柴油机连杆加工工艺规程及专用钻床夹具的设计Word下载.docx
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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0.8μm；
大头孔的圆柱度公差为0.012mm，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0.0025mm，素线平行度公差为0.04/100mm。
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100mm长度上公差为0.04mm；
在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100mm长度上公差为0.06mm。
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±
0.05mm。
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100mm长度上公差为0.08mm）。
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0.8μm,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。
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6.3μm加工；
两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25mm。
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0.025mm。
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、01％～01％Cr、065％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σ-1=290MPa增加到粉末锻件σ-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（μm）
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IV.粗镗大头孔下半圆
工序V.精铣螺栓座面
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0.4μm，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0.02mm,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。
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
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