机械工艺夹具毕业设计163美国赛车连杆专用工装夹具设计Word文件下载.docx
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随着科学技术的迅速发展，具有优良性能和耐磨性等优点的合金材料广泛应用于汽车工业，促进了汽车行业的发展，这同时给机械加工带来了极大的要求。
汽车工业在国民经济中占有举足轻重的作用，从某种程度上讲是衡量一个国家工业发达程度的标志。
连杆是汽车的一个重要又典型的零件，它的质量直接影响发动机的质量，从而影响整部汽车的可靠性、稳定性等性能。
题目中的美国赛车连杆与普通连杆一样都具有刚性差，加工要求高，加工面复杂的特点，此外，该连杆还具许多自身的特点，譬如，它的每个面都需要加工，截面工字型方向与普通连杆不同等。
值得一提的是，去年九月份学校安排过我们去二汽实习，并参观了EQ6100-I型发动机连杆的整个加工过程，做过许多笔记，对连杆的加工有了较深的认识。
这对我这次毕业设计有着莫大的帮助。
由于该美国赛车连杆是中批量生产，且有许多与普通连杆不同的特点，所以其加工过程显得比EQ6100-I型发动机连杆的加工过程较复杂和烦琐。
本说明书包括：
零件图分析、毛坯分析、加工工艺分析、工艺路线的制定、工序尺寸计算等。
正文
1.零件分析
1.1零件的结构分析
图1.1连杆盖剖面图
图1.2连杆体剖面图
从零件图上看该连杆总成主要组成为：
连杆体、连杆盖、定位套筒、螺栓、衬套，它们的外观尺寸不大，但形状及其复杂。
由于大头孔安装轴瓦后与曲轴连杆轴颈装配在一起，小头孔用活塞销和活塞连接在一起，因此其结构刚性要求高，并且加工精度要求高。
连杆杆身采用从大头到小头逐渐变小的工字截面形状以减轻重量且使连杆具有足够的强度和刚度。
从零件图上看本连杆与一般连杆的工字形方向不同。
连杆体和连杆盖的接合面是垂直于杆身轴线的平面，要求较高。
为了保证连杆大头孔和曲轴连杆轴颈之间的运动要求，在大头孔内装入轴瓦。
在连杆的小头孔中压入锡青铜衬套以减少活塞销和连杆小头孔的磨损及磨损后便于修理。
在连杆小头的两侧设有方向朝下的两个油孔，发动机工作时，高速旋转把气缸下部的润滑油飞溅到油孔内，以润滑连杆小头铜衬套与活塞销之间的摆动运动副。
1.2零件材料的工艺性
由于连杆的工作环境比较差，因此对其综合机械性能要求比较高。
为满足强度高、韧性好的使用要求，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、65钢、40Cr、40CrNiMo等。
美国赛车连杆采用40CrNiMo合金钢，经调质处理后HRC33～HRC38。
40CrNiMo的综合机械性能比较好，Cr合金元素可提高淬透性,Ni合金元素可提高抗冲击，Mo合金元素可防止回火发生脆性。
40CrNiMo调质状态下具有相当高的强度的同时，又具有良好的韧性，屈服强度850MN/m2,强度极限，淬透性良好，油淬临界淬透直径≥60～100mm，冷变形塑性中等，可焊性差，切削加工性较45#钢差。
由此可见40CrNiMo合金钢适合于受冲击载荷的高强度零件，但为了保证设计图的要求，还必须对其进行消除锻件残余应力，提高综合机械性能。
1.3功能及工作状况分析
连杆是发动机的重要零件之一，它连接活塞与曲轴（其小头经活塞销与活塞连接，大头与曲轴连杆颈连接），把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴，将活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动,又受曲柄的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。
连杆工作时由于受到汽缸内气体压力的作用产生很大的压应力和纵向弯曲应力，加上活塞和连杆的自重所引起的惯性力，在连杆横断面上产生周期性变化且具有冲击性的拉压应力和横向弯曲应力。
可见连杆在工作中承受着剧烈的变压力、惯性力和离心力等多向交变载荷的作用，在这样的工作环境下不但要求连杆的精度高、表面质量高，而且要求其强度高、耐疲劳强度高、重量轻、刚性好、韧性好、使用寿命长。
1.4零件主要表面的技术要求
（1）大头孔Ф56.515
，加工精度为IT9，粗糙度为Ra0.4。
（2）小头孔衬套底孔Ф25
，加工精度为IT7，粗糙度为Ra0.8。
