175Ⅱ柴油机连杆零件加工工艺及专用钻床夹具设计开题报告

一、选题背景及意义当今科学技术迅猛发展的今天，人类文明已经达到了空前的飞跃，机械化取代手工生产已成为全球公认的趋势，社会的各行各业，包括交通、农牧、石油、化工、煤炭、电力、轻纺、电子、通信、医疗、军事等，都离不开各种各样的机械设备，而所有的这些设备都是由机械制造工业提供的，在机械制造学科领域的知识体系中，以机械制造过程中的工艺技术问题为研究对象的一门技术科学，即是机械制造工艺学以工件在机床上的装夹为对象的一门技术科学，即是机床夹具设计在这个市场经济竞争如此激烈的年代，企业若要生存发展就必须不断地改进，用最廉价的生产成本创造出最高的利润，这必然跟我们的工艺过程有着千丝万缕的联系，如何合理地安排工艺路线是提高生产效率降低生产成本的最有效方法之一，当然夹具的利用也是提高生产效率的有效手段传统的手工装夹不仅增加了工人的劳动强度，而且大大降低了生产效率本课题主要是对175n柴油机连杆零件加工工艺及专用钻床夹具的设计连杆是柴油机内部的重要零件，连杆的作用是将活塞的往复运动转变

1.1连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它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为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大考虑到装夹、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，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1页第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

0.8um；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

3.2口m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

0.04/100mmo

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，从而造成第2页汽缸壁磨损不均匀，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

0.06mni

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

1.

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

0.8um,小头两端面的尺寸公差等级为IT12,表面粗糙度Ra不大于

6.3u m这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩o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±因o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

6.3um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第3页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AJV8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〜〜o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

3.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左第4页右，至分布均匀

4.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

5.烧结在通有还原性保护气氛的烧结电炉中进行，其温度为11001130℃,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100CTC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第5页度降低）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-1=290MPa增加到粉末锻件-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1/31/4,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1020倍以上第6页

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辐锻，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尺寸波动（每100mm）mm零件重量波动%尺寸精度表面粗糙度（um）粉末锻造土

0.2±

0.51T6IT

90.

83.2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

12.3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第7页

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键杆身下半圆、倒角及小头孔粗铃杆身上半圆、小头孔及大小头孔倒角精铳螺栓座面铳断杆、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镇大头孔及两侧倒角半精链大头孔及精键小头衬套底孔检查大头孔及精键小头衬套底孔精度压入小头孔衬套称重去重精镇大头孔、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键杆身下半圆、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.精铳连杆两端面工序II.扩较小头孔工序III.粗链杆身上半圆工序IV.粗镇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.铳断工序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.扩较杆盖螺栓孔工序XII.铳瓦槽工序XIII.去配对杆盖毛刺工序XIV.清洗配对杆盖第8页工序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.粗键大头孔及两侧倒角工序XX.半精键大头孔及精键小头衬套底孔工序XXI.检查大头孔及精键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.精位大头孔、小头衬套孔工序XXVI.去毛刺工序XXVII.退磁工序XXVIII.总成清洗为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞组上的燃气压力传给曲轴所以，连杆除上下运动外，还左右摆动作复杂的平面运动连杆工作时，主要承受气体压力和往复惯性力所产生的交变载荷,要求它应有足够的疲劳强度和结构刚度同时，由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计、热处理及表面强化等因素来确保连杆的可靠性连杆在机器中应用之广以及它在机器中的作用和地位不言而喻因此，本课题所研究的连杆加工工艺和夹具设计都是非常有意义的同时是要求通过设计能获得综合运用过去所学的全部课程进行工艺及结构设计的基本技能力,另外，为以后从事机械制造的一次综合训练和准备从中熟练运用机械机械制造工艺课程中的基本理论以及生产实习、毕业实习中学到的实践知识正确的解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量；提高结构设计能力，而通过设计家具的训练，应获得根据加工零件的加工要求，设计出高效省力、经济、合理而能保证加工质量的夹具能力；学会使用手册和图表资料掌握本专业有关各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用，也是为我们以后我们适应工作的一次最好训练参考文献与资料:【1】蔡兰.机械零件工艺性手册.北京机械工业出版社

