223 連桿工藝及夾具設計
223 連桿工藝及夾具設計,連桿,工藝,夾具,設計
江西農(nóng)業(yè)大學 工學院工藝規(guī)程零件圖號 GY1007 零件名稱 連桿 班 級 機 制 052 姓 名 謝 祖 平 指導老師 楊 衛(wèi) 平 2009 年 5 月 10 日學校代碼:10410序 號:051013本 科 畢 業(yè) 設 計題目: 連桿工藝及夾具設計 學 院: 工 學 院 姓 名: 謝 祖 平 學 號: 20051013 專 業(yè): 械設計制造及其自動化 年 級: 機 制 052 指導教師: 楊 衛(wèi) 平 二 OO 九 年 五 月連桿工藝及夾具設計- 1 -摘 要連桿是發(fā)動機的主要傳動件之一,該文首先進行了連桿的零件分析,闡述了連桿的加工工藝等相關(guān)內(nèi)容;論述連桿工藝的加工工藝、加工順序的安排。為畢業(yè)設計的寫作建立了進度表。其次, 闡述其中的部分夾具的設計:銑剖分面和擴大頭孔的夾具設計。最后,給出了一些參考文獻。該設計根據(jù)所給的連桿的零件圖、技術(shù)要求和加工批量及設備、設計出適合于該連桿的加工工藝和端面銑夾具、擴大頭孔夾具。為了實現(xiàn)大批量生產(chǎn),機床按連桿的機械加工工藝過程連續(xù)排列,且多為專用機床。毛坯由模鍛獲得,采用連桿體和連桿蓋合鍛,提高了材料的利用率,有利于組織和生產(chǎn)管理。加工時裝夾也比較方便,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。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應力的作用,并修正加工后的變形,最后就能達到零件的技術(shù)要求。整個設計的指導思想是“簡便、高效、經(jīng)濟”地生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞: 連桿 變形 加工工藝 夾具設計AbstractThe connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine. first ,this article has carried on the connecting rod at analyzes, have explained relevant contents such as the preparation method of the connecting rod. Describe the preparation method of the craft of the connecting rod, process the arrangement of the order. Secondly, explain some designs of jig among them: The jig milling the surface of subdivision and expanding the head hole is designed. Finally, provide some references. In order to realize producing in enormous quantities, Lathes are mostly special-purpose lathes. The blank is forged and gets from the mould 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 . The whole guidelines designed are that simple and convenient, high-efficient, economy produce the qualified products.Key word: Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device連桿工藝及夾具設計- 2 -目錄緒論.1摘要.31 汽車連桿加工工藝 .41.1 連桿的結(jié)構(gòu)特點.41.2 連桿的主要技術(shù)要求.41.2.1 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度.51.2.2 大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度.51.2.3 大、小頭孔中心距.51.2.4 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度.51.2.5 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求.51.2.6 螺栓孔的技術(shù)要求.61.2.7 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求.61.3 連桿的材料和毛坯.61.4 連桿的機械加工工藝過程.81.5 連桿的機械加工工藝過程分析.101.5.1 工藝過程的安排.101.5.2 定位基準的選擇.111.5.3 確定合理的夾緊方法.121.5.4 連桿兩端面的加工.121.5.5 連桿大、小頭孔的加工.121.5.6 連桿螺栓孔的加工.131.5.7 連桿體與連桿蓋的銑開工序.131.5.8 大頭側(cè)面的加工.131.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題.131.6.1 工序安排.131.6.2 定位基準.131.6.3 夾具使用.131.7 切削用量的選擇原則.141.7.1 粗加工時切削用量的選擇原則.141.7.2 精加工時切削用量的選擇原則.151.8 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差.151.8.1 確定加工余量.151.8.2 確定工序尺寸及其公差.161.9 計算工藝尺寸鏈.17連桿工藝及夾具設計- 3 -1.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計算.171.9.2 連桿體的卡瓦槽的計算.181.10 工時定額的計算.191.10.1 銑連桿大小頭平面.191.10.2 粗磨大小頭平面.191.10.3 加工小頭孔.201.10.4 銑大頭兩側(cè)面.211.10.5 擴大頭孔.211.10.6 銑開連桿體和蓋.211.10.7 加工連桿體.221.10.8 銑、磨連桿蓋結(jié)合面.241.10.9 銑、鉆、鏜連桿總成體.261.10.10 粗鏜大頭孔.271.10.11 大頭孔兩端倒角.271.10.12 精磨大小頭兩平面.281.10.13 半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔.281.10.14 精鏜大頭孔.281.10.16 小頭孔兩端倒角.291.10.17 鏜小頭孔襯套.291.10.18 珩磨大頭孔.291.11 連桿的檢驗.301.11.1 觀察外表缺陷及目測表面粗糙度.301.11.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗.301.11.3 連桿體、連桿上蓋對大頭孔中心線的對稱度的檢驗.301.11.4 連桿大小頭孔平行度的檢驗.302 夾具設計.312.1 擴大頭孔夾具設計.312.1.1 零件 工藝性分析.312.1.