【正文】 ； 定位基準(zhǔn)； 夾具設(shè)計 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 II Engineering Machine Diesel Engine connecting rod and fixture design process Abstract: The diesel engine connecting rod is one of the main drive ponents, its role is to link up the piston and the crankshaft, the piston of the reciprocating linear motion into rotary crankshaft motion, to output power. Therefore, the linkage of work stability, reliability is critical to the quality of the diesel engine machine, light weight, high precision, connecting rod, help reduce energy consumption and engine noise. Diesel engine connecting rod of diesel processing technology is an important factor in the mechanical properties of connecting rod, this important process of diesel engine connecting rod and fixture design. Key words: rod。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。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動機(jī)趨于輕量化、結(jié)構(gòu)簡單化，連桿制造技術(shù)和下藝也隨之發(fā)生了很大的變化。許多新工藝打破常規(guī)，以構(gòu)思新穎、操作經(jīng)濟(jì)、效益顯著為特點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，滿足了現(xiàn)代企業(yè)的要求。 國內(nèi)柴油機(jī)連桿市場狀況 目前，各國內(nèi)燃機(jī)制造業(yè)對連桿的加工都非常重視，我國除各大汽車廠及內(nèi)燃機(jī)制造廠外，經(jīng) “八五 ”技術(shù)改造，已形成幾家批量較大的連桿專業(yè)生產(chǎn)廠，但仍無法滿足日益發(fā)展的汽車及內(nèi)燃機(jī)制 造業(yè)對連桿的批量及精度要求。內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)是將其他能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；發(fā)動機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。 氣體作用力：發(fā)動機(jī)的循環(huán)工作運(yùn)動分為 4 個行程，在每個工作循環(huán)的四個行程中，氣體的壓力是始終存在的，但是在個行程中，進(jìn)氣行程和排氣行程氣體的壓力是比較小的，對連桿的性能影響不是很大，但是壓縮行程和做功行程則是對連桿的受力的急劇變換，所以連桿在運(yùn)動 中承受交變力的變換，對連桿的疲勞強(qiáng)度和剛度就有了較高的要求。連桿是連接曲軸和活塞，所以連桿大小頭孔 的精度將直接影響連桿柴油機(jī)運(yùn)動的效率，所以連桿的大小頭孔具有很高的精度要求。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。為了保證發(fā)動機(jī)運(yùn)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(yùn)動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動，以輸出動力。 (2) 用于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不大于 300 r/min 的連桿宜采用自由鍛形式形成毛坯件， 其總鍛造比應(yīng)不小于 3；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速大于 300 r/min 的連桿宜采用模鍛形式形成毛坯件，其總鍛造比一般應(yīng)不小于 6。 (2) 模鍛連桿不加工表面不應(yīng)有裂紋、折痕、結(jié)疤、氧化皮及因金屬未充滿鍛模而產(chǎn)生的缺陷。 (4) 連桿表面不應(yīng)存在橫向磁痕，大、小端孔內(nèi)表面離邊緣 10mm 范圍內(nèi)不應(yīng)有長度大于 1mm 的磁痕?；鼗饻囟葢?yīng)不低于 580℃。 (2) 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不大于 300 r/min 的連桿大、小端孔的中心距偏差應(yīng)不大于177。 