柴油机连杆加工工艺及夹具设计【钻螺栓孔】【说明书+CAD】
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湖 南 科 技 大 学英文文献翻译学 生 姓 名: 杨力立 学 院: 机电工程学院 专业及班级: 11级机设三班 学 号: 1103010314 指 导 教 师: 李鹏南 2015 年 5 月 30 日水平定向钻机孔底钻具的研究与应用1. 孔底钻具的组成与功能1.1导向孔施工钻具组成:钻杆、发射器容纳管和导向钻头。 导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制,严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的;钻头板以及安装板上的钻牙,在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用,在钻杆推进时起变向作用;发射器容纳管用来放置发射器,在容纳管上开有通磁槽,并用非金属材料密封以防止高压钻液进入,发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。1.2扩孔施工钻具组成:钻杆、回扩头、旋转接头和回拉钻杆。当导向孔钻进完成后,卸下导向钻头、发射器容纳管,接上反向扩孔钻头和旋转接头,然后在旋转接头后接上回拉钻杆,进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔,可进行多次扩孔钻进,使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。1.3回拉铺管施工钻具组成:回拉钻杆、回扩头、旋转接头和拉管头。当扩孔钻进完成后,在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头,在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。2. 主要钻具的研究与应用2.1钻杆 钻杆的质量是施工成功的关键,施工中钻杆的损坏将导致与钻杆连接的孔底钻具的丢失,无论是回扩头还是价格昂贵的泥浆马达、管线等。由于钻杆对施工技术的成功起着基础性的作用,所以近年来,钻杆制造商们不断采用先进技术致力于改进钻杆的结构,提高其性能和质量。 目前,钻杆主要分为整体式和焊接式两种结构形式。 摩擦焊接式钻杆实现了钻杆最佳结构组合,这就意味着为满足不同需要的、不同性能的材料能够被用来做钻杆的不同部位。磨擦焊接钻杆具有很高的机械性能、耐磨性能,而且重量轻、柔韧性好,可方便地实现不同形式的螺纹接头与不同规格的钢管的焊接组合。 摩檫焊接式钻杆的技术关键是焊接质量,如果焊接及热处理过程控制得当,摩擦焊接的连接强度应达到甚至高于母材本身强度。为了保证焊接质量,国外制造商用于制造摩擦焊接钻杆的设备均采用先进的计算机监控和数据记录技术。通过监控系统确保每根钻杆所有焊接重要参数均按照预先给定的数值执行。也就是说,一批钻杆中的任何一根钻杆,均控制在严格的公差范围内,由计算机监控系统确保其焊接性能的一致性。而且通过单根钻杆试验测试,能够提供一批钻杆中的每根钻杆的完整的、可靠的性能数据。焊后整体电磁感应热处理,是整个处理过程的重要阶段。近年来通过科研部门不断研究与试验,目前能够使得焊接后焊缝的机械性能达到甚至超过母材本身性能,包括耐久性能、焊接安全方面等。 为了提高螺纹表面硬度,防止螺纹本身产生任何可能的咬合,加工后的螺纹接头的表面,特别是螺纹部分都要进行渗氮处理。 用于制造钻杆的钢管采用高等级无缝钢管,且经过淬火和回火处理。摩擦式焊接钻杆另一好处是,可以对钻杆内部钻液通道进行设计。其中螺纹接头内孔通道的设计充分考虑了尽量减少液体通过时的液压损失,特别是减少螺纹连接头部分造成的损失,能大大提高钻液系统的工作效率。在螺纹接头设计上采用了切去顶端的、园锥型的螺纹设计,这种设计既能增加连接强度,又能在不用附加垫圈的帮助下起到很好的密封作用。实践表明,要使用更强有力的孔底钻具和钻进设备,获得最大的钻孔直径和最小的曲率半径,就需要特殊设计的高品质的钻杆以满足施工要求。2.2导向钻进钻具组合()通用型 组成:通用探测装置容纳器、变向钻头体和板式切削刀具。 通常用于中软土壤和回填土层施工,可更换硬地型钻头牙齿,用于硬地层的施工,包括硬土、岩土、砾石和软岩层。()硬地层型组成:通用探测装置容纳器、带弯曲式喷射管和()可分开的喷射头,适用于在软土层可控喷射施工;()岩石钻头,适用于混合层钻进,在坚硬的部分允许岩石钻头旋转钻进。()软岩层型 组成:通用探测装置容纳器、锤体、锤头 适用于在硬地面和软岩层中进行高穿透钻进和转向()岩石型组成:通用的探测装置容纳器、转换接头、泥浆马达、岩石钻头适用于岩石层钻进施工2.3回扩钻进用钻具()带长槽的回扩头特点:度锥体形状,有利于高效率的切削和挤压土壤;可获得多种螺纹和背端连接形式;向前和向后喷射钻液的喷嘴为可换式;岩石牙齿;凹槽体用来高效率排除钻屑;标准尺寸()一() 适用于普遍的工程条件,在中密度粘土、砾泥粘土和含岩土壤(砾石、鹅卵石等)中施工,兼有飞旋刀式切割器和锥形挤扩器的复合功能,具有很高的施工效率。 安装岩石切削牙齿,可提高切削作用。普遍适用于中等硬度土层,特别适合在硬土和岩石土层中施工。()飞旋刀式回扩器特点:开放式钻体,度锥型切削臂,与挤压式相比具有极好的排屑和混合的作用。是一种独特地万能回扩器,在沙地、软土层、粘土层和混凝料中施工具有极好的性能,可有效的使泥浆与土壤混合成流动的混合物,具有理想的排屑和强大的混合作用。标准尺寸()一()。()旋桶式回扩器特点:适合于中大型钻机;开放式钻体,三臂式设计,具有高效率的切削和排屑能力。可更换岩石切削牙齿,可更换的向前和向后喷嘴,标准尺寸(),焊接符合工业标准。 一般用于,破碎黏土型土壤优于挤压式,这种飞刀具有卓越的切削和排屑特性,常常与桶式回扩器一起使用。()桶式回扩器特点:适合于中大型钻机。度前后锥体;可更换的岩石切削牙齿;前后端均带有可更换的喷嘴;标准尺寸()。桶式回扩器在黏土、砾泥、混凝料和岩土中施工具有极好的切削和挤压性能,主要用于挤压土壤(软黏土、泥炭土),在土壤中挤扩出洞孔并保持.Horizontal Directional Drill Hole Drill end of the study and application1. of a drill hole end of a composition and function.1.1 Construction of drill hole orientation : drill pipe, a launcher tube and a guide to accommodate bit. Construction of drill hole orientation with drilling, to change, through magnetic and drilling fluid delivery functions. Coordinated by computer control, in strict accordance with the design of the track has been completed oriented hole. Drilling is drilling high pressure liquid jet cutting board and bit accomplished; Bits board and the installation of boards of drilling teeth. Rotary drilling bit at the time supporting Cutting role in promoting the drill pipe at changes to the role; transmitters placed to accommodate tube launcher, to accommodate the opening of a Magnetic planters, Non-metallic materials and sealed to prevent the entry of high pressure drilling fluid, launch vehicles by the electromagnetic field Magnetic tank fired. Internal drill pipe and drill should provide sufficient access to meet the drilling fluid flow needs. 1.2 the construction of bore hole : drill pipe, the first to expand, the rotary joint drill pipe and back to Rafah. When the guide hole drilling is completed, unloaded oriented bit, to accommodate tube launchers and connect with reverse bore bit and rotary joint, Then after the rotary joint drill pipe connected to Rafah, to Reamer drilling. The large diameter holes, a number of bore drilling, hole diameter gradually expanded to the size requirement. 