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 .312.1.3 夾具體及其他裝置的設計.332.1.4 定位誤差分析.332.1.5 繪制裝配圖和零件圖.342.2 銑剖分面夾具設計.342.2.1 零件工藝性分析.342.2.2 確定夾具的 結(jié)構(gòu)方案.342.2.3 具體的設計.35連桿工藝及夾具設計- 4 -2.2.4 定位誤差的分析.352.2.5 繪制總裝配圖及零件圖.37結(jié)束語:.37參考文獻: .38致謝.39連桿工藝及夾具設計- 5 -緒論1.選題的依據(jù)及課題的意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們的生活和工作節(jié)奏的加快,汽車作為現(xiàn)代交通運輸工具,它的作用及重要性越來越被人們所重視。從 1886 年第一輛汽車的出現(xiàn)到如今汽車成為現(xiàn)代社會不可缺少的交通工具,汽車工業(yè)已經(jīng)成為融合先進技術(shù)最多,結(jié)構(gòu)最復雜的產(chǎn)業(yè)之一。而汽車工業(yè)的發(fā)展在很大程度上依賴于機械制造技術(shù)的進步,其中機械加工工藝及夾具對加工精度的影響尤為明顯。本課題研究的是連桿工藝及夾具設計。連桿是發(fā)動機的主要零件之一,它連接活塞和曲軸,把作用于活塞頂面的膨脹氣體的壓力傳給曲軸;將活塞壓縮的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍男D(zhuǎn)運動,又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮缸中的氣體。由于連桿在工作中承受著呈周期交變的壓縮、拉伸及彎曲應力,這些交變載荷具有很大沖擊特性。因此,連桿在機械加工中工藝性的好壞直接影響到連桿的使用壽命,而夾具是保證良好工藝性的必要手段。它是在機床上用于裝夾工件的一種裝置,其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置,并在加工過程中保持這個加工位置不變。在本課題中,使用夾具主要是為了保證連桿在加工后,連桿的加工表面能夠滿足尺寸、幾何形狀和相互位置精度的要求。2.國內(nèi)外研究及發(fā)展趨勢隨著計算機、機械、材料等工業(yè)的發(fā)展及汽車的結(jié)構(gòu)、設計、動力等的變化,汽車的現(xiàn)代制造工藝與傳統(tǒng)的制造工藝有了顯著的不同。例如,最初采用拉法加工連桿大頭孔的兩條槽子,由于拉刀隨著加工時間要磨損,因此被拉削的槽子的形狀也隨之而變化。槽子形狀的變化又要影響連桿大頭孔在脹斷后的變形。最近幾年,美國Kaycon、德國 Alfing 和 Mauser 等機床公司開發(fā)了一種新工藝,采用激光加工連桿大頭孔的兩條槽子。這種工藝可保持形狀是一致的,這也就保證了連桿大頭孔在脹斷后的變形也是一致的?,F(xiàn)在很多汽車公司都傾向采用激光加工連桿斷裂槽。又如在國內(nèi),上海大眾汽車公司發(fā)動機廠連桿總成兩側(cè)平面的磨削工藝 1990 年采用德國 Diskus 立式雙軸圓盤平面磨床加工。此外,連桿大小頭孔傳統(tǒng)的最后光正加工是采用普通珩磨工藝來實現(xiàn)的。近幾年來國外已廣泛采用鉸珩(Ream Honing)工藝來取代普通珩磨工藝。由于鉸珩工藝在提高加工精度(圓度、圓柱度及尺寸等) ,縮短加工循環(huán)時間和節(jié)約費用等方面均比普通珩磨工藝有較大優(yōu)勢。因此,我們在編制連桿工藝時,應該從質(zhì)量和經(jīng)濟等角度出發(fā),盡可能的采用現(xiàn)代連桿工藝及夾具設計- 6 -先進制造工藝,因為這符合精益生產(chǎn)的原則,是一種精益制造工藝。3.下圖為本課題連桿與活塞連接的實物圖解活塞連桿組連桿工藝及夾具設計1 汽車連桿加工工藝1.1 連桿的結(jié)構(gòu)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(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行修理和更換。在發(fā)動機工作過程中,連桿受膨脹氣體交變壓力的作用和慣性力的作用,連桿除應具有足夠的強度和剛度外,還應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)動機運轉(zhuǎn)均衡,同一發(fā)動機中各連桿的質(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有油孔(或油槽),發(fā)動機工作時,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。1.2 連桿的主要技術(shù)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(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 1-1)如下。連桿工藝及夾具設計5圖(11)連桿總成圖1.2.1 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。大頭孔公差等級為 IT6,表面粗糙度 Ra 應不大于 0.4m;大頭孔的圓柱度公差為 0.012 mm,小頭孔公差等級為 IT8,表面粗糙度 Ra 應不大于 3.2m。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為 0.0025 mm,素線平行度公差為 0.04/100 mm。1.2.2 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?。欢鴥煽纵S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 0.04 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 0.06 mm。1.2.3 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)動機的效率,所以規(guī)定了比較高的要求:1520.05 mm。1.2.4 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 0.08 mm) 。1.2.5 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 1.6m, 小頭兩端面的尺寸公差等級為 IT12,表面粗糙度 Ra 不大于 6.3m。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。連桿工藝及夾具設計6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。1.2.6 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:螺栓孔按 IT8級公差等級和表面粗糙度 Ra 應不大于 6.3m 加工;兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對稱度公差為 0.25 mm。1.2.7 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求在連桿受動載荷時,接合面的歪斜使連桿蓋及連桿體沿著剖分面產(chǎn)生相對錯位,影響到曲軸的連桿軸頸和軸瓦結(jié)合不良,從而產(chǎn)生不均勻磨損。結(jié)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。對于本連桿,要求結(jié)合面的平面度的公差為 0.025 mm。1.3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。