连杆孔加工工艺及夹具设计

连杆孔加工工艺及夹具设计摘要：连杆是柴油发动机传动部件之一，本文重点讨论了连杆加工工艺及相应夹具的设计。其位置精度、形状精度以及尺寸精度的要求都非常高，刚性相对较差，容易发生变形，所以在安排工艺过程时，必须将各主要表面的粗、精加工工序分开进行。逐渐降低内应力、切削力和加工余量，并校正加工后产生的变形，最终达到零件的技术要求。关键词:连杆；变形；加工工艺；夹具设计Abstract：Theconnectingrodisoneofthe primarytransmissionpartsofdieselengine.Thisarticlefocusesonthelinkprocessandthecorrespondingfixturedesign.Itspositionalaccuracy,shapeaccuracyanddimensionalaccuracyrequirementsarevery high,andtherigidityoftheconnectingrodisnotenough,easytodeform,sowhenarranging process,itmustberough,finishingoperationsofthemajorsurfaceseparately.Graduallyreducestress,forceandallowance,andafterthedeformationcorrectionprocess,andultimatelymeetthetechnical requirementsofthepart.Keyword:Connectingrod；Deformination；Processingtechnology；Designofclampingdevice1.汽车连杆加工工艺1.1连杆的结构特点连杆在发动机内起着非常关键且占有重要地位，是一个关键的传动件，连杆在发动机内把施加在活塞上面膨胀气体的力量传给发动机内的曲轴部件，同时被曲轴控制并随同它一起运动再牵连活塞使缸内气体变大和变小。在实际操作进行中它被发生快速变化的动态负载施加影响。它的盖和体构成了整个连杆。尺寸大的圆孔通过螺栓以及螺母然后和曲轴主轴颈安装一块。尺寸大的圆孔中安装了不是很厚的铁质轴瓦这样可以减少破坏和易于维护。工件的小端以及活动塞子通过活动塞子的销结合起来，把衬套放入工件尺寸小的圆孔内这样可以减少活动塞子销和尺寸小的圆孔之间破坏和伤害，并易于破坏和伤害后的维修及替代。汽车中的连杆在实际操作中不仅需要担负膨胀气体来回变化压力的影响还要担负惯性力产生的影响，它要有够用的强度以及刚度同时质量尽可能轻，以减小惯性力影响。工件的整体范围通常是选择截面图形为工来制造。指定柴油机中每个工件体重要差不多以确定发动机运作平稳。工件中间的那个面的两边对称位置分别有尺寸大的和尺寸小的端。工件尺寸大端和尺寸小端高度和基本尺寸应一致以满足装夹安放搬运的要求。连杆将活动的塞子以及曲轴连接一块，将活动塞子的来回非曲线行为变为曲柄的转圈行为，传递转矩和力。所以其加工精度将对发动机的各项功能产生作用，同时工艺选择也会对这个精度起作用。1.2连杆主要技术要求工件上主要加工表面为：尺寸大的孔和尺寸小的孔、它们的两个表面，结合面还有螺栓的孔等。主要技术要求（图1-1）如下。连杆总成图（1—1）1.2.1大头孔以及小头孔尺寸精度、形状精度基于保证尺寸大的孔和轴瓦连同曲轴紧凑配合，降低冲击产生的作用。尺寸大的孔的上偏差与下偏差差的等级选IT6，Ra小于等于0.4微米；圆柱度公差为0.012毫米。工件尺寸小端处与活动塞子的销配合，尺寸小的孔其上偏差与下偏差差的等级选IT8，Ra小于等于3.2微米。小头压圆柱度公差为0.0025毫米。1.2.2大头孔与小头孔轴心线在两个互相垂直方向平行度两个孔中间的轴所在的线与工件轴所在的线如果不平行将造成活动塞子不能竖直放置从而对缸的表面造成程度不同的破坏，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，此平行度要求每100毫米允许有的上偏差与下偏差差值为0.04毫米，但是两个孔的轴所在的线在和工件轴所在的线相互垂直方向的不平行程度对缸的表面破坏不是太大，于是要求每100 毫米允许上偏差与下偏差差值为0.06毫米。