柴油机连杆加工工艺规程及专用钻床夹具的设计.doc

柴油机连杆加工工艺规程及专用 钻床夹具的设计 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 粉末锻造 加工工艺 夹具设计 Diesel Engine Connecting Rod Machining Process and the exclusive design of drilling jig Abstract 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 Powder Forging Processing technology Fixture Design 目 录 第 1章 前言 1 1 1 连杆的结构特点 1 1 2 连杆生产的工艺方法 1 第 2章 柴油机加工工艺规程 2 2 1 连杆的技术要求 2 2 1 1 大 小头孔的尺寸精度 形状精度 2 2 1 2 大 小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 2 2 1 3 大 小头孔中心距 3 2 1 4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 3 2 1 5 大 小头孔两端面的技术要求 3 2 1 6 螺栓孔的技术要求 3 2 1 7 对口面的技术要求 3 2 2 连杆的材料和毛坯 4 2 3 工艺过程设计 7 2 3 1 基准的选择 7 2 3 2 制定工艺路线 8 2 4 连杆的机械加工工艺过程分析 12 2 4 1 工艺过程的安排 12 2 4 2 定位基准的选择 12 2 4 3 确定合理的夹紧方法 13 2 4 4 连杆两端面的加工 13 2 4 5 连杆大 小头孔的加工 13 2 4 6 连杆螺栓孔的加工 14 2 4 7 连杆体与连杆盖的铣开工序 14 2 5 切削用量的选择原则 14 2 5 1 粗加工时切削用量的选 择原则 14 2 5 2 精加工时切削用量的选择原则 16 2 6 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸及公差 16 2 6 1 确定加工余量 16 2 6 2 确定工序尺寸及其公差 17 2 7 工时定额的计算 18 2 7 1 铣连杆两侧面 18 2 7 2 加工小头孔 18 2 7 3 粗镗大头孔 19 2 7 4 精铣螺栓座面 19 2 7 5 铣开连杆体和盖 20 2 7 6 加工连杆体 20 2 7 7 加工连杆盖 21 2 7 8 螺栓孔的加工 22 2 7 9 精磨结合面 23 2 7 10 铣轴瓦锁口槽 24 2 7 11 精磨大头两平面 先标记朝上 24 2 7 12 半精镗大头孔及精镗小头孔 25 2 7 13 大头孔两端倒角 26 2 7 14 钻小头油孔 26 2 7 15 精镗大头孔 26 2 7 16 镗小头孔衬套 26 2 7 17 珩磨大头孔 27 第 3章 扩小头孔钻床夹具的设计 28 3 1 定位基准的选择 28 3 2 夹紧方案的确定 28 3 3 切削力及夹紧力的计算 28 3 4 夹具体设计 29 3 5 定位误差分析 30 结论 31 致 谢 32 参考文献 33 第 1章 前言 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 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 为了保证发动机运转平衡 同一发动机中各连杆的质量不能相差 太大 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 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 间的摩擦运动副 1 2连杆生产的工艺方法 当今全球汽车发动机连杆大批量生产中传统的期造连杆和模锻连杆仍占主 导地位 但正面临着其它新制造方法或新工艺 新材料的挑战与竞争 粉末锻 造钢连杆及铝合金连杆与烧结钢连杆以及连杆的裂解剖分工艺都是颇具竞争力 新技术 粉末锻造的工件物理性能及工艺性能优良 从而使经粉末锻造制成的 高强度连杆零件的综合性能 特别是冲击韧性及疲劳性能显著提高 断裂剖分 工艺的应用 大大简化了连杆的生产工艺流程 传统的连杆生产工艺流程一般 需 14 道切削加工工序 而应用断裂剖分工艺 只需 6 道切削加工工序就够了 预计 21 世纪这些新技术将大量取代目前传统工艺方法 第 2章 柴油机加工工艺规程 2 1 连杆的技术要求 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 同时又压缩汽缸内气体 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 图 2 1 连杆的技术要求 2 1 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 8 m 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 2 m 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 2 1 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 2 1 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 2 1 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 2 1 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 8 m 小头两端面 的尺寸公差等级为 IT12 表面粗糙度 Ra 不大于 6 3 m 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 