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1、-第1章柴油机连杆分析1.1柴油机连杆零件的作用柴油机连杆由柴油机连杆大头、杆身和柴油机连杆小头三局部组成，柴油机连杆大头是分开的，一半与杆身为一体，一半为柴油机连杆盖，柴油机连杆盖用螺栓和螺母与曲轴主轴颈装配在一起。柴油机连杆是较细长的变截面非圆形杆件，其杆身截面从大头到小头逐步变小，以适应在工作中承受的急剧变化的动载荷。其形状也比拟复杂，很多外表并不容易加工，不管是在其工作过程之中还是在加工过程中也很容易产生变形。根本要求如：柴油机连杆杆身不垂直度0.5,小头、大头两端面对称面与杆身相应对称面之间的偏移0.6，杆身横向对称面对大小头孔中心偏移1.首先必须保证大头中心孔中心线和小头孔中心线之
2、间的平行度，这样才能保证柴油机连杆在工作过程中平稳不刮曲轴和轴瓦；第二个就是保证两个端面的平行度，以及两端面中心线与两孔中心线之间的垂直度，用于保证工作中不会刮伤曲轴平衡块，可以减少噪声，保持平稳；第三个要保证的是柴油机连杆体和盖的分和面之间的配合和吻合，以保证大头孔的圆柱度，以免刮伤轴瓦；第四要确保大小头孔中心线之间的距离，如果其得不到保证，将保证不了发动机在工作时的气体压缩比等。1.2零件的工艺分析由零件图可知：可将其分为三组加工外表。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下：首先柴油机连杆的加工外表如下：（1） 以端面互为基准加工的两端面。（2） 以小头孔为中心的加工有：钻两个4的油孔，加
3、工侧面工艺凸台。（3） 以大头孔为中心的加工外表有：加工M12螺栓孔。柴油机连杆精度的参数主要有五个：1.柴油机连杆大端中心面和小端中心面相对于柴油机连杆身中心面的对称；2.柴油机连杆大小头空中心距尺寸精度；3.柴油机连杆大小头孔平行度；4.柴油机连杆大小头孔的尺寸精度、形状精度；5.柴油机连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。其余技术参数如下表：表1技术要求工程具体要求或数值满足的主要性能大、小头孔的椭圆度，锥度椭圆度0.012锥度0.014保证与衬套、轴瓦的良好配合两孔中心距0.030.05气缸气体的压缩比两孔轴线在同一个平面在柴油机连杆轴线平面：0.03，在垂直柴油机连杆轴线平面：0.06减少
4、气缸壁和曲轴颈磨损大孔两端面对轴线的垂直度0.015减少曲轴颈边缘磨损两螺孔中心线定位孔的位置精度在两个在45方向上的平行度：0.020.04，对结合面的垂直度：0.015保证正常承载和轴颈与轴瓦的良好配合第2章机械加工工艺规程设计2.1生产纲领确实定生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。零件生产纲领计算:N=Qn(1+%)(1+%) 式子中：N零件的年生产纲领件/年；Q产品的年生产量台/年；n每台产品中，该零件的数量件/台；%备品率；%废品率。根据教材中生产纲领与生产类型及产品大小和复杂程度的关系，确
5、定其生产类型。图3.1为*产品上的一个柴油机连杆零件。该柴油机连杆用于6105柴油机，年产量为 10000台。设其备品率为10%，机械加工废品率选择为0.5%，每台产品中该零件的数量为 1件。N=Qn(1+%)(1+%)10000件/年柴油机连杆零件的年产量为10000件，现该产品属于中型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大量生产。大量生产的工艺特征：1零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。2毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，一般采用模锻。毛坯精度高，加工余量小。3机床设备及其布置形式：广泛采用专用机床及自动机床
6、，按流水线和自动排列设备。4工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法到达精度要求。5对工人的技术要求：对调整工的技术要求高，对操作工的技术水平要求较低。6工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。7本钱：较低。8生产率：高。9工人劳动条件：较好。2.2柴油机连杆的材料选择与毛坯的制造方法柴油机连杆的材料选择考虑到在该工艺方案中采用铣结合面工艺，则选择材料也是很重要的。在过去其发动机柴油机连杆多采用中碳钢或者中碳合金钢，经过淬火和高温回火处理，处理后一般硬度在HBS288HBS269之间后来为了减低本钱研发了非调质钢并用与生产，在锻造后空冷，通过析出
