汽车发动机连杆加工工艺分析与设计（毕业论文）

毕业（设计）论文题目:汽车发动机连杆的工艺及程序设计专业班级： 汽车发动机连杆加工工艺分析与设计摘 要连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖分为连杆小头、杆身和连杆大头。连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆质量小，强度高。所以在安排工艺过程时，按照“先基准后一般”的加工原则。连杆的主要加工表面为大小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面。连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。由于连杆既是传力零件，又是运动件，不能单靠加大连杆尺寸来提高其承载能力，须综合材料选用、结构设计。在对其设计中我们先对连杆工艺过程分析，联系实际通过对其具体设计的了解进行连杆机械加工工艺过程分析及其一些机械加工余量、工序尺寸的确定。关键词：发动机，连杆，定位基面，工艺设计目录绪论 .5第一章 发动机的概述 61.1 发动机的定义 .61.2 发动机简介 .61.3 发动机的发展历史 .61.4 发动机的分类 .71.5 发动机的总体结构 .71.6 发动机基本理论 .71.7 发动机的维护 .8第二章 连杆的工艺分析 .92.1 连杆的结构特点 92.2 连杆的主要技术要求 92.2.1 大、小头孔的尺寸精度要求、形状精度 .102.2.2 大小头孔两端面 .102.2.3 大小头孔中心距及孔的中心线的平行度和扭曲度 .102.2.4 连杆连接螺栓孔的技术要求 .102.2.5 有关结合面的技术要求 .112.3 连杆的材料和毛坯 .112.4 连杆的机械加工工艺过程 .122.5 连杆的机械加工工艺过程分析 .132.5.1 工艺过程的安排 .132.5.2 定位基准选择 .152.5.3 确定合理的夹紧方法 .182.5.4 连杆两端面的加工 .192.5.5 连杆大、小头孔的加工 .192.5.6 连杆螺栓孔的加工 .192.5.7 连杆体和盖的铣开工序 .202.5.8 大、小头侧面的加工 .202.5.9 加工小头孔 .202.5.10 精镗大头孔 202.5.11 小头孔压入衬套 212.5.12 镗小头衬套孔 212.5.13 珩磨大头孔 212.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题 .222.6.1 工序安排 .222.6.2 定位基准 .262.6.3 夹具使用 .262.6.4 确定加工余量 .272.6.5 连杆盖的卡瓦槽的计算 .272.6.6 工时定额计算 .28第三章 连杆的检验 293.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度 .293.2 连杆大头孔圆柱度的检验 .293.3 连杆体，连杆上盖对大头孔中心线对称度检验 .293.4 连杆螺栓孔的精度检验 .293.5 连杆大小端孔的平行度和扭曲度检验 .31四 总结 32 致谢 .33参考文献 .34绪论毕业设计是我们在学校的最后一门课程,也是对三年来所学知识个一次综合应用。本毕业设计可以很好的锻炼自己，为以后的就业做好准备。本课题是一个典型零件，也是发动机内的重要零件。在设计中要求运用所学的知识，以培养自己独立思考的能力，以及创新精神。在机械加工中，机械加工工艺是机械生产过程的重要部分，是直接生产过程。它是用刀具切削金属材料或者磨削材料已达到形状、尺寸和表面粗糙度。因此机械加工工艺对零件由设计到成品是至关重要的。机械制造加工工艺主要是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理性质，成为具有所需的一定精度、粗糙度等零件。对于加工艺的编制主要是对其加工工序的确定对机械加工工艺规程的基本要求可以总结为质量、产生率和经济性三个方面。所以在对机械加工工艺过程、机械制造工艺过程、加工工艺的编制时应取其长，避其短。在编制工艺过程时应在保证零件质量的前提下，尽可能的降低生产成本。因此零件的质量、生产率和经济性应综合考虑第一章 发动机的概述1.1 发动机的定义发动机，又称为引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，有人把引擎称为发动机，其实，发动机是一整套动力输出设备，包括变速齿轮、引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。1.2 发动机简介有人把引擎称为发动机，其实，发动机是一整套动力输出设备，包括变速齿轮、引擎和传动轴等等，可见引擎只是整个发动机的一个部分，但却是整个发动机的核心部分，因此把引擎称为发动机也不为过。