[2]卞洪元.机械制造工艺与夹具.北京北京理工大学出版社

[3]王先逵.机械制造工艺学第二版.北京机械工业出版社【4】戴亚春.机械制造工艺学习指导书第二版.北京化学工业出版社【5】吕明.机械制造技术基础.武汉武汉理工大学出版工序XXIX.终检工序XXX.自动打流水号工序XXXI.成品防锈方案二工序I.精铳连杆两端面工序II.扩较小头孔工序III.粗键杆身上半圆工序IV.粗镇大头孔下半圆小头孔及小头孔倒角工序V.拉螺栓螺母座面工序VI.钻阶梯油孔工序viz.铳断工序vin.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第9页工序XI.精磨连杆连杆盖对口面工序xn.沿对口面处大头孔内测倒角工序xni.扩较杆盖螺栓孔工序XIV.铳瓦槽工序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.精键小头底座粗链大头孔工序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.精链大头孔精键衬套孔工序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铳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I.精铳连杆两端面工序II.扩较小头孔工序III.粗链杆身上半圆第10页工序IV.粗住大头孔下半圆工序V.精铳螺栓座面工序VI.铳断工序vn.粗、精铳对口面工序vin.钻、较杆、盖螺栓孔工序IX.精磨连杆连杆盖对口面工序X.铳瓦槽工序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.精镇小头孔工序XVI.半精键大头孔工序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.精链大头孔精键衬套孔工序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XXVHL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第11页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社【6】陈宏均、方向明典型零件机械加工生产实例机械工业出版社【7】顾崇衔机械制造工艺学陕西科技技术出版社【8】赵如福金属机械加工工艺人员手册上海上海科学技术出版社

二、主要设计内容及设计思想设计内容

1、汽车连杆零件图的绘制;

2、给以过程的拟定，工艺过程设计；

3、工艺卡片的编制；

4、夹具的设计及设计、使用说明书；设计思想连杆是柴油机的主要传动件之一，连杆由连杆体及连杆盖两部分组成连杆的结构特点及主要技术条件分析，它包括六个方面

（1）大小头孔的精度

（2）大小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度

（3）大小头孔的中心距

（4）大头孔两端面对大头孔轴心线的垂直度

（5）在关螺栓孔的技术要求

（6）有关结合面的技术要求；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在设计连杆机械加工工艺过程中，预期需要涉及到的技术有以下几个方面

1、对连杆零件进行工艺审查，找出主要技术要求和分析关键的技术问题，审查零件的结构工艺性，同时注意连杆本身的刚度比较低，再外力作用下（切削力、夹紧力）的作用下容易变形并且连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削是将产生较大的残余内应力；

2、拟定工艺路线零件的机械加工工艺过程是工艺规程设计的核心问题设计时通常应初拟23个较为不同的该零件的加工工艺〜路线，经技术经济分析后取其中的最佳方案实施之

3、根据拟定的工艺规程路线合理的设计专用钻床夹具的设计1）、拟定夹具的结构方案

（1）确设计要求和生产条件a、了解工件情况，工序要求和加工状态结构、材料、相关尺寸精度，前后工序关系，b、了解机床刀具机床合格，技术参数，运动情况，安装结构刀具的结构，精度联接方式等c、了解生产批量d、了解工厂的生产条件和技术水平e、资料准备、收集2）拟定结构方案a、定位方案根据加工对象的精度b、夹紧方案c、分度（转工位）方案d、对刀导向方案e、安装方式

三、毕业设计工作进度安排第01-03周查阅相关资料，了解选题背景和设计任务，并完成开题报告第04-06周认真查阅资料，初步设计系统框架第07-12周

1、完成汽车连杆零件加工工艺过程设计

2、完成工序设计

3、完成加工参数设计

4、进行初步夹具设计

5、绘制装配图

6、期中检查

7、完成装配图

8、完成零件图第13-15周撰写毕业设计报告（论文）、整理修改毕业设计报告（论文）、毕业设计报告（论文）、评阅、成果验收、规范化检查、完成整个系统的调试优化第16周整理资料，准备毕业设计答辩指导教师意见指导教师签字年月日院系毕业设计领导小组审核意见难度综合训练程度是否隶属科研项目教学院长（公章）年月日备注

1、题目类型分为理论研究、应用研究、设计开发和其它

2、题目难度分为A、B、C、D四个等级

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7.11精磨大头两平面（先标记朝上）

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