1.3 back to Rafah Pipeline Construction hole : drill pipe to Rafah, to expand first, rotating joints and pipe-drawing tools. When the bore drilling is completed, the drill pipe to Rafah after expanding access to the first and rotary joint, After the rotary connector connected pipe-drawing tools and the laying of pipelines to be anti-expansion Pipeline.2. the main drill a research and application, 2.1 the drill pipe drilling pipe construction quality is the key to success. Construction of the pipe and caused damage to the drill pipe connecting the end of drill hole of the lost, whether to expand or expensive first mud motors, and pipelines. As the drill pipe construction of HDD technology to the success of a basic role, in recent years, drill pipe manufacturers have continued to adopt advanced technology to improve the structure of the pipe to improve its performance and quality. Currently, the main HDD drill pipe into the overall style and welded two structural forms. Friction welding type of drill pipe drilling pipe achieve the best combination of structure, which means that in order to meet different needs. Performance of different materials can be used in different parts of the pipe. Friction welding drill pipe with high mechanical properties, wear resistance, light weight, good flexibility, a convenient way to different forms of threaded joints with different specifications of the pipe welding portfolio. Mount Sassafras drill pipe-welding technology is the key to the quality of welding, welding and heat treatment process control properly, Friction welding connection strength should reach even higher than the base material itself intensity. To ensure the quality of welding. foreign manufacturers for the manufacture of drill pipe friction welding equipment has been used advanced computer control and data recording technology. Through the monitoring system to ensure that every root of all drill pipe welding parameters in accordance with prior to the numerical implementation. In other words, a group of drill pipe in any one drill pipe, are strictly controlled in the context of tolerance, by the computer monitoring system to ensure that the welding performance consistency. And drill pipe through a single test, a number of drill pipe to provide each of the roots of the pipe complete, reliable performance data. After welding overall electromagnetic induction heat treatment, the whole process is an important stage. In recent years, considerable research through research and testing, now be able to make a welded seam mechanical properties to meet or surpass the performance of the base material itself, including durability, welding safety aspects. In order to improve the surface hardness thread, thread itself to prevent any possible occlusion, the post-processing on the surface of the nipple. Thread particular part should be carried out nitriding treatment. Drill pipe used in the manufacture of steel pipes used high-grade seamless steel tubes, and after quenching and tempering. Friction welding drill pipe Another advantage is being able to drill pipe internal drilling fluid channel design. Within which the nipple holes in the design of the Corridor full consideration to minimize the liquid through the hydraulic losses Special connecting thread is the first reduction of the loss, will greatly enhance the drilling fluid system efficiency. Threaded joints in the design using the top of the basket, the landscape of conical threaded design that can connect to increase strength, can in no additional washers with the help of the enclosed play a very good role. Practice shows that the use of more powerful drill holes and underground drilling equipment, maximum hole diameter and the smallest curvature radius, on the special needs of high-quality design of the drill pipe to meet the construction requirements. 