2 1 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 3 m 加工 两螺 栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为 0 25 mm 2 1 7对口面的技术要求 在连杆受动载荷时 对口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 2 2连杆的材料和毛坯 粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结合而发展起来的一 项颇具有市场 竞争力的少 无切削金属加工方法 以金属粉末为原料 经过 预成形压制 在保护气氛中进行加热烧结及作为锻造毛坯 然后在压力机上一 次锻造成形和实现无飞边精密模锻 获得了与普通模锻件相同密度 形状复杂 的精密锻件 它既有粉末冶金成形性能较好的优点 又发挥锻造变形有效地改 变金属材料组织和性能作用的特点 使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新 的突破 特别适宜大批量生产高强度 形状复杂的结构零件 因此在各工业部 门中有较大推广应用的发展前途 汽车发动机连杆是承受强烈冲击及动态应力最高的典型动力学负荷零件 其负荷与其自身质量成比例 因此杆的轻量化对发动机具有特别的重要意义 如减轻发动机质量 可导致发动机上所有摆动体质量的减少 对发动机的运转 噪声 震动 燃料消耗等将产生良好的作用 更重要的是 由于粉末锻造采用 粉末坯料的称量法 使每根连杆得到同一重量 因此 连杆联接曲轴旋转时 明显减轻了动平衡所引起的影响 粉末锻造工艺是一种可以精减工艺 减少公害和节约资源的合乎时代要求 的技术 是一项跨世纪的先进的高新技术 连杆的材料参考了德国 krebsoge 公司为宝马公司生产的美洲虎发动机 AJ V8 型粉末锻造连杆 所用预合金钢粉的牌号为 AIS14200 其化学成分 W 为 0 25 0 35 Mn 0 25 0 45 Mo 0 25 0 35 Ni 0 1 0 1 Cr 0 65 C 其余为 Fe 由于这种低合金钢粉的化学成分均匀 物理性能及工艺性能优良 从而使经粉末锻造制成的高强度连杆零件的综合性 能 特别是冲击韧性及疲劳性能显著提高 毛坯的生产工序如下 1 配料及混料 将低合金钢粉 经配料计算和准确称取粉重后 置于混料机内混和30min左 右 至分布均匀 2 压预成形坯 在压制机上将粉料压制成连杆预成形坯 对预成形坯的形状及尺寸设计应 合理 对其密度 质量 质量变化和尺寸要严格精确控制 以避免超负荷而损 坏模具 3 烧结 在通有还原性保护气氛的烧结电炉中进行 其温度为1100 1130 至完 全合金化 然后 将烧结体移入无氧化性气氛的保温炉 约1000 中进行保温 4 闭式模锻 图 2 1 粉末锻造过程示意图 为了节约能源 将粉末预成形压坯直接从保温炉内送人压力机模具中进行 闭式模锻 烧结体经致密化封闭锻造时 可将80 理论密度的烧结体锻造直至 接近100 理论密度 必须指出 粉末锻造连杆的变形温度对其性能的影响很 大 烧结预成形坯经l000 保温出炉时 应尽量缩短停留时间 立即投人模锻 工序 若模锻温度过低 在连杆表层的残留微孔隙增多 则使连杆的密度下降 若停留时间过长 则连杆内部易被氧化 这两种情况都能导致连杆的冲击韧性 和疲劳强度降低 粉末锻造连杆除了要求粉末性能一致 粉末的流动性和填充性要好及合理 的预制坯形状及尺寸设计外 还需要较复杂的工艺设备和严格的质量控制 为 提高模具使用寿命与保证粉末锻造连杆质量的一致 其关键是实现生产工艺过 程的计算机自动化 从国外长期生产实践证明 发动机连杆用粉末锻造工艺代替普通模锻 据 统计资料可得如下明显的优点 1 成形性能高 由于粉体颗粒较细 倒入模具型腔时 象流体一样充填型腔各处 成形性 能极高 所以对各种形状复杂的锻件都能顺利成形 毛坯对零件的材料利用率 已达100 即不留任何的金属加工余量及辅料 2 机械性能高 如美国赛车连杆的疲劳强度从普通模锻件 1 290MPa增加到粉末锻件 1 340MPa 经金相分析指出 这是由于基体中晶粒较细 无偏析 且呈连续纤 维方向的情况下等原因所致 由此可见 粉末锻造连杆零件的机械性能明显超 过了普通模锻件 3 锻件精度高 由于锻造的加热温度较低 且又在防氧化的保护气氛中进行 没有氧化皮 故可以获得较高尺寸精度和较低表面粗糙度的锻件 制件表面在高压下受到模 具型腔光滑表面的熨平 光泽 4 材料利用率高 由于合理的制坯技术 再在较低温度下进行无飞边 无余量的精密闭式模 锻 大大提高了 材料利用率 从普通模锻的材料利用率50 左右增加到95 以上 5 模具寿命高 困粉末坯料的加热温度较低及无氧化皮的情况下进行闭式模锻 减少对模 具表面的摩擦 更重要的是 单位压力仅是普通模锻的l 3 l 4 甚至更低 这对模具的受压条件大为改善 故其模具寿命可提高l0 20倍以上 6 生产率高 如汽车发动机连杆的生产工艺 普通模锻把加热后的毛坯进行多道制坯辊 锻 又在压力机上进行预锻及终锻 然后再进行切边 大 小头冲孔 热校正冷 精压等多道工序 而粉末锻造首先是省去了切边 大 小头冲孔 热校正 冷 精压工序 7 产品成本低 与普通模锻加工方法相比 首先因为加工精度高 可以大幅度地节省机械 加工 提高材料利用率 对节省工时和降低成本有很大的经济效果 因为原材 料粉末在成本中所占的比例高 从生产中证明 越能节省机械加工的零件采用 粉末锻造就越有利 也就是说 原来机械加工工时越多的零件 改为粉末锻造 后 在节省工时和降低成本方面就越能获得更大的效果 表 2 1 粉末锻造后毛坯的参数 参数 粉末锻造 尺寸波动 每 l00mm mm 0 2 零件重量波动 0 5 尺寸精度 IT6 IT9 表面粗糙度 m 0 8 3 2 因为锻造后大大改善了工件的表面粗糙度和表面精度 求因此粉末锻造毛 坯可以减少大量表面加工工序 提高生产率 连杆的锻造毛坯图见附图 1 2 3 工艺过程设计 2 3 1 基准的选择 统一精基准 