28min单件时间 t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.48min工序 3 半精铣两端面半精铣大头孔端面基本时间与粗铣一样，则 t1=1.20min辅助时间与粗铣一样，则 t2=0.28min单件工时与粗铣一样，则 t 单 =2.07min半精铣小头孔端面基本时间与粗铣一样，则 t1=0.78min辅助时间与粗铣一样，则 t2=0.28min单件工时与粗铣一样，则 t 单 =1.48min工序 4 粗铣工艺凸台查设计指导表 1-149, fz=0.040.06，取 fz=0.04mm/z查设计简明手册表 3.1-28，得 ap=4,ae=40,d=5075查设计指导表 1-151，v=45.8m/min,d=80,z=10, a e =48由公式 2-1 得，n s=182r/min查表得：n s=185r/min实际切削速度： =46.72m/min1085v切削工时：L=25，L 1=9,L2=2.fm=74，带入公式 2-2 得：t 1=0.48min。因为同样是铣削加工，固辅助时间相同，则 t2=0.28min。单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.06min工序 5 粗铣螺栓孔平面查设计指导表 1-149 得：f z=0.040.06，取 fz=0.05mm/z查设计简明手册表 3.1-28，得 ap=4,ae=60,d=5075查设计指导表 1-151，v=45.8m/min,d=80,z=10, a e =48由公式 2-1 得，n s=182r/minXXXXX）19查表得：n s=185r/min实际切削速度： =46.72m/min1085v切削工时：L=30，L 1=9,L2=2.fm=92.5，带入公式 2-2 得：t 1=0.44min因为同样是铣削加工，固辅助时间相同，则 t2=0.28min。单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.4min工序 6 钻螺栓孔钻 14 的通孔：查设计指导表 1-160 得：v=20，f z=0.13由公式 2-1 得，n s=424.62r/min查表得：n s=400 r/min实际切削速度： =18.84m/min1045.v切削工时：查设计简明手册表 6.2-5 得：(2-3)mfLt211式中：L 为加工的工件长度， ,L2=14，f m=fz*ns)(1rctgkdDLL=85，L 1=8.5，L 2=2，f m=2.44（其中 kr 取 90 度）带入公式（2-3）得：t 1=1.83min。辅助时间：查设计简明手册表 6.3-9 得：装夹时间为 0.03min。查设计简明手册表 6.3-10 得：松开，卸下工件时间为 0.05min。 查设计简明手册表 6.3-11 得：操作时间为 0.17min。查设计简明手册表 6.3-12 得：测量时间为 0.04min。所以 t2=0.03+0.05+0.17+0.04=0.29单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.41min工序 7 扩、铰螺栓孔、倒角 扩螺栓孔从 14 到 14.85：查设计指导表 1-161 得：f=0.7 mm/r，查设计指导表 1-162 得：a p=0.1 1.5，则 v=51m/min，由公式 2-1 得，n s=1097.4r/min，查表得：n s=1000r/min第 2 章 连杆的加工工艺实际切削速度： =46.72 m/min,108.4v切削工时：查设计简明手册表 6.2-5 得：(2-4)mfLt211式中：L 为加工的工件长度， ，L 2=24，f m=fz*ns)(11rctgkdDLL=85，L 1=2，L 2=2，f m=700 带入公式（2-4 ）得： t1=0.13min，辅助时间 t2=0.03+0.05+0.17+0.04=0.29min，单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=0.58min 铰孔从 14.85 到 15：查设计指导表 1-163 得：v=11.4m/min,f=0.8mm/r由公式 2-1 得，n s=242.03r/min查表得： ns=200r/min实际切削速度： =9.42r/min1025v切削工时：L=85，L 1=2，L 2=2，f m=160 带入公式（2-4）得：t 1=0.56min辅助工时：t 2=0.29min单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.19min工序 8 攻丝攻螺纹 2-M15mm，根据设计指导表 1-172 得：机动丝锥的切削速度v=10.8m/min，刀具材料：高速钢机动丝锥 w18crv，由公式 2-1 得，n s=288.6r/min查表得： ns=275r/min切削工时：(2-5)mfLt)(2211式中：L=17，L 1=0，L 2=2，fm=275*1.25=343.75 ，将上列数据带入公式 2-5 得：t 1=0.11min，辅助时间：查设计简明手册得：t 