【正文】 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 1 第一章 緒 論 連桿是柴油機(jī)的主要傳動(dòng)構(gòu)件之一，其作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來(lái)，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出動(dòng)力。連桿的制造質(zhì)量接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和可靠性，這就要求連桿應(yīng)具有高的強(qiáng)度、韌性和耐疲勞性能，以及很高的重量精度。 近年來(lái)汽車零部件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程的高質(zhì)量、高效率、低成本、低能耗已成為提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的唯一途徑，拘泥于傳統(tǒng)、落后加工技術(shù)的生產(chǎn)模式已難以適應(yīng)市場(chǎng)的變化 , 加工技術(shù)的變革成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。而且涉及設(shè)備更新、技術(shù)改進(jìn)等方面費(fèi)用問(wèn)題，在今后一個(gè)，長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，國(guó)產(chǎn)連桿生產(chǎn)還將以模鍛工藝為主。 連桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī) 是一種將自然界某種能量直接轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并帶動(dòng)某些機(jī)械進(jìn)行工作的機(jī)器。因此連桿實(shí)在高壓下做變速運(yùn)動(dòng)，它在工作中承受力的情況是相當(dāng)復(fù)雜的 ：有氣體的作用力，欲動(dòng)質(zhì)量的慣性力，摩擦力，擠壓力，外界阻力，曲軸與活塞的壓力。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 由于連桿是連接曲軸和活塞的重要部件，在運(yùn)動(dòng)承急劇變化的交變載荷，為了方便連桿的拆卸，將連桿分為兩個(gè)部分，連桿蓋和連桿桿身，兩部分有螺栓連接。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來(lái)補(bǔ)償軸瓦的磨損。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。在連桿小頭的頂端設(shè)有油孔 (或油槽 )，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，依靠曲軸的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把氣缸體下部的潤(rùn)滑油飛濺到小頭頂端的油孔內(nèi)，以潤(rùn)滑連桿小頭襯套與活塞銷之間的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)副。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 第二 章 連桿的主要技術(shù)要求 材料選擇 表 21 連桿材料選用表 材料名稱 材料牌號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 碳鋼 3 45 GB/T 6991999 合金鋼 40Gr、 35GrMo、 42GrMo、 18Gr2Ni4WA GB/T 30771999 (1) 允許采用性能不低于表 1 規(guī)定且已經(jīng)證明同樣適用的其他材料。 表面質(zhì)量 (1) 連桿表面不應(yīng)有毛刺、碰傷等缺陷。用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大于 300 r/min 的連桿，其表面不允許修復(fù)。 (1) 連桿熱處理方法見(jiàn)表 3。 