1.2.3大、小头孔中心距尺寸大的和尺寸小的孔圆心之间的长度会使发动机效率发生改变，圆心之间长度是190±0.05毫米。1.2.4连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度工件尺寸大的孔的两个表面相对尺寸大的孔通过圆心处线的垂直程度，将使轴瓦出现一些破坏同时也不易于装上，垂直度公差等级不低于IT9。1.2.5大、小头孔两端面技术要求对尺寸大的和尺寸小的孔两个端面之间的长度，具有一样的基本尺寸，不一样的技术要求，尺寸大的那头的两个表面基本尺寸上偏差与下偏差差的等级选IT9，Ra小于等于0.8微米,尺寸小的那头的上偏差与下偏差差的等级选IT12，Ra不大于6.3微米。1.2.6螺栓孔的技术要求保证发动机正常承载，同时保证大头轴瓦与曲轴配合，原则：螺栓孔的上偏差与下偏差差的等级选择IT8级，其中Ra小于等于6.3微米；螺栓孔在尺寸大的孔处的结合面的对称度公差选0.25毫米。1.2.7 结合面的技术要求结合面平面度公差为0.025mm。1.3连杆的材料和毛坯连杆要保证有比较高的强度，通常选用高强度碳钢或合金钢；如45钢、40Cr、40CrMnB等。现在很多使用球墨铸铁作为加工连杆毛坯，这是因为粉末冶金零件尺寸精度要求高并且对原材料造成的损失和消耗比较少。制造连杆时用粉末冶金的方法很有发展前景。由于工件的加工属于大批量加工，所以一般用模型锻造的方法对毛坯进行加工。1.4连杆的机械加工工艺过程尺寸大的孔和尺寸小的孔及其两个端面是工件主要加工面，结合面还有螺栓孔的一个用于定位的平面是工件较重点的加工面，轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等是连杆相对次要加工表面。工件的制造过程按工件拆开和装上划出三部分：第一部分：把连杆切开前需要完成的工序，加工端面、小头孔以及大头外侧面，为后续工序作精基准；第二部分：把连杆切开后所进行的加工，进行精基准之外其余平面加工，包含粗略完成尺寸大的孔、螺栓孔、结合面等工序。第三部分：把体和盖装在一起后所进行的加工，这部分是完成满足连杆所需各项要求的加工，包含半精完成体和盖结合在一起之后的尺寸大的孔、精完成尺寸大的和尺寸小的孔和相关平面。1.5连杆的机械加工工艺过程分析1.5.1工艺过程的安排影响加工精度的两个主要因素：（1）工件自身刚度较低，施加外力很轻松产生扭曲。（2）它属于模型锻造出来的工件，对孔进行制造的过程中将出现很多残留，切削过程中将出现很大的应力，同时使应力再一次分布到各个地方。安排工艺进程时粗、精阶段要分开完成，按粗、半精、精加工次序完成。因为当粗制造过程中残留越多，所承受切削力、夹紧力也越高，制造后就更易出现扭曲。当粗、精制造阶段各自进行，粗制造过程出现的扭曲会在半精制造过程中改善；半精制造过程出现扭曲会在精制造过程改善。通过一次次削减制造残留，切削力和应力的影响，渐渐修改产生的扭曲，最终满足工件制造要求。1.5.2定位基准的选择对连杆进行加工时，一些工序的主要定位基面为连杆一端面和小头孔，还有尺寸大的那端的一侧表面。先进行端面的粗略打磨再进行尺寸大的和尺寸小的孔的粗略制造，先进行端面的精准磨削再进行尺寸大的和尺寸小的孔的精镗可提高表面精度。要先完成尺寸大和尺寸小孔的侧表面等这些作为基面的表面。首先进行的工序要选确定合适的定位夹紧 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，因为这会影响全部制造进程尺寸、形状、位置等的准确性。在制造工件过程中，先进行两个平面的粗铣，接着完成其他各重要表面的精准制造，端面的粗略铣是通过毛坯一表面定位。粗铣的定位方法可以通过对工件的尺寸大端和工件的对称平面进行制定。这种策略能够减小连杆被夹紧出现的扭曲，也能够将连杆的一个平面铣削加工，使一些切削力彼此削减，从而获得表面粗糙度不是很大的表面。1.5.3确定合理的夹紧方法连杆是一种刚性较差的工件，应选择恰当的夹紧力大小、方向和作用点以免出现很大的变形从而确保工件加工精度。