7、强化得到与淬火高温回火一样的力学性能，省去了淬火和高温回火，从而降低了本钱。后来为了减少机加工，更进一步降低本钱，于是开发了用粉末冶金的方法来制造柴油机连杆，大大减少了机加工。而且粉末冶金柴油机连杆的质量公差小，更适合用于发动机柴油机连杆是的制造。美国就广泛的运用粉末冶金的方法来生产柴油机连杆。实际上它是一种含0.7%左右的尚碳钢。柴油机连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁以及可锻铸铁，其中45钢和粉末烧结材料应用最广。与粉末冶金柴油机连杆相比，45钢在本钱和使用性能上都具有一定优越性，首先锻造后空冷不需要热处理；装配后柴油机连杆体与柴油机连杆盖的裂解面能严密地接触并相互
8、锁定，使其不产生错位和移动，提高了与曲轴零件的配合，同时也提高了曲轴的刚度，大改善了发动机的性能。减轻柴油机连杆的重量一直都是柴油机连杆制造上讨论的一个主题，如果采用粉末冶金技术，在不改变柴油机连杆形状构造的前提之下会导致柴油机连杆的重量增加15%30%，这样使得柴油机连杆得重量有了很大的增加，则发动机的重量也会在一定程度的增加，会影响其使用性能。如果用粉末冶金制造柴油机连杆，就必须重新设计柴油机连杆的形状构造，以减轻柴油机连杆的重量。综上所述，考虑了各种因素，并经过组成员的共同讨论，最后决定采用45钢作为本次设计中柴油机连杆的材料。2.2.2 45钢的成分和力学性能45钢中主要各化学成分质量
9、百分比分别为：C为0.72%，Mn为0.5%，S为0.06%，P为0.009%，V为0.04%;其金相组织为珠光体加断续的铁素体，抗拉强度为：900MPa1050 MPa，屈服极限为520MPa，最大延伸率为10%。其中Mn作为强化项而存在，用以提高材料的强度。铣结合面工艺要求柴油机连杆切断后的塑性变形最小，又要保证材料有良好的可切削加工性能。45为高碳钢，含C量提高后，便增加了钢材的淬透性能，假设保持含Mn量不变，柴油机连杆锻造空冷后硬度会提高，而且金相组织中可能会出现贝氏体，恶化可切削加工性能，须通过适当途径降低含Mn量。为了改善可切削加工性，提高了含S量，钢中的Mn和S的亲和力大于Fe和
10、S的亲和力，优先形成MnS，从而降低钢的塑性，防止金相组织中可能会出现的贝氏体；另外FeS会引起钢的“热脆，促进了铣削时的断裂。Mn和S结合时含Mn量又不能过低，至少要高于S 三倍的含量。45钢的力学性能：表2极限抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率%压缩屈服强度/MPa剪切强度/MPa99058014610655毛坯的制造方法由于柴油机连杆在发动机工作中要承受交变载荷以及冲击性载荷，一次应选用锻造，以使金属纤维尽量不被切断，保证柴油机连杆可靠地工作。而且该零件的年产量是10000, 已经到达了大量生产的水平，要求其生产率比拟高，零件尺寸不是很大，再者为了保证它的尺寸精度、加工精度，应选择模
11、锻。模锻工艺要求柴油机连杆锻件在胀断过程之中不能有过大的塑性变形，因此模锻柴油机连杆性能的合格就是保证柴油机连杆到达理想的脆性断裂的因素。用于模锻工艺的45系列高碳非调质钢，它的成分特点是低硅，低锰及添加了微量合金元素钒和易切削的S元素，围窄，纯度高。2.3机械加工余量及毛坯尺寸公差确定1锻件公差等级由于功用和技术要求，公差等级为一般精度。2材质系数碳质量分数小于0.65%的碳素钢。故该锻件材质系数属M1级。3锻件分模线形状零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线。确定锻件尺寸公差和机械加工余量：表3加工外表零件尺寸机械加工余量毛坯尺寸小头孔上下端面437大头孔上下端面237小头孔1439
12、根据模锻的根本要求，在零件的根本尺寸上加上加工余量24mm，所以在加工多数外表在根本尺寸的根底上单面加2mm，一些特殊外表如螺钉座面上加2mm，侧面工艺凸台加工精度不是很高，在其外表加1mm。2.4指定工序定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分。在加工起始工序中，只能用毛坯尚未曾加工过的外表作为定位基准，则该外表称为粗基准；利用已加工外表作为定位基准，则称为精基准。其基准的选择也是工艺规程设计之中的重要问题之一，定位基准的选择合理与否，将直接影响所制订的零件加工工艺规程的质量。基准选择不当，往往会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计困难，甚至达不到零件的加工精度特别是位置精度要求，造
13、成零件报废等情况。选择粗基准时主要考虑两个问题：一是保证加工外表与非加工外表之间的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。粗、精基准具体选择时参考以下原则：1对于同时具有加工外表和不加工外表的零件，为了保证不加工外表与加工外表之间的位置精度，应选择非加工外表作为粗基准。2对于具有较多加工外表的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工外表的加工余量。3粗基准应防止重复使用。在同一尺寸方向上，粗基准通常只能使用一次，以免产生较大的定位误差。精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便、夹具构造简单。选择精基准一般应考虑如下原则：(1) “基准重合原则为了较容易地获得加工外表对其