因此,連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼;如 45 鋼、55 鋼、40Cr、40CrMnB 等。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。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應用,使粉末冶金件的密度和強度大為提高。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。連桿毛坯制造方法的選擇,主要根據(jù)生產(chǎn)類型、材料的工藝性(可塑性,可鍛性)及零件對材料的組織性能要求,零件的形狀及其外形尺寸,毛坯車間現(xiàn)有生產(chǎn)條件及采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn),連桿多用模鍛制造毛坯。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。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。相對于分體鍛造而言,整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題,但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點,故用得越來越多,成為連桿毛坯的一種主要形式??傊鞯姆N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。目前我國有些生產(chǎn)連桿的工廠,采用了連桿輥鍛工藝。圖(1-2)為連桿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。用輥鍛法生產(chǎn)的連桿鍛件,在表面質(zhì)量、內(nèi)部金屬組織、金屬纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平,并且設備簡單,勞動條件好,生產(chǎn)連桿工藝及夾具設計7率較高,便于實現(xiàn)機械化、自動化,適于在大批大量生產(chǎn)中應用。輥鍛需經(jīng)多次逐漸成形。圖(1-2)連桿輥鍛示意圖圖(1-3)、圖(1-4)給出了連桿的鍛造工藝過程,將棒料在爐中加熱至11401200C 0,先在輥鍛機上通過四個型槽進行輥鍛制坯見圖(1-3),然后在鍛壓機上進行預鍛和終鍛,再在壓床上沖連桿大頭孔并切除飛邊見圖(1-4)。鍛好后的連桿毛坯需經(jīng)調(diào)質(zhì)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(nèi)應力。為了提高毛坯精度,連桿的毛坯尚需進行熱校正。連桿必須經(jīng)過外觀缺陷、內(nèi)部探傷、毛坯尺寸及質(zhì)量等的全面檢查,方能進入機械加工生產(chǎn)線。連桿工藝及夾具設計81.4連桿的機械加工工藝過程由上述技術(shù)條件的分析可知,連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高,但是連桿的剛性比較差,容易產(chǎn)生變形,這就給連桿的機械加工帶來了很多困難,必須充分的重視。連桿機械加工工藝過程如下表(11)所示:表(11)工序 工序名稱 工序內(nèi)容 工藝裝備0 毛坯鍛造 按要求鍛造 鍛壓機5 銑銑連桿大、小頭兩平面,每面留磨量0.5mm X52K10 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。 (下同) M735015 鉆 與基面定位,鉆、擴、鉸小頭孔 Z308020 銑以基面及大、小頭孔定位,裝夾工件銑兩側(cè)面尺寸至 mm,保證對稱0.1582(此平面為工藝用基準面)X62W 組合機床或?qū)S霉ぱb25 擴以基面和小頭孔定位,擴大頭孔為50.5mm Z308030 銑以基面及大、小頭孔定位,裝夾工件,切開工件,編號桿身及上蓋分別打標記。X62W 組合機床或?qū)S霉ぱb鋸片銑刀厚 2mm35 銑以基面、小頭孔和一側(cè)面定位裝夾工件,銑連桿體和蓋結(jié)合面,保直徑方向測量深度為 26mmX62 組合夾具或?qū)S霉ぱb40 磨以基面和一側(cè)面定位裝夾工件,磨連桿體和蓋的結(jié)合面 M735045 銑以基面及結(jié)合面定位裝夾工件,銑連桿體和蓋 mm (7.20.25)mm 斜槽0.147X62 組合夾具或?qū)S霉ぱb連桿工藝及夾具設計950 锪以基面、結(jié)合面和一側(cè)面定位,裝夾工件,锪兩螺栓座面 mm,R10mm,保證1.5R尺寸 mm20X62W55 鉆 鉆 2 9mm 螺栓孔Z305060 擴先擴 2 11mm 螺栓孔,再擴 211.5mm 深 10mm 螺栓孔并倒角 Z305065 鉸 鉸 2 11.2mm 螺栓孔 Z305070 鉗用專用螺釘,將連桿體和連桿蓋裝成連桿組件,其扭力矩為 85.50.5N.m75 鏜 粗鏜大頭孔 T6 880 倒角 大頭孔兩端倒角 X62W85 磨精磨大小頭兩端面,保證大端面厚度為mm0.43M713090 鏜以一基面、兩孔定位,半精鏜大頭孔,精鏜小頭孔至圖紙尺寸,中心距為mm1520.可調(diào)雙軸鏜95 鏜 精鏜大頭孔至尺寸 T2115100 稱重 稱量不平衡質(zhì)量 彈簧稱105 鉗 按規(guī)定值去重量110 鉆 鉆連桿體小頭油孔 6mm, 10mmZ3025115 壓銅套 雙面氣動壓床120 擠壓銅套孔 壓床125 倒角 小頭孔兩端倒角 Z3050130 鏜 半精鏜、精鏜小頭銅套孔 T2115135 珩磨 珩磨大頭孔 珩磨機床連桿工藝及夾具設計10140 檢 檢查各部尺寸及精度145 探傷 無損探傷及檢驗硬度150 入庫連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面,較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面,次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及體和蓋上的螺栓座面等。連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段:第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工;第二階段為連桿體和蓋切開后的加工;第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。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(cè)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(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。如果按連桿合裝前后來分,合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段,合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。1.5 連桿的機械加工工藝過程分析1.5.1 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。(2)連桿是模鍛件,孔的加工余量大,切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力,并引起內(nèi)應力重新分布。