粗略铣两个平面所采用夹紧装置首先要能保证夹紧力方向和平面保持不相交，夹紧力作用线上，尺寸大和尺寸小的两边刚度比较强扭曲不严重，就算产生变形，也会与平面所在方向平行，这样就对工件两边表面平面度影响很小。夹紧装置对工件产生的力经连杆施加于定位装置上，防止连杆发生各种不必要的变形。1.5.4连杆两端面的加工通过粗略然后精确地铣、磨这四个阶段，精确地磨削过程先于精确制造尺寸大和尺寸小的孔的加工。采用专用磨床进行大致加工，选择由砂瓦构造的砂轮进行连杆表面加工。精确磨削在M7130型机床上进行打磨，通常选择砂轮的侧面打磨。1.5.5连杆大、小头孔的加工尺寸小端的孔先进行了钻、扩、铰这几个步骤，并作为后续加工的定位基面。制造孔时为了使孔的轴心线和外圆轴线线尽可能重合可采用尺寸小端孔外形定位方法。接着把工件放在金刚镗床和尺寸大端的孔一起进行精确镗，直到满足IT6级接着把衬套压紧放入其中，接着将衬套里边的孔作为基准对尺寸大端的孔进行精确镗。尺寸大端的孔通过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级。尺寸大端的孔的精镗工序是在把体以及盖组装起来接着完成的。1.5.6连杆螺栓孔的加工加工这个孔要进行钻扩铰三道工序。加工过程中选择尺寸大那边的一平面、尺寸小的孔和尺寸大那边的一个侧面定位。为保证两孔在相互垂直的方向上平行程度在上偏差与下偏差差值许可的领域之内，在扩、铰过程中可以选择双导向套来实现导向。通过工件翻转的途径来进行螺栓孔端面粗铣加工以承受较大的铣削力。精铣过程中为确保孔的两个平面和尺寸大那边的一平面相互垂直可采用两工位装夹工具。当连杆在装夹工具上完成其中一个螺栓孔上下两平面的铣削之后，支撑板会和连杆一起翻过半圈，接着再去铣第二个孔。夹具保证尺寸大的孔上的平面与螺栓孔上的平面相互垂直。1.5.7连杆体与连杆盖的铣开工序装夹工具自身的制造、对刀精确度、锯片的安装精确度都会对结合面的尺寸精确度和位置精确度产生后果，结合面自身的粗糙度、平面度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度也会造成影响。故先铣开这个表面，接着完成磨削加工。1.5.8大头侧面的加工选择基面和小头孔来定位，装夹好连杆后铣两个侧面，确保两个侧面能够对称。1.6连杆加工工艺设计应考虑的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 1.6.1工序安排制定加工连杆的各个步骤需考虑的问题：（1）工件刚度低容易发生变形；（2）连杆属于模锻件容易产生残余内应力，应该分开进行各个重要表面的粗加工和精加工工序。1.6.2定位基准统一精基准：以两端面，小头孔、大头孔一侧面定位。1.6.3夹具使用装夹工具应具有“一面一孔一凸台”的统一精基准。大小头定位销要想到“自为基准”原则，小头的定位销不是固定的，把工件定位装夹好之后要把定位销拿出去接着去制造。使用长定位销确保螺栓孔和端面垂直度。1.7切削用量的选择原则1.7.1粗加工时切削用量的选择原则1)背吃刀量的选择：粗加工切削深度由连杆的加工余量以及工艺系统刚性确定。在留有全部所需余量的情况下，可最大限度单次就切除粗略制造出来的余量。总加工余量过大能通过多次走刀进行。2）进给量的选择：粗加工时切削力影响进给量地增加。通常由连杆的刚性以及它的强度设定进给量。在刚性以及强度都比较好的状态下，可用大一点的进给量。3）切削速度的选择：连杆粗略制造过程中v通常由刀具使用的耐用能力以及机床功率的制约。如果实际功率超过了机床许用功率，需要降低切削速度。1.7.2精加工时切削用量的选择原则精确制造时加工精度高以及表面粗糙度要低，余量必须小且均匀。1）切削深度的选择：精确制造过程中按照粗略制造过程中剩下余量选择合适的精略制造切削深度。精确制造进行时出现的余量要尽量少留。2）进给量的选择：精加工表面粗糙度限制进给量提高。进给量增大时，残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。3）切削速度的选择：切削速度越高，切削变形减小，切削力下降，且不会产生积屑瘤。精确制造过程中应选用较小ap、f和还有最大限度大的切削速度V，确保表面质量和制造精确度还要满足生产率要求。