表 24 熱處 理后連桿機(jī)械性能要求 材料名稱 拉抗強(qiáng)度N/mm 屈服強(qiáng)度N/mm 伸長(zhǎng)率 % 端面收縮率 % 沖擊功 J 硬度 正火或正火 +回火HBS 淬火 +回火HBS 碳鋼 440 220 24 50 30 125~160 480 240 22 45 135~175 520 260 21 25 150~185 560 280 20 40 160~200 600 300 18 18 175~215 合金鋼 600 360 50 40 175~215 700 420 16 45 32 205~245 800 480 14 40 235~275 900 630 13 27 260~320 1000 700 12 35 25 290~365 注：硬度值僅供參考 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 6 加工精度 (1) 連桿大、小端孔孔徑的尺寸精度應(yīng)不低于 IT 6。 (3)連桿各主要部分的形位公差應(yīng)不大于表 25 的規(guī)定值。是以后面以小頭孔和小頭孔的圓柱面進(jìn)行定位，提高加工精度，和加工速度。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，使粉末冶金件的密度和強(qiáng)度大為提高。以上兩種鍛造形式所獲得的連桿毛坯質(zhì)量相差很大 。根據(jù)生產(chǎn)綱西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 8 領(lǐng)為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯?？傊鞯姆N類和制造方法的選擇應(yīng)使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 11 20 銑 以基面，小頭孔和大端一側(cè)面定位，切切開(kāi)工件，標(biāo)記連桿桿身和連桿蓋。 第二步：鉆 2Φ 10mm 螺栓孔。 第二步：以剛剛精磨的一面定位，精磨另一平面 24 25mm/st 34 中檢 大小頭孔兩端面精度 35 鏜 精鏜大小頭孔。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個(gè)階段：第一階段為連桿體和蓋切開(kāi)之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開(kāi)后的加工；第三階段為連桿 體和蓋合裝后的加工。 （ 2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削是將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。 小頭孔：鉆、擴(kuò)、粗鏜、精鏜、衍磨。 定位基準(zhǔn)又分為精基準(zhǔn) 、粗定位基準(zhǔn)和輔助定位基準(zhǔn)。 （ 1）選擇精基準(zhǔn)原則：基準(zhǔn)重合原則；基準(zhǔn)不變?cè)瓌t；互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的原則；自為基準(zhǔn)的原則；應(yīng)能是工件裝夾穩(wěn)定可靠、夾具簡(jiǎn)單。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)，減少了定位誤差。 為了滿足上述的幾點(diǎn)要求， 對(duì)連桿的粗加工的夾具要求進(jìn)行不同的定位，保證對(duì)粗基準(zhǔn)的選擇，例如，對(duì)連桿大頭孔兩端面的粗銑選擇不同的夾具，（ 1）由于連桿是模鍛件，第一次粗銑大頭孔端面采用的是 V 型塊夾具，不以一端面定位， 用 V 型塊 懸空對(duì)大頭孔一端面進(jìn)行加工，這樣可以比以一端面定位進(jìn)行加工，提高了連桿粗加工的精度，為保證另一面的加工提供基礎(chǔ)，同時(shí)保證了孔加工的定位。對(duì)于銑連桿大端兩側(cè)面同樣面臨著這樣的問(wèn)題，由于連桿是模鍛件，大端孔是由模鍛出來(lái)的，本身有了一定的位置，對(duì)于西兩側(cè)面則是要用大端孔的中心軸，怎樣是大端孔的中心軸進(jìn)行定位，是保證大端孔兩側(cè)面對(duì)稱的關(guān)鍵?？紤]連桿是模鍛件，加工余量較大，并且連桿的大小頭孔端面，連桿大頭孔兩側(cè)面，大小頭孔，連桿桿身和連桿蓋之間的分開(kāi)面是不可能一次性加工出來(lái)，連桿各個(gè)面是在不同的機(jī)床，經(jīng)過(guò)多道工序，多次裝夾 多次反復(fù)的加工 而加工完成的，因此在加工的時(shí)候要避免過(guò)多的裝換基準(zhǔn)， 做到盡量的使用同一個(gè)基準(zhǔn)，對(duì)于選擇得精基準(zhǔn)要求能夠保證大部分的工序是使用的同以基準(zhǔn)，這樣保證連桿各個(gè)面之間位置精度。 