以大小头端面 小头孔 大头孔一侧面定位 因为端面的面 积大 定位稳定可靠 用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距同时可以消 除基准不重合误差 2 3 2制定工艺路线 一般的连杆工艺路线是 拉大小头两端面 粗磨大小头两端面 拉 连杆大小头侧定位面 拉连杆盖两端面及杆两端面倒角 拉小头两斜面 粗拉螺栓座面 拉配对打字面 去重凸台面及盖定位侧面 粗镗杆身下半 圆 倒角及小头孔 粗镗杆身上半圆 小头孔及大小头孔倒角 精铣螺栓 座面 铣断杆 盖 小头孔两斜端面上倒角 加工螺栓孔 拉杆 盖 结合面及倒角 去配对杆盖毛刺 清洗配对杆盖 检测配对杆盖结合面 精度 人工装配 扭紧螺栓 打印杆盖配对标记号 精磨连杆杆身两 端面 粗镗大头孔及两侧倒角 半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔 检 查大头孔及精镗小头衬套底孔精度 压入小头孔衬套 称重去重 精镗 大头孔 小头衬套孔 清洗 最终检查 成品防锈 对于粉末锻造的毛坯由于具有较高的表面质量所以工艺粗镗杆身下半圆 倒角及小头孔之前的工艺都可以省略因此连杆的工艺如以下方案 方案一 工序I 精铣连杆两端面 工序II 扩铰小头孔 工序III 粗镗杆身上半圆 工序IV 粗镗大头孔下半圆小头孔及小头孔倒角 工序V 钻阶梯油孔 工序VI 铣断 工序VII 精磨连杆杆身两端面 工序VIII 加工螺栓孔 工序IX 精磨杆 盖结合面 工序X 沿对口面处大头孔内测倒角 工序XI 扩铰杆盖螺栓孔 工序XII 铣瓦槽 工序XIII 去配对杆盖毛刺 工序XIV 清洗配对杆盖 工序XV 检测配对杆盖结合面精度 工序XVI 人工装配 工序XVII 扭紧螺栓 工序XVIII 打印杆盖配对标记号 工序XIX 粗镗大头孔及两侧倒角 工序XX 半精镗大头孔及精镗小头衬套底孔 工序XXI 检查大头孔及精镗小头衬套底孔精度 工序XXII 压入小头孔衬套 工序XXIII 称重去重 工序XXIV 钻阶梯油孔 工序XXV 精镗大头孔 小头衬套孔 工序XXVI 去毛刺 工序XXVII 退磁 工序XXVIII 总成清洗 工序XXIX 终检 工序XXX 自动打流水号 工序XXXI 成品防锈 方案二 工序I 精铣连杆两端面 工序II 扩铰小头孔 工序III 粗镗杆身上半圆 工序IV 粗镗大头孔下半圆小头孔及小头孔倒角 工序V 拉螺栓螺母座面 工序VI 钻阶梯油孔 工序VII 铣断 工序VIII 粗磨断口面 工序IX 钻螺栓孔 工序X 扩杆盖螺栓座面沉孔并倒角 工序XI 精磨连杆连杆盖对口面 工序XII 沿对口面处大头孔内测倒角 工序XIII 扩铰杆盖螺栓孔 工序XIV 铣瓦槽 工序XV 清洗 工序XVI 连杆配对并装配 工序XVII 自动拧紧 工序XVIII 精磨两端面 工序XIX 精镗小头底座粗镗大头孔 工序XX 大头孔倒角 工序XXI 压衬套 工序XXII 称重去重去毛刺 工序XXIII 精镗大头孔精镗衬套孔 工序XXIV 去毛刺 工序XXV 退磁 工序XXVI 总成清洗 工序XXVII 终检 工序XXVIII 自动打流水号 工序XXIX 成品防锈 方案分析 方案一于铣断后马上精磨两端面由于连杆体和连杆盖是分离的装配后断面 就不一定位于同一平面因此不应该在装配前精磨两端面 方案二螺栓孔的加工 不是一次成形需要重复装夹 工艺设计不合理 两个方案的钻阶梯油孔可以安 排在小头孔压入衬套之后 这样衬套可以省去钻孔工艺节约成本 所以综合以 上分析可以得出以下工艺流程 工序I 精铣连杆两端面 工序II 扩铰小头孔 工序III 粗镗杆身上半圆 工序IV 粗镗大头孔下半圆 工序V 精铣螺栓座面 工序VI 铣断 工序VII 粗 精铣对口面 工序VIII 钻 铰杆 盖螺栓孔 工序IX 精磨连杆连杆盖对口面 工序X 铣瓦槽 工序XI 清洗 工序XII 连杆配对并装配 工序XIII 自动拧紧 工序XIV 精磨两端面 工序XV 精镗小头孔 工序XVI 半精镗大头孔 工序XVII 大头孔倒角 工序XVIII 压衬套 工序XIX 钻油孔 工序XX 称重去重去毛刺 工序XXI 精镗大头孔精镗衬套孔 工序XXII 研磨大头孔 工序XXIII 去毛刺 工序XXIV 退磁 工序XXV 总成清洗 工序XXVI 终检 工序XXVII 自动打流水号 工序XXVIII 成品防锈 连杆的主要表面为大两端面 较重要的表面为连杆体和盖的结合面及连杆 螺栓孔定位面 次要表面为轴瓦锁口槽及体和盖上的螺栓座面等 连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的来安排的 连杆的加工路线按连 杆的分合可分为三个阶段 第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工 第二阶段 为连杆体和盖切开后的加工 第三阶段为连杆体和盖合装后的加工 第一阶段 的加工主要是为其后续加工准备精基准 第二阶段主要是加工除精基准以外的 其它表面 包括为合装做准备的螺栓孔和结合面的加工 以及轴瓦锁口槽的加 工等 第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工 包括连杆合装后 大头孔的半精加工和端面的精加工及大 小头孔的精加工 如果按连杆合装前 后来分 合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段 合装之后的工艺路线 则为主要表面的精加工阶段 2 4 连杆的机械加工工艺过程分析 2 4 1 工艺过程的安排 在安排工艺进程时 就要把各主要工序的粗 精加工工序分开 即把粗加 工安排在前 半精加工安排在中间 精加工安排在后面 这是由于粗加工工序 的切削余量大 因此切削力 夹紧力必然大 加工后容易产生变形 粗 精加 工分开后 粗加工产生的变形可以在半精加工中修正 半精加工中产生的变形 可以在精加工中修正 这样逐步减少加工余量 切削力及内应力的作用 逐步 修正加工后的变形 就能最后达到零件的技术条件 各主要表面的工序安排如下 1 两端面 先精铣后精磨 2 小头孔 