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。這是由于粗加工工序的切削余量大,因此切削力、夾緊力必然大,加工后容易產(chǎn)生變形。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。這樣逐步減少加工余量,切削力及內(nèi)應力的作用,逐步修正加工后的變形,就能最后達到零件的技術(shù)條件。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。連桿工藝及夾具設計111.5.2 定位基準的選擇在連桿機械加工工藝過程中,大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面,并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。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。這樣就使各工序中的定位基準統(tǒng)一起來,減少了定位誤差。具體的辦法是,如圖(15)所示:在安裝工件時,注意將成套編號標記的一面不圖(1-5)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) 。在精鏜小頭孔(及精鏜小頭襯套孔)時,也用小頭孔(及襯套孔)作為基面,這時將定位銷做成活動的稱“假銷” 。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。為了不斷改善基面的精度,基面的加工與主要表面的加工要適當配合:即在粗加工大、小頭孔前,粗磨端面,在精鏜大、小頭孔前,精磨端面。由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面,所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和鉸孔,這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證,有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。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。因此,第一道工序的定位和夾緊方法的選擇,對于整個工藝過程的加工精度常有深遠的影響。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,其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此,粗銑就是關(guān)鍵工序。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(cè)面和端部夾緊,粗銑一連桿工藝及夾具設計12個端面后,翻身以銑好的面定位,銑另一個毛坯面。但是由于毛坯面不平整,連桿的剛性差,定位夾緊時工件可能變形,粗銑后,端面似乎平整了,一放松,工件又恢復變形,影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小,同時可以銑工件的端面,使一部分切削力互相抵消,易于得到平面度較好的平面。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。1.5.3 確定合理的夾緊方法既然連桿是一個剛性比較差的工件,就應該十分注意夾緊力的大小,作用力的方向及著力點的選擇,避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形,以影響加工精度。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。在粗銑兩端面的夾具中,夾緊力的方向與端面平行,在夾緊力的作用方向上,大頭端部與小頭端部的剛性高,變形小,既使有一些變形,亦產(chǎn)生在平行于端面的方向上,很少或不會影響端面的平面度。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(zhuǎn)變形。在加工大小頭孔工序中,主要夾緊力垂直作用于大頭端面上,并由定位元件承受,以保證所加工孔的圓度。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。小頭一端以假銷定位后,用螺釘在另一側(cè)面夾緊。小頭一端不在端面上定位夾緊,避免可能產(chǎn)生的變形。1.5.4 連桿兩端面的加工采用粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序,并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔之前,以便改善基面的平面度,提高孔的加工精度。粗磨在轉(zhuǎn)盤磨床上,使用砂瓦拼成的砂輪端面磨削。這種方法的生產(chǎn)率較高。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。1.5.5 連桿大、小頭孔的加工連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序,它的加工精度對連桿質(zhì)量有較大的影響。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。鉆時以小頭孔外形定位,這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。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(nèi)孔定位精鏜大頭孔。由于襯套的內(nèi)孔與外圓存在同軸度誤差,這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。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。表面粗糙度 Ra 為 0.4m,大頭孔的加工方法是在銑開工序后,將連桿與連桿體組合在一起,然后進行精鏜大頭孔的工序。這樣,在銑開以后可能產(chǎn)生的變形,可以在最后精連桿工藝及夾具設計13鏜工序中得到修正,以保證孔的形狀精度。1.5.6 連桿螺栓孔的加工連桿的螺栓孔經(jīng)過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側(cè)面定位。為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內(nèi),在擴和鉸兩個工步中用上下雙導向套導向。從而達到所需要的技術(shù)要求。粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法,這樣銑夾具沒有活動部分,能保證承受較大的銑削力。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。連桿在夾具的工位上銑完一個螺栓孔的兩端面后,夾具上的定位板帶著工件旋轉(zhuǎn) 1800 ,銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣,螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由夾具保證。1.5.7 連桿體與連桿蓋的銑開工序剖分面(亦稱結(jié)合面)的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度來保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差 0.03mm ,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。