2.2 guided boring BHA (1) Universal : Universal Detection device for capacity, Variable bit to the plate-and cutting tools. It is normally used in soft soil and backfill soil construction, replacement of hard-bit teeth, hard formation for the construction, including the hard soil, rock, gravel and soft rock. (2) Rigid-formation comprising : Definitive detection devices installed capacity, belt-injection tube bending and (a) separate from the spray head, apply to soft soil controllable jet construction; (b) rock drill, as applied to drilling mixed layer, In hard rock section allows rotary drilling bits. (3) soft-rock composition : Definitive detection devices installed capacity, hammer, Hammerhead applicable to the hard ground and soft rock drilling high penetration and to (4) Rock : Definitive detection devices to accommodate devices, change the connector, mud motors, bits of rock to rock Drilling 2.3 used to expand drilling hole (1) with long shafts to extend the first features : 30 degrees cone shape, conducive to efficient cutting and squeezing soil; access to a variety of back end and threaded connection forms; forward and backward drilling fluid spray nozzle of the can for TC-rock teeth; Groove can be used to efficiently remove cuttings; Dimensions 8 (200mm) a 20 (500mm) applicable to the general condition of the project, in the density of clay, gravel and mud-rock clay soil (gravel, cobble, etc.) construction, both warm-cutting with a knife and squeezed Cone for the composite function with high efficiency of the construction. Installation TC rock cutting teeth, can improve cutting. Generally applied to medium hardness of the soil, and are particularly suited to the hard rock and soil layer construction. (2) mid-knife to expand on features : open drilling body 30 degrees conical cutting arm, In comparison with the extrusion is excellent BTA and mixed role. Is a unique way to expand is omnipotent, in the sand, soft soil, clay and concrete compound layer construction with excellent performance, to be effective so that the soil mixed with the mud flow into the mixture has the ideal BTA and powerful mixing. Dimensions 8 (200mm) a 20 (500mm). (3) spin-barrel-back expansion device features : suitable for medium and large drilling rig; open drilling body, three-arm design. with high efficiency and the cutting ability of BTA. Replacement rock cutting teeth can be replaced by the forward and backward nozzle, the standard size of 12 (300mm). Welding with industry standard API 5C6. generally used, broken clay soil superior extrusion type, This trace was excellent cutting properties and BTA, often with a barrel-to expand the use of devices together. (4) barrel-type device to expand features : suitable for medium and large rigs. 30 degrees around the cone; Replacement rock cutting teeth; both before and after the end can be replaced with the nozzle; standard size 12 (300mm). Barrel - type device to expand in clay, gravel soil, aggregates and construction with the rock cutting and excellent properties, used mainly for extrusion soil (soft clay, peat), in soil squeezed out holes and maintain.7 湖南科技大学毕业设计开题报告学 生 姓 名: 杨力立 学 院: 机电工程学院 专业及班级: 机械设计制造及其自动化三班 学 号: 1103010314 指导教师: 李鹏南 2015年 03月 26日4 湖南科技大学2015届毕业设计开题报告题 目 柴油机连杆加工工艺及夹具设计作者姓名杨力立学号1103010314所学专业机械设计制造及其自动化1.研究的意义,同类研究工作国内外现状、存在问题a.设计要求与设计意义:由于现代技术的迅速发展,大部分企业需要的生产效率和产品的精度要求大大的提高,而夹具在之中起了决定性的作用,为解决上述柴油机连杆的工艺问题,借此设计现在决定以此为课题,进行一套钻床夹具的设计。随着现代机床的广泛应用,自动化越来越明显,而产品质量要求越来越高,当然机床的夹紧和定位要求得更加严谨,所以对夹具这方面的研究和设计还需发展,以保证产品能够达到市场需要。b.同类设计工作国内外现状、存在的问题:柴油机连杆是机车核心部件柴油机的最重要组成部分。对柴油机来说,在膨胀冲程时,它将作用在活塞上很高的气体力转变成曲轴的旋转力矩,在排气冲程末和吸气冲程开始时,连杆则将承受着很大的往复惯性力(尤其是大端),运转中交变十分频繁,因此,故障比较多,要求连杆重量轻、强度高。2.研究目标、内容和拟解决的关键问题a.设计内容:1)连杆制造工艺过程卡的绘制; 2)给以过程的拟定,工艺过程设计; 3)工序卡的编制; 4)关键工序的夹具设计,设计说明书。b.拟解决的关键问题:控制好夹具的六个自由度,避免过定位或欠定位,运用孔加工时的受力情况,采取简单合理的夹具设计路线,保证孔的质量要求。3.拟采取的研究方法、步骤、技术路线a.多方查找参阅相关文献资料 b.对比现有几个设计方案、比较各个设计的优点及缺点,制定本次设计总体机构方案,并进行整机设计,重点突出适用型和经济型4.进度安排2015年2月20日3月15日 调研及收集相关资料;2015年3月16日3月26日 方案设计、审查和确定;2015年3月27日4月27日 绘制图纸及撰写设计计算说明书;2015年4月28日5月14日 提交图纸、审图及修改;2015年5月15日5月30日 准备毕业答辩。5.参考文献1 张进生 机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社,1994.2 机械制造工艺及设备设计手册编写组 机械制造工艺及设备设计手册。机械工业出版社,1989。3 顾崇衔等.机械制造工艺学 D.陕西: 陕西科学技术出版社, 1981.4 赵如福 金属机械加工工艺手册(第三版)。上海科技技术出版社,1981。5 东北工学院. 机械零件设计手册 D.北京:冶金工业出版社, 1988.6 浦林祥 金属切削机床夹具设计手册。北京:机械工业出版社,1995。7 张耀宸 机械加工工艺设计实用手册。北京:航空工业出版社,1993。8 赵家齐 机械制造工艺学课程设计指导书。北京:机械工业出版社,1993。湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计( 论 文 )题 目柴油机连杆加工工艺及夹具设计作者杨力立学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号1103010314指导教师李鹏南二一五 年 五 月 二六 日湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)任务书 机电工程学院 院 机械设计制造及其自动化 系(教研室)系(教研室)主任: (签名) 年 月 日学生姓名: 杨力立 学号: 1103010314 专业: 机械设计制造及其自动化 1 设计(论文)题目及专题: 柴油机连杆加工工艺及夹具设计 2 学生设计(论文)时间:自 2015 年 3 月 8 日开始至 2015年 5 月 20 日止3 设计(论文)所用资源和参考资料:(1) 柴油机连杆零件图;(2) 机械制造工艺手册。4 设计(论文)应完成的主要内容:(1) 连杆制造工艺过程卡;(2) 加工工序卡;(3) 关键工序的夹具设计。