【正文】 附錄 ???????????????? ????????????????????? 54 1 第 1 章 緒 論 課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義 汽車工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，在社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。在現(xiàn)代社會中，汽車工業(yè)不僅能為人類提供數(shù)量最多及適宜的交通運輸工具，而且還能帶動相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)整個社會的繁榮。目前全世界的汽車總產(chǎn)量已經(jīng)超過 6400 萬輛，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中汽車工業(yè)的產(chǎn)值已占其國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的 8%以上，占其整個機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)值的 30%。汽車工業(yè)在 100 多年的發(fā)展過程中，經(jīng)歷激烈的國際市場競爭與兼并改組世界 能源危機(jī)及第三次工業(yè)革命的沖擊，依然發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，并呈現(xiàn)出兩種迥然不同的發(fā)展模式。一種是美、日、歐洲等主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：資本高度集中壟斷，利用其高科技優(yōu)勢自主開發(fā)產(chǎn)品，頻繁換型，采取大批量規(guī)模經(jīng)營的生產(chǎn)方式，同時將產(chǎn)品輸出轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y本輸出，以多種合作方式跨國經(jīng)營，使汽車的生產(chǎn)趨于國際化。另一種是一些新興工業(yè)發(fā)達(dá)國家發(fā)展中國家發(fā)展汽車工業(yè)的模式：采用優(yōu)惠政策引進(jìn)外資及先進(jìn)的技術(shù)與裝備，先期進(jìn)口散件進(jìn)行裝車，之后逐步提高汽車零件的國產(chǎn)化率，進(jìn)而達(dá)到零部件自給，最終形成自成體系的汽車工業(yè)。第二種模 式中，韓國和西班牙先獲得了成功經(jīng)驗，之后巴西、中國和墨西哥亦采用了這種模式使各自國家的汽車工業(yè)獲得了快速發(fā)展。 汽車工業(yè)是當(dāng)代工業(yè)大生產(chǎn)的典型代表。它實行大批量規(guī)模生產(chǎn)，追求大批量、優(yōu)質(zhì)量、低成本與高效益的綜合經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。為達(dá)此目標(biāo)，汽車工業(yè)要不斷吸收與采納新技術(shù)、新工藝核心材料方便的最新研究成果。目前汽車工業(yè)已成為先進(jìn)制造技術(shù)的重要載體，許多高效自動的加工制造技術(shù)，如柔性制造系統(tǒng)（ FMS）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）等均已應(yīng)用于汽車工業(yè)中。但無論是傳統(tǒng)的制造技術(shù)還是先進(jìn)制造技術(shù)，其核心均是以工藝 信息內(nèi)容為中心?？梢姽に噯栴}在整個制造業(yè)乃至汽車制造中的重要性 [1]。 眾所周知，連桿是發(fā)動機(jī)的五大主關(guān)件之一，其在發(fā)動機(jī)中的地位是顯而易見的。它是發(fā)動機(jī)傳遞動力的主要運動件，在機(jī)體中做復(fù)雜的平面運動，連桿小頭隨活塞作上下往復(fù)運動；連桿大頭隨曲軸作高速回轉(zhuǎn)運動；連桿桿身在大、小頭孔運動的合成下作復(fù)雜的擺動。 連桿在承受往復(fù)的慣性力之外，還要承受高壓氣體的壓力，在氣體的壓力和慣2 性力合成下形成交變載荷，這就要求連桿具有耐疲勞、抗沖擊，并具備足夠的強(qiáng)度、剛度和較好的韌性。 連桿材料一般采用 45 鋼或 40Cr， 45Mn2 等優(yōu)質(zhì)鋼或合金鋼。鋼制連桿都用模鍛制造毛坯。它的鍛造工藝有兩種方案，將連桿體和蓋分開鍛造，連桿體和蓋整體鍛造。 從鍛造后材料的組織來看，分開鍛造的連桿蓋金屬纖維是連續(xù)的，因此具有較高的強(qiáng)度，而整體鍛造的連桿，銑切后，連桿蓋的金屬纖維是斷裂的，因而削弱了強(qiáng)度。整體鍛造要增加切開連桿的工序，但整體鍛造可以提高材料利用率，減少結(jié)合面的加工余量。加工時裝夾也比較方便。工廠中連桿的材料是 40Cr，調(diào)質(zhì)處理，整體鍛造，只需要一套鍛模，一次便可鍛成，也有利于組織和管理生產(chǎn)。