连杆工艺及夹具设计设计.docx

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连杆工艺及夹具设计设计

摘要

连杆是发动机的主要传动件之一，本文主要论述了连杆裂解的加工工艺及其夹具设计。

连杆裂解是对连杆杆身和连杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的新技术，具有构思新颖、操作经济、效益显著的特点。

阐述了连杆裂解加工原理、主要工艺流程以及裂解加工方法对材料和锻造毛坯的要求。

介绍了加工裂解槽、有控裂解、装配螺栓等核心工序与设备，探讨了裂解加工常见缺陷及预防措施。

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：

连杆裂解加工工艺变形夹具设计

TheProcessingTechnologyandFixtureDesignforConnectingRod

Abstract:

Theconnectingrodisoneofthemaindrivingmediumofengine,thistextexpoundsmainlythemachiningtechnologyandthedesignofclampingdeviceoftheconnectingrod.Connectingrodsplittingdecompositionisanewtechnologyofchiplesssplittingofconnectingrodandconnectingrodcapattheirjunctionplane.Ithasadvantagesofcreativedesign,economicalapplicationandremarkablebenefits.Machiningprinciple,mainprocessesofconnectingrodsplittingdecompositionandrequirementsofsplittingdecompositiononmaterialandforgingstockaredictated.Keyworkingproceduresandfacilities,suchassplittingdecompositiongroovemachining,controlledsplittingdecompositionandboltassembling,etc.,

areintroduced,andfrequentdefectsandpreventivemeasuresinsplittingdecompositionarediscussed.

Keywords:

ConnectingrodProcessingtechnologyforsplittingdecompositionDetermi-ationFixtureDesign

摘要...........................................................................................................................................I

Abstract......................................................................................................................................II

引言............................................................................................................................................1

1连杆加工工艺过程设计........................................................................................................2

1.1工艺规程的制定.............................................................................................................3

1.1.1制订工艺规程的原始资料................................................................................4

1.2连杆工艺过程的准备工作.............................................................................................5

1.2.1连杆的功用及结构特点概述............................................................................6

1.2.2连杆的技术要求分析........................................................................................7

1.2.3连杆的功用及结构特点概述............................................................................8

1.3连杆的工艺规程设计.....................................................................................................9

1.3.1连杆加工工艺的主要特点..............................................................................10

1.3.2连杆工艺方案的比较及确定..........................................................................11

1.4连杆的机械加工工艺过程...........................................................................................14

2夹具设计..............................................................................................................................15

2.1连杆胀断工艺夹具设计...............................................................................................15

2.1.1连杆胀断工艺性分析......................................................................................15

2.1.2定位方案设计..................................................................................................17

2.1.3导引方案设计..................................................................................................17

2.1.4夹紧方案设计..................................................................................................18

2.1.5夹具体设计......................................................................................................19

2.1.6其他装置设计..................................................................................................20

2.1.7夹具精度分析..................................................................................................21

2.1.8夹具工作原理简介..........................................................................................21

2.2绘总装配图和零件图...................................................................................................22

结束语......................................................................................................................................23

参考文献..................................................................................................................................24

致谢..........................................................................................................................................25

引言

1.选题的依据及课题的意义

随着社会经济的发展，人们的生活和工作节奏的加快，汽车作为现代交通运输工具，它的作用及重要性越来越被人们所重视。

从1886年第一辆汽车的出现到如今汽车成为现代社会不可缺少的交通工具，汽车工业已经成为融合先进技术最多，结构最复杂的产业之一。

而汽车工业的发展在很大程度上依赖于机械制造技术的进步，其中机械加工工艺及夹具对加工精度的影响尤为明显。

本课题研究的是连杆工艺及夹具设计。

连杆是发动机的主要零件之一，它连接活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴；将活塞压缩的往复运动转变为曲柄的旋转运动，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩缸中的气体。

由于连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大冲击特性。

因此，连杆在机械加工中工艺性的好坏直接影响到连杆的使用寿命，而夹具是保证良好工艺性的必要手段。

它是在机床上用于装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有一个正确的位置，并在加工过程中保持这个加工位置不变。