5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求:(1) 工艺过程卡;工序卡;夹具装配图和部分零件图;(2) 设计说明书。6 发题时间: 2015 年 3 月 8 日指导教师: (签名)学 生: (签名)湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)指导人评语指导人: (签名)年 月 日 指导人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)评阅人评语评阅人: (签名)年 月 日 评阅人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)答辩记录日期: 学生: 学号: 班级: 题目: 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)说明书共页2 设计(论文)图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:答辩委员会主任: (签名)委员: (签名)(签名)(签名)(签名) 答辩成绩: 总评成绩: 摘 要本文主要论述了柴油机连杆的加工工艺及其夹具设计。因为连杆是活塞式发动机和压缩机的主要零件之一,其大头孔与曲轴连接,小头孔通过活塞销与活塞连接,其作用是将活塞的气体压力传送给曲轴,又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。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。 在夹具设计方面也要针对连杆结构特点比较小,设计时应注意夹具体结构尺寸的大小等,最终就能达到零件的理想要求!关键词: 连杆 变形 加工工艺 夹具设计ABSTRACTThe diesel connecting rod treating handicraft the main body of a book has been discussed mainly and their grip design. Because of the connecting rod is one of dyadic engine of piston and main compression engine part, whose larger end hole and crank shaft link up , the small head hole links up by the wrist pin and the piston , whose effect is that the piston gas pressure is transmitted to the crank shaft , collect crank shaft gas in driving but setting a piston in motion to compress a cylinder. Being that the pole bears pounds a live load , request connecting rod mass is minor therefore , the intensity is high. Therefore when arranging procedure for, according to first the criterion queen-like treating principle. The connecting rod main part processes a surface being that head hole and both ends big or small are weak, more important faying face and bolt hole locating surface being the connecting rod body and cover treating outside. Also should be comparatively small specifically for connecting rod structure characteristic in the field of grip design , design that the size should pay attention to gripping the concrete structure dimension of the season waits, the ideal being therefore likely to reach a part ultimately demands!Keyword: Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device湖南科技大学本科生毕业设计(论文)目 录第一章 绪 论1第二章 柴油机连杆的加工工艺21.1 柴油机连杆的用途及其特点21.1.1 柴油机连杆的主要技术要求21.1.2 大、小头孔的尺寸精度、形状精度31.1.3 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度31.1.4 大、小头孔中心距31.1.5 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度31.1.6 大、小头孔两端面的技术要求31.1.7 螺栓孔的技术要求41.2 连杆的的材料及毛坯制造41.3 连杆的加工工艺过程71.4 连杆的加工工艺过程分析81.4.1 定位的选择81.4.2 刀具的选择方案141.4.3 切削用量的选择原则151.4.4 加工阶段的划分和加工顺序的安排161.4.5 确定合理的夹紧方法171.4.6 连杆主要面的加工方法181.4.7 连杆主要孔的加工方法181.4.8 连杆体与连杆盖结合面的加工办法191.4.9 连杆螺栓孔的加工方法191.5 夹具使用191.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差191.6.1确定加工余量191.6.2确定工序尺寸及其公差201.7 各项加工数据的计算211.8 冷却液的选择281.9 连杆的检验281.9.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度291.9.2 检查主要表面的尺寸精度291.9.3 检验主要表面的位置精度291.9.4 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验29第三章 工装设计302.1 铣削分面夹具设计(参考)302.1.1 夹具的问题注意302.1.2 夹具设计302.2 螺栓孔孔夹具(本次设计的夹具)322.2.1 夹具的注意问题32 2.2.2 夹具设计32第四章 结论36参考文献38致谢39i第一章 绪 论 毕业实践工作对于每一位即将毕业的毕业生来说都是非常重要的,它对我们以后走上工作岗位很有帮助。对于我们机械专业来说,在以后的工作中经常要做关于夹具的设计工作,在这里,我以连杆零件为例,对它的工艺过程和夹具进行设计。做毕业设计可以把以前所学的知识加以综合运用,起到巩固学到的知识的作用,从而提高分析,解决问题的能力。因此,认真的完成毕业设计是很有必要的。毕业设计是我们完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节,是使我们综合运用所学过的基本课程,基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。我们在完成毕业设计的同时,也培养了我们正确使用技术资料,国家标准,有关手册,图册等工具书,进行设计计算,数据处理,编写技术文件等方面的工作能力,也为我们以后的工作打下坚实的基础,所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会!第二章 柴油机连杆的加工工艺1.1柴油机连杆的用途及其特点连杆是发动机中的主要传动部件之一,它在柴油机中,把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴,又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修,连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底,底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片,可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套,以减少小头孔与活塞销的磨损,同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中,连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用,连杆除应具有足够的强度和刚度外,还应尽量减小连杆自身的质量,以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡,同一发动机中各连杆的质量不能相差太大,因此,在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块,以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求,连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来,使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动,以输出动力。