如果鋸片的端面圓跳動不超過 0.02 mm,則銑開的剖分面能達到圖紙的要求,否則可能超差。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(jié)合強度有較大的影響。因此,在剖分面銑開以后再經(jīng)過磨削加工。1.5.8 大頭側(cè)面的加工以基面及小頭孔定位,它用一個圓銷(小頭孔) 。裝夾工件銑兩側(cè)面至尺寸,保證對稱(此對稱平面為工藝用基準面) 。1.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題1.6.1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(nèi)應力。因此在連桿加工工藝中,各主要表面的粗精加工工序一定要分開。1.6.2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。統(tǒng)一精基準:以大小頭端面,小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因為端面的面積大,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。連桿工藝及夾具設計141.6.3夾具使用應具備適應“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。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。保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。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) 。長銷定位目的就在于保證垂直度。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。1.7 切削用量的選擇原則正確地選擇切削用量,對提高切削效率,保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性,保證加工質(zhì)量,具有重要的作用。1.7.1 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。因此,選擇粗加工的切削用量時,要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量(金屬切除率)和必要的刀具耐用度,以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。金屬切除率可以用下式計算:Zw V.f.a p.1000式中:Z w單位時間內(nèi)的金屬切除量(mm 3/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。但是,在這三個因素中,影響刀具耐用度最大的是切削速度,其次是進給量,影響最小的是切削深度。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、a p的乘積較大,從而保證較高的金屬切除率。此外,增大 ap可使走刀次數(shù)減少,增大 f 又有利于斷屑。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。1)切削深度的選擇:粗加工時切削深度應根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。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。只有當總加工余量太大,一次切不完時,才考慮分 編 號 20051013 江西農(nóng)業(yè)大學 工學院畢 業(yè) 設 計 材 料專 業(yè) 機械設計制造及其自動化學生姓名 謝 祖 平材 料 目 錄序號 附 件 名 稱 數(shù)量 備注1 畢業(yè)設計論文 1 A42 裝配圖(CAD) 2 A13 夾具體圖(CAD) 2 A14 工藝過程卡 2 A45 工序卡 2 A4二九年五月題 目 連桿工藝及夾具設計江西農(nóng)業(yè)大學畢業(yè)設計(論文)任務書設計(論文)課 題 名 稱連 桿 工 藝 及 夾 具 設 計學生姓名 謝祖平 院(系) 工學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化指導教師 楊衛(wèi)平 職 稱 教 授 學 歷 博 士畢業(yè)設計(論文)要求:1要求在完成論文期間,態(tài)度端正,積極主動,大量查閱文獻資料。2按時完成畢業(yè)設計內(nèi)容,技術(shù)路線準確,可行。3繪制零件圖和裝配圖,圖紙量不少于 1.5 張 A0 圖紙。4完成畢業(yè)設計說明書,格式正確,要求字數(shù)不少于 6000 字。5完成電子文檔及 PPT 文檔,并打印裝訂成冊。畢業(yè)設計(論文)內(nèi)容與技術(shù)參數(shù):1連桿零件圖紙一張。2零件生產(chǎn)綱領(lǐng):大批量。3要求完成零件的工藝規(guī)程設計,完成相應所需的夾具圖紙設計。畢業(yè)設計(論文)工作計劃:12008 年 11 月12 月:接受畢業(yè)設計任務,查閱整理文獻資料;22009 年 1 月:確定課題設計方案;32009 年 2 月4 月:繪制設計圖紙及編寫設計說明書;42009 年 5 月 10 日之前:定稿打印,裝備畢業(yè)設計答辯。接受任務日期 2008 年 12 月 1 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日學 生 簽 名 謝祖平 2009 年 5 月 10 日指導教師簽名 年 月 日院長(主任)簽名 年 月 日感謝各位老師參加我的畢業(yè) 論文答辯!,謝祖平,畢業(yè)設計說明書,江西農(nóng)業(yè)大學工學院,課題名稱: 連桿工藝及夾具設計 專 業(yè):機械設計制造及其自動化 班 級:機制052 姓 名:謝祖平 指導老師:楊衛(wèi)平教授 提交時間:2009年5月10日,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們的生活和工作節(jié)奏的加快,汽車作為現(xiàn)代交通運輸工具,它的作用及重要性越來越被人們所重視。發(fā)動機是汽車的心臟,連桿是發(fā)動機的主要零件之一,它連接活塞和曲軸,把作用于活塞頂面的膨脹氣體的壓力傳給曲軸;將活塞壓縮的往復運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍男D(zhuǎn)運動,又受曲軸的驅(qū)動而帶動活塞壓縮缸中的氣體。由于連桿在工作中承受著呈周期交變的壓縮、拉伸及彎曲應力,這些交變載荷具有很大沖擊特性。因此,連桿在機械加工中工藝性的好壞直接影響到連桿的使用壽命,而夾具是保證良好工藝性的必要手段。它是在機床上用于裝夾工件的一種裝置,其作用是使工件相對于機床或刀具有一個正確的位置,并在加工過程中保持這個加工位置不變。在本課題中,使用夾具主要是為了保證連桿在加工后,連桿的加工表面能夠滿足尺寸、幾何形狀和相互位置精度的要求。 該文首先進行了連桿的零件分析,闡述了連桿的加工工藝等相關(guān)內(nèi)容;論述連桿工藝的加工工藝、加工順序的安排。為畢業(yè)設計的寫作建立了進度表。其次, 闡述其中的部分夾具的設計:銑剖分面和擴大頭孔的夾具設計。最后,給出了一些參考文獻。該設計根據(jù)所給的連桿的零件圖、技術(shù)要求和加工批量及設備、設計出適合于該連桿的加工工藝和端面銑夾具、擴大頭孔夾具。