表 25 連桿各主要部分的形狀和位置精度 單位為毫米 序號 名稱 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 300 300~1000 1000 1 連桿大小孔端得圓度和圓柱 度 GB/T 11841996 圓度和圓柱度公差等級 7 級 2 連桿大小軸端的平行度 3 連 桿及連桿蓋上螺栓孔支撐面對螺栓孔中心面得垂直度 4 端面（有定位要求的）垂 直度 重量 安裝在同一臺柴油機(jī)上的連桿總成的重量偏差應(yīng)不超過 1％。 連桿是連接內(nèi)燃機(jī)中重要的動力傳動件，是連接活塞和曲軸的機(jī)構(gòu)， 長期處于惡劣的工作環(huán)境，承受周期性氣體沖擊，承受較大的慣性力，這種工作性質(zhì)就要求連桿必須要耐疲勞，能抗壓，抗沖擊，因為是連接件，所以必須要有很高的耐磨性，有足夠的剛度和強(qiáng)度以及韌性。因此，采用粉末冶金的辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法。模鍛錘鍛造的連桿毛坯拔模角度較大 ， 且易產(chǎn)生錯位連桿質(zhì)量公差也難以控制 ， 毛坯在加工 線上需經(jīng)粗精二次銑削 。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將體和蓋鍛成 — 體。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 9 第四 章 連桿加工工藝過程 根據(jù)柴油機(jī)連桿所要求的技術(shù)條件，連桿的尺寸精度，形位公差等要求編制連桿加工工藝過程卡 。 60m/min 21 去毛刺 22 銑 以基面和連桿兩側(cè)面定位和小頭孔，銑連桿體和連桿蓋，保證徑向深度。 16m/min 26 锪 以基面，結(jié)合面兩側(cè)面定位，锪兩螺栓座面 R12mm。 150 36 壓套筒 37 擠壓銅 套孔 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 13 38 精鏜 精鏜大小頭孔套筒。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 14 是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。 因此，在安排工藝進(jìn)程時主要把各要表面的粗、精加工工序分開。 大頭孔：擴(kuò)、粗鏜、精鏜、衍磨。 粗基準(zhǔn)：以從未加工過的表面進(jìn)行定位的基準(zhǔn)稱為粗基準(zhǔn)，也就是第一道工序所用 的定位基準(zhǔn)，一般粗基準(zhǔn)只使用一次。 （ 2）粗基準(zhǔn)的選擇原則：選擇加工余量小而均勻的重要表面為粗基準(zhǔn)；選擇其中與加工表面有相互位置精度要求的表面為粗基準(zhǔn)；選擇比較平整、光滑、有足夠大面積的表面為基準(zhǔn)； 粗基準(zhǔn)一般情況下只允許使用一次。 粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)選擇是否正確，直接關(guān)系到被加工表面的余量分配和加工表面與非加工表面的相互位置要求。 保證兩側(cè)面的加工余量均勻； 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 切削余量 連桿 圖 51 連桿切削余量圖 52 鉆連桿小端面孔 工序 。一般地，采用可以上下浮動、活動的圓錐體是大段孔自動定位，保證中心軸的對稱。這就是所謂的“基準(zhǔn)統(tǒng)一“原則。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 圖 53 圖 54 柴油機(jī)連桿工作過程主要是考慮連桿的抗沖擊，來選擇連桿的材料，所以連桿的本身的剛度較差，所以在連桿加工的過程中必須合理的確定夾緊力的大小，避免在加工過程中連桿發(fā)生變形，導(dǎo)致連桿在加工的時候達(dá)到了加工精度，而在恢復(fù)外力后，連桿發(fā)生變形，沒有達(dá)到連桿所要求的精度。 主要表面的加工方法 1)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 因為柴油機(jī)連桿是模鍛件，所以連桿兩端面的加工余量較大，而且連桿的精度要求較高，所以對于連桿的定位基準(zhǔn)的選擇要求也較高，要求連桿的定位基準(zhǔn)的精度也要較高，考慮到上述因素，因此在對連桿大小頭孔兩端面得加工是采用粗銑 、精銑、磨削、精磨等加工工藝，對于大小頭孔兩側(cè)面采用銑和精銑的方式，對于精度要求很高的分開面采用粗銑、精銑、粗磨、精磨等幾個工序反復(fù)加工來調(diào)高精度。 3)零件的材料 柴油連桿的材料需要考慮連桿的工作負(fù)荷，一般地，對于不同的載荷的連桿采 用不同的材料，一般為合金鋼，采用國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，并進(jìn)行校核，所以一般選擇柴油機(jī)連桿的加工刀具是硬質(zhì)合金刀具，特別是對于大批量加工，這樣可以提高刀具的切削速度，提高加工效率，節(jié)約成本。 