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴。1.3 发动机的发展历史回顾发动机产生和发展的历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。发动机最早诞生在英国，所以，发动机的概念也源于英语，它的本义是指那种“产生动力的机械装置” 。随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机的外部燃烧，发动机将这种燃烧产生的热能转化成动能，瓦特发明的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生热能把水加热成大量的水蒸汽时，高压便产生了，然后这种高压又推动机械做功，从而完成了热能向动能的转变。此外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的叶片旋转，从而输出动力。燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细地调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只图 1- 1 发动机有部分赛车装用过燃气轮机。汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机-燃烧在发动机内部发生。连杆在发动机中占有重要地位，连杆需要把燃烧的热能转换成机械能进而推动机械或是汽车等的运动。相信未来将会有越来越多的新的种类的发动机的诞生。1.4 发动机的分类（1）按使用燃料分：汽油机、柴油机等。（2）按冷却方式分：水冷式发动机、风冷式发动机。（3）按气缸排列分：直列式发动机、v 型发动机。（4）按工作循环分：四冲程发动机、二冲程发动机。（5）按气门位置分：顶置气门式发动机、侧置气门式发动机。1.5 发动机的总体结构发动机的两大机构：曲柄连杆机构、配气机构。发动机的五大系统：冷却系、润滑系、燃料供给系、点火系、起动系1.6 发动机基本理论汽油发动机将汽油的能量转化为动能来驱动汽车，最简单的办法是通过在发动机内部燃烧汽油来获得动能。因此，汽车发动机是内燃机-燃烧在发动机内部发生。有两点需注意：（1）内燃机也有其他种类，比如柴油机，燃气轮机，各有各的优点和缺点。（2）同样也有外燃机。在早期的火车和轮船上用的蒸汽机就是典型的外燃机。燃料（煤、木头、油）在发动机外部燃烧产生蒸汽，然后蒸气进入发动机内部来产生动力。内燃机的效率比外燃机高不少，但也比相同动力的外燃机小很多。所以，现代汽车不用蒸汽机。相比之下，内燃机比外燃机的效率高，比燃气轮机的价格便宜，比电动汽车容易添加燃料。这些优点使得大部分现代汽车都使用往复式的内燃机。1.7 发动机的维护发动机的维护是指为维持其完好技术状况和工作能力而进行的作业.维护的原则是：预防为主，定期检测，强制维护.维护的目的是：保持整洁，及时发现并清除故障隐患，延长零件使用寿命，防止早期损坏和运行中出现故障，保证安全行车.发动机维护的周期是指进行同级维护的间隔期，一般以车辆行驶里程为依据。如解放 CA1040 的一级维护周期为 1500-2000km，二级维护周期为 6000-8000km，桑塔纳、奥迪、夏利等轿车及进口汽车一般没有一级维护和二级维护的提法，如桑塔纳轿车只分为 7500km 维护、15000km 维护、30000km 维护。每种维护的项目在有关资料中都有详细规定.其中高级维护包含了低级维护的全部项目。第二章 连杆的工艺分析2.1 连杆的结构特点连杆的作用是传递活塞与曲轴间的作用力,并将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动,连杆应保证足够的强度和刚度。发动机连杆为模锻件，由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。连杆大头是分开的，一半为连杆盖，另一半与杆身为一体，通过连杆螺栓连接起来。连杆大头孔内分别装有轴瓦。由于连杆体与连杆盖的结合面是与大、小头孔中心连线倾斜，故称为斜剖式连杆。连杆小头装有青铜衬套，通过活塞销与活塞连接。连杆大头是可分开式，内装半圆形轴瓦，大头与曲轴连杆轴连。（1）连杆小头 连杆小头与活塞销连接呈浮式结构，发动机工作时活塞销与连杆小头可以相对自由转动，因此沿销的长度方向和圆周方向的磨损比较均匀。为提高摩擦副的耐磨性，连杆小头内孔压入青铜衬套。青铜衬套分为两段，分别从小头的两端压入。小头的顶上有一个集油孔，当曲轴旋转时，激溅起来的机油甩到活塞内腔的顶部，冷却活塞后，落下一部分通过集油孔聚集并流入连杆的小头内孔润滑活塞销。