1.8确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.8.1确定加工余量（1）、对于平面留下的工序余量（mm）那么工件两个端面一共的加工余量为：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）、工件制造出来的全部厚度是H=38+=mm1.8.2确定工序尺寸及其公差1）、尺寸大的孔各道工序尺寸和相应公差（铸造出来的大头孔为55mm）2）、尺寸小的孔各道工序尺寸和相应公差1.9工艺尺寸链的确定1.9.1连杆盖工序尺寸的计算增环是：，减环是，封闭环是1）、极限尺寸为：=30.20-4.95=25.25mm=29.8-5.1=24.7mm2）、的上偏差与下偏差是:=0.20-(-0.05)=0.25(mm)=-0.20-0.10=-0.30(mm)3）、公差是：=0.25-（0.30）=0.55mm4）、基本尺寸是：==30-5=25mm5）、由此的最终工序尺寸是：=mm1.9.2连杆体工序尺寸的计算增环是；减环是；封闭环是1）、极限尺寸是：=13.30-4.95=8.35mm=12.9-5.1=7.8mm2）、的上偏差与下偏差是:=0.30-(-0.05)=0.35mm=-0.10-0.10=-0.20mm3）、的公差是:=0.35-(-0.20)=0.55mm4）、的基本尺寸是:==13-5=8mm5）、的最终工序尺寸是:=m1.10工时定额的计算1.10.1铣连杆大小头平面选择X52K型号机床1.10.2粗磨大小头平面选择M7350型号磨床1.10.3加工小头孔(1)钻削尺寸小的孔选择Z3080型号钻床(2)尺寸小的孔选择Z3080型号钻床(3)铰尺寸小的孔选择Z3080型号钻床1.10.4铣大头两侧面选择X62W型号铣床1.10.5扩大头孔选择Z3080型号钻床使用扩孔钻加工1.10.6铣开连杆体和盖选择X62W型号铣床1.10.7加工连杆体(1)对连杆体结合面进行粗铣使用X62型号铣床+(2)对连杆体结合面进行精铣使用X62W型号铣床+(3)对连杆两螺栓底面进行粗锪使用Z3025型号钻床(4)铣轴瓦锁口槽使用X62W型号铣床(5)对螺栓座面进行精铣使用X62W型号铣床(6)对结合面进行精磨使用M7130磨床1.10.8铣、磨连杆盖结合面(1)对连杆上盖结合面进行精铣使用X62W型号铣床(2)对连杆上盖结合面进行精铣使用X62W型号铣床(3)对螺母座面进行粗铣使用X62W型号铣床(4)铣轴瓦锁口槽使用铣床X62W型号铣床(5)对结合面进行精磨使用M7350型号磨床1.10.9铣、钻、镗（连杆总成体）(1)对连杆盖上两螺母座面进行精铣使用X62W型号铣床（2）、从连杆上方钻、扩、铰螺栓孔a)钻螺栓孔使用Z3025型号钻床b) 扩螺栓孔使用Z3025型号钻床c）铰螺栓孔(3)从连杆盖上方给螺栓孔口倒角1.10.10粗镗大头孔使用T68型号镗床1.10.11大头孔两端倒角使用X62W型号机床1.10.12精磨大小头两平面（先标记朝上）使用M7130型号磨床1.10.13半精镗大头孔及精镗小头孔使用T2115型号镗床1.10.14精镗大头孔使用T2115型号镗床1.10.15钻小头油孔使用Z3025型号钻床1.10.16小头孔两端倒角使用X62W型号机床1.10.17镗小头孔衬套使用T2115型号镗床1.10.18珩磨大头孔1.11连杆的检验加工连杆的整个过程中要进行中间检查以及最终检查，按照图纸上的具体要求来检查。1.11.1观察外表缺陷及目测表面粗糙度1.11.2连杆大头孔圆柱度的检验使用量缸表选取大头孔里的三个面进行测量，各个面再选取两不同方向进行测量，取其中极大和极小值，用级大值减去极小值再除以2就是圆柱度1.11.3连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验如图来检验对称度。选取结合面作基准量出工件上各个半圆的半径大小，相减就是对称度误差。1.11.4连杆大小头孔平行度的检验将小头孔的心轴置于最高的地方时测出两个端面并相减，这个结果再除以2就是平行度。图（1—7）大小头孔平行度的检验图2、夹具的设计本次夹具的设计和选择包括铣剖分面夹具以及扩大头孔夹具。