因此,连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能,而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有5个:(1) 连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度;(2) 连杆大、小头孔中心距尺寸精度;(3) 连杆大、小头孔平行度;(4) 连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度;(5) 连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。1.1.1 柴油机连杆的主要技术要求 连杆上需进行机械加工的主要表面为:大、小头孔及其两端面,连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆的主要技术要求(图1.1)如下:图1.1 连杆零件图1.1.2 大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合,减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6,表面粗糙度Ra应不大于0.4m,大头孔的圆柱度公差为0.012mm;小头孔公差等级为IT8,表面粗糙度Ra应不大于3.2m,小头压衬套的底孔的圆柱度公差为0.0025mm,素线平行度公差为0.04/100 mm。1.1.3 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜,从而造成汽缸壁磨损不均匀,同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损,所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小;而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小,因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100mm长度上公差为0.04mm;在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。1.1.4 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比,即影响到发动机的效率,所以规定了比较高的要求:2100.1 mm。1.1.5连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度,影响到轴瓦的安装和磨损,甚至引起烧伤;所以对它也提出了一定的要求:规定其垂直度公差等级应不低于IT9(大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100mm长度上公差为0.08 mm)。1.1.6 大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同,但从技术要求是不同的,大头两端面的尺寸公差等级为IT9,表面粗糙度Ra不大于0.8m,小头两端面的尺寸公差等级为IT12,表面粗糙度Ra不大于6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求,而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中,这给连杆的加工带来许多方便。1.1.7 螺栓孔的技术要求在前面已经说过,连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外,对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定:螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3m加工;两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25 mm。1.2连杆的的材料及毛坯制造连杆在工作中承受多向交变载荷的作用,要求具有很高的强度。因此,连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢;如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的,粉末冶金零件的尺寸精度高,材料损耗少,成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用,使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此,采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。连杆毛坯制造方法的选择,主要根据生产类型、材料的工艺性(可塑性,可锻性)及零件对材料的组织性能要求,零件的形状及其外形尺寸,毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法,例如以下几种: 1)铸造连杆材料多为珠光体可锻铸铁。在质量和强度相同时,铸造连杆的横截面比模锻连杆大20%左右,如铸造连杆质量为7459时,其体积为98.gcm,而质量相同的模锻连杆体积则为94.4cm3。为提高连杆疲劳强度,要对铸造连杆表面进行喷丸处理。自1965年可锻铸铁连杆首次装机以来,随着铸造水平的日益提高和成本的不断降低,铸造连杆已在大型汽车上得到了广泛的应用。如通用汽车公旬中心铸造厂生产了5000万支铸造连杆。目前已有n种不同发动机铸造连杆实现了标准化,且排量小于7L的汽车发动机连杆已由铸造连杆代替。 2)模锻连杆模锻连杆性能可靠,检验手段比铸造连杆简单。现在,模锻连杆可在自动模锻线上进行大批量生产。模锻连杆尺寸规格较多,早在1987年,铸造连杆因其工作性能和价格在应用上还占有一定优势。但是,由于模锻设备的自动化,模锻连杆又有所发展。现在,在大型高速汽油机中模锻连杆已占统治地位。据伦敦的PRS(PlaningRe-searehsystem)调查分析,全世界汽车连杆87.4%为模锻生产的,到90年代初,这个数字已达到了将近88.7%。当生产纲领为大量生产,连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种,一种是体和盖分开锻造,另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯,需要在以后的机械加工过程中将其切开,为保证切开后粗镗孔余量的均匀,最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言,整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题,但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点,故用得越来越多,成为连杆毛坯的一种主要形式。总之,毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低,性能提高。目前我国有些生产连杆的工厂,采用了连杆辊锻工艺。图(1.2)为连杆辊锻示意图毛坯加热后,通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽,毛坏产生塑性变形,从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件,在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平,并且设备简单,劳动条件好,生产率较高,便于实现机械化、自动化,适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。图1.2 连杆辊锻示意图图(1.3)、图(1.4)给出了连杆的锻造工艺过程,将棒料在炉中加热至11401200C0,先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图(1.3),然后在锻压机上进行预锻和终锻,再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见图(1.4)。锻好后的连杆毛坯需经调质处理,使之得到细致均匀的回火索氏体组织,以改善性能,减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度,连杆的毛坯尚需进行热校正。连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查,方能进入机械加工生产线。图1.3和图1.4 连杆的锻造过程 3)粉末冶金连杆在各种材料的连杆中,粉末冶金连杆在硬度、耐磨性和强度等方面居于优势。德国发动机和传动装置零部件专家sMK,Krebsoge公布一项柴油机和汽油机连杆生产技术无屑分开法(FractureSplit-tingverfahren),其方法是在连杆预成型时,在连杆盖和体的分割位置上留一道沟槽;锻造时,沟槽形成闭合缝隙,随后沿这条沟槽将连杆盖从连杆体上分开。使用该工艺,连杆盖和体的结合面不需加工便可实现精密结合,并相应提高了承载能力,连杆可自动装配。 4)复合材料连杆由于现有的连杆材料难以满足现代发动机的更高要求,开发研制新材料已成为发展趋势,其中复合材料是研究的重点,目前研究开发的复合材料连杆有:a.钢纤维增强铝连杆FRM连杆该连杆以铝合金为基体,不锈钢纤维用于增加强度,即把不锈钢纤维预制件压铸到以铝合金为基体的连杆杆部,使其成为连杆毛坯,通过纤维强化,可大大提高高温强度特性b.