14、设计基准的相对位置精度要求，应选择加工外表的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。如果加工外表的设计基准与定位基准不重合，则会增大定位误差。(2 ) “基准统一原则当工件以*一组精基准定位可以比拟方便地加工其它外表时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是基准统一原则。采用基准统一原则可减少工装设计制造的费用，提高生产率，并可防止因基准转换所造成的误差。3“自为基准原则当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工外表本身作为定位基准，这就是自为基准原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。2.5柴油机连杆加工工艺过程的拟定方案如下：铣两平面粗铣
15、、精铣粗磨二孔端面退磁钻、扩小头孔倒角粗镗小头孔粗镗大头孔车大头外圆打成套编码粗铣螺栓孔平面精铣钻、铰两螺栓孔中间检验精镗大小头孔珩磨大头孔中间检验钻小头油孔去毛刺压入衬套精镗衬套控中间检验车小头二端面及孔口倒角铣开锪螺栓孔口倒角钻连杆盖定位销孔钻连杆体定位销孔去全部毛刺清洗最后检验一共29道工序，从柴油机连杆使用性能的根本要求来看，该工艺方案能根本到达要求。2.6连杆加工工艺设计应考虑的问题2.6.1 工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：1)连杆的刚度比拟低，在外力作用下容易变形；2)连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的剩余应力。因此在连杆加工工艺中，各主要外表的粗
16、精加工工序一定要分开。定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使局部切削力抵消。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。2.6.3 夹具使用应具备适应“一面一孔一凸台的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进展加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定
17、位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。2.7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。2.8确定加工余量用查表法确定机械加工余量：（1） 平面加工的工序余量mm表4单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸外表粗糙度毛坯3712.5粗铣1.0IT123512.5精铣0.5IT10343.2磨0.5IT8331.6（2） 大头孔各工序尺寸及其公差表5工序名称工序根本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸外表粗糙度珩磨0.4H653530.4精镗1.5H852.25
18、2.20.8半精镗1.5H1149.249.21.6二次粗镗1.8H1246.246.26.3一次粗镗1.8H1242.642.612.5（3） 小头孔各工序尺寸及其公差表6工序名称工序根本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸外表粗糙度精镗1.5H833331.6粗镗2H930306.3扩2H10262612.5钻钻至20H2212.52.9切削用量及工时计算工序1 铣粗铣、精铣铣两平面，保证尺寸：工步1 粗铣上平面，精铣上平面（1） 背吃刀量：粗铣=1.0mm 精铣=0.5mm （2） 进给量：*51型立式铣床功率4.5KW，查表5.8：高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量取0.08mm/z（3）
19、 切削速度，由工序采用铣刀=80mm z=10 =44.9mm/z=178.65r/min查表3.7 取160r/min实际切削速度40.2mm/min160r/min, 工作台每分钟进给量mm/min128mm/min查表3.7得机床进给量125mm/min由面铣刀对称铣平面，主偏角90查表5.41铣小孔端面：铣大孔：工步2 工序2 粗磨二孔端面，保证尺寸（1） 选择砂轮，见?工艺手册?磨料选择表结果为WA46KV6P35040127（2） 切削用量选择砂轮转速r/min 轴向进给量工件速度径向进给量（3） 切削工时，当加工小孔端面一个外表时当加工大孔端时则加工大小孔端面两面时工序3 退磁工