（2）杆身 发动机为了在最小质量时最大的强度和刚度，连杆杆身断面加工成“工”字形。（3）连杆大头 连杆通过大头与曲轴上的连杆轴颈相连，连杆大头为分形式，采用简单的平口结构形式。连杆大头轴承盖固定螺母为自锁型螺母，其拧紧力为 100120N.M2.2 连杆的主要技术要求小头孔 55（未装铜套）是与活塞销配合的表面，加工尺寸精度为 IT6，圆柱度公差为 0.0040.006mm、表面粗糙 R0.8。小头孔与活塞销的配合精度要求较高，如果配合间隙过小，会影响连杆与活塞间的传动力效果，如果配合间隙过大，就会产生晃动，使发动机在运行中发出敲击声，考虑到工作后的摩损量 0.01，因此，安装时必须保证连杆小孔与活塞销之间的配合间隙。要在加工中直接满足这一要求显然是困难的，因此在装配时，把连杆小头孔分成四组，每 2.5um 的尺寸间隔为一组，分组进行装配，才能有效控制配合间隙。2.2.1 大、小头孔的尺寸精度要求、形状精度 大头孔 102mm（未装轴瓦）大头孔上要装轴瓦，通过轴瓦与曲轴配合，为了保证良好的配合精度减小冲击的影响，大头孔的加工精度为 IT6,圆柱度为 0.0040.006mm，表面粗糙度 R 为 0.8um。2.2.2 大小头孔两端面大头孔两端面与曲轴轴承座端面配合,其精度影响到安装和磨损，,端面跳动(100:0.1)/mm,小头厚度 52mm 大头厚度为 65mm。2.2.3 大小头孔中心距及孔的中心线的平行度和扭曲大小头孔的中心距影响到发动机的压缩比，即发动机的工作效率，所以规定了较高的要求，中心距为 280mm；大小头孔的中心线的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，造成气缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，缩短发动机的使用寿命，所以规定平行度公差为 0.020.04/100mm；大小头孔中心线的扭曲对不均匀磨损的影响较小，一般规定扭曲度不大于 0.040.06/100mm。这两项技术要求，对于结构刚性较差的连杆来说，加工可能有些困难，但是为了保证发动机的使用寿命，必须达到这些要求，加工中应特别注意。2.2.4 连杆连接螺栓孔的技术要求连杆在工作过程中，受到急剧的动载荷的作用，这一作用又传递到连杆体和盖的两个连接螺母上。因此，除了对螺栓及螺母提出较高的技术要求外，对螺栓孔及两螺栓孔端面也有一定的要求，两螺栓孔在互相垂直的两个方向的平行度公差为 0.020.04:100mm，两螺栓孔 18.5mm 与接合面的垂直度为 0.10.2:100mm，两螺栓孔的尺寸公差为0.021mm。此外，连杆的毛坯都要求通过锻造来改善金相组织。对于连杆体和盖分开锻造的毛坯，锻造工艺较整体锻造简单，金属纤维呈连续型式，使大头具有较高的强度，不易产生变形，但分开锻造使材料消耗增加，机械加工虽然省去了切开工序，但结合面加工余量较大，两侧平面加工余量较大，两侧平面加工需要分开进行，故机械加工工艺较整体锻造复杂。整体锻造在切开体与盖的工序之后，金属纤维呈断裂状，强度减弱，加工后变形较大，但比整体锻造节省材料，提高了金属的利用率，生产效率高，便于组织生产，特别适于大批量生产。 考虑到整体锻造毛坯在切开体，盖后金属纤维呈断裂状的缺点，所以在连杆的大头增加了带“耳朵”形的肋。连杆螺母的自锁，是利用连杆螺栓螺母上所开六个槽，拧紧螺母后，由于螺母的弹性变形保持有 100120N.m 的扭矩。由于该扭矩的作用，使螺母的底面受一向上顶的力，螺母产生的弹性变形卡住螺栓，保证螺母在工作时不会松动。2.2.5 有关结合面的技术要求结合面主要应考虑其垂直度、粗糙度。结合面与螺栓孔的垂直度为 1000.15，表面粗糙度为a0.8µ2.3 连杆的材料和毛坯连杆材料一般采用 45 钢或 40cr 、45Mn2 等优质钢或合金钢，近年来也有采用球墨铸铁的（粉末冶金） ，本连杆采用 40MnB。 钢制连杆都用模锻制造毛坯。连杆毛坯的锻造工艺有两种方案：将连杆体和盖分开锻造；连杆体和盖整体锻造。 整体锻造或分开锻造的选择决定于锻造设备的能力，显然整体锻造需要有大的锻造设备。从锻造后材料的组织来看，分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的，因此具有较高的强度；而整体锻造的连杆，铣切后，连杆盖金属纤维是断裂的，因而消弱了强度。整体锻造要增加切开连杆的工序，但整体锻造可以提高材料的利用率，减少结合面的加工余量，加工时装夹也较方便。整体锻造只需一套锻模，一次便可锻成，也有利于组织和管理生产。故一般只要不受连杆盖形状和锻造设备限制，均尽可能采用连杆的整体锻造工艺。毛坯锻模后应正火并校直。毛坯要经过调质热处理（加工量大时最好在粗加工后进行调质处理） 。其规范为：（1）升温，880，保温 90 分。