為了實現(xiàn)大批量生產(chǎn),機床按連桿的機械加工工藝過程連續(xù)排列,且多為專用機床。毛坯由模鍛獲得,采用連桿體和連桿蓋合鍛,提高了材料的利用率,有利于組織和生產(chǎn)管理。,序言,加工時裝夾也比較方便,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。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)應力的作用,并修正加工后的變形,最后就能達到零件的技術(shù)要求。整個設計的指導思想是“簡便、高效、經(jīng)濟”地生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品。 這次課題得以完成主要是因為得到了楊衛(wèi)平教授和同學的熱情幫助和大力支持,以及任可老師的教導,在此,謹向他們致以衷心的感謝。由于本人專業(yè)水平有限,所設計的夾具一定存在不少缺點和不妥之處,敬請老師們批評指正。,圖11,1 汽車連桿加工工藝,1.1 連桿的功用,1.2 連桿的結(jié)構(gòu)特點和主要技術(shù)要求,連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來,使活塞的往復直線運動變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運動,以輸出動力。,特點: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。為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)均衡,同一發(fā)動機中各連桿的質(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)。考慮到裝夾、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有油孔(或油槽),發(fā)動機工作時,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。 主要技術(shù)要求 :(1) 大、小頭孔的尺寸精度、形狀精度;(2 )大、小頭孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度;(3) 大、小頭孔中心距;(4) 連桿大頭孔兩端面對大頭孔中心線的垂直度;(5) 大、小頭孔兩端面的技術(shù)要求;(6) 螺栓孔的技術(shù)要求;(7) 有關(guān)結(jié)合面的技術(shù)要求;,1.3 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。因此,連桿材料一般采用高強度碳鋼和合金鋼;如45鋼、55鋼、40Cr、40CrMnB等。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。隨著粉末冶金鍛造工藝的出現(xiàn)和應用,使粉末冶金件的密度和強度大為提高。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。 連桿毛坯制造方法 :根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)為大量生產(chǎn),連桿多用模鍛制造毛坯。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。整體鍛造的毛坯,需要在以后的機械加工過程中將其切開,整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題,但由于整體鍛造的連桿毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點,故用得越來越多,成為連桿毛坯的一種主要形式??傊鞯姆N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。,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。 (2)連桿是模鍛件,孔的加工余量大,切削時將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力,并引起內(nèi)應力重新分布。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。這是由于粗加工工序的切削余量大,因此切削力、夾緊力必然大,加工后容易產(chǎn)生變形。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。這樣逐步減少加工余量,切削力及內(nèi)應力的作用,逐步修正加工后的變形,就能最后達到零件的技術(shù)條件。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。,1.4 連桿的機械加工工藝過程分析,1.4.1 工藝過程的安排,1.4.2 定位基準的選擇,在連桿機械加工工藝過程中,大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作為主要基面,并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。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。這樣就使各工序中的定位基準統(tǒng)一起來,減少了定位誤差。具體的辦法是,在安裝工件時,注意將成套編號標記的一面不與夾具的定位元件接觸(在設計夾具時亦作相應的考慮)。在精鏜小頭孔(及精鏜小頭襯套孔)時,也用小頭孔(及襯套孔)作為基面,這時將定位銷做成活動的稱“假銷”。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。 為了不斷改善基面的精度,基面的加工與主要表面的加工要適當配合:即在粗加工大、小頭孔前,粗磨端面,在精鏜大、小頭孔前,精磨端面。,1.4.3 確定合理的夾緊方法,既然連桿是一個剛性比較差的工件,就應該十分注意夾緊力的大小,作用力的方向及著力點的選擇,避免因受夾緊力的作用而產(chǎn)生變形,以影響加工精度。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。在粗銑兩端面的夾具中,夾緊力的方向與端面平行,在加工大小頭孔工序中,主要夾緊力垂直作用于大頭端面上,并由定位元件承受,以保證所加工孔的圓度。,1.4.4 夾具使用,應具備適應“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。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。 保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。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)。長銷定位目的就在于保證垂直度。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。,1.5 連桿的機械加工工藝過程,由上述技術(shù)條件的分析可知,連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高,但是連桿的剛性比較差,容易產(chǎn)生變形,這就給連桿的機械加工帶來了很多困難,必須充分的重視。 