扩孔 铰孔 精镗 压入衬套后再精镗 3 大头孔 粗镗 半精镗 精镗 研磨 一些次要表面的加工 则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面 2 4 2 定位基准的选择 在连杆机械加工工艺过程中 大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小 头孔作为主要基面 并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面 这是由于 端面的面积大 定位比较稳定 用小头孔定位可直接 控制大 小头孔的中心距 这样就使各工序中的定位基准统一起来 减少了定位误差 具体的办法是 如 图 1 5 所示 在安装工件时 注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位 元件接触 在设计夹具时亦作相应的考虑 在精镗小头孔 及精镗小头衬套 孔 时 也用小头孔 及衬套孔 作为基面 这时将定位销做成活动的称 假 销 当连杆用小头孔 及衬套孔 定位夹紧后 再从小头孔中抽出假销进行 加工 2 4 3确定合理的夹紧方法 既然连杆是一个刚性比较差的工件 就应该十分注意夹紧力的大小 作用 力的方向及着力点的选择 避免因受夹紧力的作用而产生变形 以影响加工精 度 在加工连杆的夹具中 应注意夹紧力的作用方向和着力点的选择 在铣两 端面的夹具中 夹紧力的方向与端面平行 在夹紧力的作用方向上 大头端部 与小头端部的刚性高 变形小 既使有一些变形 亦产生在平行于端面的方向 上 很少或不会影响端面的平面度 夹紧力通过工件直接作用在定位元件上 可避免工件产生弯曲或扭转变形 在加工大小头孔工序中 主要夹紧力垂直作用于大头端面上 并由定位元 件承受 以保证所加工孔的圆度 在精镗大小头孔时 只以大平面 基面 定 位 并且只夹紧大头这一端 小头一端以假销定位后 用螺钉在另一侧面夹紧 小头一端不在端面上定位夹紧 避免可能产生的变形 2 4 4 连杆两端面的加工 连杆两端面在扩粗镗大小头孔之前先进行精铣以保证两端面的平行 而之 后采用精磨工序 并将精磨工序安排在精加工大 小头孔之前 以便改善基面 的平面度 提高孔的加工精度 精磨在 M7130 型平面磨床上用砂轮的周边磨削 这种办法的生产率低一些 但精度较高 2 4 5 连杆大 小头孔的加工 连杆大 小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序 它的加工精度对连杆 质量有较大的影响 小头孔是定位基面 在用作定位基面之前先进行了扩孔 镗孔 加工时以 小头孔外形定位 这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小 小头孔在粗镗后 在金刚镗床上与大头孔同时精镗 达到 IT6 级公差等级 然后压入衬套 再以衬套内孔定位精镗大头孔 由于衬套的内孔与外圆存在同 轴度误差 这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差 大头孔经过扩孔 粗镗 半精镗 精镗 研磨达到 IT6 级公差等级 表面 粗糙度 Ra 为 0 4 m 大头孔的加工方法是在铣开工序后 将连杆与连杆体组 合在一起 然后进行精镗大头孔的工序 这样 在铣开以后可能产生的变形 可以在最后精镗工序中得到修正 以保证孔的形状精度 2 4 6 连杆螺栓孔的加工 连杆的螺栓孔经过钻 扩 铰工序 加工时以大头端面 小头孔及大头一 侧面定位 精铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法 这样铣夹具没有活动部分 能保证 承受较大的铣削力 精铣时为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直度 使用两工位夹具 连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后 夹具上的 定位板带着工件旋转 1800 铣另一个螺栓孔的两端面 这样 螺栓孔两端面与 大头孔端面的垂直度就由夹具保证 2 4 7 连杆体与连杆盖的铣开工序 剖分面 亦称结合面 的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对 刀精度来保证 为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差 0 03mm 并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度 除夹具本身要保证精度外 锯 片的安装精度的影响也很大 如果锯片的端面圆跳动不超过 0 02 mm 则铣开的 剖分面能达到图纸的要求 否则可能超差 但剖分面本身的平面度 粗糙度对 连杆盖 连杆体装配后的结合强度有较大的影响 因此 在剖分面铣开以后再 经过磨削加工 2 5 切削用量的选择原则 正确地选择切削用量 对提高切削效率 保证必要的刀具耐用度和经济性 保证加工质量 具有重要的作用 2 5 1 粗加工时切削用量的选 择原则 粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高 毛坯余量较大 因此 选择粗加 工的切削用量时 要尽可能保证较高的单位时间金属切削量 金属切除率 和 必要的刀具耐用度 以提高生产效率和降低加工成本 金属切除率可以用下式计算 Zw V f a p 1000 式中 Z w单位时间内的金属切除量 mm 3 s V 切削速度 m s f 进给量 mm r ap切削深度 mm 提高切削速度 增大进给量和切削深度 都能提高金属切除率 但是 在 这三个因素中 影响刀具耐用度最大的是切削速度 其次是进给量 影响最小 的是切削深度 所以粗加工切削用量的选择原则是 首先考虑选择一个尽可能 大的吃刀深度 ap 其次选择一个较大的进给量度 f 最后确定一个合适的切削速 度 V 选用较大的 ap和 f 以后 刀具耐用度 t 显然也会下降 但要比 V 对 