连杆工艺设计说明书.docx
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连杆工艺设计说明书
专业课程设计
（机械制造及其自动化专业）
连杆加工工艺说明书
班级：
机制二班
姓名：
************
学号：
************
教师：
*************
山东大学机械制造及其自动化研究所
2012年12月30日
目录
柴油机连杆的加工工艺3
1.1柴油机连杆的用途及其特点3
1.2 连杆的的材料及毛坯制造3
1.3 连杆的加工工艺过程4
1.3.1连杆主要面孔的加工方法5
1.3.2确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差5
1.3.3机械加工工艺过程7
1.3.4典型加工数据的计算8
精铣大小头孔两端面8
钻小头孔9
扩小头孔9
铰小头孔9
铣大头孔两侧面10
扩大头孔10
铣开连杆体和盖11
粗铣连杆体结合面11
精铣连杆体结合面11
1.4连杆的检验12
1.4.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度12
1.4.2检查主要表面的尺寸精度12
1.4.3检验主要表面的位置精度13
1.4.4连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验13
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
1.3.1连杆主要面孔的加工方法
（1）连杆主要面的加工方法
采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，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。
粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。
这种方法的生产率较高。
精磨在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。
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）。
（2）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、扩、铰三道工序。
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。
大头孔经过扩、粗镗、精镗、精磨和珩磨达到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。
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。
1.3.2确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差
（1）平面加工的各工序尺寸及其公差
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
44
粗铣
1.3
IT12（
）
41.4（
）
12.5
精铣
1.0
IT10（
）
39.4（
）
3.2
粗磨
0.5
IT8（
）
38.4（
）
1.6
精磨
0.2
IT7（
）
38（
）
0.8
则连杆两端面总的加工余量为：
A总=
=6mm
（2）大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为
58mm）
工序名称
工序基
本余量
工序尺寸
最小极限尺寸
表面粗糙度
珩磨
0.1
65.5
65.5
0.4
精磨
0.3
65.4
65.4H7
0.8
半精镗
0.6
65.1
65.1H9
3.2
粗镗
1.5
64.5
64.5H11
6.3
扩孔
5
63
63
12.5
毛坯
58
（3）小头孔各工序尺寸及其公差
工序名称
工序基本余量
工序尺寸
最小极限尺寸
表面粗糙度
精铰
0.1
1.6
粗铰
0.3
6.4
扩
9.1
12.5
钻
钻至
12.5
1.3.3机械加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
模锻
2
喷丸
3
铣
粗铣大小孔上端面
X5020B
4
铣
粗铣大小孔下端面
X5020B
5
铣
精铣大小孔上下端面
X5020B
6
磨
粗磨大小孔上下端面
M7350C
7
扩
钻扩铰小头孔
Z3050
8
铣
铣大头孔两侧面
X6125
9
铣
铣大小头孔配重顶面
X6125
10
钻
钻小头孔进油口
Z3025
11
钻
扩大头孔至Φ63mm
Z3080
12
铣
铣开连杆体和盖
X6125
13
铣
粗精铣连杆体结合面
X6125
14
铣
铣轴瓦锁口槽
X6125
15
铰
铣连杆体螺栓孔座面
X6125
16
磨
磨连杆体结合面
M7350C
17
铣
粗精铣连杆盖结合面
X6125
18
铣
铣轴瓦锁口槽
X6125
19
铣
铣连杆盖螺栓孔座面
X6125
20
磨
磨连杆盖结合面
M7350C
21
钻
钻扩铰螺栓孔
Z3025
22
镗
粗镗大头孔
T618
23
镗
半精镗大头孔
T618
24
铣
大小头孔倒角
X6125
25
磨
精磨大小头孔端面
M7130
26
铰
精铰小头孔
Z3050
27
磨
精磨大头孔
M2110D
28
磨
珩磨大头孔
2MB2210x10A
29
检验
检查各部尺寸及精度
30
探伤
无损探伤及检验硬度
31
入库
1.3.4典型加工数据的计算
精铣大小头孔两端面
选用X5020B机床
根据《机械加工工艺师手册》选取数据
铣刀直径D=100mm切削速度Vf=100m/min
切削宽度ae=80mm铣刀齿数Z=6切削深度ap=1mm
进给量f=2.5mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=318r/min
按机床选取n=320/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=100.6m/min
铣削工时为：
Lw=240mmL1=20mmL2=3mm