鍛造師表面冷卻速度快，對內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力 ，表面應(yīng)力是平衡的，但銑分開面后應(yīng)力不平衡，易變形，所以要增加校力這一工序 [2]。 曲軸連桿廠的連桿加工屬于大批量生產(chǎn)，而連桿剛性差，因此工藝路線多為工序分散，大部分工序用高生產(chǎn)的組合機(jī)床和專用機(jī)床，并廣泛地使用氣動、液動夾具、以提高生產(chǎn)率。在加工過程中，連桿毛坯件的大頭孔是橢圓的，沿橢圓短軸銑分開面，去掉加工余量，正好是一個圓與曲軸相配合，毛坯鍛造后要進(jìn)行磁場探傷，檢驗裂紋，并校直保證直線度。在車間，連桿的工藝過程卡把工序排為 40 多個，主要分為粗加工，半精加工和精加工三個階段。 首先進(jìn)行兩端面加工。連桿的 兩端面是連桿加工過程中最主要的定位基準(zhǔn)面，而且在許多工序中使用，所以應(yīng)先加工它，且隨著工藝過程的進(jìn)行要逐漸精化其基準(zhǔn)，以提高其定位精度。在車間銑兩端時，為保證兩端面對稱于桿身軸線，以桿身定位，在專用銑床上裝兩把硬質(zhì)合金端銑刀盤，工件裝夾在回轉(zhuǎn)工作臺上作低速回轉(zhuǎn)進(jìn)給運動，加工完一個面，轉(zhuǎn)過 180176。再加工另一端面。然后采用雙端面磨床進(jìn)行磨削，以保證兩端面的平行度和高的生產(chǎn)率。 連桿大小頭端面對稱分布在桿身的兩側(cè)，由于大小頭孔厚度不等，所以大頭端面與同側(cè)小頭端面不在一個平面上，用這樣不等高面作定位基準(zhǔn)，必定會產(chǎn)生 定位誤差。因大小頭厚度公差要求不高，工廠在制定工藝時采用最經(jīng)濟(jì)的方法加工成一樣的厚度。這樣，以任一端面、小頭孔及工藝凸臺作為大部分工序的統(tǒng)一定位基準(zhǔn)，有利于保證連桿的加工精度，而且端面面積大，定位也比較穩(wěn)定。 連桿大小頭孔德加工時連桿加工中的關(guān)鍵工序，尤其大頭孔的加工時連桿各部位加工中要求最高的部位，直接影響連桿成品的質(zhì)量。 一般先加工小頭孔，因尺寸小，鍛坯上不鍛出預(yù)孔，所以小頭孔首道工序為鉆削加3 工，加工方案多為：鉆 擴(kuò)（拉） 鏜（鉸），采用有三個爪的浮動夾板，自動定心夾緊，它的錐度和小頭錐度相同，并用 大孔心軸定位，避免轉(zhuǎn)動。然后加工大頭孔，一般都會鍛出預(yù)孔，所以加工方案為粗鏜 半精鏜 精鏜。采用整體鍛造大頭孔在半精鏜之后將連桿身蓋銑開，并以分開面定位鉆螺紋出孔，斜剖式結(jié)構(gòu)連桿剛性不足，設(shè)計時加浮動支撐，然后合鉆擴(kuò)，攻螺紋保證同軸度，修正螺紋孔時，可用銑刀擴(kuò)孔，不用鉆頭，以消除向下的力。這一工序主要保證螺紋孔的垂直度，可將垂直度轉(zhuǎn)化為平行度進(jìn)行檢驗。 組裝后精鏜大小頭孔，在專用雙軸鏜床上同時進(jìn)行。大小頭孔的光整加工是保證孔的尺寸，形狀精度和表面粗糙度不可缺少的工序。大孔的衍磨是一種有切屑的加工，去掉波 峰，提高孔德圓柱度，小孔的滾壓則是一種無切屑的加工，把波峰壓下去，降低表面粗糙度。 連桿本身剛度比較低，易變形，所以在安排工藝時應(yīng)把各主要面粗、精加工工序分開，這樣，粗加工產(chǎn)生的變形在半精加工中得到修正，半精加工產(chǎn)生的變形在精加工中得到修正，最后達(dá)到零件的技術(shù)要求 [3]。 國內(nèi)外研究狀況和和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各料、新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機(jī)械制造工藝正向高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。電火花、電解、超聲波、種新材激光、電子束和離子束加工等工藝的出現(xiàn)，已突破傳統(tǒng)的依靠機(jī)械 能、切削力進(jìn)行切削加工的范疇，可以加工各種難加工材料、復(fù)雜的型面和某些具有特殊要求的零件。 數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，提高了更新頻繁的小批量零件和形狀復(fù)雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度。特別是計算方法和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大大推進(jìn)了機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，使工藝過程的自動化達(dá)到了一個新的階段。目前，數(shù)控機(jī)床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應(yīng)控制。加工循環(huán)控制雖可以實現(xiàn)每個加工工序的自動化，但不同的工序中刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。