t 的影 响小得多 只要稍微降低一下 V 便可以使 t 回升到规定的合理数值 因此 能 使 V f a p的乘积较大 从而保证较高的金属切除率 此外 增大 ap可使走刀 次数减少 增大 f 又有利于断屑 因此 根据以上原则选择粗加工切削用量对 提高生产效率 减少刀具消耗 降低加工成本是比较有利的 1 切削深度的选择 粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床 夹具 刀具和工件组 成的工艺系统的刚性来确定 在保留半精加工 精加工必要余量的前提下 应 当尽量将粗加工余量一次切除 只有当总加工余量太大 一次切不完时 才考 虑分几次走刀 2 进给量的选择 粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力 因此 进给量应根据工艺 系统的刚性和强度来确定 选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度 刀杆 尺寸 刀片厚度 工件的直径和长度等 在工艺系统的刚性和强度好的情况下 可选用大一些的进给量 在刚性和强度较差的情况下 应适当减小进给量 3 切削速度的选择 粗加工时 切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制 切削深度 进 给量和切削速度三者决定了切削功率 在确定切削速度时必须考虑到机床的许 用功率 如超过了机床的许用功率 则应适当降低切削速度 2 5 2 精加工时切削用量的选择原则 精加工时加工精度和表面质量要求较高 加工余量要小且均匀 因此 选 择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量 并在此基础上尽量提高生 产效率 1 切削深度的选择 精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定 通常希望精加工余量 不要留得太大 否则 当吃刀深度较大时 切削力增加较显著 影响加工质量 2 进给量的选择 精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度 进给量增大时 虽有 利于断屑 但残留面积高度增大 切削力上升 表面质量下降 3 切削速度的选择 切削速度提高时 切削变形减小 切削力有所下降 而且不会产生积屑瘤 和鳞刺 一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数 尽可能提高切削 速度 只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时 才选用低速 以避开 积屑瘤产生的范围 由此可见 精加工时选用较小的吃刀深度 ap和进给量 f 并在保证合理刀 具耐用度的前提下 选取尽可能高的切削速度 V 以保证加工精度和表面质量 同时满足生产率的要求 2 6 确定各工序的加工余量 计算工序尺寸及公差 2 6 1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量 根据 机械加工工艺手册 第一卷 表 3 2 25 表 3 2 26 表 3 2 27 表 2 2平面加工的工序余量 mm 工艺名称 单面余量 经济精度 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度 精磨 0 1 IT7 38 38 025 0 8 精铣 1 IT9 38 2 38 2 6 06 3 则连杆两端面总的加工余量为 A 总 21 ni A 精铣 A 精磨 2 1 0 1 2 2 2mm 2 连杆铸造出来的的厚度为 H 38 2 2 40 2mm 40 2 100 0 2 0 0804 所以毛坯尺寸为 40 2 0 08 2 6 2 确定工序尺寸及其公差 根据 机械制造技术基础课程设计指导教程 表 2 29 表 2 34 表 2 3 大头孔各工序尺寸及其公差 铸造出来的大头孔为 55 mm 工序名称 直径余量 工序经济 精度 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度 珩磨 0 1 IT6 64 5 64 5 6019 H0 4 精镗 0 4 IT8 64 4 64 4 84 00 8 半精镗 1 IT11 64 64 19 1 6 二次粗镗 2 IT12 64 62 230 H12 5 一次粗镗 2 IT12 62 60 1 0 12 5 根据 机械制造技术基础课程设计指导教程 表 2 29 表 2 30 表 2 4 小头孔各工序尺寸及其公差 工序 工序基本余 工序经济精度 工序尺寸 公称尺寸 表面粗糙度 名称 量 精镗 0 2 803 H4 29 03 1 6 铰 0 2 952 0 2 5 06 3 扩 4 184 9 84 12 5 柴油机连杆的零件图见附图 2 2 7 工时定额的计算 2 7 1 铣连杆两侧面 选用铣床 X62W 根据 切削用量简明手册 表选取数据 铣刀直径 D 100 mm 由于采用标准高速钢圆柱铣刀所以齿数 Z 8 切削速度 V 0 64 m s 铣削宽度 ae 1 mm fm 0 8 mm r 则主轴转速 n 1000 60v D 122 3 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 65 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 258 5 mm L1 2 11 9 mm L2 2 mm eead 基本时间 tj L fm 2 128 11 9 2 fm n 2 0 908 min 2 7 2 加工小头孔 2 7 2 1 扩小头孔 选用钻床 Z3025 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 53 选取数据 扩刀直径 D 29 mm 切削速度 V 0 35 m s 切削深度 ap 1 5 mm 进给量 f 0 