柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计.docx
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柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计
摘要
本文主要论述了柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计。
因为连杆是活塞式发动机和压缩机的主要零件之一，其大头孔与曲轴连接，小头孔通过活塞销与活塞连接，其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴，又收曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。
所以在安排工艺过程时，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。
在夹具设计方面也要针对连杆结构特点比较小，设计应时应注意夹具体结构尺寸的大小等，最终就能达到零件的理想要求！
关键词:
连杆变形加工工艺夹具设
Abstract
Thedieselconnectingrodtreatinghandicraftthemainbodyofabookhasbeendiscussedmainlyandtheirgripdesign.Becauseoftheconnectingrodisoneofdyadicengineofpistonandmaincompressionenginepart,whoselargerendholeandcrankshaftlinkup,thesmallheadholelinksupbythewristpinandthepiston,whoseeffectisthatthepistongaspressureistransmittedtothecrankshaft,collectcrankshaftgasindrivingbutsettingapistoninmotiontocompressacylinder.Beingthatthepolebearspoundsaliveload,requestconnectingrodmassisminortherefore,theintensityishigh.Thereforewhenarrangingprocedurefor,accordingto"firstthecriterionqueen-like"treatingprinciple.Theconnectingrodmainpartprocessesasurfacebeingthatheadholeandbothendsbigorsmallareweak,moreimportantfayingfaceandboltholelocatingsurfacebeingtheconnectingrodbodyandcovertreatingoutside.Alsoshouldbecomparativelysmallspecificallyforconnectingrodstructurecharacteristicinthefieldofgripdesign,designthatthesizeshouldpayattentiontogrippingtheconcretestructuredimensionoftheseasonwaits,theidealbeingthereforelikelytoreachapartultimatelydemands!
Keyword:
ConnectingrodDeforminationProcessingtechnologyDesignofclampingdevice矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。
第一章柴油机连杆的加工工艺
1.1柴油机连杆的用途及其特点
连杆是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。
熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
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。
鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
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。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
1.2 连杆的的材料及毛坯制造
连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。
因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。
近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。
随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。
因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。
根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。
连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—体。
整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。
相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。
总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
1.3 连杆的加工工艺过程
由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
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连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。
挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
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（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，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半精加工、精加工阶段。
赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
1.4连杆的加工工艺过程分析
1.4.1定位基准的分析
连杆工艺的基准选择连杆件外形复杂而刚性较差,它的技术要求又很高,故恰当地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。
塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
在连杆的实际加工中,一般都对连杆进行完全定位,多数情况下,选用连杆大小头端面作为主要定位基准,使零件的支承面积大,定位稳定,装夹方便。
同时选择小头孔和大头连杆体的外侧面作为一般定位基准,从而限制了连杆的六个自由度。
选用连杆的端面和小头孔作为定位基准,不仅便于在加工中实现基准统一,更重要的是使连杆的重要技术要求中加工过程中实现基准重合,以减小定位误差。
对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求,在精加工时也可以采用自为基准的原则进行加工,或采用互为基准的原则进行加工,或由机床精度直接保证。
在制造连杆毛坯时,在杆身一侧作出定位标记,在对大小头端面进行粗加工时,选取没有凸起标记的一侧为粗基准来加工。
紧接着以已加工过的端面为基准来加工第二个端面。
显然,第一个端面的精度（如平面度）要比第二个端面高,在以后的加工中,当然用第一个端面做精基准为好。
加工连杆时要保证小头孔的壁厚均匀,所以在拉小头孔时,选大、小头孔的两个端面作为基准。
在加工中，先加工出大、小头孔两端面，可以为后续的精加工做好备，既满足加工要求，方便加工，又符求，提高了加工精度。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
1.4.2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所示：
在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
图1连杆的定位方向
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。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：
即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。
在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。
因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。
连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。
因此，粗铣就是关键工序。
在粗铣中工件如何定位呢？
一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。
但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。
另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。
这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。
同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。
鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
1.4.3加工阶段的划分和加工顺序的安排
由于连杆本身的刚性差，切削加工时产生的残余应力，易产生变形。
因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的的粗，精加工工序分开。
这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修；半精加工中产生的形变可以在精加工中得到修正，最终达到零件的技术要求。
栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。
再工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣、磨工序防在加工过程的前面，然后再加工孔，符合符合先面后孔的加工工序安装原则。
辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。
连杆工艺加工过程可分为以下几个方面：
1）粗加工阶段
粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合之前的加工阶段：
基准面的加工，包括辅助基准面加工：
准备连杆体及连杆盖合并所进行的加工，如两者对口面的铣、磨等峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。