加工中心是一種高度自動化的多工序機(jī)床，能自動完成刀具的更換，工 件的轉(zhuǎn)位和定位，主軸和進(jìn)給量的變換等，使工件在機(jī)床上只安裝一次就能完成全部加工。因此，他可以顯著縮短輔助時間，提高生產(chǎn)率，改善勞動條件，適應(yīng)控制數(shù)控機(jī)床是一種具有“隨機(jī)應(yīng)變”功能的機(jī)床，他能在加工中，根據(jù)切削條件的變化，自動調(diào)整切削條件，是機(jī)床保持最佳狀態(tài)下進(jìn)行加工，因而有效提高加工效率，擴(kuò)大品種，更好的保證了加工質(zhì)量，并達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效率。 近年發(fā)展起來的以計算機(jī)為行動中心，完成加工、裝卸、運輸、管理的柔性制造系統(tǒng)，具有監(jiān)視、診斷、修復(fù)、自動轉(zhuǎn)位加工產(chǎn)品的功能，使多品種、中小批量4 生產(chǎn)實現(xiàn)了加工自動化，大大 促進(jìn)了自動化的進(jìn)程，尤其是將計算機(jī)輔助設(shè)計與制造結(jié)合起來而形成的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是加工自動化向智能化方向發(fā)展的又一關(guān)鍵性技術(shù)，并進(jìn)一步朝著網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化的方向發(fā)展。 工藝裝備的設(shè)計、制造、使用和管理，體現(xiàn)著一個企業(yè)的工藝技術(shù)水平，夾具設(shè)計與制造又是制造環(huán)境中的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期時間和加工成本的重要因素，工裝設(shè)計水平的高低，很大程度上反映出企業(yè)制造能力的高低。 夾具設(shè)計與制造是機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計與制造的一項重要步驟，傳統(tǒng)的夾具設(shè)計制造時需大量的工時消耗和金屬材料的消耗。目前，基于特征參數(shù)化技術(shù)已在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計與制造的各個階段得到廣泛的應(yīng)用，夾具設(shè)計也必須向標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、參數(shù)化方向發(fā)展。而且，為了適應(yīng)我國加入 WTO 后機(jī)電產(chǎn)品的創(chuàng)新能力和盡快機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計制造的全程仿真，快速組合夾具的發(fā)展正是適應(yīng)了這種要求。 夾具是機(jī)械加工不可缺少的部件，在機(jī)床技術(shù)向高速、高效、精密、復(fù)合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術(shù)正朝著高精、高效、模塊、組合、通用、經(jīng)濟(jì)方向發(fā)展 [4]。 設(shè)計的主要內(nèi)容 1）對捷達(dá)發(fā)動機(jī)連桿的工藝進(jìn)行編排，并且制定出整套的機(jī)械加工工藝過程卡； 2）設(shè)計出進(jìn)行連桿加工工藝所需要的夾具； 3） 利用計 算機(jī)中的 pro/e 軟件建立 連桿的 三維模型。 5 第 2 章 汽車 連桿加工工藝 連桿的結(jié)構(gòu)特點 連桿是汽車發(fā)動機(jī)中的主要傳動部件之一，它在柴油機(jī)中 ， 把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大 頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來補償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。 在發(fā)動機(jī)工作過程中，連桿 受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用，連桿除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度外，還應(yīng)盡量減小連桿自身的質(zhì)量，以減小慣性力的作用。連桿桿身一般都采用從大頭到小頭逐步變小的工字型截面形狀。為了保證發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)均衡，同一發(fā)動機(jī)中各連桿的質(zhì)量不能相差太大，因此，在連桿部件的大、小頭兩端設(shè)置了去不平衡質(zhì)量的凸塊，以便在稱量后切除不平衡質(zhì)量。連桿 大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側(cè)?？