連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面,較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面,次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及體和蓋上的螺栓座面等。連桿的機械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段:第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工;第二階段為連桿體和蓋切開后的加工;第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。,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(cè)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(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。如果按連桿合裝前后來分,合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段,合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。 連桿機械加工工藝過程如下表(11)所示: 表(11),1.6 切削用量的選擇原則,正確地選擇切削用量,對提高切削效率,保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性,保證加工質(zhì)量,具有重要的作用。,1.6.1 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。因此,選擇粗加工的切削用量時,要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量(金屬切除率)和必要的刀具耐用度,以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。,1.6.2 精加工時切削用量的選擇原則,精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高,加工余量要小且均勻。因此,選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質(zhì)量,并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)效率。,1.6.3 平面加工的工序余量(mm),用查表法確定機械加工余量:(根據(jù)機械加工工藝手冊第一卷 表3.225 表3.226 表3.227,1.6.4 大頭孔各工序尺寸及其公差(鍛造出來的大頭孔為45.5 mm),根據(jù)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設計指導教程 表229 表234 表13,機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設計指導教程 表229 表234 表12,1.6.5 小頭孔各工序尺寸及其公差(根據(jù)上書中的表229表230)表14,1.7 工時定額的計算,根據(jù)機械制造工藝設計手冊來計算,1.8 連桿的檢驗,1 )觀察外表缺陷及目測表面粗糙度 2 )連桿大頭孔圓柱度的檢驗 3 )連桿體、連桿上蓋對大頭孔中心線的對稱度的檢驗 4 )連桿大小頭孔平行度的檢驗 5 )連桿螺釘孔與結(jié)合面垂直度的檢驗,2 夾具設計,設 計 思 路,工件的加工工藝分析 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案 定位方案 夾緊方案 方案誤差 夾具對定位 分析及確定 分析及確定 分析 方案的確定 繪制夾具總圖,2.1 擴大頭孔夾具,2.1.1 零件工藝性分析,本夾具主要用來擴大頭孔至50.5mm,由零件圖可知,在粗加工大頭孔之前,連桿的兩個端面,小頭孔及大頭孔的兩側(cè)面都已加工,且表面粗糙度要求較高。大頭孔的軸心線相對于小頭孔軸心線有一定的尺寸精度要求。由于本工序是粗加工,在加工本道工序時,主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強度,2.1.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案,1) 確定定位方案,設計定位元件由零件圖可知,在粗加工大頭孔之前,連桿的兩個端面,小頭孔及大頭孔的兩側(cè)面都已加工,且表面粗糙度要求較高。為了使定位誤差為零,按基準重合原則選小頭孔與基面為定位基準,根據(jù)六點定位原則限制工件的6個自由度,定位銷限制2個自由度,基面限制工件3個自由度,大頭孔的外側(cè)面限制工件1個自由度,屬完全定位。定位件為定位板.定位板常裝在以鑄鐵制造的或者其他不耐磨損的夾具體上由于生產(chǎn)批量大,為了提高加工效率,縮短輔助時間,準備采用手動式滑柱鉆模,采用了常用的圓錐自鎖裝置,裝卸工件方便、迅速。 2) 夾緊方案的選擇及夾緊機構(gòu)的設計由于所加工的零件比較小,夾具的夾緊力與加工零件時的軸向力方向相同,為了裝卸工件方便,采用手動式滑柱鉆模。加工的大頭孔為通孔,沿Z方向的位移自由度可不予限制,但實際上以工件的端面定位時,必須限制該方向上的自由度。故應按完全定位設計夾具。,滑柱式是一種帶有升降鉆模板的通用可調(diào)夾具,它由鉆模板、三根滑柱、夾具體和傳動、鎖緊機構(gòu)所組成。使用時,轉(zhuǎn)動手柄,經(jīng)過齒輪齒條的傳動和左右滑柱的導向,便能順利的帶動鉆模板升降,將工件夾緊或松開。鉆模板在夾緊工件或升降至一定高度后,必須自鎖。自鎖機構(gòu)的種類很多,但用得最廣泛的是圓錐鎖緊機構(gòu)。 3)切削力及夾緊力的計算由于本工序主要是粗加工大頭孔,所以只對夾具的定位穩(wěn)定性進行計算,及夾緊力和鉆削力的計算。擴孔時的切削力計算:根據(jù)(機械加工工藝手冊 李洪 主編 )表2.4-69 擴孔時的切削力為: 夾緊力的計算:根據(jù)(機床夾具設計手冊 第三版 王光斗 王春福 主編)表1-3-11在計算切削力時,必須考慮安全系數(shù)。 安全系數(shù) 查表帶人得: 鉆削力小于夾緊力 ,所以該夾緊裝置可靠。 4)導引方案設計在鉆床夾具中,常用鉆套實現(xiàn)刀具的對準,由于是大量生產(chǎn),考慮到磨損后可更換,本工序采可換鉆套,在此,鉆套不直接壓在夾具體上或鉆模板上,而是,以H7/g6的配合裝進襯套中,襯套外沿與夾具體采用H7/n6的配合。(一)鉆套導引孔尺寸和公差的確定:鉆套導引孔的基本尺寸應等于導引刀具的最大極限尺寸防止卡?。汇@套導引孔與刀具的配合應按基軸制選定,因為這類刀具結(jié)構(gòu)和尺寸已標準化;鉆套導引孔與刀具間應保證有一定的配合間隙以防卡死在此選F8;鉆頭導引孔的基本尺寸與加工孔的基本尺寸相同,公差取F7。(二)鉆套高度;鉆一般的孔其高度取H=(1.5-2)d=88.4mm鉆孔內(nèi)徑采用基軸制F8的公差。(三)鉆套與工件的距離按經(jīng)驗公式算h=(0.7-1.5)d=65.7mm 5)確定其他裝置和夾具體 夾具體的作用是將定位、夾緊裝置連接成一體,并能正確安裝在機床上,加工時,能承受一部分切削力。根據(jù)加工要求,設計擴大頭孔夾具體圖21如下:夾具體為鑄造件,安裝穩(wěn)定,剛度好,但制造周期較長。 6)定位誤差分析(一)定位元件尺寸及公差的確定同上(二)對于連桿體剖分面中心距1520.1mm的要求,以mm 的中心線為定位基準,雖屬“基準重合”,無基準不重合誤差,但由于定位面與定位間存在間隙造成基準位置誤差即為定位誤差,則 e不=0 ,e定=e不+e基=e基 。