（3）大、小头孔的中心距影响到气缸的压缩比。
进而影响发动机的效率，该连杆的中心距为152.4
0.05。
大、小头孔在两个相互垂直的方向上的平行度误差（即两孔轴心线的平行度和交叉度）会使活塞在气缸中倾斜，致使气缸壁磨损不均匀，缩短使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。
该连杆小头孔的轴心线对大头孔轴心线在100mm长度上公差为0.1mm.。
（4）连杆大头孔两端面对大头孔轴线的垂直误差过大，将加剧连杆大头端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧伤，一般规定其垂直度公差等级应不低于9级，该连杆的大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度不大于0.05mm。
（5）连杆体与连杆盖的结合面为配合面，它的表面粗糙度为Ra0.8。
（6）螺栓孔的主定位孔轴线对连杆体与连杆盖的结合面的垂直度在100mm长度上小于Ф0.15mm，精度IT7。
套筒外圆精度IT6，粗糙度Ra1.6配合尺寸Ф
。
1.5零件加工工艺分析
图1.3连杆主视图
连杆是典型的零件，位置精度和粗糙度的要求较高，其加工工艺已经比较成熟，但美赛车连杆与普通连杆技术要求有所不同，该连杆的所有表面全部要求加工且要求高。
从外观上看，外形较复杂，不易定位，大小头孔是由细长的杆身连接，刚性差，容易产生变形。
此外，毛坯虽经调质处理，仍可能存在残余内应力，对整体模锻而言，毛坯在加工中尚需将体和盖切开，体和盖装配成连杆总成后还需加工，由于内应力重新分布而产生的变形不可忽视。
1.5.1连杆加工中影响加工精度的因素解决措施
（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力，夹紧力）的作用下容易产生变形，从而影响精度。
因此，必须正确确定夹紧力的方向、及其大小。
夹紧力应尽量作用于连杆大、小头端面上，并垂直于端面，尽量避免使夹紧力作用于连杆杆身上；
在需要将夹紧力作用于杆身时，应使夹紧力作用于刚性好的那个方向上，并采用双向浮动夹紧。
在需要将夹紧力作用于连杆轴线方向时，夹紧力大小应适当，并应使连杆端面不脱离定位元件。
（2）由于连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷，受力大，要求强度高，所以要采用锻件毛坯。
锻件的纤维组织方向尽量与受力方向一致，这样，综合性能较好。
锻件毛坯加工余量大，切削时的切削热和切削力将产生较大的残余应力，从而会产生变形而影响加工精度，因此，在安排工艺过程时，就需要遵循粗、精加工分开的原则来划分粗，细，精，三个加工阶段。
把粗加工安排在最前面，此阶段的主要任务是切除掉大部分余量，并给细加工提供精度较高的基准。
细加工安排在中间，粗加工之后，精加工之前，这样，粗加工产生的变形可以在半精加工中得到修正逐步减少加工余量，并可防止或减少表面损伤。
切削力及内应力的作用是逐步修正加工后的变形，最后达到零件的技术条件。
由零件图分析可知，该连杆大小头的端面不在同一个平面上，为定位准确特采用了如下措施来避免因落差而产生的定位误差。
首先，在加工过程中大部分工序中把大小头加工成一样的厚度，保持着同一平面，这样定位方便，夹紧也容易多，这样不但避免了上述存在着的不足之处，而且还加大了定位面积，增加了定位的稳定性，直到的最后几道工序中再加工出落差。
大头端时采取铣削加工紧接着进行下一道磨销加工便可以达到图纸要求。
由此可见，毛坯选取大小头两端面等高并对称的模锻件为佳。
粗基准的确定：
该连杆的所有表面都要求加工，这给加工带来一定的困难，为了确保连杆大小端与杆身的对称性及便于杆身后续工序的余量加工，选连杆大小头端面为粗基准。
粗铣两端要求两端面与杆身的尺寸差<
0.5mm（要求毛坯单边尺寸差<
0.5mm），必限自由度三个（一平面），但为了使夹具制造简单，夹紧加工方便，限制六个自由度。
精基准的确定：
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精基准来定位，并用大头处指定的一侧面作为另一定位基面，这样端面的面积大，定位比较稳定，这样不仅实现了加工过程中基准统一，更重要的是使连杆的主要技术要求，如大小头孔之间的中心距要求，大小头孔的平行度要求，端面与大头孔的要求，两端面间的距离要求等，在加过程中实现基准重合，减少了定位误差。