陶瓷纤维(FP)增强铝(镁)连杆陶瓷纤维材料是由99%氧化铝(A12O3)组成。用这种材料增强的铝(镁)连杆,要比钢质连杆轻,并具有较高的强度、刚度和疲劳强度,可降低惯性力。这种连杆可用在高性能发动机上,如日本丰田(TOYOTA)汽车公司把这种连杆装在赛车发动机上。 c.碳纤维增强塑料连杆一一毛FK连杆塑料具有许多金属材料不具备的优点,如CFK塑料连杆质量比钢连杆轻60%左右,该连杆在发动机中的噪声比钢连杆低3sdB(A)。纤维预制件压铸到以铝合金为基体的连杆杆部,使其成为连杆毛坯,通过纤维强化,可大大提高高温强度特性。在200时,可提高疲劳强度47%和纵弯强度36%。与钢连杆相比,在强度和刚性相同时,质量轻30%左右。到本世纪末,汽车发动机连杆主要采用铸造连杆和模锻连杆,而轿车发动机几乎全用模锻连杆。在连杆研究方面,更加着重轻量化、高负荷、低成本、严格控制质量,在批量生产时质量差的应尽可能少,目前粉末冶金连杆质量差的为1%,模锻连杆质量差的为2.5%。本次柴油机连杆制造采用的是分型铸造方法:小头孔端未铸造出,大头孔采用分开铸造,最后两型箱结合注入以加热好的材料,充分冷却后,分开从型箱中敲出,在通过清洗,最后得到毛坯。1.3连杆的加工工艺过程由上述技术条件的分析可知,连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高,但是连杆的刚性比较差,容易产生变形,这就给连杆的机械加工带来了很多困难,必须充分的重视。图1.5 连杆机械加工工艺过程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连杆螺栓孔定位面,次要加工表面为轴瓦锁口槽、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段:第一阶段为连杆体和盖分开的加工;第二阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(端面、小头孔和大头外侧面)以及除精基准以外的其它表面,包括大头孔的粗加工,为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工,以及轴瓦锁口槽的加工等;第二阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工,包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分,合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段,合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。1.4 连杆的加工工艺过程分析1.4.1 定位的选择1)定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中,大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面,并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于:端面的面积大,定位比较稳定,用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来,减少了定位误差。在安装工件时,注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触(在设计夹具时亦作相应的考虑)。在精镗小头孔(及精镗小头衬套孔)时,也用小头孔(及衬套孔)作为基面,这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔(及衬套孔)定位夹紧后,再从小头孔中抽出假销进行加工。为了不断改善基面的精度,基面的加工与主要表面的加工要适当配合:即在粗加工大、小头孔前,粗磨端面,在精镗大、小头孔前,精磨端面。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面,所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和镗孔,这些工序对于镗后的孔与端面的垂直度不易保证,有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中,工件的各个表面都是毛坯表面,定位和夹紧的条件都较差,而加工余量和切削力都较大,如果再遇上工件本身的刚性差,则对加工精度会有很大影响。因此,第一道工序的定位和夹紧方法的选择,对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此,在连杆加工工艺路线中,在孔加工开始前,先铣和磨两个端面,其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此,粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢?一个方法是以毛坯端面定位,在侧面和端部夹紧,粗铣一个端面,翻身以铣好的面定位,铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整,连杆的刚性差,定位夹紧时工件可能变形,粗铣后,端面似乎平整了,一放松,工件又恢复变形,影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小,同时可以铣工件的端面,使一部分切削力互相抵消,易于得到平面度较好的平面。同时,由于是以对称面定位,毛坯在加工后的外形偏差也比较小。 2)定位元件的选择(一)工件以平面定位平面定位的主要形式是支承定位,工件的定位基准平面与定位元件表面相接触而实现定位。常见的支承元件有下列几种:1固定支承 支承的高矮尺寸是固定的,使用时不能调整高度。1)支承钉 图1.6所示为用于平面定位的几种常用支承钉,它们利用顶面对工件进行定位。其中图1.6a为平顶支承钉,常用于精基准面的定位。图1.6b为圆顶支承钉,多用于粗基准面的定位。图1.6c为网纹顶支承钉,常用在要求较大摩擦力的侧面定位。图1.6d为带衬套支承钉,由于它便于拆卸和更换,一般用于批量大、磨损快、需要经常修理的场合。支承钉限制一个自由度。2)支承板 支承板有较大的接触面积,工件定位稳固。一般较大的精基准平面定位多用支承板作为定位元件。图1.7是两种常用的支承板,图1.7a为平板式支承板,结构简单、紧凑,但不易清除落入沉头螺孔中的切屑,一般用于侧面定位。图1.7b为斜槽式支承板,它在结构上做了改进,即在支承面上开两个斜槽为固定螺钉用,使清屑容易,适用于底面定位。短支承板限制一个自由度,长支承板限制两个自由度。支承钉、支承板的结构、尺寸均已标准化,设计时可查国家标准手册。 图1.6 几种常用支承钉 图1.7 两种常用的支承板2 可调支承 可调支承的顶端位置可以在一定的范围内调整。图1.8为几种常用的可调支承典型结构,按要求高度调整好调整支承钉1后,用螺母2锁紧。可调支承用于未加工过的平面定位,以调节补偿各批毛坯尺寸误差,一般不是对每个加工工件进行调整,而是一批工件毛坯调整一次。3 自位支承 又称浮动支承,在定位过程中,支承本身所处的位置随工件定位基准面的变化而自动调整并与之相适应。图1.9是几种常见的自位支承结构,尽管每一个自位支承与工件间可能是二点或三点接触,但实质上仍然只起一个定位支承点的作用,只限制工件的一个自由度,常用于毛坯表面、断续表面、阶梯表面定位。图1.8 几种常用的可调支承1-可调支承螺钉 2-螺母图1.9 几种常见的自位支承结构4辅助支承 辅助支承是在工件实现定位后才参与支承的定位元件,不起定位作用,只能提高工件加工时刚度或起辅助定位作用。图1.10为常用的几种辅助支承类型,图1.10a、b为螺旋式辅助支承,用于小批量生产;图1.10c为推力式辅助支承,用于大批量生产。图1.11为辅助支承应用实例,图1.11a的辅助支承用于提高工件稳定性和刚度;图1.11b的辅助支承起预定位作用。图1.10 几种常见的辅助支承1-支承 2-螺母 3-手轮 4-楔块图1.11 辅助支承应用实例(二)工件以外圆定位工件以外圆柱面作定位基准时,根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式,可以在V形块、定位套、半圆套及圆锥套中定位。其中最常用的是在V形块上定位。1. V形块 V形块有固定式和活动式之分。图1.12为常用固定式V形块,图1.12a用于较短的精基准定位;图1.12b用于较长的粗基准(或阶梯轴)定位;图1.12c用于两段精基准面相距较远的场合;图1.12d中的V形块是在铸铁底座上镶淬火钢垫而成,用于定位基准直径与长度较大的场合。图1.12 常用固定式V形块图1.13 活动V形块应用实例图1.13中的活动式V形块限制工件在Y方向上的移动自由度。它除定位外,还兼有夹紧作用。根据工件与V形块的接触母线长度,固定式V形块可以分为短V形块和长V形块,前者限制工件两个自由度,后者限制工件四个自由度。V形块定位的优点是:对中性好,即能使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称平面上,在左右方向上的不会发生偏移,且安装方便;应用范围较广。不论定位基准是否经过加工,不论是完整的圆柱面还是局部圆弧面,都可采用V形块定位。V形块上两斜面间的夹角一般选用60、90和120,其中以90应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化,设计时可查国家标准手册。V形块的材料一般用20钢,渗碳深0.81.2mm,淬火硬度为6064HBC。图1.14 工件在定位套内定位2. 定位套 工件以外圆柱表面为定位基准在定位套内孔中定位,这种定位方法一般适用于精基准定位,见图1.14所示。图1.14a为短定位套定位,限制工件两个自由度,图1.14b为长定位套定位,限制工件四个自由度。3. 