在本课题中，使用夹具主要是为了保证连杆在加工后，连杆的加工表面能够满足尺寸、几何形状和相互位置精度的要求。

2.国内外研究及发展趋势

随着计算机、机械、材料等工业的发展及汽车的结构、设计、动力等的变化，汽车的现代制造工艺与传统的制造工艺有了显著的不同。

例如，最初采用拉法加工连杆大头孔的两条槽子，由于拉刀随着加工时间要磨损，因此被拉削的槽子的形状也随之而变化。

槽子形状的变化又要影响连杆大头孔在胀断后的变形。

最近几年，美国Kaycon、德国Alfing和Mauser等机床公司开发了一种新工艺，采用激光加工连杆大头孔的两条槽子。

这种工艺可保持形状是一致的，这也就保证了连杆大头孔在胀断后的变形也是一致的。

现在很多汽车公司都倾向采用激光加工连杆断裂槽。

又如在国内，上海大众汽车公司发动机厂连杆总成两侧平面的磨削工艺1990年采用德国Diskus立式双轴圆盘平面磨床加工。

此外，连杆大小头孔传统的最后光正加工是采用普通珩磨工艺来实现的。

近几年来国外已广泛采用铰珩（ReamHoning）工艺来取代普通珩磨工艺。

由于铰珩工艺在提高加工精度（圆度、圆柱度及尺寸等），缩短加工循环时间和节约费用等方面均比普通珩磨工艺有较大优势。

因此，我们在编制连杆工艺时，应该从质量和经济等角度出发，尽可能的采用现代先进制造工艺，因为这符合精益生产的原则，是一种精益制造工艺。

1连杆加工工艺过程设计

1.1工艺规程的制订

1.1.1制订工艺规程的原始资料

下列原始资料是制订工艺规程的依据：

1.零件工作图，包括必要的装配图。

在本课题中，有连杆部件、连杆体和连杆盖零件图各一张。

2.零件的生产纲领和生产类型

⑴生产纲领

生产纲领是指在一定计划期内应当生产的产品的产量。

按下式可计算某一零件的年生产纲领：

N=Qn﹙1+α﹚﹙1+β﹚

式中:

N为生产纲领﹙件/年﹚;Q为产品产量﹙台/年﹚;n为每台产品中该零件的数量﹙件/台﹚;α为备品的百分率;β为残品的百分率。

α、β之值根据经验选取。

需要指出的是，随着汽车制造新工艺、新技术的不断发展，以及现代物流管理水平的不断提高，现在许多汽车公司正在向生产的零库存和产品的零缺陷方向迈进。

⑵生产类型

根据产品大小和年生产纲领的不同，可以将生产分为单件生产、成批生产和大量生产三种类型。

1单件生产

每年生产的产品品种很多，每个品种的生产数量很少，每一设备或工作的常年不重复或很少重复生产同种零件。

2成批生产

产品的年产量较多，可以在一段时间内比较固定的生产某一品种的产品。

根据产品结构特点、生产纲领和批量等，成批生产又可分为大批、中批和小批生产。

3大量生产

每一产品的年产量很大，产品生产可以连续进行。

单件生产的工艺特点是按零件类型划分车间或工段，产品改型对生产影响不大，零件生产无流水线，通常采用试切法加工，广泛采用通用机床、标准刀具、万能量具、通用夹具或组合夹具，也可采用加工中心等柔性加工设备。

大量生产的工艺特点是按部件组织生产，采用流水线或自动生产线。

由于通常采用高效率的专用设备进行加工，故产品改型后原来的设备很难改装，广泛采用专用复合刀具、成形刀具、专用量具和专用夹具，用调整法进行加工。

中批生产的特点是每台设备完成多种零件的相同工序。

产品改型对生产有影响。

部分零件按流水线生产，部分按同类零件组织生产，采用通用机床、专用机床和柔性加工设备进行加工。

可以采用标准刀具、通用刀具、夹具，也可以采用专用刀具、量具、夹具，大部分采用调整法加工，个别用试切法加工。

小批生产与单件生产的工艺特征相近，而大批生产的工艺与大量生产相似。

在本课题中，连杆是大量生产。

1.2连杆工艺规程的准备工作

1.2.1连杆的功用及结构特点概述

一、连杆的功用

连杆是发动机的主要零件之一，由连杆小头，连杆杆身和连杆大头三部分组成，它连杆活塞和曲轴，把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，将活塞压缩的往复运动转变为曲柄的旋转运动，又受曲柄的驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。

