机械设计制造及自动化毕业设计调研报告连杆加工工艺及铣槽夹具设计调研报告.doc

大连交通大学信息工程学院毕业设计(论文)调研报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 顾晓华 班 级 07-3 班 指导教师 刘军 职 称 讲师 所在单位 机制教研室 教研室主任 张秀艳 完成日期 2011年 9 月 10 日调研报告1 课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）1.1国内外研究现状分析：汽车制造业是我国支柱产业之一。根据我国汽车工业“十五规划”，汽车总产量2005年为300万辆，2010年为450万辆，2015年为600万辆。随着经济的发展，大型载重汽车、工程专用车、农运汽车等品种和数量需求都很大；随着人们生活水平的不断提高，轿车的需求量逐年大幅度增长。这不仅向汽车工业提出了新的要求，而且向汽车零部件生产行业提出了变革性的挑战，同时也是促进汽车零部件加工业发展的新机遇。我国汽车工业发展的势头，是要从零部件的自主知识产权逐步向整车设计自主知识产权过渡，这应该是形成中国汽车工业特色和优势的必由之路。连杆不仅在汽车行业得到广泛使用，在摩托车行业使用也颇为广泛。在汽车和摩托车的发动机中，连杆扮演了很重要的角色。在中国，由于连杆的需求量很大，对质量的要求越来越高，连杆研究的意义也越来越大。国内外的研究部门对连杆的研究正是如火如荼。连杆是汽车的心脏发动机的关键零部件之一，其工作条件恶劣，是承受强烈冲击力和动态应力最高的动力学负荷部件。目前，国内连杆生产的各种小厂家所用的设备和工艺参差不齐，产品质量也未达到统一的标准。通过“八五”、“九五”技术改造，已经形成几家批量较大的连杆专业生产厂，但其生产线、设备和工艺都由国外引进，投资大、自主知识产权的比重小是亟需改变的局面，而且仍无法满足日益发展的汽车、摩托车和内燃机制造业对连杆批量和精度的要求。因此，提高连杆锻造成型精度，节约设备投入，提高材料利用率，增大自主创新的比重是主要发展方向。随着汽车工业的发展和传统制造业的不断改进，需求用新的成形技术制造连杆，这种新的技术必须具有设备投资小、生产效率、材料利用率和能量利用率高、连杆成形质量稳定的优点。1.2课题的目的及意义：为了保证发动机运行可靠和平稳，对连杆的机械性能、尺寸和重量精度的要求都很高。因此，国内外对连杆的材料和制造工艺均在不断地探讨和革新。目前，国内外各种连杆的生产方式主要有锻造、铸造、粉末冶金等。采用铸造、粉末冶金出成形连杆，其机械性能不能保证。国外对碳纤维强化塑料连杆的研究，虽然投入很大，但目前尚存在一些难题没有解决，因此还不能进入产业化。锻造的连杆具有良好的机械性能和质量稳定性，但是锤锻工艺因其震动噪声大，而面临着淘汰；辊锻和楔横轧制坯，再热模锻压力机的售价很高，且利用这种工艺成型的连杆，其飞边很大，材料利用率很低。因此，这种技术也不符合现在连杆生产的要求。虽然连杆加工本身所包括的内容并不复杂，但由于材质、外形尺寸以及要求的加工精度，经常给加工带来不少困难。锻造毛坯的精度及刚性差、孔加工的精度低、连续带状切削的断屑、平面加工的毛刺、因夹压和内应力的重新分布而产生的几何变形等，是加工工艺长期以来需要研究和解决的主要技术问题。随着新型刀具材料的不断涌现，促进了刀具材料、加工工艺的相互替代及生产流程的变革；随着高校加工工艺的出现，更合理和更经济地安排零件的加工工艺及生产流程便成了可能。同时也应该看到，先进的制造技术仍需要通过精细的工作不断地完善和提高。时间证明，从事生产准备全过程的工程技术人员越能长时间地稳定于生产一线，零件的生产、质量状况就越好，生产加工线各方面就越稳定。其工艺设计通过现场的不断改善，最终达到设计的目标。1.3选型分析比较：在具体研究过程中，首先材料的选择很重要。