紤]到裝夾、安放、搬運等要求，連桿大、小頭的厚度相等 (基本尺寸相同 )。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔 (或油槽 )，發(fā)動機(jī)工作時，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn) 動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤滑連桿小頭 襯套與活塞銷之間的擺動運動副。 連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來，使活塞的往復(fù)直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動，以輸出動力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有 5 個：（ 1）連桿大端中心面和小端中心面相對連桿桿 身中心面的對稱度；（ 2）連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；（ 3）連桿大、小頭孔平行度；（ 4）連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；（ 5）連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度 [5]。 連桿的主要技術(shù)要求 連桿上需進(jìn)行機(jī)械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等。連桿總成的主要技術(shù)要求（圖 ）如下。 6 圖 連桿總成圖 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度 為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級為 IT6， 表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于 ；大頭孔的圓柱度公差為 mm，小頭孔公差等級為 IT8，表面粗糙度 Ra 應(yīng)不大于 。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為 mm，素線平行度公差為 。 大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度 兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較??；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對不均勻磨損影響較小，因而 其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在100 mm 長度上公差為 mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在 100 mm 長度上公差為 mm。 大、小頭孔中心距 大小頭孔的中心距影響到汽缸的壓縮比，即影響到發(fā)動機(jī)的效率，所以規(guī)定了比較高的要求： 150177。 mm。 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度 ， 影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至7 引起燒傷；所以對它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級應(yīng)不低于 IT9（大頭孔兩端面對大 頭孔的軸心線的垂直度在 100 mm 長度上公差為 mm）。 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求 連桿大、小頭孔兩端面間距離的基本尺寸相同，但從技術(shù)要求是不同的，大頭兩端面的尺寸公差等級為 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 , 小頭兩端面的尺寸公差等級為 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 。這是因為連桿大頭兩端面與曲軸連桿軸頸兩軸肩端面間有配合要求，而連桿小頭兩端面與活塞銷孔座內(nèi)檔之間沒有配合要求。連桿大頭端面間距離尺寸的公差帶正好落在連桿小頭端面間距離尺寸的公差帶中，這給連桿的加工帶來許多方 便。 螺栓孔的技術(shù)要求 在前面已經(jīng)說過，連桿在工作過程中受到急劇的動載荷的作用。這一動載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個螺栓及螺母上。因此除了對螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對于安裝這兩個動力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