夹具体属于夹具的重要构成元素，是一个基础元件，夹具体上安装着构成夹具的其他元件、机构、装置等组成部件。夹具体毛坯结构类型选为铸造夹具体。由于夹具体有时需担受很高的切削力以及夹紧力，在很多时候可设置加强肋。夹具体应该具有够用的排屑区域，切屑产生不是很多时的夹具可以设置容屑沟槽。夹具体上各种装置布置应该紧凑。可以通过将夹具体与机床工作台面相接触的底和中部挖空来减少加工面积，同时使各接触面联接可靠。2.1铣剖分面夹具设计2.1.1夹具设计1)确定定位基准连杆两端面、小头孔、大头孔的两个侧面在铣结合面前都加工完了，通过按照基准重合原则选小头孔和端面为基准来减少定位误差。2)夹具体的设计夹具体如下图所示：3)确定切削力以及夹紧力切削力大小：P===1835.492N夹紧力的计算：用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm,P=1.75mm，L=140mm,作用力：F=69N，夹紧力：W0=5290N定位误差大小: 剖分面是加工表面。剖分面以及螺栓孔中间那条线的垂直度选为0.08。小头孔中心距1900.1。剖分面平面度0.025。本工序工序基准：盖作为螺母的一个表面，体作为尺寸小那端孔的中间那条线，如下：1）算出定位销和尺寸大端孔中心之间长度的基本尺寸和公差。该公差应该是工件上与之对应尺寸的均值，通常选择五分之一到三分之一。故此尺寸为190.30.010。2）确定定位销尺寸及公差定位元件为固定销。定位销基本尺寸应选择孔的最小尺寸Φ29.49。公差和工作时与其相配孔的尺寸公差一致，取Φ29.49。3）小头孔的确定选择较紧的配合。由于小头孔存在较短定位面同时定位销存在锥度，安装工件时就相对来说很容易。确定小头定位孔Φ29.49。4)定位误差分析①对于圆心之间的长度为1900.1的连杆体结合面，基准选成Φ29.49的中间线，因为定位面和定位间有距离，可以确定出定位误差就等于基准位移误差：ΔDw=Δmin+δd+δD=0+0.033+0.012=0.045mmΔDw－－剖分面的定位误差δD――工件孔的直径公差δd――定位销的直径公差Δmin――孔和销的最小保证间隙连杆在制造进行时能满足加工精确度。2.2扩大头孔夹具2.2.1夹具设计1)确定定位基准基准可选用Φ29.29h7定位销和基面，能保证定位误差等于零同时完成定位。选用圆锥锁紧机构。2）夹紧方案因为连杆的体积很小，夹紧力作用方向和加工连杆过程中产生的轴向力方向一致，故选择手动滑柱钻模可易于安装以及卸载连杆。这种装置可通过转动手柄使钻模板上升以及下降，来实现连杆的夹紧。钻模板在达到某个位置后应该采取锁紧。3)夹具体设计扩大头孔夹具体图如下：4)切削力及夹紧力的计算由于粗制造尺寸大的孔，故仅确定出夹具的定位稳定性、夹紧力以及钻削力。扩孔过程中切削力大小：扩孔过程中切削力等于：N.m夹紧力的大小：=90526N算出切削力大小时，需要想到安全系数。安全系数式中：—安全系数；选取1.5—加工性质系数；取1.1—刀具钝化系数；取1.1—断续切削系数；取1.1则N钻削力小于夹紧力，故夹紧装置可靠。5)定位误差分析①定位元件尺寸及公差的确定：定位元件是一个固定的定位销。此定位销的尺寸大小、公差等级应与加工过程中与之相配合孔的尺寸大小、公差等级一致Φ29.49h7.②对于两圆心之间长度是1900.1结合面，选择Φ29.49中间那条线作定位基准，定位面和定位间有距离，可以得出定位误差就等于基准位移误差：ΔDw=δD+Δmin+δd=0.033+0+0.012=0.045mmΔDw－－结合面的定位误差δD――工件孔的直径公差δd――定位销的直径公差Δmin――孔和销的最小保证间隙工件满足加工精度要求。总结：通过对汽车连杆和相关夹具的设计，我学到了很多机械方面的知识。本文主要由两部分组成，连杆的工艺设计部分和夹具设计部分。在工艺部分主要确定各工序的工位和工步、切削用量三要素、主轴转速等。选择夹具，刀具和量具。计算基本时间和辅助时间。夹具设计部分，首先确定基准位置，然后选择定位元件以及夹紧元件，最后计算出铣削力和夹紧力。分三个阶段完成连杆的加工。主要表面按照先基准后其他的原则进行加工，加工过程中还应用了自为基准和互为基准原则以保证加工精度。参考文献PAGE1