根據(jù)連桿基準(zhǔn)選擇的要求，結(jié)合連桿自身的加工工藝和加工要求， 選擇大小端端面 ()和小端孔 (C)、大端一側(cè)側(cè)面 (D)作為 作為連桿 定位 的 精基準(zhǔn)， 為了保證精基準(zhǔn)的精度，在柴油機(jī)連桿加工工藝的開(kāi)始階段應(yīng)該先加工連桿的基準(zhǔn)即在機(jī)械加工生產(chǎn)線的前 幾道工序 (第一步粗銑連桿的大小頭孔的兩端面，第二步精銑大小頭孔兩端面，第三部鉆、擴(kuò)小頭孔，第四步，銑大頭孔的兩側(cè)面 )就 安排對(duì)這組定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工， 并且安排粗銑精銑，鉆擴(kuò)等加工工序，是要求對(duì)這組基準(zhǔn)達(dá)到一定的精度，方便后續(xù)加工的定位。 圖 56 夾緊力位置 夾緊力圖57 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 夾緊力加工余量磨床加工方向圖 58 連桿的各種表面加工方法的選擇，應(yīng)主要根據(jù)加工面的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)類型，從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，并參考有關(guān)各種表面加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度及表面粗糙度等資料來(lái)初步確定的。 考慮對(duì)稱度得要求，采用對(duì)稱度和中心軸精度較高的雙軸鏜床進(jìn)行加工。 工藝過(guò)程 確定連桿大小頭孔端面，連桿大端孔的兩側(cè)面，連桿桿身和連桿蓋結(jié)合面以及螺栓孔的座面的的加工方法 —— 粗銑、精銑、粗磨、精磨、衍磨可以看出連桿各個(gè)主要表面對(duì)粗加工 —— 半精加工 —— 精加工有明顯的階段層次，主要是這些主要表面很難通過(guò)一次性加工完成，而且 還必須好考慮連桿的受力情況，例如：對(duì)于大小頭孔的加工就會(huì)影響連桿大小頭孔端面的加工， 鉆、擴(kuò)、鏜、精鏜、衍磨等加工工序必然影響連桿大小頭孔端面的內(nèi)應(yīng)力；導(dǎo)致連桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，影響連桿的總體受力情況，再根據(jù)先面后孔的原則，在粗銑大小頭孔兩端面后進(jìn)行鉆擴(kuò)小頭孔，在粗加工端面后加工大小頭孔，在半精加工后進(jìn)行半精加工大小頭孔，在精加工端面后進(jìn)行精加工大小頭孔，這樣層次分明的加工對(duì)于連桿總體的加工、受力、精度都要好處，整體的好處表現(xiàn)如下： 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 1)連桿的機(jī)械加工是刀具對(duì)連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的，刀具對(duì)連桿必然有較大的力的作用 ，所以刀具在切割連桿是必然導(dǎo)致連桿的整體結(jié)構(gòu)的變形 。減少連桿因?yàn)殄懺焖a(chǎn)生的加工成本，可以減少不必要的加工工時(shí)，減少?gòu)U品率，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本。 （ 2）．先面后孔 先面后孔的原則是任何機(jī)械加工都必須遵循的原則，結(jié)合柴油機(jī)連桿加工的實(shí)際情況，對(duì)于連桿機(jī)械加工中的先面后孔的原則是指先加工連桿大小頭孔的兩端面，后加工連桿的大小頭孔，但這又必須考慮連桿的精度要求，連桿對(duì)于 連桿的大小頭孔的精度要求很高，這就需要考慮加工的實(shí)際情況，主要可以分為兩種 加工順序：第一種是先加工面，是指先完成對(duì)面的加工的，即對(duì)連桿的大小頭孔的兩端面得精加工在鉆、擴(kuò)大小頭孔之前；第二種是連桿的大小頭孔加工與兩端面得加工逐步向前的，循序漸進(jìn)的方式，即在粗加工面后進(jìn)行粗加工孔，半精加工面后進(jìn)行半精加工孔，精加工面后進(jìn)行精加工孔。 （ 3）．先大面后小面 先大面后小面是機(jī)械加工工序安排的基本原則，因?yàn)榇竺娴亩ㄎ痪让黠@高于小面的精度，所以先大面后小面是對(duì)于機(jī)械加工的基準(zhǔn)的選擇原則。