而通過粗加工、半精加工、精加工則可以有效地減少連桿在加工過程中引起的變形，因為 柴油機(jī)連桿是模鍛件，其整體的加工余量較大，所以對于粗加工的加工余量較大而導(dǎo)致連桿粗加工切削不均勻，因此在連桿粗加工過程所受的切削力，切削熱也比較大，這些切削力和切削熱則會導(dǎo)致連桿結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形，而且連桿粗加工過程的切削余量較大，也會引起連桿結(jié)構(gòu)的內(nèi)部變形。 3)連桿粗、精加工的分開可以合理地使用資源，在不同的機(jī)床進(jìn)行不同的加工，一般地再功率大、精度 低的機(jī)床進(jìn)行粗加工，這樣可以提高粗加工的效率，大功率機(jī)床可以加大刀具的背吃刀量，切削速度，在功率小、精度高的機(jī)床進(jìn)行粗加工，由于機(jī)床的功率小，對刀具的背吃刀量、切削速度就有了一定的限制，可以減少機(jī)械加工對機(jī)床的損害，提高連桿的表面質(zhì)量和精度， 又有利于保護(hù)機(jī)床的精度。這樣做既照顧了連桿先面后孔的原則，又可以減少連桿因為加工孔過程所造成的連桿內(nèi)應(yīng)力的變化，提高了連桿內(nèi)部的結(jié)構(gòu)剛度， 減少因為粗加工造成的連桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形。 具體的對于連桿的機(jī)械加工，連桿機(jī)械加工過程中，有多過面得加工，根據(jù)機(jī)械加工的定位原則，以及連桿加工過程的具體加工工藝過程，對于連桿大小頭孔兩端面，連桿大頭孔的兩側(cè)面，以及連桿桿身和連桿蓋得結(jié)合面，選擇為先連桿大小頭孔的兩端面，在連桿的小頭孔，然后是連桿桿身和連桿蓋得結(jié)合面。提高連桿運(yùn)動的合理性。 綜上連 桿加工的主要過程和連桿加工過程中遵循的原則，連桿在在從毛坯階段到最終連桿加工的完成，可以把連桿的加工過程分為如下幾個階段： 第一步：連桿的精基準(zhǔn)加工階段（基準(zhǔn)現(xiàn)行原則），這是連桿后續(xù)加工的基礎(chǔ)； 第二步：連桿各主要表面的加工階段（先主后次的原則）； 第三步：與連桿主要表面有相互位置精度的加工階段 ； 第四步：精加工階段，是確定連桿最終精度的階段 輔助工序是連桿機(jī)械加工的重要環(huán)節(jié)，涉及到連桿加工的許多細(xì)節(jié)問題，關(guān)系到連桿的精度，剛度，內(nèi)部結(jié)構(gòu)等多個方面。 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 連桿熱處理工序的主要目的是為了改善連桿的綜合力學(xué)性能，得到性能較好的連桿，因此對于不同連桿的加工方式其熱處理的工序安排也不盡相同。 但是對于現(xiàn)代流水線連桿加工，在連桿加工過程中采用了較多高精度、搞專用度機(jī)床，如果在連桿粗加工之后進(jìn)行熱處理，這必然導(dǎo)致連桿在加工過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在不同的工廠進(jìn)行加工。 檢查工序 檢查工序是對于任何機(jī)械加工不可避免的，檢查工序是對于機(jī)械加工質(zhì)量的保證，任何機(jī)械加工的工藝安排是否合理主要就是檢查工序所得到的連桿精度、質(zhì)量要求是否合理。 清洗工序 清洗工序主要是為了保證連桿的下一步加工的精度不受前面加工工序的影響，去除連桿前面機(jī)械加工所產(chǎn)生的切削物，使工件干凈，保證連桿的加工質(zhì)量，對于重要的檢查工序，在檢查之前必須對連桿進(jìn)行清潔工序。 去毛刺工序 在連桿鉆、擴(kuò)、鏜等機(jī)械加工過程不可避免的產(chǎn)生加工毛刺，特別是對于大下頭孔的鏜、鉆油孔的工序，毛刺很明顯，這些毛刺將影響連桿的下一步加工工序的定位精度，這就影響連桿本身加工的精度，這些加工表面與刀具相接觸，會對加工刀具的使用壽命產(chǎn)生負(fù)面效果。 加工余量的確定 為了保證連桿加工的精度和粗糙值，需要從連桿毛坯表面切去多余的金屬層，這一層金屬層得總厚度稱為改表面的加工余量。余量太小，會因去不掉上道工序留下的表面缺陷而造成廢品：余量過大，將浪費(fèi)金屬材料和加工工時，甚至還會影響到加工精度。 連桿大頭孔的工序尺寸 毛坯尺寸： ?? 粗鏜工序尺寸： ? 半精鏜工序尺寸： 精鏜工序尺寸： 衍磨工序尺寸： ? 根據(jù)各工序確定各個工序的最大加工余量和最小加工余量 粗鏜孔工序 ： m a x 53 .4 6 49 .3 4. 61Z m m? ? ? m in 53 .0 51 .5 1. 5Z m m? ? ? 半精鏜加工工序： m a x 54 .3 7 53 .0 1. 37Z m m? ? ? 西 南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 m in 54 .2 5 53 .4 6 0. 97Z m m? ? ? 精鏜孔加工工序： m a x 54 .9 6 54 .2 5 0. 71Z m m? ? ? m in 54 .5 54 .3 7 0. 13Z m m? ? ? 衍磨加工工序： m a x m m? ? ? m in m m? ? ? 連桿小頭加工工序尺寸 小頭孔才用鉆、擴(kuò)的的加工工藝，鏜孔的基本工序 30mm 后續(xù)加工與大頭孔加工工藝相同，工序余量相同，不作具體介紹。 夾具的組成 因此夾具要起到上述作用，一般需要幾個部分的組成。 對刀元件 用于確定夾具與刀具的相對位置