設孔尺寸為D+TD,心軸尺寸為d-Td,最小配合間隙為Cmin,工件裝夾時心軸垂直放置,按最大孔和最小軸求得孔中心線位置的變動量為:,圖21,剖分面的定位誤差 工件孔的直徑公差 定位銷的直徑公差min孔和銷的最小保證間隙此項中心距加工允差為0.2mm, 該方案的定位誤差小于該工序尺寸制造公差的1/3即0.0470.2/3故上述方案可行。,因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。(三)大頭孔兩側(cè)面對中心距的要求:擴大頭孔時,限制Z軸的轉(zhuǎn)動是一擋板(工序基準),同時亦為第一定位基準,對加工大頭孔來說,它與工序基準的距離及相應的平行度誤差只取決于工序基準在夾具中的位置。因為工序基準同時為定位基準,即基準重合,沒有基準不重合誤差。即基準位置誤差為零,定位誤差為零。,2.1.3 繪總裝配圖和零件圖,圖22,圖23擴大頭孔夾具裝配圖,2.2.1 零件工藝性分析,由連桿工作圖可知,工件材料為40Gr鋼,年產(chǎn)量20萬件屬于大量生產(chǎn),因此,應設計專用夾具。工件在此加工前工件端面已經(jīng)經(jīng)過粗磨,小頭孔經(jīng)過鉆、擴、鉸孔,大頭孔經(jīng)過擴孔。且連桿已切開。本夾具主要作來銑剖分面,剖分面與小頭孔軸心線有尺寸精度要求,剖分面與螺栓孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。由于本工序是粗加工,尺寸精度和表面粗糙度要求不是太高,主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率,降低勞動強度。,由直接銑削加工就可以達到要求。,2.2.2 確定夾具的結(jié)構(gòu)方案,1) 確定定位方案,設計定位元件由零件圖可知,在銑剖分面之前,連桿的兩個端面、小頭孔及大頭孔的兩側(cè)都已加工,且表面粗糙要求較高。為了使定位誤差為零,按基準重合原則選小頭孔與連桿的端面為基準。連桿上蓋以基面(無標記面)、凸臺面及側(cè)面定位,連桿體以基面和小頭孔及側(cè)面定位,對于銑連桿體的剖分面的定位元件有可換定位銷,在此限制工件的2個自由度,墊快,限制3個自由度,足塊限制1個自由度屬于完全定位。2) 夾緊方案的選擇及夾緊機構(gòu)的設計對此本工序銑削加工特點,由于是粗加工各方面精度要求不是 很高,零件小,我們擬定采用的是手動夾緊,為了節(jié)約成本,裝卸工件方便、迅速,在連桿大頭端面我們采用開口墊圈的螺旋夾緊機構(gòu),即一個開口墊鐵,一個螺母對其壓緊,連桿側(cè)面采用手動螺旋夾緊。根據(jù)工件上大孔的尺寸、螺桿的尺寸大小,我們選用M10,2.2 銑連桿體剖分面夾具設計,的壓緊螺母,3)切削力及夾緊力的計算切削力的計算:,由組合機床(表7-24)得:P=1902.538N夾緊力的計算:由機床夾具設計手冊(表1-2-25)得:用扳手的六角螺母的夾緊力:M=12mm, P=1.75mm,L=140mm,作用力:F=70N,夾緊力:W0=5380N 由于夾緊力大于切削力,即本夾具可安全使用。4) 導引方案設計銑削對刀方法有3種:1單件試切;2每加工一批工件,安裝調(diào)整一次夾具,通過試切數(shù)個工件來對刀;3用樣件或?qū)Φ堆b置對刀,這最方便。本工序采用高度對刀裝置,用對刀塊及平塞尺來控制銑刀的高度位置使加工面到定位面有一定的距離,對刀塊工作面對定位軸中心線的平行度為0.05/100mm根據(jù)要求對壓塊的尺寸我們擬定為厚度5mm。對刀面到小頭孔中心距為152.30.025 5)確定其他裝置和夾具體(一)銑床夾具依靠夾具體底面和定向鍵側(cè)面與機床工作臺上平面及T型槽相連接,以保證定位元件對工作臺和導軌具有正確的相對位置。(二)夾具體的作用是將定位、夾具裝置連接成一體,并能正確安裝在機床上,加工時,能承受一部分切削力。根據(jù)本工序的加工要求,夾具體為鑄造件,安裝穩(wěn)定,剛度好,但制造周期較長。夾具體設計如圖24:,6)定位誤差的分析(一)確定定位銷中心與大頭孔中心的距離及其公差。此公差取工件相應尺寸的平均值,公差取相應公差的1/5-1/3。故此尺寸為152.30.025 mm 。(二)確定定位銷尺寸及公差本夾具的主要定位元件為定位銷,結(jié)構(gòu)簡單,但不便于更換。現(xiàn)取工件上的孔與銷的配合為H7/g6,根據(jù)該配合定位銷的直徑為,圖24,(三)小頭孔的確定考慮到配合間隙對加工要求中心距1520.1 mm影響很大,應選較緊的配合。另外小頭孔的定位面較短,定位銷有錐度導向,不致造成裝工件困難。故確定小頭定位孔的孔徑為 mm。 (四) 定位誤差分析對于連桿體剖分面中心距1520.1mm的要求,以 mm的中心線為定位基準,屬“基準重合”,無基準不重合誤差,但由于定位面與定位削間存在間隙,造成的基準位置誤差即為定位誤差其值為:Dw=D+d+min,心軸水平放置,如右圖所示,由于自重,工件始終靠往心軸一邊下垂,此時孔中心線的變動是鉛垂方向, 圖25當孔的直徑最大削的直徑最小定位基準有最大變動量,其最大值為:,剖分面的定位誤差 定位銷的直徑公差 工件孔的直徑公差 min孔和銷的最小保證間隙此項中心距加工允差為0.2mm, 該方案的定位誤差小于該工序尺寸制造公差的1/3即0.02350.2/3故上述方案可行。因此工件在加工過程中能夠保證加工精度要求。 連桿上蓋剖分面的尺寸要求,螺母座面(工藝基準)為加工面的工序基準,同時亦為第一定位基準,對加工剖分面來說,它與工序基準的距離及相應的平行度誤差只取決于基準在夾具中位置。因為工序基準同時為定位基準,即基準重合,沒有基準不重合誤差?;鶞饰恢谜`差為零。所以對加工剖分面來說,定位誤差為零。即當基準重合時,造成加工表面定位誤差的原因是定位基準的基準位置誤差。,2.2.3 繪總裝配圖和零件圖,圖26 銑剖分面總裝配圖,參考文獻:,1 陳宏鈞,方向明,馬素敏 等編典型零件機械加工生產(chǎn)實例 機械工業(yè)出版社 2004.82 王季琨,沈中偉,劉錫珍 主編機械制造工藝學 天津大學出版社 2004.13 哈爾濱工業(yè)大學,上海工業(yè)大學 主編機床夾具設計 上??茖W技術(shù)出版社 1991.34 李 洪 主編機械加工工藝手冊 北京出版社 1996.15 貴州工學院機械制造工藝教研室編機床夾具結(jié)構(gòu)圖冊 貴州人民出版社 1983.66 龔定安,蔡建國 編著陜西科學技術(shù)出版社 1981.77 孟少農(nóng) 主編機械加工工藝手冊 機械工業(yè)出版社 1991.98 金屬機械加工工藝人員手冊 修訂組金屬機械加工工藝人員手冊 上??茖W技術(shù)出版社1979.19 孫麗嬡 主編機械制造工藝及專用夾具 冶金工業(yè)出版社 2003.9,10 楊叔子 主編機械加工工藝師手冊 機械工業(yè)出版社 2004.911 王紹俊 主編機械制造工藝設計手冊 哈爾濱工業(yè)大學 1981.512 劉文劍 曹天河 趙維緩 編夾具工程師手冊 黑龍江科學技術(shù)出版社 1987.1213 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會 編金屬切削手冊 上海科學技術(shù)出版社 1991.1014 邱仲潘 主編計算機英語 科學出版社 2004.915 于駿一主編典型零件制造工藝機械工業(yè)出版社 1989.116 任福君主編簡明機械制造工藝手冊中國標準出版社 1995.1,致謝,感謝楊衛(wèi)平教授在整個畢業(yè)設計過程中的悉心指導和本班同學的熱心幫助,但由于本人水平有限,雖努力改進但還有很多不足之處,敬請各位評審老師批評指正,提出寶貴建議。 各位評審老師辛苦了,謝謝!,
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