（2）淬火，在浓度为 1/1000 的聚乙烯醇水溶液中进行，淬火硬度 HRC50 。（3）回火 升温 580，保温 120 分，在空气中冷却。（4）检查 检查机械性能及变性量。变形量在 35 毫米时允许整形以保证图纸要求，但整形后必须经消除内应力的热处理。酸洗后要对毛坯进行喷丸处理。表面喷丸是利用机械敲击产生表面残余压应力来强化机件，可以显著地提高零件的疲劳强度。合金结构钢经表面喷丸强化后其疲劳极限能提高 4050。喷丸还可以提高表面硬度和耐磨性，降低应力集中敏感性，消除毛坯表面轻微脱碳的不利影想。因此，喷丸处理是一项十分有效的工艺措施。本连杆毛坯采用整体精密模锻工艺，连杆小头孔不予锻出，其目的为了减小在钻削小头孔时刀头偏离现象带来的加工难度。连杆大头孔结构为椭圆状，如图 2-1 所示，其目的是为杆盖切离后，连杆大头孔因铣削缩短了杆盖之前的实际距离，使其接近圆以减小工作强度。图 212.4 连杆的机械加工工艺过程铣连杆大、小平面粗磨大、小头平面、加工小头孔、铣大头两则面、扩大头孔、铣开连杆体和盖、加工连杆体、铣、磨连杆盖结合面、铣、钻、镗连杆总成体、粗镗大头孔、大头孔两端倒角、精磨大小头两平面、半精镗大头孔及精镗小头孔、精镗大头孔、镗小头孔衬套、珩磨大头孔、连杆的检验。2.5 连杆的机械加工工艺过程分析2.5.1 工艺过程的安排 加工阶段的划分和加工顺序的安排连杆本身的刚度比较低,在外力作用下容易变形;连杆是模锻件,孔的加工余量较大,切削加工时易产生残余应力。有残余应力存在,就会有变形的倾向。因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的粗、精加工工序分开。这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。如大头孔先进性粗镗，连杆合件加工后半精镗大头孔，精镗大头孔。在工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣、磨工序放在加工过程的前面。连杆工艺过程可分为以下三个阶段：1 粗加工阶段粗加工阶段也是连杆体和盖合并前的加工阶段：基准面的加工，包括辅助基准面的加工；准备连杆体及盖合并所进行的加工，如两者对口面的铣、磨等。2 半精加工阶段半精加工阶段也是连杆体和盖合并后的加工，如精磨两平面，半精镗大头孔及孔口倒角等。总之，是为精加工作准备阶段。3 精加工阶段精加工阶段主要是最终保证连杆主要表面大、小头孔全部达到图纸要求的阶段，如珩磨大头孔、精镗小头孔轴承孔等。 定位基准的选择连杆加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准：一个端面、小头孔及凸台。这样有利于保证连杆的加工精度，而且端面的面积大，定位也比较稳定。由于连杆的外形不规则，为了定位需要，在连杆大头处作出工艺凸台，作为辅助基准面。连杆大、小头端面对称分布在杆身的两端，由于大、小头孔厚度不等，所以大头端面与同侧小头端面不在一个平面上。用这样的不等高面作为定位基准，必然会产生定位误差。制定工艺时，可先把大、小头做成一样的厚度，这样不但避免了上述缺点，而且由于定位面积加大，使得定位更加可靠，直到加工最后阶段铣出这个阶梯面。 确定合理的夹紧方法连杆是一个刚性较差的工作，应十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点位置的选择。以免因受夹紧力作用而产生变形，使得加工精度下降。实际生产中，设计的粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在加紧力作用的方向上，大头端部与小头端部的刚性大，即使有一点变形，也产生在平行于端面的方向上，对端面平行度影响较小。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。 主要表面的加工方法1 两端面的加工连杆的两端面是连杆加工过程中最主要的定位基准面，而且在许多工序中使用。所以应先加工它，且随着工艺过程的进行要逐渐精化其基准，以提高其定位精度。大批量生产多采用拉削和磨削加工；成批量生产多采用铣削和磨削。铣两端面时，为保证两端面对称于杆身轴线，应以杆身定位。铣削时多采用下面两种铣削方法：一种是在专用铣床上装两把硬质合金端铣刀盘，工件装夹在回转工作台上低速回转进给运动，粗铣同时进行，只是切深不同，加工完一个面，转过 180°再加工另一端面；另一种铣削方法是在专用的四轴龙门铣床上，用四把端铣刀从两端面方向同时铣削大、小两端面。两端面的磨削加工，一般在立轴平面磨床上用磨轮端面进行磨削，生产率较高。在大量生产中，可采用双端面磨床进行磨削，以保证两端面的平行度和高的生产率。 2 大、小头孔的加工连杆大、小头孔的加工时连杆加工中关键工序，尤其大头孔的加工是连杆各部分加工中要求最高的部位，直接影响连杆的质量。