高强度，轻量化和低成本是发动机连杆选用材料的发展趋势，我国的发动机锻钢连杆制造技术与国外差距不大，但在连杆轻良化方面还相当落后。再者，连杆锻造生产工艺的选择应当慎重。如辊锻工艺就有四种工艺选择可以提供参考。然后，连杆的毛坯，零件加工余量等，都是本次设计的重点研究内容。最后，夹具的设计，它是本次设计最为重要的一部分。塑性加工成形作为成形制造技术的一个重要分支，已成为先进制造技术的重要发展方向。据预测，21世纪零件粗加工的75%和精加工的50%将采用塑性加工方式实现。塑性加工技术由早期的“锻打”发展到今天的“塑性加工成形”，是市场需求和技术进步的结果。如今，塑性加工成形技术已经向精密化、职能化的方向发展。近年来，“近净成形”、“净成形”和“精密成形”等术语在相关学术论文里频繁出现，说明人们对塑性加工的研究中心已经转移到“少无切削”。所有的制造技术，由工艺和设备组成。工艺的发展方向使设备要求提高，甚至迫使设备变革，新设备生产出来又推动工艺的发展。精密塑性加工成形对设备和工艺提出了更高的要求。近30年来，我国的许多科研人员一直致力于研究如何减小金属塑性成形时的变形抗力。从一些事例中可以看到，在成形压力和设备上的投资可以比以往的工艺投资低一个数量级，这对于我国的现代化制造业发展是特别重要的。改进传统工艺和设备以及新设备新工艺的研制，是降低成本、提高竞争能力的可靠途径。在我国，一批先进的复合化精密塑性成型技术得到应用，如开发了精密辊锻模锻技术，用于生产大型叶片；汽车前梁精密辊锻精锻复合成形技术，使设备投资降低80%，前梁疲劳寿命提高50%。这些工艺都明显的见效了成形力，符合节能、节材、精密成形的要求。同时，计算机数值模拟技术、CAD/CAE/CAM技术、数控技术、快速原形制造等技术突飞猛进的发展，也从相关的技术方面为塑性加工技术的精密化和智能化提供了技术支撑。2、课题任务、重点研究内容、实现途径2.1课题任务：本次设计论文课题的主要任务是进一步熟悉机械制造工艺方面的知识，熟悉机床专用夹具设计的基本知识。零件的加工是由机床、夹具、工件所组成的工艺系统完成的，加工质量、成本、效率在很大程度上取决于加工方法及由此而选用的机床、夹具和刀具。在这个论文设计过程中，将会涉及到上述知识的使用，采取最优工艺方法设计。下面就对本次论文设计的课题任务进行简单描述：2.11 零件分析，了解零件的用途及工作条件；分析零件图上各项技术要求，确定主要加工表面；加工表面的尺寸精度和形状精度；主要加工表面间的相互位置精度；加工表面粗糙度及其它方面的表面质量要求；热处理要求及其它要求；然后按零件分析结果手工绘制零件图；2.12 根据零件用途确定毛坯类型；根据生产批量确定毛坯制造方法；根据手册查定表面加工余量及余量公差；然后手工绘制出连杆毛坯图。2.13工艺规程设计。包括定位基准的选择（包括粗、精基准的选择）；零件表面加工方法的选择；制定工艺路线；确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯零件综合图；工序设计；选择切削用量、确定时间定额；填写机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片。其中工序设计需要完成内容包括：选择加工设备与工艺装备a.选择机床b.选择夹具c.选择刀具d.选择量具工序尺寸的确定及计算。2.14 机床夹具定位夹紧方案设计。首先，拟定夹具的结构方案，确定工件的定位方案，根据六点定位原则，分析工序图上所规定的定位方案是否可取，否则应提出修改意见或提出新的方案。在确定了工件的定位方案后，即可根据定位基面的形状，选取相应的定位元件及确定尺寸精度和配合公差。然后，确定工件的夹紧方式计算夹紧力。最后，确定刀具的导向方式或对刀装置，对于钻床夹具应正确地选择钻套的型式，铣床要合理地设置对刀装置，镗床夹具应合理地选择镗套类型。