半圆套 图1.15为半圆套结构简图,下半圆起定位作用,上半圆起夹紧作用。图1.15a为可卸式,图1.15b为铰链式,后者装卸工件方便些。短半圆套限制工件两个自由度,长半圆套限制工件四个自由度。4. 圆锥套 工件以圆柱面为定位基准面在圆锥孔中定位时,常与后顶尖(反顶尖)配合使用。如图1.16所示,夹具体锥柄1插入机床主轴孔中,通过传动螺钉2对定位圆锥套3传递扭矩,工件圆柱左端部在定位圆锥套3中通过齿纹锥面进行定位,限制工件的三个移动自由度;工件圆柱右端锥孔在后顶尖5(当外径小于6mm时,用反顶尖)上定位,限制工件两个转动自由度。图1.15 半圆套结构简图图1.16 工件在圆锥套中定位1夹具体锥柄 2传动螺钉 3定位圆锥套 4工件 5后顶尖(3) 工件以圆孔定位工件以圆孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线),常用的定位元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。圆孔定位还经常与平面定位联合使用。1 定位销 图1.17为几种常用的圆柱定位销,其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹,按g5、g6、f6或f7制造。图1.17a、b、c所示定位销与夹具体的连接采用过盈配合;图1.17d为带衬套的可换式圆柱销结构,这种定位销与衬套的配合采用间隙配合,故其位置精度较固定式定位销低,一般用于大批大量生产中。为便于工件顺利装入,定位销的头部应有15倒角。短圆柱销限制工件两个自由度,长圆柱销限制工件的四个自由度。图5.17 几种常用的圆柱定位销2圆锥销 在加工套筒、空心轴等类工件时,也经常用到圆锥销。 图1.18 圆锥销组合定位工件在单个圆锥销上定位容易倾斜,所以圆锥销一般与其它定位元件组合定位。如图1.18所示,工件以底面作为主要定位基面,采用活动圆锥销,只限制两个转动自由度,即使工件的孔径变化较大,也能准确定位。3 定位心轴 主要用于套简类和空心盘类工件的车、铣、磨及齿轮加工。常见的有圆柱心轴和圆锥心轴等。1)圆柱心轴 图1.19a为间隙配合圆柱心轴,其定位精度不高,但装卸工件较方便;图1.19b为过盈配合圆柱心轴,常用于对定心精度要求高的场合;图1.19c为花键心轴,用于以花键孔为定位基准的场合。当工件孔的长径比L/D1时,工作部分可略带锥度。短圆柱心轴限制工件两个自由度,长圆柱心轴限制工件的四个自由度。 图1.19 几种常见的圆柱心轴 图1.20 圆锥心轴2)圆锥心轴 图1.20是以工件上的圆锥孔在圆锥心轴上定位的情形。这类定位方式是圆锥面与圆锥面接触,要求锥孔和圆锥心轴的锥度相同,接触良好,因此定心精度与角向定位精度均较高,而轴向定位精度取决于工件孔和心轴的尺寸精度。圆锥心轴限制工件的五个自由度,即除绕轴线转动的自由度没限制外均已限制。(四)工件以组合表面定位在实际加工过程中,工件往往不是采用单一表面的定位,而是以组合表面定位。常见的有平面与平面组合、平面与孔组合、平面与外圆柱面组合、平面与其它表面组合、锥面与锥面组合等。例如,在加工箱体工件时,往往采用一面两孔组合定位,即一个平面及与该平面垂直的两孔为定位基准,如图1.21所示。当采用平面、两短圆柱销为定位元件时,此时平面限制三个自由度,第一个定位销限制两个移动自由度,第二定位销限制和,因此过定位。又设两孔直径分别为 、,两孔中心距为,两销直径分别为、 ,两销中心距为。由于两孔、两销的直径,两孔中心距和两销中心距都存在制造误差,故有可能使工件两孔无法套在两定位销上,如图1.21a所示。图1.21 一面两孔组合定位情况a)1、2孔 b)1平面 2短圆柱销 3短削边销解决过定位的方法有:减小第二个销子的直径。此种方法由于销子直径减小,配合间隙加大,故使工件绕第一个销子的转角误差加大。 使第二个销子可沿X方向移动,但结构复杂。第二个销子采用削边销结构,即采取在过定位方向上,将第二个圆柱销削边,如图1.21b所示。平面限制三个自由度,短圆柱销限制两个自由度,短的削边销(菱形销)限制一个自由度。它不需要减小第二个销子直径,因此转角误差较小。图1.21c所示削边销的截面形状为菱形,又称菱形销,用于直径小于50mm的孔, 图1.21d所示削边销的截面形状常用于直径大于50mm的孔。1.4.2 刀具的选择方案结合零件图分析,该零件有平面和型腔内的圆弧、倒角、倒圆角、孔及槽特点,加工工序复杂。为减少换刀和对刀时间,减少换刀带来的误差,提高加工效率,粗、精加工尽可能选用同一把刀具,保证良好精度要求。刀具材料应具备的性能如表1.1所示:表1.1 刀具材料应具备的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能希望具备的性能作为刀具使用时的性能高硬度(常温及高温状态)耐 磨 损 性化学稳定性良好耐氧化性耐扩散性高韧性(抗弯强度)耐崩刃性耐破损性低亲和性耐溶着、凝着(粘刀)性高耐热性耐塑性变形性磨削成形性良好刀具制造的高生产率热传导能力良好耐热冲击性耐热裂纹性锋刃性良好刃口锋利表面质量好微小切削可能对刀具的基本要求:(1) 刀刚性要好。铣刀刚性要好的目的有二:一是为提高生产效率而采用大切削用量的需要,二是为适应铣床加工过程中难以调整切削用量的特点;(2) 铣刀的耐用度要高。尤其是当一把铣刀加工的内容很多时,如刀具不耐用而磨损较快,不仅会影响零件的表面质量与加工精度,而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数,也会使工作表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶,从而降低了零件的表面质量。除上述两点之外,铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要。切削粘刀形成积屑瘤在铣削中是十分忌讳的,总之,根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量,选择刚性好,耐用度高的铣刀,是充分发挥铣床的生产效率和获得满意加工质量的前提。具体选择的刀具将在工艺文件里表现出来。1.4.3 切削用量的选择原则1) 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此,选择粗加工的切削用量时,要尽可能保证较高的单位时间金属切削量(金属切除率)和必要的刀具耐用度,以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算:式中::单位时间内的金属切除量(mm3/s)V:切削速度(m/s)f:进给量(mm/r):切削深度(mm)提高切削速度、增大进给量和切削深度,都能提高金属切除率。但是,在这三个因素中,影响刀具耐用度最大的是切削速度,其次是进给量,影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是:首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度,其次选择一个较大的进给量度f,最后确定一个合适的切削速度V.选用较大的和f以后,刀具耐用度t 显然也会下降,但要比V对t的影响小得多,只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值,因此,能使V、f、a的乘积较大,从而保证较高的金属切除率。此外,增大可使走刀次数减少,增大f又有利于断屑。因此,根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率,减少刀具消耗,降低加工成本是比较有利的。1)切削深度的选择:粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下,应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大,一次切不完时,才考虑分几次走刀。2)进给量的选择:粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此,进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下,可选用大一些的进给量;在刚性和强度较差的情况下,应适当减小进给量。3)切削速度的选择: 粗加工时,切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率,在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率,则应适当降低切削速度。2) 精加工时切削用量的选择原则 精加工时加工精度和表面质量要求较高,加工余量要小且均匀。因此,选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高生产效率。1)切削深度的选择:精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大,否则,当吃刀深度较大时,切削力增加较显著,影响加工质量。2)进给量的选择:精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时,虽有利于断屑,但残留面积高度增大,切削力上升,表面质量下降。3)切削速度的选择:切削速度提高时,切削变形减小,切削力有所下降,而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数,尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时,才选用低速,以避开积屑瘤产生的范围。由此可见,精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f,并在保证合理刀具耐用度的前提下,选取尽可能高的切削速度V,以保证加工精度和表面质量,同时满足生产率的要求。