一般先加工小头孔，后加工大头孔，合装后再同时精加工大、小头孔。小头孔小，锻坯上不锻出预孔，所以小头孔首道工序为钻削加工。加工方案多为钻-扩（拉）-镗（铰） 。无论采用整体锻还是分开锻，大头孔都会锻出预孔，所以小头孔首道工序都是粗镗（或扩） 。大头孔的加工方案多为:（扩）粗镗-半精镗-精镗。在大、小头孔的加工中，镗孔是保证精度的主要方法。因为镗孔能够修正毛坯和上道工序造成的孔的倾斜，易于保证孔与其它孔或平面的相互定位精度。虽然镗杆尺寸受孔径大小的限制，但连杆的孔径一般不会太小，且孔深与孔径比皆在 1 左右，这个范围镗孔工艺性最好，镗杆悬伸短，刚性也好。大、小头孔的精镗一般都在专用的双轴镗床同时进行，由条件的厂采用双面、双轴金刚镗床，对提高加工精度和生产率效果更好。大、小头孔的光整加工是保证孔的尺寸、形状精度和表面粗糙度不可缺少的加工工序。一般采用以下三种方案：1）磨。2）金刚镗。3）脉冲式滚压。2.5.2 定位基准选择在制定连杆机械加工工艺规程时，定位基准的选择与否，对能否保证连杆的尺寸精度和相互位置精度要求及对连杆各表面的加工顺序安排都有很大影响。采用夹具装夹工件时，定位基准的选择还会影响到夹具的结构。定位基准的选择，是设计连杆加工工艺改过程的首要问题。在许多情况下，连杆的技术条件能否获得保证，首先决定于基准的选择正确与否。因此定位基准的选择是一个很重要的工艺问题。基准是连干上用以确定其他点、线、面位置所依据的那些点、线、面。本零件主要考虑工艺基准中的定位基准。定位基准可分为精基准和粗基准。选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准，再选择粗基准。选择精基准主要是从经济可靠地保证连杆各加工表面间的相互位置精度出发。一般应考虑如下问题：图 221 精基准的选择选择精基准时主要应考虑保证加工精度和工件安装方便可靠，如图 22 所示。（1）因为连杆的大小端孔、大小端两端面、分开面、结合面以及螺栓孔等各加工表面间的相互位置精度都很高，既不能一次加工而成，又不能在一次安装中把这些有相互位置精度要求的各加工面都同时加工出来，而是经过多次安装，反复加工后逐步达到图纸要求的，所以，为了保证各加工表面的相互位置精度，要避免过多地转换定位基准，应尽量选择一个使大部分工序都可用它来作为定位基准的表面作为精基准。这就是“基准统一”原则。（2）由于连杆刚性较差，容易产生杆身弯曲变形，而直接影响各加工表面之间的相互位置精度，所以，要选择支撑面积大、精度高、定位准确、又能防止夹紧变形的表面作为精基准。（3）尽量选择零件图上的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这样，图纸上的设计尺寸是直接保证的，可以避免因定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差对该设计尺寸的影响。为了满足以上要求，以连杆的大小端面及工艺面作为定位基准，并且在机械加工的开头就把这组定位基准面加工出来，且达到一定精度。这种基准面在夹具中定位时，大小端端面面积大、精度高、定位准确、夹紧可靠，可作为极限工件沿 Z 轴移动、绕 X 轴和 Y 轴转动的三个自由度的主要基准面；工艺面间距离较大，可作为极限工件一个移动自由度和一个转动自由度的导向基准面，以使导向正确；工艺面面积狭窄，可作为限制工件一个移动自由度的止推基准面.图 23 落差平面的定位方法对于这组基准面的定位方法如图所示。由于大小端端面不在同一个平面上，两者之间有落差。为了减少落差而引起的定位误差，可将支承小端端面的夹具定位元件作成能随落差值变化而自动定位的浮动支承，这样才不会破坏固定支承对主要基准面大端端面的定位。这种定位方法可以使得连杆在整个机械加工过程中，精基准得到统一。其优点是：（1） 不仅避免了基准转换过多到来的积累误差，还为在一次安装中同时加工出有相互位置精度要求的表面提供了有利条件，从而使连杆大小端孔轴心线之间的平行度和扭曲度以及大小端孔轴心线分别对大小端面的垂直度等都达到了图纸的要求.（2） 由于小端孔的位置是靠大小头端端面决定的，大端孔的位置是根据小端孔中心线和小端端面决定的，所以，工艺面大小端端面是小端孔的设计基准，而小端孔中心线和小头端端面是大头孔的设计基准。如用上述方式定位大小头端面孔，则定位基准和设计基准重合，基准不重合的误差等于零。（3） 简化了工艺过程设计，并使各工序的夹具结构基本相同或相似。从而减少了设计和制造夹具所需的时间和费用，加速生产准备工作，降低生产成本。图 24 连杆精基准的定位方法为了提高主要基准面大端端面的定位精度，采用其中一个无工艺凸台的大端端面为精基准，并且该端面的加工应以已加工的有工艺凸台的大端端面定位，如图 24 所示。对定位基准的定位方法如图所示。