完成上述任务之后，进行夹具精度的校核，主要包括夹具在机床上的安装误差，对刀或导向误差，定位误差的校核。2.15 运用CAD软件和Pro/E软件制图。其中包含一张装配图，一张铣夹具三维立体图，一张装配图。2.16 编写说明书。说明书内容如下：目录；总论或前言；对零件的工艺性分析（零件的作用结构特点、结构工艺性、关键表面的技术要求分析等）；工艺设计确定生产类型。毛坯选择与毛坯图说明。工艺路线的确定（粗、精基准的选择依据，各表面加工方法的确定，工序集中与工序分散的运用，工序前后顺序的安排，选择的加工设备及安装，列出不同工艺方案，进行分析比较等）。加工余量、切削用量、工时定额（时间定额）的确定（说明数据来源，计算指定工序的时间定额）。夹具定位夹紧方案分析与论证。夹具精度校核。然后写设计小结；最后附上参考文献。2.2重点研究内容：此次设计内容中，最为重要的设计部分是铣夹具的设计。连杆的生产为大批量生产，为了提高生产效率，因此铣加工的夹具采用专用夹具。中国的制造业发展到如今，许多制造加工所用夹具都采用专用设计夹具，在设计过程中，将充分参考通用铣夹具月各种专用夹具的设计，来设计出最为符合此连杆铣加工的夹具。在设计过程中，主要参照以下参考文献： 1 机床夹具设计手册上海科学技术出版社，1998 2 夹具设计手册杨黎明,国防工业出版社,1996 3 机械制造工艺学机械工业出版社，1991 4 机械制造技术基础机械工业出版社,2003 5 中文野火版教程零件设计范例詹友刚，清华大学出版社,2004 6 Pro/ENGINEER快速入门与零件设计教程陈鹏，清华大学出版社，20077 制造工艺基础崔明铎，哈尔滨工业大学出版社，20048 制造工艺过程（丹）阿尔廷，北京航空学院出版社，19869 连杆机构的分析与综合曹惟庆，科学出版社，200510连杆机构设计 华大年，上海科学技术出版社，199511 连杆机构的计算机辅助设计 梁崇高，阮平生，机械工业出版社，19862.3实现途径：2.3.1 参考最新的有关连杆设计的期刊学术论文，研究国内外关于连杆加工工艺的研究成果。从这些期刊学术论文以及国外的先进的知识来帮助设计的完成，采用最先进的加工工艺方法，使连杆获得优秀的质量，并获得最好的效益。关于学术论文期刊的参考，除了在2.2有列举以外，我更多地参照学校数字图书馆内，一起其他地方的期刊，论文等，上面的参考资料比较详细，并且知识先进，很值得借鉴和学习。而学校图书馆内，馆藏了许多机械制造工艺，夹具的设计，以及各种专用夹具的设计，还有连杆制造相关书籍等，都进行了详细的参考。2.3.2 采用对比方法。由于机械加工工艺的方法具有多样性，即使是很不起眼的一道加工，可能也有好几种加工方法，为了取得质量更优的连杆，并获取最大的效益，在设计过程中就得多多比较了。对比方法在设计过程中非常重要，设计是否先进，是否具有竞争力，是否能满足市场发展的要求，就得看自己的设计与同类设计对比起来，有没有先进之处。2.3.3 加强与指导老师的联系。指导老师在我们的论文设计过程中，是最重要的角色。任何一个设计环节，都需要指导老师的悉心指导。因为，我们初次开始独立设计，虽然我们都具备了足够多的独立设计的基础知识储备，但是机械加工工艺设计是一门十分严肃、复杂、多样的设计，而我们缺乏应有的经验，难免在设计过程中粗心大意犯下低级错误，甚至产生不应该有的技术理论错误等。在老师的指导之下，相信可以不断改进设计，提高设计水准，圆满完成毕业论文设计。3、进度计划序号起止周次工 作 内 容11周至 4 周写开题报告，文献综述，外文翻译25周至 6 周熟悉夹具设计和制造工艺方面的知识37周至 12周熟悉Pro/E三维设计软件413周至 14 周完成夹具的CAD造型设计515周至 17周整理资料，撰写毕业论文6第17周答辩7周至 周8周至 周学生签名： 年 月 日4、指导教师意指导教师签名： 年 月 日