1.4.4 加工阶段的划分和加工顺序的安排由于连杆本身的刚性差,切削加工时产生的残余应力,易产生变形。因此,在安排工艺过程时,应把各主要表面的的粗,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;半精加工中产生的形变可以在精加工中得到修正,最终达到零件的技术要求。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,然后再加工孔,符合先面后孔的加工工序安装原则。连杆工艺加工过程可分为以下几个方面:1)粗加工阶段粗加工阶段是连杆体和连杆盖分开的加工阶段:基准面的加工,包括辅助基准面加工:准备连杆体及连杆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连杆盖分开的加工,如精磨两平面,半精镗大头孔及孔口倒角等。总之是为精加工大、小头孔做准备的阶段。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、小头孔全部达到图样要求的阶段,如珩磨大头孔,精镗小头活塞销轴承孔。1.4.5 确定合理的夹紧方法机械制造过程中用来固定加工对象,使之占有正确的位置,以接受施工或检测的装置称为夹具,又称卡具。从广义上说,在工艺过程中的任何工序,用来迅速、方便、安全地安装工件的装置,都可称为夹具。夹具通常由定位元件(确定工件在夹具中的正确位置)、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置( 使工件在一次安装中能完成数个工位的加工,有回转分度装置和直线移动分度装置两类)、连接元件以及夹具体(夹具底座)等组成。(1)夹具种类按使用特点可分为:万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等,有很大的通用性,能较好地适应加工工序和加工对象的变换,其结构已定型,尺寸、规格已系列化,其中大多数已成为机床的一种标准附件。专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造,服务对象专一,针对性很强,一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模(引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具)、镗模(引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具)和随行夹具(用于组合机床自动线上的移动式夹具)。可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具,适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。 (2)装夹方案的选择在确定装夹方案时,只需根据已选定的加工表面和定位基准定工件的定位夹紧方式,并选择合适的夹具。在选用夹具时,在能用普通夹具装夹加工的尽可能的选用普通夹具,在经济效应上可以减少成本的开支。机床上用的夹具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求,所以我根据零件的形状考虑选择平口钳。此时,主要考虑以下几点:夹紧机构或其它元件不得影响进给,加工部位要敞开;1)必须保证最小的夹紧变形;2)装卸方便,辅助时间应尽量短;3)对小型零件或工序时间不长的零件,可以考虑在工作台上同时装夹几件进行加工,以提高加工效率;4)夹具结构应力求简单;既然连杆是一个刚性比较差的工件,就应该十分注意夹紧力的大小,作用力的方向及着力点的选择,避免因受夹紧力的作用而产生变形,以影响加工精度。在加工连杆的夹具中,可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中,夹紧力的方向与端面平行,在夹紧力的作用方向上,大头端部与小头端部的刚性高,变形小,既使有一些变形,亦产生在平行于端面的方向上,很少或不会影响端面的平面度。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。在加工大小头孔工序中,主要夹紧力垂直作用于大头端面上,并由定位元件承受,以保证所加工孔的圆柱度。在精镗大小头孔时,只以大平面(基面)定位,并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后,用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧,避免可能产生的变形。1.4.6 连杆主要面的加工方法采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序,并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前,以便改善基面的平面度,提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上,使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削,这种办法的生产率低一些,但精度较高。以基面及小头孔定位,它用一个圆销(小头孔)。装夹工件铣两侧面至尺寸,保证对称(此对称平面为工艺用基准面)。1.4.7 连杆主要孔的加工方法连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序,它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面,在用作定位基面之前,它经过了钻、扩、镗三道工序。钻时以小头孔外形定位,这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在钻、扩后,在金刚镗床上与大头孔同时精镗,达到IT6级公差等级,然后压入衬套,再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差,这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为0.8m,大头孔的加工方法是在分开加工工序后,将连杆体与连杆盖组合在一起,然后进行精镗大头孔的工序。这样,在分开加工可能产生的变形,可以在最后精镗工序中得到修正,以保证孔的形状精度。1.4.8 连杆体与连杆盖结合面的加工办法结合面的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。为了保证铣结合面的平面度不超过规定的公差0.025mm ,并且结合面与大头孔端面保证一定的垂直度,除夹具本身要保证精度外,夹具的安装精度的影响也很大。但结合面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。因此,在铸造完成后,结合面进行铣磨粗精加工。1.4.9连杆螺栓孔的加工方法 连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内,在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法,这样铣夹具没有活动部分,能保证承受较大的铣削力。精铣时,为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直,使用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后,夹具上的定位板带着工件旋转1800 ,铣另一个螺栓孔的两端面。这样,螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。1.5夹具使用 应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出,故须考虑“自为基准”情况,这时小头定位销应做成活动的,当连杆定位装夹后,再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此,精铣端面时,夹具可考虑重复定位情况,如采用夹具限制7个自由度(其是长圆柱销限制4个,长菱形销限制2个)。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难,因此要求夹具制造精度较高,且采取一定措施,一方面长圆柱销削去一边,另一方面设计顶出工件的装置。1.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1.6.1 确定加工余量 (1) 、平面加工的工序余量(mm) (由文献10和12得)单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣1.5IT12()40()12.5精铣0.6IT10()38.8()3.2粗磨0.3IT8()38.2()1.6 精磨0.1IT7()38()0.8 则连杆两端面总的加工余量为:=(1.5+0.6+0.3+0.1)2=mm(2)、连杆铸造出来的总的厚度为H=38+=mm 1.6.2确定工序尺寸及其公差1)、大头孔各工序尺寸及其公差(mm)(由文献13得)工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.0870700.4 精镗0.469.9269.920.8半精镗169.5269.521.6二次粗镗268.568.56.3一次粗镗266.564.512.52)、小头孔各工序尺寸及其公差(由文献13得)工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6铰0.26.4扩912.5钻钻至12.5
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