大端端面用支承板定位，其作用相当于三个定位点，消除了工件一个移动（OZ 方向）两个转动（OX 和 OY 方向）的自由度;小端孔用短销定位，相当于两个定位点，又消除了工件两个移动（OX 和 OY 方向）的自由度；大端工艺侧面用小支承板定位，由于其长度和宽度都比工件相差很大，所以只能相当于一个定位点，即只能消除工件以一个转动（OZ 方向）的自由度。这样，就完全限制了工件的六个自由度。在加工小端孔夹具中，小端孔是用可伸缩的短销定位，在定位和夹紧后，再将定位销从小端孔中抽出。2.5.3 确定合理的夹紧方法连杆是一个刚性较差的工件，在外力作用下容易产生变形，如果在夹紧状态下检查精度时，达到了规定的精度，但在松开后，由于工件的弹性变形的恢复而使连杆精度受到损失，因此，在选择连杆定位基准的同时，必须正确确定夹紧力的方向和着力点，注意防止连杆的夹紧变形。作用方向的确定，就必须考虑下列一·夹紧力的方向对夹紧力问题：（1）夹紧力的作用方向应朝向工件的主要基准面，把工件压向夹具定位面，以保证工件定位的准确性。（2）夹紧力的作用方向应使工件变形最小。二· 夹紧力的着力点夹紧力着力点的问题是指在夹紧方向的情况下，确定夹紧力着力点的位置和数目。着力点的选择原则首先是不应破坏工件在定位时已经确定的位置。如果着力点选择不当，会使工件产生翻转力矩。为了防止工件切削时的振动，夹紧力的着力点应尽可能地靠近加工面，以使切削力对夹紧力作用点的力矩最小。这是由于工件在承受平行于接触表面的切削力时最容易产生转动现象，而转动的中心往往正是夹紧力的着力点。由于连杆刚性较差，很容易产生夹紧变形，所以夹紧力的着力点必须作用于工件的刚性最大的部位上，一定要避免在连杆杆身上进行夹紧。否则就会造成连杆弯曲变形，而影响各加工表面间的相互位置精度。 应十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点位置的选择，以免因受夹紧力作用而产生变表面形，使得加工精度降低。在生产中，设计的粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力作用的方向上，大头端部与小头端面的刚性大，即使有一点变形，也产生在平行于端面的方向上，对端面平行度影响较小。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。2.5.4 连杆两端面的加工连杆两端面的加工主要为后续工序的加工作好定位基准，其加工精度直接影响连杆大小头孔的同轴度，在加工过程中应选择适合的夹紧力，以免因夹紧变形造成材料变形，从而影响定位基准。2.5.5 连杆大、小头孔的加工连杆大小头孔的加工是连杆加工的关键，确定基准是关键。在加工连杆孔时以前序工序中两端面和工艺凸台为定位基准。在镗削过程中，应选择合理的切削用量及夹具，在本工序中，采用了手动夹紧和液压夹紧来达到加工要求，这在后面会得以讲述。2.5.6 连杆螺栓孔的加工连杆体和盖是用螺栓连接的，螺孔内部由螺纹、销部构成，其精度要求较高。连杆大头与曲轴连接，当螺孔内与螺栓，销部接触位过盈配合，当接触不良时，在交变载荷的作用下，螺栓发生变性甚至断裂，将造成严重的后果，故在加工螺孔时，应充分考虑，钻孔、铰孔时排削问题以使螺孔达到设计要求。螺纹底孔本身的螺纹精度主要取决于丝锥的精度，而螺纹中心线的不垂直度及其对其它表面的不平行度、不垂直度等形位精度则主要取决于螺纹底孔的形位精度。所以对连杆螺栓孔的底孔采用以枪钻为基型的高压强制排屑的高速精钻工艺。2.5.7 连杆体和盖的铣开工序连杆体和盖的铣开工序应注意切削时定位的可靠性及满足加工要求。连杆大头肩部加载两个垂直向下的压力，为避免在铣削过程中连杆盖的夹紧刚度，应连杆盖中心垂直位置的垂线上预紧一定的力，并使压板与销对称，压紧力不易太大，以免连杆盖变形。2.5.8 大、小头侧面的加工大头侧面的加工包括，大头工艺凸台的铣削，钻孔处工艺凸台的铣削是保证后序工序钻销螺孔的精度及钻削时刀具不发生倾斜而造成的偏差，故需精铣大头工艺凸台。大头侧面的加工包括大头孔下端工艺凸台的铣削，钻孔处工艺凸台的铣削。大头下端凸台的加工是为加工大头孔作定位基准。通过小头孔的定位保证大头下端凸台与大小头孔中心线垂直度。钻孔处凸台位于偏离中心处是为钻孔及连杆体盖切削作准备，尤其是大头孔下端凸台对连杆大头的垂直度影响较大2.5.9 加工小头孔小头孔分粗加工，半精加工，精加工三个阶段。主要为了消除在加工过程中因金属切削产生材料内部变形所引起的应力。由于粗加工中要切除大量的金属材料，在不受力或受力减少时，材料内部组织会释放出因变形产生的力，这在金属加工中应慎重予以考虑。2.5.10 精镗大头孔大头孔的镗削安排在数控卧式铣床上进行，这不仅可以保证连杆孔的加工精度，也可降低劳动工人的劳动强度，这将在后面予以介绍。2.5.11 小头孔压入衬套本工序由钳工工人使用专有工具，将衬套压入连杆小头孔中，为后续的精镗做好准备，在压入时，应保证衬套在小头孔中的牢靠性。