2=1.05minXXXXX）21单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.624min工序 9 切断工序 10 粗铣结合面查设计指导表 1-149 得：f z=0.040.06，取 fz=0.06mm/z查设计简明手册表 3.1-28，得 ap=4,ae=40,d=5075查设计指导表 1-151，v=48.4m/min,d=80,z=10, a e =48由公式 2-1 得，n s=192.67r/min查表得：n s=160r/min实际切削速度： =40.19m/min1068v切削工时：L=26，L 1=10,L2=2.fm=96，带入公式 2-2 得：t 1=0.39min因为同样是铣削加工，固辅助时间相同，则 t2=0.28min单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=0.93min工序 11 精磨结合面选择砂轮： A60V6P.，砂轮尺寸为：200*25*75,切削用量的选择：砂轮的转速 n 砂 =3000r/min（见机床说明书）由公式 2-1 得，v 砂 =31.4m/s轴向进给量：f a=0.5B=0.5*25=12.5mm(双行程)工件速度：v=10m/min径向进给量：f r=0.015mm/双行程切削工时：查设计简明手册表 6.2-8 得：（2-6）rabfvkLZt102式中：L 为加工长度，b 为加工宽度，Zb 为单面加工余量，k 为系数，v 为工作台移动速度，fa 为工作台往还一次砂轮轴向进给量，fr 为为工作台往还一次砂轮径向进给量。L=40，b=26，Zb=0.5，k=1.1,v=10, fa=12.5, fr=0.015 带入公式 2-6 得：t 1=0.61min辅助时间：查设计简明手册表 6.3-13 装夹时间和松卸时间为 0.17min。查设计简明手册表 6.3-15：操作时间为 0.15min。查设计简明手册表 6.3-16：测量时间为 0.05min。所以 t2=0.17+0.14+0.05=0.36单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=1.778min第 2 章 连杆的加工工艺工序 12 清洗工序 13 中间检查工序 14 连杆体与盖装配工序 15 精铣两端面精铣大头孔端面查设计指导表 1-150：f=0.24-0.5，取 f=0.3则 =0.021,取 fz=0.03，a p=3143.0zf查设计指导表 1-151：v=55.4m/min，d=125,z=14, a e=75由公式 2-1 得：n s=141.14r/min查表得：n s=150r/min实际切削速度： =58.87m/min1052v切削工时：L=85，L 1=14.5,L2=2.fm=45，带入公式 2-2 得：t 1=2.2min因为同样是铣削加工，固辅助时间相同，则 t2=0.28min单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=3.47min精铣小头孔端面查设计指导表 1-150：f=0.24-0.5，取 f=0.3则 =0.021,取 fz=0.03，a p=3143.0zf查设计指导表 1-151：v=55.4m/min, d=125,z=14, a e=75由公式 2-1 得：n s=141.14r/min查表得：n s=150r/min实际切削速度： =58.87m/min1052v切削工时：L=62，L 1=14.5,L2=2.fm=45，带入公式 2-2 得：t 1=1.74min因为同样是铣削加工，固辅助时间相同，则 t2=0.28min单件时间：t 单= t 1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.82min工序 16 粗镗小头孔工件材料：45 钢正火，Gb=0.5Gpa，模锻，加工要求：C630 卧式车床，刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸为 16*16，k r=90，查设计指导表 1-146 得：a p=1,f=0.03-0.020，f 取 0.2，查设计指导表 1-143 得：v=30-50m/min,v 取 40r/minXXXXX）23由公式 2-1 得，n s=276.93r/min查表得：n s=230r/min实际切削速度： =30.69r/min10235.4v查设计简明设计表 6.2-1 得：（2-7）mfLt3211式中：L=40，L 1=2,L2=4，L 3=5,fm=f*ns=46将上面的数据带入公式 2-7 得：t 1=1.13min辅助时间：查设计简明手册表 6.3-1 得：装夹时间为 0.42min。查设计简明手册表 6.3-2 得：松开，卸下工件时间为 0.12min。 查设计简明手册表 6.3-3 得：操作时间为 0.25min。查设计简明手册表 6.3-4 得：测量时间为 0.07min。