因此，连杆工作中承受着呈周期交变的压缩，拉伸及弯曲应力，这些交变载荷具有很大的冲击特性。

发动机正常工作时，连杆大头约以3000R/MIN的转速旋转，线速度达10M/S所以连杆在工作时，形成巨大的离心力。

由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲，使连杆很容易断裂，断裂是连杆的主要损坏形式。

二、连杆的结构特点

1．连杆小头

连杆小头形状为薄壁筒壮，有的连杆小头中间突起，一方面是拔模需要，另一方面是加强中部强度。

1全浮式连杆小头孔内装有青铜衬套，衬套润滑若是飞溅润滑，则在小头上铣出或钻出集油孔，收集的飞溅润滑油直接引到衬套内。

若是压力润滑，则从杆身来的压力润滑进入衬套，同时从小头的孔中喷出，对活塞内腔进行冷却。

2半浮式连杆，则小头与活塞销采用过盈配合或者将小头铣开，然后用螺丝将小头夹紧在活塞销上，半浮式连杆不在用小头衬套和活塞销卡环。

连杆小头用用大圆弧过渡到连杆杆身圆弧与小头切点间的夹角为固定角，固定角小，小头表应力小，固定角最小可到90°圆弧与连杆相切点是连杆杆身危险截面。

2.连杆杆身

连杆杆身端面是工字形，在保证刚度的情况下，工字形端面杆身质量较小。

若小头衬套采用压力润滑，则杆身上钻出油道，杆身轴形状上小下大。

杆身在气压力和往复惯性力的拉压作用下及在摆动附加弯矩的弯曲作用下，容易弯曲，弯曲力矩在杆身X-X方向上是不相同的。

为了保证杆身在Y-Y和Z-Z方向上有相同的拉弯性能，杆身在X轴的截面惯性矩约是Y轴的4倍。

3.连杆大头

当曲轴采用整体式或组合式时，为了将活塞和连杆从汽缸抽出，连杆大头采用部分形式。

汽油机连杆大头采用平切口。

柴油机采用连杆大头既有平切口也有斜切口。

柴油机连杆大头斜部分对进一步加大曲柄销有利。

大头部分方向从反动机前端看，在直角坐标系的I～

象限，与连杆轴线成30～60夹角。

这样当功冲程时，大头上盖承受最大爆发压力部分的强度可加强一些，排气冲程时，更大的连杆螺钉能够承受的拉应力会小一些。

为了减小连杆螺钉承受的剪切应力，斜切口连杆大头盖要进行定位。

大头盖的断面有多种形式，带加强筋的盖质量较轻，刚度也好。

连杆螺钉工作时，承受很大拉力，若断裂，可能产生严重后果。

因此连杆螺钉必须有足够的抗疲劳强度，常采用中碳合金钢制造，并经调质处理。

为了防止连杆螺钉松动，在螺钉尾部采用特殊结构，螺母采用花槽螺母，再穿上开口销或锁紧铁丝防松。

防松也可采用锁紧片。

若无螺母，则螺钉螺纹部分采用特殊结构，并进行镀铜等防松处理。

汽车机平切口连杆的大头定位，用连杆螺钉中部直径较大、表面光滑的定位圆柱面，圆柱面与大头上下盖孔有精密的配合关系。

1.2.2连杆的技术要求分析

连杆是一种难以锻造成形的锻件，最大截面与最小截面之比很大，杆部细长为工字形，厚度尺寸公差较小．连杆成型要求有较高的锻造水平。

连杆材料为40Cr，下料规格：

63mm×154mm．其工序过程为；切料一加热一道辊锻制坯一予锻、终锻一切边、冲孔一余热淬火一回火一抛丸一测硬一冷校正一探伤一压印一检查入库。

根据连杆锻件图规定，毛坯错差不大于lmm；表面缺陷深度不太于0.8mm锻件残余飞刺不大于0.8mm；表面抛丸清理；调质硬度为3．7～4.0dHBS；特殊要求：

两端头部放在同一平面检查时，其间隙不大于0.5mm。

1.2.3连杆材料与毛坯的确定

在编写本研究课题中的连杆工艺时，采用了连杆裂解连杆技术，故对材料有着特殊的要求。

裂解加工工艺要求大头孔不能产生明显的塑性变形，以保证精加工后大头孔的圆度要求。

因此在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特性，以便具有良好的啮合性。

目前连杆材料主要有粉末冶金、高碳钢、球墨铸铁和可锻铸铁。

粉末冶金材料具有良好的脆性断裂性能，用裂解方法加工连杆广泛采用此种材料。