8 mm r 则主轴转速 n 1000v D 60 223 r min 根据表 3 1 30 按机床选取 n 250 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 39 m s 扩削工时为 按表 2 5 7 l 38 2 mm l1 D d1 2 cotkr 2 3mm kr 60 l2 3mm 基本时间 tj L fm 2 38 2 3 3 0 8 250 0 44 min 2 7 2 2 铰小头孔 选用钻床 Z3080 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 81 选取数据 铰刀直径 D 29 2 mm 切削速度 V 0 22 m s 切削深度 ap 0 10 mm 进给量 f 0 8 mm r 则主轴转速 n 1000v D 140 r min 根据表 3 1 31 按机床选取 n 200 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 32 m s 铰削工时为 按表 2 5 7 l 38 2 mm l1 2 1 kr 15 L2 3 mm 基本时间 tj L fn 38 2 2 1 3 0 8 200 0 55 min 2 7 3 粗镗大头孔 选用镗床 T68 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 65 mm 切削速度 V 0 16 m s 进给量 f 0 30 mm r 切削深度 ap 3 0 mm 则主轴转速 n 1000v D 47 r min 根据表 3 1 41 按机床选取 n 800 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 72 m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 2 mm L1 3 732 mm L2 5 mm 基本时间 tj 4 Li fn 38 2 3 732 5 0 30 800 4 0 78 min 2 7 4精铣螺栓座面 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 90 选取数据 铣刀直径 D 63 mm 切削速度 V 0 47 m s 铣刀齿数 Z 24 切削深度 ap 2 mm 切削宽度 ae 20 mm af 0 15 mm z 则主轴转速 n 1000v D 142 r min 根据表 3 1 31 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 47 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 38 2 mm L1 2 31 3 mm L2 2 mm eead 基本时间 tj L fmz 4 38 2 31 3 2 750 24 0 15 4 0 106 min 2 7 5 铣开连杆体和盖 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 79 90 选取数据 铣刀直径 D 63 mm 切削速度 V 0 34 m s 切削宽度 ae 38 mm 铣刀齿数 Z 24 切削深度 ap 2 mm af 0 15 mm z 则主轴转速 n 1000v D 103 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 47 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 95 mm L1 2 33 3 mm eead L2 2 mm 基本时间 tj Li FM 95 33 3 2 750 24 0 15 0 048 min 2 7 6 加工连杆体 2 7 6 1 粗铣连杆体结合面 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 74 84 选取数据 铣刀直径 D 75 mm 切削速度 V 0 35 m s 切削宽度 ae 2 mm 铣刀齿数 Z 8 切削深度 ap 62 mm af 0 15 mm r 则主轴转速 n 1000v D 89 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 94 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 38 2 mm L1 2 15 5 mm L2 2 mm eead 基本时间 tj L fmz 38 2 15 5 2 0 15 750 8 0 06 min 2 7 6 2 精铣连杆体结合面 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 84 选取数据 铣刀直径 D 75 mm 切削速度 V 0 42 m s 铣刀齿数 Z 8 切削深度 ap 31 mm az 0 7 mm r 切削宽度 ae 1 mm 则主轴转速 n 1000v D 107 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 94 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 38 mm L1 2 8 1 mm L2 2 mm eeaD 基本时间 tj L fmz 38 8 1 2 750 0 7 0 09 min 2 7 7 加工连杆盖 2 7 7 1 粗铣连杆上盖结合面 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 74 84 选取数据 铣刀直径 D 75 mm 切削速度 V 0 35 m s 切削宽度 ae 2 mm ap 31mm 铣刀齿数 Z 8 af 0 15 mm r 则主轴转速 n 1000 60v D 89 