【正文】 ............. 59 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 3 摘 要 連桿是柴油機的主要傳動件之一，本文主要論述了連桿的加工工藝及其夾具設計。連桿的尺寸精度、形狀精度以及 位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。 關鍵詞 : 連桿 變形 加工工藝 夾具設計 The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . Keyword: Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 4 第一章 汽車 連桿加工工藝 連桿的結構特點 連桿是汽車發(fā)動機中的主要傳動部件之一，它在柴油機中 ， 把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮氣缸中的氣體。 連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內裝有薄壁金屬軸瓦。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。小頭孔內壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時便于在磨損后進行修理和更換。 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。連桿大、小頭兩端對稱分布在連桿中截面的兩側。在連桿小頭的頂端設有油孔 (或油槽 )，發(fā)動機工作時，依靠曲軸的高速轉 動，把氣缸體下部的潤滑油飛濺到小頭頂端的油孔內，以潤滑連桿小頭 襯套與活塞銷之間的擺動運動副。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。 連桿的主要技術要求 連桿上需進行機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合面及連桿螺栓定位孔等。 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 5 連桿總成圖（ 1— 1） 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。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為 mm，素線平行度公差為 。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。 mm。 大、小頭孔兩端面的技術要求 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 m, 小頭兩端面的尺寸公差等級為 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 m。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。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。規(guī)定：螺栓孔按 IT8 級公差等級和表面粗糙度 Ra 應不大于 m 加工；兩螺栓 孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為 mm。結合面的平行度將影響到連桿體、連桿蓋和墊片貼合的緊密程度，因而也影響到螺栓的受力情況和曲軸、軸瓦的磨損。 連桿的材料和毛坯 連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。近年來也有采用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料 損 耗少，成本低。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。根據(jù)生產(chǎn)綱領為大量生產(chǎn)，連桿多用模鍛制造毛坯。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產(chǎn)成本降低，性能提高。圖（ 12）為連桿攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 7 輥鍛示意圖．毛坯加熱后，通過上鍛輥模具 2 和下鍛 輥模具 4 的型槽，毛壞產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需要的形狀。輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形。鍛好后的連桿毛坯需經(jīng)調質處理，使之得到細致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內應 力 。 連桿必須經(jīng)過外觀缺陷、內部探傷、毛坯尺寸及質量等的全面 檢查，方能進入機械加工生產(chǎn)線。 連桿機械加工工藝過程如下表 (1— 1)所 示： 表 (1— 1) 工序 工序名稱 工序內容 工藝裝備 1 銑 銑連桿大、小頭兩平面 , X52K 2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保證中心線對稱，無標記面稱基面。 X62W 組合機床或專用工裝鋸片銑刀厚 2mm 7 銑 以基面和一側面定位裝夾工件，銑連桿體 和蓋結合面，保直徑方向測量深度為 X62 組合夾具或專用工裝 8 磨 以基面和一側面定位裝夾工件，磨連桿 體和蓋的結合面 M7350 9 銑 以基面及結合面定位裝夾工件，銑連桿體和蓋 ?? mm? 8mm斜槽 X62 組合夾具或專用工裝 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 9 10 锪 以基面、結合面和一側面定位，裝夾工件，锪兩螺栓座面 30012。 連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準備精基準（端面、小頭孔和大頭外側面）；第二階段主要是加工除精 基準以外的其它表面，包括大 頭孔的粗加工，為合裝做準備的螺栓孔和結合面的粗加工，以及軸瓦鎖口 槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術要求的加工，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。 連桿的機械加工工藝過程分析 工藝過程的安排 在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度： （ 1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形 。 因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。 各主要表面的工序安排如下： （ 1）兩端面：粗銑、精銑、粗磨、精磨 （ 2）小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜 （ 3）大頭孔：擴孔、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜、 珩磨 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 11 一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。具體的辦法是，如圖 （ 1— 5）所示：在安裝工件時，注意將成套編號標記的一面不 圖（ 15）連桿的定位方向 與夾具的定位元件接觸（在設計夾具時亦作相應的考慮）。當連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。 由于 用小頭孔和大頭孔外側面 作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。 在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加 工精度會有很大影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 12 是以毛坯端面定位。在粗銑中工件如何 定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側面和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。同時，由于是以對稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。在加工連桿的夾具中，可以看出設計人員注意了夾緊力的作用方向和著力點的選擇。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產(chǎn)生彎曲或扭轉變形。在精鏜大小頭孔時，只以大平面（基面）定位，并且只夾緊大頭這一端。小頭一端不在端面上定位夾緊，避免可能產(chǎn)生的變形。粗磨在轉盤磨床上，使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削。精磨在 M7130型平面磨床上用砂輪的周邊磨削，這種辦法的生產(chǎn)率低一些，但精度較高。 小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經(jīng)過了鉆、擴、鉸三道工序。 小頭孔在鉆、擴、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜，達到 IT6 級公差等級，然后壓入襯套，再以襯套內孔定位精鏜大頭孔。 攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 13 大頭孔經(jīng)過 擴、 粗鏜、半精鏜、精鏜、 金剛鏜和珩磨達到 IT6 級公差等級。這樣，在銑開以后可能產(chǎn)生的變形，可以在最后精鏜工序中得到修正，以保證孔的形狀精度。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側面 定位。從而達到所需要的技術要求。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個端 面與連桿大頭端面垂直，使用兩工位夾具。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差 ，并且剖分面與大頭孔端面保證一定的垂直度，除夾具本身要保證精度外，鋸片的安裝精度的影響也很大。但剖分面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結合強度有較大的影響。 大頭側面的加工 以基面及小頭孔定位，它用一個圓銷（小頭孔） 。 連桿加工工藝設計應考慮的問題 工序安排 連桿加工工序安排應注意兩個影響精度的因素：（ 1）連桿的剛度比較低，在外力作用下容易變形；（ 2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內應力。 定位基準 精基準：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。因為端面的攀枝花學院畢業(yè)設計（論文） 14 面積大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準”情況，這時小頭定位銷應做成活動的，當連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進行加工。 為此，精銑端面時，夾具可考慮重復定位情況，如采用夾具限制 7 個自由度（其是長圓柱銷限制 4 個，長菱形銷限制 2 個）。但由于重復定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采 取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設計頂出工件的裝置。 粗加工時切削用量的選擇原則 粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高 ,毛坯余量較大。 金屬切除率可以用下式計算： Zw ≈ 式中： Zw單位時間內的金屬切除量（ mm3/s） V切削速度（ m/s） f 進給量（ mm/r） ap 切削深度（ mm） 提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度 ap,其次選擇一個較大 的進給量度 f，最后確定一個合適的切削速度 V. 選用較大的 ap 和 f 以后，刀具耐用度 t 顯然也會下降，但要比 V 對 t 的影響小得多，只要稍微降低一下 V便可以使 t 回升到規(guī)定的合 理數(shù)值，因此，能使 V、 f、 ap 的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。在保留半精加工、精加 工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。 2）進給量的選擇： 粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。選擇進給量時應考慮到機床進給機構的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。 3）切削速度的選擇： 粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。因此，選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質量，并在此基礎上盡量提高生產(chǎn)效率。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質量。進給量增大時 ，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質量下降。一般選用切削性能高的刀 具材料和合理的 幾何參數(shù)， 盡可能提高切削速度。 由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度 ap 和進給量 f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度 V，以保證加工精度和表面質量，同時滿足生產(chǎn)