2.5.12 镗小头衬套孔采用金刚镗床，连杆大头工艺凸台和小头的定位插销，小头的连杆体来进行定位，从而保证其定位精度，进而保证连杆的加工精度。2.5.13 珩磨大头孔珩磨是磨削加工的特殊形式，又是一种高效率的加工方法，并且加工精度高，表面质量好。连杆大头孔同轴度较高，在磨削大头孔时，其同轴度达到 5µ以下，另一方面珩磨加工面具有交叉网纹，有利于润滑油的储存及油膜的保持，并具有较高的表面支承率（孔与轴的实际接承受较大的载荷，耐磨损，从而延长了使用寿命。加之珩磨时速度低（只是普通磨削速度的几十分之一） ，且油石与孔是面接触，因此每一粒磨粒的平均磨削压力很小，这样工件的发热量很小，连杆产生的变形量也小。由于在珩磨是将安装在珩磨头周围的若干条油石张开机构将油石沿径向张开，使其压向连杆孔壁以便产生一定的接触，同时使磨头作旋转和往复运动。珩磨石采用金刚石或立方氮化硼等耐磨材料。连杆孔的精度在一定程度上取决于珩磨头的原始精度。本工序选用卧式珩磨机,见图表 1-1。 项目 合成切削速度Ve m/min交叉角 圆周速度 V：m/min 往复速度 Vf m/min精加工 30 40 28 10表 1-1精加工余量为 0.03mm ,切削液选用 70煤油加 25锭子油。2.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题连杆本身的刚度比较低，在外力作用下易变形，合理的加工工序将直接影响连杆的最终加工质量，在这里主要考虑连杆加工工序安排、定位基准选择、夹具使用问题。2.6.1 工序安排连杆的工序安排见表 1-2工艺过程卡片产品 名称 柴油机种类 胎模锻 名称 连杆重量 图号 A1毛坯尺寸材料 40MnB零件序号 工序名称及内容 设备 定位基准1 模锻、退火2 喷丸处理3 探伤检查4 划线身中心线及大小端两端面加工线 划线平台考虑加工面余量均匀分配及其与不加工面相对位置尺寸5 粗铣大小端一端面及工艺凸台立式铣床 划线找正6 粗铣大小端另一端面 立式铣床 大端一端面及工艺凸台7 划大小端孔中心线及大小端外形线划线平台 兼顾大小端的余量及壁厚均匀8 钻小端孔 Z3080 大端一端面及工艺凸台小端孔中心线9 插分开面及大端孔 插床 大小端另一端面及划线找正10 检验11 调质处理12 喷丸处理13 探伤检查14 涂油漆15 半精铣大小端一端面及工艺凸台立式铣床 大小端另一端面16 半精铣大小端另一端面 立式铣床 大端一端面及工艺凸台17 划小端孔及外形线 划线平台18 镗小端孔 立式铣床 大端一端面及工艺凸台19 铣大端工艺侧面 立式铣床 大端另一端面，小端孔及杆身侧面20 精铣分开面 立式铣床 大端另一端面小端孔及大端工艺侧面21 插小端外形 插床 小端另一端面、小端孔及大端工艺侧面22 钻、铰、攻2M18×1.6 螺纹孔立式钻床 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面23 钻、铰体盖结合面上的定位销孔，并孔口倒角Z3050 大端另一端面、小端孔及打端工艺侧面24 钳工去毛刺25 钳工把对体盖26 精铣大端一端面及工艺凸台 立式铣床 大小端另一端面27 精铣大端另一端面 立式铣床 大端一端面及工艺凸台28 镗大小端孔 卧式镗床 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面29 大小端孔口倒角 Z3050 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面30 车大端凸台 普通车床 大端另一端面及大端孔31 仿形铣连杆外形 立式铣床 大小端孔及端面32 铣小端外形 立式铣床 小端孔及端面33 磨连杆外形 磨光机 大小端孔及端面34 卸盖自然时效 24 小时35 钳工把对体盖36 精镗大小端孔 双头镗床 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面37 检查大小端孔中心线平行、扭曲38 卸盖39 划深油孔，油沟加工线40 钻深油孔并倒角 摇臂钻床 大小端端面、小端孔及大端工艺侧面41 铣油沟 立式铣床 大端端面大端孔及分开面42 铣大端孔轴瓦定位槽 立式铣床 大端端面大端孔及分开面43 磁力探伤，并退磁44 小端孔压入铜套45 精镗铜套内孔 双头镗床 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面46 铣小端两侧圆弧 立式铣床 大端另一端面、小端孔及大端工艺侧面47 钳工修毛刺48 清洗49 终检各部50 称重51 削重连杆的加工工艺过程分三个阶段进行，即粗加工、半精加工、精加工。在粗加工小头孔时，应合理选用钻削的切削用量。大小头端面在磨削时应注意灼伤。