特別是連西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 桿是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的元件，連桿的位置精度是影響連桿質(zhì)量的重要依據(jù)，提高連桿的位置精度，可以減少連桿的質(zhì)量誤差，是連桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中減少噪音，摩擦。根據(jù)先主后次的原則，可以知道在連桿加工過(guò)程中會(huì)先進(jìn)行連桿大小頭孔兩端面得加工，這樣可以及早的發(fā)現(xiàn)連桿的大小頭孔兩端，連桿小頭孔等各個(gè)主要表面的問(wèn)題，避免后續(xù)對(duì)于螺栓孔螺栓孔座面等次要面的加工。因?yàn)檫B桿的毛坯是模鍛件，所以連桿的熱處理應(yīng)該在連桿毛坯出來(lái)之后進(jìn)行，連桿的主要熱處理工序是退火加調(diào)質(zhì)處理。安排的各個(gè)工序的加工階段也各不相同，對(duì)于大批量生產(chǎn)中，連桿的調(diào)質(zhì)處理一般安排在粗加工階段之后進(jìn)行，之主要是因?yàn)檫B桿是模鍛件，因此連桿的加工余量較大，如果調(diào)質(zhì)處理安排在粗加工之前，那么調(diào)質(zhì)處理對(duì)于連桿的內(nèi)部組織改變不大，而安排在粗加工后，減少了連桿大量的加工余量，這樣可以有效的對(duì)連桿需要的 部分進(jìn)行熱處理，提高了連桿整體熱處理的質(zhì)量，更多的改善了連桿的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。 經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外進(jìn)行的大量生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，加大連桿粗精加工之間的時(shí)效并不能對(duì)連桿內(nèi)部的應(yīng)力變形產(chǎn)生明顯的作用，這說(shuō)明不需要對(duì)連桿進(jìn)行熱時(shí)效的處理。加工完成后對(duì)連桿的大小頭孔的直徑、表面粗糙度、圓柱度、大下頭孔的中心距、大小頭孔端面的平行度、粗糙度和連桿螺栓孔的垂直度等進(jìn)行最后的檢查，以保證 連桿的機(jī)械加工質(zhì)量。 3)連桿機(jī)械加工完成后，在入庫(kù)之前應(yīng)該進(jìn)行清 洗，保證連桿在入庫(kù)后不受其他影響，使連桿保持機(jī)械加工的精度。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 第六 章 連桿加工中工序余量 和尺寸分析 在確定連桿加工工藝路線之后要進(jìn)行工序設(shè)計(jì)，確定具體的工序內(nèi)容，根據(jù)連桿加工的具體過(guò)程，確定連桿加工的加工余量和工序尺寸。因余量的大小將直接影響機(jī)械加工的生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。 0 1niiZZ???西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 表 61 鉆、擴(kuò)、鉸孔的加工余量 (mm) 鍛件長(zhǎng)度（寬）度 50~120 120~260 260~500 偏差（ mm） 直徑 鉆孔后 擴(kuò)孔或鏜孔后 粗鉸后 擴(kuò)孔 鏜孔 精鏜 鉸孔 鉸孔 粗鉸 精鉸 3~6 6~10 10~18 18~30 30~50 50~80 80~120 表 62 精細(xì)鏜孔的加工余量 （ mm） 直徑 鋼 鑄鋼 粗加工 精加工 粗加工 精加工 30 30~50 50~80 80~120 表 63 平面加工余量（ mm） 加工性質(zhì) 加工面得長(zhǎng)度 加工面的寬度（ mm） 100 100~300 300~1000 余量 粗加工后精銑 300 300~1000 1.5 精加工后磨削 300 300~1000 0.25 表 64 在組合機(jī)床上孔的加工余量（ mm） 加工方法 粗?jǐn)U 精擴(kuò) 精鉸 粗鏜 半精鏜 精鏜 銑鏜 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 直徑上的加工余量 2~4 ~ ~ 3~5 1~ ~ ~ 連桿加工余量計(jì)算 連桿大下頭孔兩平面加工余量 0 1 2 3 4( ) * 2Z Z Z Z Z? ? ? ? 其中：粗銑加工余量 1 mm? 精銑加工余量 2 mm? 粗磨加工余量 3 mm? 精磨加工余量 4 mm? 所以 0 1 2 3 4( ) * 2 5. 0Z Z Z Z Z m m? ? ? ? ? 連桿工時(shí)定額計(jì)算 粗 銑連桿大小頭平面