所以 t2=0.42+0.12+0.25+0.07=0.86min单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.78min工序 17 粗镗大头孔查设计指导表 1-146 得：a p=1,f=0.08-0.20，f 取 0.1，查设计指导表 1-143 得：v=30-50m/min,v 取 40r/min由公式 2-1 得，n s=181.98r/min查表得：n s=150r/min实际切削速度： =31.08r/min1056vL=40，L 1=3,L2=5，L 3=5,fm=f*ns=15，将数据带入公式 2-7 得：t 1=3.5min辅助工时：由于都是粗镗孔，则和上面的粗镗小头孔的辅助时间相同，则为：t2=0.86min，单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=6.10min工序 18 钻小头油孔及孔口倒角查设计指导表 1-160：v=20 f z=0.13由公式 2-1 得，n s=1273.82r/min查表得：n s=1000r/min切削工时：L=8，L 1=5.5，L 2=2,fm=130,将上述数据带入公式 2-4 得：t 1=0.11min辅助工时：t 2=0.29min单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=0.56min第 2 章 连杆的加工工艺工序 19 半精镗大头孔大头孔的加工余量为 1.5mm，其单边余量为 0.75mm，a p=0.75mm查设计指导表 1-146，f=0.08-0.20，f=0.1mm/r查设计指导表 1-143，v=30-50m/min, 取 v=40m/min由公式 2-1 得，n s=181.98r/min查表得：n s=150r/min实际切削速度： =32.97m/min10568v切削工时: L=40，L 1=3,L2=5，L 3=5,fm=f*ns=15，将数据带入公式 2-7 得：t 1=3.5min辅助工时：t 2=0.86min单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=6.10min工序 20 半精镗小头孔小头孔的加工余量为 1，单边余量为 0.5，a p=0.5mm查设计指导表 1-146，f=0.08-0.20，f=0.2mm/r查设计指导表 1-143，v=30-50m/min, 取 v=40m/min由公式 2-1 得，n s=276.93r/min查表得：n s=230r/min实际切削速度： =32.13mm/min10235.4v切削工时: L=40，L 1=3,L2=4，L 3=5，f m=f*ns=46,将数据带入公式 2-7 得：t 1=1.13min辅助工时：t 2=0.86min单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.78min工序 21 调质工序 22 精镗大头孔大头孔的加工余量为 0.4mm，其单边余量为 0.2mm，a p=0.2mm查设计指导表 1-144：f=0.1-0.3mm/r，v=110-130m/min取 f=0.1mm/r,v=120m/min由公式 2-1 得，n s=546.73r/min查表得：n s=478r/min实际切削速度： =104.9 m/min104785.69v切削工时: L=40，L 1=3,L2=4，L 3=5，f m=f*ns=47.8,将数据带入公式 2-7 得：t 1=1.08min辅助工时：t 2=0.86minXXXXX）25单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.72min工序 23 精镗小头孔大头孔的加工余量为 0.5mm，其单边余量为 0.25mm，a p=0.25mm查设计指导表 1-144：f=0.1-0.3mm/r，v=110-130m/min取 f=0.1mm/r,v=120m/min，由公式 2-1 得，n s=830.79r/min查表得：n s=750r/min实际切削速度： =107.15 m/min10235.4v切削工时: L=40，L 1=3,L2=4，L 3=5，f m=f*ns=75,将数据带入公式 2-7 得：t 1=0.68min辅助工时：t 2=0.86min单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=2.16min工序 24 去毛刺工序 25 珩磨大头孔选择砂轮：JR7OQM2PPA，砂轮尺寸为：30*15*40切削用量的选择：砂轮转速：n 砂 =3000r/min（见机床说明书）由公式 2-1 得，v 砂 =2450r/min轴向进给量：f a=0.5B=0.5*15=7.5mm(双行程)工件速度：v=57m/min径向进给量：f r=0.0040mm/双行程切削工时：L=70，b=15，Zb=0.1，k=1.1,v=10, fa=7.5, fr=0.004 带入公式 2-6 得：t1=0.2min辅助工时：查设计简明手册6.3-14：装夹松卸时间为 0.12查设计简明手册6.3-14：操作时间 0.15查设计简明手册6.3-16：测量时间 0.07则 t2=0.34单件时间：t 单 = t1+ t2+（t 3+ t4）*0.4=0.75min工序 26 拆连杆体与盖工序 27 去全部毛刺工序 28 清洗、吹净工序 29 称重量工序 30 检验第 3 章 镗大头孔车床夹具设计工序 31 连杆体与盖对号、装配第 3 章 镗大头孔车床夹具设