其优点是锻造毛坯的精确度高，可取消连杆毛坯粗加工，减少了材料费用和加工工序。

粉末冶金锻造连杆甚至在烧结成型时就可预压出裂纹槽，从而可取消缺口加工工序。

粉末冶金技术的发展使获得高密度、高强度的粉末冶金材料变得更容易也更廉价，促进了连杆裂解加工技术的发展和使用范围。

铸造连杆的低塑性和易脆断极适宜裂解加工技术的应用。

但铸造连杆重量偏差大，机械性能较差，其使用受到限制。

锻钢连杆尺寸精度高、组织结构与力学性能好，在传统连杆制造业中应用最为广泛，尤其用于负荷大、转速高的发动机以及要求连杆具有高疲劳强度和可靠性的场合。

目前广泛用于制造轿车连杆的C70S6高碳微合金非调质钢，锻造后直接空冷机械性能即可达到要求，可取消常规热处理以及校直和消除应力的工序，尤其是可裂性好，极适合裂解加工。

1.3连杆工艺规程设计

1.3.1连杆加工工艺的主要特色

一、连杆传统的加工工艺．

传统加工工艺流程：

毛坯锻造→铣两端面→粗磨两端面→钻小头孔→钻大头孔→粗镗小头孔→粗镗大头孔→半精镗小头孔→半精镗大头孔→切连杆大头分开面→粗铣离面→精铣分离面→钻铰定位销孔→攻螺纹孔→磨分离面→精磨两端面压铜

套→精镗火头孔→精镗铜套孔→珩磨大头孔。

1.用铸造法生产可锻铸铁和球铁连杆

鉴于锻造法生产的连杆比铸造法成本高，故采用铸造法大批生产珠光体可铸铁连杆，1965年由美国通用汽车公司使用后，相继有德国Opel汽车公司、Vauxhall汽车公司等用于轿车发动机，均成功地取代了部分锻造连杆。

此后，又采用球墨铸铁制造连杆，以取代可锻铸铁。

仅德国的铸造行业，每年供应欧洲汽车制造业需用的铸造连杆约达1000万根以上“其中Opel汽车公司就是其最大用户之一。

确定铸造连杆形状和尺寸的主要因素是疲劳强度，它须通过107周次循环负荷的疲劳强度试验。

铸造连杆经喷丸强化处理后，其疲劳的质量偏差为3％～4％。

近来可采用“裂痕撑断法”剖分连杆体与盖的新切断工艺，从而减少了机加工工序，降低了生产成本。

2.用模锻法生产连杆

锻造是使钢铁或有色金属材料产生塑性变形，从而变成具有一定形状和尺寸的锻件，并改善其组织结构而获得高的力学性能。

现今汽车锻造行业几乎都是采用模锻法，主要用以制造形状复杂和性能要求高的零部件或毛坯，诸如曲轴、前粱、连杆、转向节等。

全球主要汽车制造业每年需用发动机连杆约达2亿根，其中87.4％为模锻连杆。

为满足发动机连杆的大量需求，多采用锤上热模锻法在自动化锻造生产线上大批量生产。

其主要制造工艺过程是：

首先将钢坯加热（如感应加热）到锻造温度，然后将此钢坯送人自动轧钢机进行初轧，使其延伸成一定要求的几何形状和尺寸的预制坯，最后，将此预制坯送人锻压机的锻模中进行终锻，以获得最终产品形状和尺寸精度。

或者采用多模锻造方法就不需要进行轧制，但与连续锻造相比，则有更多的材料浪费在毛刺上；与初轧到终锻的锻造相比，纤维状取向更恶化。

关于模锻连杆的材料选择，以往多使用传统的可热处理钢（如42Cr4Mn钢等），现可

选用控制轧制的微合金化钢。

通常模锻毛坯的质量损失为其总质量的4％～7％，锻造成品连杆的质量偏差为3％～5％。

3.连扦分离面加工的传统方法——“切断法”

发动机连杆分离面加工的传统方法可以称为有屑切削法．即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行粗加工之后。

用切削的方法（铣削或锯削）将整体连杆切断．分成连杆体厦连杆盖两个零件。

然后再用拉削磨削或精铣的方法。

对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工，以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求------这是一种带切屑的切削加工方法，一般可称为切断法（CUTOFF）（见图1-1）。

在分离面进行精加工之后，将连杆体及盖成对合在一起，再加工连杆螺栓孔；随后，已