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 94 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 38 mm L1 2 15 5 mm L2 2 mm eeaD 基本时间 tj L fmz 38 15 5 2 750 8 0 15 0 06 min 2 7 7 2 精铣连杆上盖结合面 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 84 选取数据 铣刀直径 D 75 mm 切削速度 V 0 42 m s 切削宽度 ae 1 mm ap 31 铣刀齿数 Z 8 进给量 f 0 7 mm r 则主轴转速 n 1000v D 107 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 750 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 2 94 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 38 mm L1 2 8 mm L2 2 mm eeaD 基本时间 tj L fmz 31 8 1 2 750 0 7 0 09 min 2 7 8螺栓孔的加工 2 7 8 1 钻螺栓孔 选用钻床 Z3025 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 38 41 选取数据 切削速度 V 0 99 m s 切削深度 ap 4 9 mm 进给量 f 0 08 mm r 钻头直径 D 9 8 mm 则主轴转速 n 1000 60v D 1930 r min 根据表 3 1 30 按机床选取 n 1930 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 99 m s 钻削工时为 按表 2 5 7 L 34 mm L1 1 5 mm L2 2 mm 基本时间 tj L fn 4 34 1 5 2 0 08 1910 4 0 92 min 2 7 8 2 扩螺栓孔 选用钻床 Z3025 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 53 选取数据 扩刀直径 D 10 75 mm 切削速度 V 0 40 m s 切削深度 ap 1 0 mm 进给量 f 0 6 mm r 则主轴转速 n 1000v D 764 r min 根据表 3 1 30 按机床选取 n 764 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 40 m s 扩削工时为 按表 2 5 7 L 34 mm L1 2 mm 基本时间 tj L fn 4 34 2 0 6 764 4 0 28 min 2 7 8 3 铰螺栓孔 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 81 选取数据 铰刀直径 D 11 mm 切削速度 V 0 22 m s 切削深度 ap 0 10 mm 进给量 f 0 8 mm r 则主轴转速 n 1000v D 140 r min 根据表 3 1 31 按机床选取 n 200 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 127 m s 铰削工时为 按表 2 5 7 L 34 mm L1 2 mm L2 3 mm 基本时间 tj L fn 4 34 2 3 0 8 200 4 0 975 min 2 7 9 精磨结合面 选用磨床 M7130 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 170 选取数据 砂轮直径 D 40 mm 切削速度 v 0 330 m s 切削深度 frs 0 25 mm 进给量 fr 0 015 mm 双行程 fa 20mm 工作台速度选择 10 min 则主轴转速 n 1000v D 157 r min 根据表 3 1 48 按机床选取 n 200 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 40 m s 磨削工时为 按表 2 5 11 基本时间 tj 2 ZfvkLbra102 2 2 210 38 2 0 1 1 1000 10 0 015 20 4 0 267 min bz 0 1 k 1 Z 4 2 7 10铣轴瓦锁口槽 选用铣床 X62W 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 90 选取数据 铣刀直径 D 63 mm 切削速度 V 0 31 m s 铣刀齿数 Z 24 切削深度 ap 5 mm 切削宽度 ae 0 5 mm az 0 05 mm z 则主轴转速 n 1000v D 94 r min 根据表 3 1 74 按机床选取 n 100 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 33 m s 铣削工时为 按表 2 5 10 L 5 mm L1 2 7 6 mm L2 2 mm eeaD 基本时间 tj L fmz 5 7 6 2 100 24 0 05 0 12 min 2 7 11 精磨大头两平面 先标记朝上 选用磨床 M7130 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 170 选取数据 砂轮直径 D 40 mm 切削速度 V 0 413 m s 切削深度 frs 0 1 mm 进给量 fr 0 015 mm 双行程 切削速度 v 0 330 m s fa 20mm 工作台速度选择 10 min 进给量 f ra 0 017 mm r fa 15 则主轴转速 n 1000v D 157 