2）半精加工阶段
半精加工阶段也是连杆体和连杆盖合并之后的加工，如精磨两平面，半精镗大头孔及孔口倒角等。
总之是为精加工大、小头孔做准备的阶段。
詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。
3）精加工阶段
精加工阶段主要是最终保证连杆主要表面——大、小头孔全部达到图样要求的阶段，如珩磨大头孔，精镗小头活塞销轴承孔。
则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。
1.4.4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，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。
在粗铣两端面的夹具中，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。
胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。
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。
鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。
1.4.5连杆主要面的加工方法
采用粗铣、精铣工序，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，这种方法的生产率较高。
以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。
装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。
稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。
1.4.6连杆主要孔的加工方法
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，它经过了钻、铰两道工序。
钻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。
陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。
小头孔在钻、铰后，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。
沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。
大头孔经过扩、粗镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。
表面粗糙度Ra为1.6μm，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。
钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。
连杆的螺栓孔经过钻、铰工序。
加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。
为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。
从而达到所需要的技术要求。
懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。
1.4.7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0.02mm,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。
謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。
1.5夹具使用
应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。
而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。
呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。
保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。
为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。
长销定位目的就在于保证垂直度。
但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。
莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。
1.6确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差
1.6.1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）
（1）、平面加工的工序余量（mm）
单面加工方法
单面余量
经济精度
工序尺寸
表面粗糙度
毛坯
5
48
12.5
粗铣
4.4
IT12（
）
43.6（
）
12.5
精铣
0.6
IT10（
）
43（
）
3.2
则连杆两端面总的加工余量为：
A总=
=（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨）
2
=（1.5+0.6+0.3+0.1）
2
=
mm
（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=43+
=
mm
1.6.2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）
1）、大头孔各工序尺寸及其公差（锻造出来的大头孔为
81mm）
工序名称
工序基本余量
工序经济
精度
工序尺寸
极限尺寸
表面粗糙度
精镗
0.4
81+0.021/0
81
1.6
粗镗
2
80.6
80.6
12.5
扩孔
5
78.6
78.6
2）、小头孔各工序尺寸及其公差
（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29表2—30）
工序名称
工序基本余量
工序经济精度
工序尺寸
最小极限尺寸
表面粗糙度
精镗
0.2
1.6
铰
0.2
6.4
钻
钻至
12.5
1.7各项加工数据的计算
1、加工小头孔
（1）钻小头孔选用钻床Z3080
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—38（41）选取数据
钻头直径D=19.6mm切削速度V=0.99m/s
切削深度ap=10mm进给量f=0.12mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=945r/min
根据表3.1—30按机床选取n=1000r/min麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。
则实际钻削速度V=
Dn/（1000×60）=1.04m/s
（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=30mm切削速度V=0.22m/s納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。
切削深度ap=0.10mm进给量f=0.8mm/r風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。
则主轴转速n=1000v/
D=140r/min
根据表3.1—31按机床选取n=200r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.32m/s
2、铣大头两侧面
选用铣床X62W
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—77（88）选取数据
铣刀直径D=20mm切削速度V=0.64m/s
铣刀齿数Z=3切削深度ap=2.5mmaf=0.10mm/r灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。
则主轴转速n=1000v/
D=611r/min
根据表3.1—74按机床选取n=750r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.78m/s
3、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=63mm切削速度V=0.34m/s
切削宽度ae=3mm铣刀齿数Z=24
切削深度ap=2mmaf=0.015mm/rd=40mm铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。
则主轴转速n=1000v/
D=103r/min
根据表3.1—74按机床选取n=750r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=2.47m/s
4粗锪连杆两螺栓底面选用钻床Z3025
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—67选取数据
锪刀直径D=28mm切削速度V=0.2m/s
锪刀齿数Z=6切削深度ap=3mm进给量f=0.10mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=50.9r/min
根据表3.1—30按机床选取n=750r/min攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=2.94m/s
5铣15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=63mm切削速度V=0.31m/s
铣刀齿数Z=24切削深度ap=2mm
切削宽度ae=0.5mmaf=0.02mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=94r/min
根据表3.1—74按机床选取n=100r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.33m/s
6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=40mm切削速度V=0.330m/s
切削深度ap=0.1mm进给量fr0=0.006mm/r趕輾雏纨颗锊讨跃满賺。
则主轴转速n=1000v/
D=157r/min
根据表3.1—48按机床选取n=100r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.20m/s
7、磨连杆盖结合面选用磨床M7350
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=40mm切削速度V=0.330m/s
切削深度ap=0.1mm进给量fr0=0.006mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=157r/min
根据表3.1—48按机床选取n=100r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.20m/s
8钻铰螺栓孔选用钻床Z3025夹覡闾辁駁档驀迁锬減。
a）钻铰螺栓孔
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=0.99m/s切削深度ap=5mm视絀镘鸸鲚鐘脑钧欖粝。
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