按照“基准先行”原则，作为连杆主要定位精基准的端面加工，一般安排在工艺过程最初工序进行，所以在粗加工大小头孔前，先铣两端并粗磨两端面。
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连杆盖的结合面及螺栓孔定位面，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。
根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，各主要表面的加工方法选择如下：
两端面：
粗铣、粗磨、组合后再磨
两侧面：
小头孔：
钻孔、扩孔、粗铰、细铰、压入衬套后再精镗
大头孔：
粗镗、磨内孔、珩（或粗镗、半精镗、珩）
螺栓孔：
钻、扩、铰
连杆体与连杆盖结合面：
铣、磨
连杆外形及形槽：
铣、抛光
螺栓座面：
锪
如果按主要表面的粗、精加工来划分连杆的加工阶段，可按连杆合装前后来分，合装前为主要表面的粗加工阶段，合装之后则为主要表面的半精加工、精加工阶段。
由于连杆的加工工艺路线是围绕着主要的加工来安排的，所以其加工工艺连杆体和连杆盖的又可划分为了三个加工阶段，见表1.5.3：
表1.5.3加工工艺划分阶段
阶段
划分依据
目的及加工内容
第一阶段
连杆体和连杆盖切开之前加工
为后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）
第二阶段
连杆体和连杆盖切开后的加工
除精基准以外的其它表面，包括大头孔的精加工，为合装做准备螺栓孔和结合面的粗精加工以及轴瓦锁口槽的加工等。
第三阶段
连杆体和连杆盖合装后的加工
最终保证连杆各项技术要求的加工，包括合装后大头孔的半精加和端面精加工及大小头孔的精加工。
2.零件工艺路线的制定
2.1毛坯种类及其工艺过程的确定
图2.1连杆毛坯图
美国赛车连杆材料结构要求金属纤维方向沿着连杆杆身轴线并与连杆的外形轮廓相适应，并且没有旋状和中断现象。
不允许有分层、气泡、裂纹和夹渣等。
连杆锻坯形式有两种，一种是杆体和杆盖分开锻造，另一种是将杆体和杆盖锻成一体。
整体锻造的毛坯需要在以后的机械加工中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。
相对于分开锻造而言，整体锻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，故该连杆采用整体锻造。
由于连杆是中批量生产，规模比较大，故采用高精度和高生产率的模锻法制造，并选用锤上模锻。
这样，虽然一次投资较高，但均分到每个毛坯上的成本就较少。
而且由于此制造方法精度较高，生产效率一般也比较高，既节约原材料又明显减少机械加工劳动量，再者毛坯精度高，还可以简化工艺和工艺设备，降低产品的总成本。
连杆毛坯工序如下：
下料——加热——拔长——预锻——终锻——切飞边——冲孔——校正——热处理——清理——检验。
毛坯也可采用辊锻，其毛坯工序如下：
下料——加热——多次辊锻——整形——切边——冲孔——热校正——清理——检验，但辊锻需经多次逐渐成型，比较适应大批大量生产，不适合该连杆。
故采用整体锤上模锻比较合理。
查机械工艺设计手册中模锻的加工余量为内外表面加工余量为1.7～2.2mm，内孔直径加工余量为2.0mm，所以统一取毛坯机加工余量为2.0mm。
2.2工艺路线方案比较
下面有三个工艺方案供选择比较。
见表2.2。
表2.2工艺路线方案比较
工序
方案一
方案二
方案三
毛坯图检查
5
铣两端面
双面铣两端面
10
磨两端面
10
15
钻、扩、铰小头孔
钻、扩小头孔
20
铣两侧面
半精镗小头孔
25
磨两侧面
双面铣两侧面
30
标印基准
35
铣开盖体
40
铣盖台阶面
靠模铣病顶部形面
45
磨盖台阶面
铣盖顶部形槽
50
磨盖分合面
钳修
55
锪盖台阶孔
60
钻铰盖孔
65
扩铰盖台阶孔
锪盖台阶面
70
磨连杆体分合面
75
钻螺纹底孔
80
扩铰台阶孔
85
攻螺纹孔
90
铣连杆盖顶部圆弧面
中检
90
95
铣杆盖顶部形槽
装配
扩铰杆栓台阶孔
100
钳修R5和接刀台