r min 根据表 3 1 48 按机床选取 n 200 r min 则实际切削速度 V Dn 1000 60 0 40 m s 磨削工时为 按表 2 5 7 基本时间 t j 2 ZfvkLbra102 2 2 100 80 0 1 1 1 1000 10 0 017 20 1 1 035 min 2 7 12 半精镗大头孔及精镗小头孔 2 7 12 1 半精镗大头孔 选用镗床 T2115 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 64 4 mm 切削速度 V 0 20 m s 进给量 f 0 2 mm r 切削深度 ap 1 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 1000 r min 切削速度 v Dn 1000 60 3 37m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 20 1000 0 23 min 2 7 12 2 精镗小头孔 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 29 4 mm 切削速度 V 3 18 m s 进给量 f 0 10 mm r 切削深度 ap 1 0 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 2000 r min 切削速度 v Dn 1000 60 3 08m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 10 2000 0 23 min 2 7 13大头孔两端倒角 选用机床 Z535 主轴转速 n 68r min 手动进给 2 7 14 钻小头油孔 选用钻床 Z3025 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 38 41 选取数据 切削速度 V 1 18 m s 切削深度 ap 2 mm 进给量 f 0 05 mm r 根据表 3 1 30 按机床选取 n 1000 r min 钻削工时为 按表 2 5 7 L 6 mm L1 3 mm 基本时间 tj L fn 6 1 1000 0 05 0 14 min 2 7 15精镗大头孔 选用镗床 T2115 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 64 4 mm 切削速度 V 0 20 m s 进给量 f 0 1 mm r 切削深度 ap 0 4 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 1000 r min 切削速度 v Dn 1000 60 3 37m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 10 1000 0 43 min 2 7 16 镗小头孔衬套 选用镗床 T2115 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 镗刀直径 D 28 mm 切削速度 V 0 25 m s 进给量 f 0 2 mm r 切削深度 ap 0 2 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 1000 r min 切削速度 v Dn 1000 60 1 46m s 镗削工时为 按表 2 5 3 L 38 mm L1 3 5 mm L2 5 mm 基本时间 tj Li fn 38 3 5 5 0 20 1000 0 23 min 2 7 17 珩磨大头孔 根据 机械制造工艺设计手册 表 2 4 66 选取数据 切削速度 V 0 32 m s 进给量 f 0 05 mm r 切削深度 ap 0 05 mm 根据表 3 1 39 按机床选取 n 1000 r min 镗削工时为 按表 2 5 3 基本时间 t j 2Lnd 1000 60 v 2 38 2 1000 0 32 0 47 min 最后 将以上各工序切削用量 工时定额的结果计算结果 连同其他加工 数据一并填入机械加工工艺过程总卡片 见附表 1 第 3章 扩小头孔钻床夹具的设计 3 1定位基准的选择 小头孔是定位基准 在用作定位基面之前先进行了扩铰孔 加工时先用一 个假销对小头孔进行定位 这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差 在 扩小头孔之前 连杆的两个端面 既小头孔及大头孔的两侧面已经进行了精铣 工序具有很高的表面精度 因此扩铰小头孔定位时采用连杆端面和小头孔定位 连杆两端采用以 V 形块进行对中定位 3 2 夹紧方案的确定 此工序加工的孔为通孔 沿Z方向的位移自由度可不予限制 但实际上以工 件的端面定位时 必须限制该方向上的自由度 故应按完全定位设计夹具 基 面限制工件3个自由度 两个V形块限制3个自由度 属完全定位 3 3切削力及夹紧力的计算 由于本工序主要是粗加工小头孔 所以只对夹具的定位稳定性进行计算 及夹紧力和钻削力的计算 扩孔时的切削力计算 根据 机械加工工艺手册 李洪 主编 表 2 4 69 扩孔时的切削力为 FkfdP7 02 618 9 2 18 4 2465 044N 扩孔时的扭矩为 M 9 81 0 0311 mkfd8 03 9 81 0 0311 29 4979 495 夹紧力的计算 根据 机床夹具设计手册 第三版 王光斗 王春福 主编 表 1 3 11fPDMkW2sin22 2 5 3 029sin04 65 9472 6220 138 N 在计算切削力时 必须考虑安全系数 安全系数 4321K 式中 基本安全系数 取 1 51K 加工性质系数 取 1 12 刀具钝化系数 取 1 13 断续切削系数 取 1 14K 则 F 1 5 1 1 1 1 1 1 6220 138 12418 5N 3 4 夹具体设计 夹具体的作用是将定位 夹