2.6.2 定位基准定位基准是设计连杆加工工艺过程的首要问题。在加工中，连杆的技术条件能否获得保证，首先决定于定位基准的选择正确与否。 一 粗基准粗基准选择是否正确，直接关系到被加工表面的余量分配和加工表面与不加工表面间的相互位置要求。所以，选择连杆的粗基准时，应满足以下要求： 连杆大小端孔及两端面应有足够而且尽量均匀的加工余量； 连杆大小端孔圆柱面及两端面应与杆身纵向中心线对称；， 连杆大小端外形应分别与大小端孔中心线对称。所以在加工连杆时，第一道工序是划杆身各向中心线和大小端两端面加工线时都是选择杆身两侧面作为粗基准。对于精度较低的连杆毛坯，尤其是当大小端毛坯孔偏位很大时，若仅仅考虑以杆身两侧面作为粗基准时，往往会出现大小端孔加工余量不均，甚至不够的现象。因此，划线时，必须各面予以互相借正，以满足基本要求。二 精基准选择精基准主要从经济可靠地保证连杆各加工表面间的相互位置精度出发。应注意以下问题 应避免过多地转换定位基准，应尽量选择一个使大部分工序都可用它来做为定位基准的表面作为精基准。（2）要选择支承面积大、精度高、定位准确、又能防止夹紧变形的表面作为精基准。（3）要以图纸上的设计尺寸作为精基准，可避免因定位基准与设计基准不重合而引起基准不重合误差对该设计尺寸的影响。2.6.3 夹具使用由于连杆的刚性较差，在镗削其大小头孔时，使用专有夹具显的十分必要。在镗削大小头孔时使用自动和手动并用的夹紧方式，自动部分采用液压系统，手动部分是采用虎钳的工作原理进行改进，保证连杆在加工过程中具有良好的稳定性，进而保证了连杆的加工精度。2.6.4 确定加工余量锻件长度余量 mm 锻造长度余量 ：1mm 工艺凸台的加工余量 锻造时余量：2.25mm 粗铣时余量：1.0mm 精铣时余量：0.2mm 小头孔钻后各工序的加工余量 扩孔余量：1.7mm 镗孔余量：2.0mm 精镗余量：1.0mm 小头孔扩孔或镗孔后各工序的加工余量 一次铰余量：0.5mm 粗铰余量：0.4mm 精铰余量：0.2mm小镗孔精镗的加工余量 粗加工余量：0.2mm 精加工余量：0.1mm 小头孔钻后的总加工余量 ：6.1mm 大头孔各工序的加工余量粗镗余量：2.0mm 精镗余量：1.3mm 大头孔扩孔或镗孔后各工序的加工余量一次铰余量：0.6mm 粗铰余量：0.45mm 精铰余量：0.25mm 大头孔精镗的加工余量 粗加工余量：0.3mm 精加工余量：0.1mm大头孔钻后的总加工余量：5mm2.6.5 连杆盖的卡瓦槽的计算基本尺寸 65mm=8mmAA157mm封闭环上偏差 ESA10.1000.10mm封闭环下偏差 EIA10.1740.090mm0.264mm基本尺寸 A25744.5mm12.5mm封闭环上偏差 ESA20.100（0.15）mm0.05mm封闭环下偏差 EIA20.2640mm0.264mm得出连杆盖的卡瓦槽尺寸为 12.5mm2.6.6 工时定额计算N 连杆=N 柴油机×n(1+)(1+N 连杆连杆的生产纲领，即连杆的年产量；N 柴油机柴油机的生产纲领n每台柴油机的连杆数量；连杆的备品率；机械加工的废品率（一般取 0.51.0）N 连杆=2000×6（15） （10.5）=12000 根第三章 连杆的检验连杆的检验分为毛坯的检验和连杆精度检验，其中连杆的加工精度检验有孔的加工精度检验，相互位置精度检验，连杆体盖结合面的精度检验，连杆螺栓孔的精度检验，表面粗糙度的检验。3.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度检测表面粗糙度主要采用以下方法，比较法，仪器检测法，连杆表面粗糙度选用仪器检测法。仪器检测法分有：光切法、干涉法和感触法。本工序选用感触法，感触法是利用电动轮廓仪测量被测表面的 Ra 值方法。测量时使触针以一定速度划过随被测表面，传感器将触针随被检测表面的微小峰谷的上下移动转换为电信号，并经过传输、放大和积分运算处理后，通过显示器显示 Ra 值。其测量范围一般为 Ra0.0125µ。3.2 连杆大头孔圆柱度的检验在工件旋转一周过程中，测出一个正截面上最大于最小读数。按上述方法，连续测量几段截面，取各截面内所测得的所有读数中最大与最小读数的差值的一半，作为该圆柱面的圆柱度误差，保证在要求精度范围以内。3.3 连杆体，连杆上盖对大头孔中心线对称度检验连杆体盖结合面的精度检验主要是结合处和安装轴瓦用的定位销孔沿大端孔周围方向的偏移。连杆体和连杆盖的结合面的加工方法较多。检验的方法是靠目测。在结合面上涂红丹粉，经体盖研磨后，检查其贴合面积，观察其表面光洁度，并与检验合格的样件比较来确定产品质量。3.4 连杆螺栓孔的精度检验连杆螺栓孔的精度检验包括以下几面： 2-M18×1.6-1 螺栓孔的检验。 2-M18×1.6-1 螺栓孔中心线对螺栓肩面的不垂直度。 23 对 M22×2-1 螺栓孔的不同心度。