105
110
镗大头孔
115
铣杆身两侧面
120
铣小头圆弧
125
铣杆身凹下表面
130
磨杆身凹下表面
靠模铣杆身两侧面
135
铣杆身圆弧槽
140
车大小端面圆弧
145
钳修圆弧
150
标印分解
压入衬套
155
精镗大小头孔
160
铣连杆盖顶部形槽
钻两斜孔
165
装配衬套
打毛刺
铣大端平面
170
铣连杆盖锁口槽
磨大端平面
175
打毛刺，倒角
铣连杆体锁口槽
抛光
180
精镗小头孔
清洗
185
磨大头孔
磁力擦伤
190
喷丸
195
钳修两端面
200
205
210
215
220
标印分解清洗
钝化
225
检验
230
235
珩磨大头孔
240
终检
245
油封入库
250
255
分解清洗
260
265
270
275
280
方案三的工序较少，工序内容复杂，专用机床使用较多，有利于提高生产率和缩短生产周期，但夹具制造复杂，专用夹具多，操作调整维修费时费事，生产准备工作量大，时间长；
方案二和方案一工序较多，一些工序内容较简单，此零件为中批量，为简化计划，调度等工作带来方便，此两种方案也比较接近车间的现有生产实际条件，虽然工序多一些，但生产准备时间短，但两者相比之下，方案二的装配次数太多，给生产带来许多不便，生产率低，如此类比采用方案一比较合理。
2.3重点工序分析
连杆结合面定位孔的尺寸精度和位置精度都要求很高，是该连杆加工的一大难点。
连杆盖上的2-Ф12.7H7（
）定位孔，与结合面的垂直度要求是在100mm长度上小于Ф0.15mm，深11.18mm，孔心距71.12±
0.05，粗糙度Ra1.6。
连杆体上有一个Ф12.7H7（
）主定位孔和一个Ф12.7H8（
）定位孔，两定位孔不但尺寸不同精度等级也不相同，一个精度高，一个精度低，这主要是有利于安装拆卸。
它们与结合面的垂直度要求是在100mm长度上小于Ф0.15mm，粗糙度过Ra1.6，孔心距71.12±
装配时套筒与定位孔的配合为Ф12.7
（过渡配合），为了确保连杆定位套筒和螺栓的装配精度采用一下措施来保证：
（1）在相对应的连杆盖和连杆体上用电笔标印
，并用电笔标记端面定位（同一基准）。
在正式夹紧前预夹各定位面，以了防止在夹紧时工件的移动。
连杆盖与连杆体采用用同一钻具加工，以减少孔心距的尺寸公差，便于装配，并标印同一匹配号（不同钻具标印不同的匹配号）。
（2）由于该工序无法用通用夹具来保证加工精度，而只能用组合夹具或设计专用夹具才能有效地保证加工要求，所以必须用专用钻具来保证工序要求，用钻具本身精度来保证垂直度和孔心距的要求。
（3）若从经济性考虑，该工序钻、扩、铰孔可使用Z512-1，其效率高，但转速
=480r/min太高，不便铰孔，所以选用Z525B，其转速
=85r/min，比较合理，并能满足工序加工要求。
（4）该孔是台阶孔，必须预先加工出一个通孔，再用专用铰刀来加工。
孔的直径由姣刀直接保证，孔深用钻床主轴挡块保证。
（5）该孔径较小，尺寸公差也小，通用量具不便于测量，因此选用专用塞规检测。
3.工序尺寸计算
该连杆虽然每个表面都要加工，但多数工序尺寸可一次性加工出或以自定位加工出来，结果尺寸便是最终加工尺寸，只有少数尺寸（链）需要间接保证，以下为几个比较重要且需要间接保证的工序尺寸。
见表3.
表3工序尺寸计算
工序名称
工序尺寸
工序余量
平均尺寸
公差
平均余量
变动范围
铣端面
29.6
0~-0.35
1.3
28.3
0~-0.3
0~-0.65
磨端面
27.8
0~-0.052
0.5
0~-0.352
27.5
0.3
0~-0.104
27.2
26.95
0.25
18.4
+0.21~-0.21
1.6
16.6
1.8
+0.41~-0.41
16.3
+0.135~-0.135
+0.345~-0.345
16.0
+0.270~-0.270
铣大头端平面
25.0
+0.03~-0.03
1.9
24.5
+0.06~0.06
磨大头端平面
24.13
+0.015~-0.015
0.4
+0.045~-0.045
23.83
+0.030~-0.030
23.3
0~-0.21
1.4
22.7
0~-0.033
0.6
0~-0.241
22.23
0.47
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