基本时间tj=L/fmz=（240+20+3）/（320×2.5）=0.33min
钻小头孔
选用钻床Z3050
根据《机械加工工艺师手册》选取数据
钻头直径D=20mm切削速度V=20m/min
背吃刀量ap=10mm进给量f=0.2mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=318r/min
根据表3.1—30按机床选取n=320r/min
则实际钻削速度V=
Dn/（1000×60）=20.1m/s
钻削工时为：
Lw=10mmL1=2mmLf=3.5mm
基本时间tj=L/fn=（10+2+3.5）/（0.2×320）=0.24min
扩小头孔
选用钻床Z3050
根据《机械加工工艺师手册》选取数据
扩刀直径D=29.5mm切削速度V=20m/min
背吃刀量ap=4.5mm进给量f=0.8mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=216r/min
根据表3.1—30按机床选取n=250r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=23.2m/min
扩削工时为：
Lw=40mmL1=2mmLf=4.5mm
基本时间tj=L/fn=（40+2+4.5）/（0.8×250）=0.23min
铰小头孔
选用钻床Z3050
根据《机械加工工艺师手册》选取数据
铰刀直径D=29.5mm切削速度V=15m/min
背吃刀量ap=0.5mm进给量f=0.8mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=161r/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）=18.5m/min
铰削工时为：
按表2.5—7
Lw=40mmL1=15mmLf=5mm
基本时间tj=L/fn=（40+15+5）/（0.8×200）=0.37min
铣大头孔两侧面
选用卧式铣床X6125
铣刀直径D=50mm切削速度V=100m/min
铣刀齿数Z=6切削深度ap=2mmf=0.6mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=637r/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=118m/min
铣削工时为：
L=15mmL1=
+1.5=9.5mmL2=2.5mm
基本时间tj=L/fmz=（15+9.5+2.5）/（750×0.3）=0.06min
扩大头孔
选用钻床床Z3080
扩孔钻直径D=60mm切削速度V=0.27m/s
进给量f=0.60mm/r切削深度ap=3.0mm走刀次数I=1
则主轴转速n=1000v/
D=86r/min
根据《机械加工工艺手册》第二版表3.1—4按机床选取n=95r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=0.30m/s
扩削工时为：
L=38mmL1=4mmL2=3mm
基本时间:
铣开连杆体和盖
选用铣床X6125
铣刀直径D=100mm
切削宽度ae=3mm铣刀齿数Z=40（中齿）
切削速度V=25m/min
切削深度ap=2mmaf=0.015mm/rd=38mm
则主轴转速n=1000v/
D=80r/min
根据《机械加工工艺师设计手册》表2.1—1表按机床选取n=98r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=30.8m/min
铣削工时为：
粗铣连杆体结合面
选用铣床X6125
根据《机械制造工学课程设计指导书》表5-17选取数据
铣刀直径d=80mm孔径D=27mm宽L=36mm齿数z=10
由表5-30选切削速度V=30m/min
切削宽度ae=38mm
切削深度ap=2mmaf=0.10mm/r
则主轴转速n=1000v/
D=119r/min
根据表5-13按机床选取n=122r/min
实际进给速度Vf=n*z*af=122*10*0.10=122mm/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=30.6m/min
铣削工时为：
精铣连杆体结合面
选用铣床X6125
根据《机械制造工学课程设计指导书》表5-17选取数据
铣刀直径d=80mm孔径D=27mm宽L=36mm齿数z=10
由表5-30选切削速度V=40m/min
切削深度ap=0.5mm
af=0.06mm/r切削宽度ae=38mm
则主轴转速n=1000v/
D=159r/min
根据表5-13按机床选取n=190r/min
则实际切削速度V=
Dn/（1000×60）=48m/min
实际进给速度Vf=n*z*af=190*10*0.06=114mm/min
铣削工时为：
1.4连杆的检验
连杆在机械加工中要进行中间检验，加工完毕后要进行最终检验，检验项目按图纸上的技术要求进行。
1.4.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度
1.4.2检查主要表面的尺寸精度
用量缸表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。
1.4.3检验主要表面的位置精度
其中大，小头孔轴心线在两个互相平行垂直的方向的平行度用图（1——7）所的工具及方法进行。
1.4.4连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验
制做专用垂直度检验心轴，其检测心轴直径公差，分三个尺寸段制做，配以不同公差的螺钉，检查其接触面积，一般在90%以上为合格，或配用塞尺检测，塞尺厚度的一半为垂直度公差值。
参考文献:
1.《机械制造技术基础》主编李凯岭
2.《机械加工工艺手册》第2版主编王先进主审艾兴
3.《机械加工工艺师手册》第2版主编杨叔子
4.《机械制造工艺学课程设计指导书》主编王栋
5.《机械设计常用标准》山东大学
6.《几何量公差与检测》第九版主编甘永立
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