20、序4 钻、扩小头孔钻至22 扩至26（1） 钻孔22mm确定进给量f:根据?切削手册?表2.7 当钢的22mm时 f0.390.47mm/r本零件在加工孔时为低刚度零件，进给量应乘0.75则根据Z535机床说明书取f0.32mm/r切削速度查表得18m/min则取实际切削速度切削工时：（2） 扩孔26扩孔切削用量f取 f取主轴转速实际切削速度切削工时工序5 倒角2双面，采取90锪钻，为缩短辅助时间，取倒角时主轴转速与扩孔时一样。所以n68r/min 手动进给工序6粗镗小头孔，镗后直径30，选用机床T740金刚镗床粗镗孔至30，单边余量Z=4mm一次镗去全部余量进给量f=0.1mm/r 镗床切削
21、速度=100m/min 因为无级调速取工序7粗镗大头孔至46.2mm选用镗床与工序6一样粗镗两次，单边余量 3.6mm工序8 车大头外圆切削深度：单边余量Z=1.5mm 可一次切除进给量：f=0.5mm/r计算切削速度：切削工时：t工序9 打成套编号工序10 粗铣螺栓孔平面切削速度采用高速钢镶齿三面刃铣刀则采用*51立式铣床取实际切削速度：当每分钟进给量z查表，取切削工时：工序11 精铣同工序10工序12 钻，铰两螺栓孔根据Z535机床说明书取f=0.2mm/r,取铰工步： Z535 钻床取转速实际切削速度工序13 中间检验工序14 半精、精镗大头孔至49.2mm半精镗精镗工序15 珩磨大头孔
22、工序16 中间检验工序17 钻小头油孔钻4mm 锪8mm 深至3mm 取锪孔：工序18 去毛刺工序19 压入轴套工序20 精镗衬套孔单边余量工序21 中间检验工序22 车小头二端面及孔口倒角切削速度机床主轴转速取则实际切削速度工序23 铣开工序24 锪螺栓孔口倒角工序25 钻连杆盖定位销孔工序26 钻连杆体定位销孔工序27 去全部毛刺工序28 清洗工序29 最后检验第三章专用钻扩孔夹具设计3.1夹具设计任务为了提高劳动生产率，保证加工质量降低劳动强度，需设计专用夹具为工序4钻扩小头孔设计钻床夹具，所用机床为Z535型立式铣床，大批生产类型。工序尺寸和技术要求钻孔22，扩孔26，外表粗糙度 12
23、.5m。3.1.2 生产类型生产类型为大批生产。3.2拟定钻床夹具构造方案与绘制夹具草图确定工件定位方案，设计定位装置分析工序简图可知孔O为0.004，中心线间距离为，从基准的重合原则和定位稳定、可靠出发，选择端面为主要定位基准面。大头孔为另一定位基准面。（1） 定位元件采用定位销定位定位销与定位孔配合，限制四个自由度，又端面用螺母通过开口垫圈压紧，实现工件完全定位。定位孔与定位销配合尺寸取定位销尺寸的设计（2） 辅助支撑钉衬套与夹具体配合性质一般选H7/r6支撑钉与衬套配合性质选E7/r6（3） 活动V形块 A55 /T8018.4-1999相配件 d为M20 设计夹紧装置1螺钉AM2080
24、 /T8006.4-19992带肩六角螺母 M161.5 /T 8004.1-1999垫圈 A2050 /T 8008.5-1999确定导向方案，设计导向装置1可换钻套 22F730K625 /T 8045.2-1999 26F742K625 /T 8045.2-19992衬套 A3042 /T 8045.4-19993排屑空间0.71.5d h20mm夹具体设计铸造，材料HT200 工艺性好，吸振性好，壁厚25mm活动V形块导板：配合公差等级见夹具图。参考文献1于大国主编.机械制造技术根底与工艺学课程设计设计教程.国防工业，20132白海清主编.典型零件工艺设计.大学，19953志峰主编.制
25、造制造工艺及专用夹具设计指导书.高等教育，19944益编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版，20145艾兴主编.切削用量简明手册.高等教育，19666濮良贵.机械设计.高等教育，19967王栋.机械制造工艺学课程设计指导书.机械工业，2010 总结加工工艺的编制和专用夹具的设计，使对零件的加工过程和夹具的设计有进一步的提高。在这次的设计中也遇到了不少的问题，如在编写加工工艺时，对所需加工面的先后顺序编排，对零件的加工精度和劳动生产率都有相当大的影响。在对*几个工序进展专用夹具设计时，对零件的定位面的选择，采用什么方式定位，夹紧方式及夹紧力方向确实定等等都存在问题。这些问题都直接影响到零件的加工精度和劳动生产率，为到达零件能在保证精度的前提下进展加工，而且方便快速，以提高劳动生产率，降低本钱的目的。通过不懈努力和指导教师的精心指导下，针对这些问题查阅了大量的相关资料。最后，将这些问题一一解决。完成了本次设计，通过做这次的设计，使对专业知识和技能有了进一步的提高，为以后从事本专业技术的工作打下了坚实的根底。. z.
