连杆加工工艺及夹具设计说明书.doc
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1、*大学本科毕业设计说明书设计题目:连杆加工工艺及夹具设计Design topics:Connecting rod processing technology and fixture design学 院: * 专 业: * 学生姓名: * 学 号: 指导教师: 评阅教师: 完成日期: R4150型柴油机连杆加工工艺及其专用镗床夹具设计摘要:连杆是柴油机的主要传动件之一,在柴油机工作工程中,连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力,而连杆的刚性比较差,容易产生变形。本文主要论述了连杆的加工工艺及其夹具设计。连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都较高,因此在安排工艺过程时,就需要把各
2、主要表面的粗精加工工序分开,通过逐步减少加工余量方的方法减小切削力,进而减小切削引起的变形;还可以通过热处理工艺来消除切削加工产生的变形和内应力;另外可以通过专用夹具的使用,合理设置定位及夹紧力,避免在工件刚度差的方向夹紧,从而减小因夹紧力引起的变形。这样就可以尽量的减小工件在加工过程中的变形,从而能最后达到零件的技术要求。关键词:连杆,加工工艺,专用夹具R4150 diesel engine connecting rod processing technology and its special boring machine fixture designAbstract : Connecti
3、ng rod is one of the main transmission parts of diesel engine, the diesel engine work in the project, the connecting rod in the work under the periodic alternating of compression, tensile and bending stress, and the connecting rod with poor rigidity, easy to deformation. This paper mainly discusses
4、the processing technology and fixture design of connecting rod. Connecting rod size accuracy, precision and shape of the accuracy requirement of the position is higher, so the arrangement of technological process, you need to separate the rough finish machining process on the surface of the major, s
5、tep by step to reduce machining allowance method to reduce the cutting force, and reduce the cutting deformation caused by; Also can be eliminated by heat treatment process to machining the deformation and internal stress; Also can through the use of special fixture, setting up reasonable positionin
6、g and clamping force, avoid the difference of stiffness in the direction of the clamping workpiece, thereby reducing the distortion caused by clamping force. So you can try to minimize the deformation of workpiece in machining process, which could finally reach parts of the technical requirements.Ke
7、yword: Connecting Rod,Processing Technology,Special Fixture 目录绪论- 1 -第一篇 连杆工艺规程设计第一章 连杆的技术要求- 3 -第一节:连杆的结构分析- 3 -第二节:连杆的精度要求- 3 -第二章 连杆毛坯的确定- 5 -第一节:毛坯材料的确定- 5 -第二节 :毛坯尺寸的确定- 5 -第三章 工艺路线分析- 6 -第一节:定位基准和定位方案- 6 -第二节 :工序安排- 6 -第三节 :方案分析比较- 7 -第四节 :确定最终工艺路线- 8 -第四章 工艺内容制定- 10 -4.1 粗铣大、小头两平面- 12 -4.2扩小头
8、孔- 12 -4.3铣大头两侧面- 13 -4.4扩大头孔- 14 -4.5锪螺栓座面- 15 -4.6切开- 15 -4.7粗铣结合面- 16 -4.8精铣结合面- 17 -4.9磨结合面- 18 -4.10加工连杆体螺栓孔- 19 -4.11加工连杆盖螺栓孔- 21 -4.12精铣大、小头两端面- 23 -4.13精铣大头两侧面- 24 -4.14粗镗大头孔- 25 -4.15磨大、小头两端面- 25 -4.16半精镗大头孔- 26 -4.17半精镗小头孔- 27 -4.18精镗大头孔- 27 -4.19精镗小头孔- 28 -4.20加工小头销孔- 29 -4.21铣大头定位槽- 30 -
9、第二篇 专用镗床夹具设计第五章 :定位方案及加紧方式- 32 -第一节 :定位方案分析- 32 -第二节 :夹紧方式分析- 33 -第六章 :切削力及加紧力计算- 34 -第七章 :夹具设计- 35 -第一节 :定位元件- 35 -第二节 :夹紧机构- 36 -第三节 :夹具体设计- 38 -第八章 :定位误差分析- 40 -致谢- 41 -附录:- 42 -外文原文- 42 -中文翻译- 45 -参考文献- 48 -绪论一、连杆的结构特点连杆是发动机的主要零件之一,它连接活塞和曲轴,把作用于活塞顶面的膨胀气体的压力传给曲轴;将活塞的往复运动变为曲柄的旋转运动,又受到曲轴的驱动而带动活塞压缩缩
10、气缸中的气体。因此,连杆在工作中承受着呈周期交变的压缩、拉伸及弯曲应力,这些交变载荷具有很大的冲击特性。发动机正常工作时,连杆大头约以3000r/min的转速旋转,线速度达10m/s,所以连杆在工作时,形成巨大的离心力。由于连杆横向窜动和形位误差引起连杆受压时产生弯曲,是连杆很容易断裂,断裂是连杆的主要损伤形式。 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。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
11、行修理和更换。连杆属于典型的“杂件”类零件,不但精度要求高,形状复杂,制造难度大,而且批量大,直接影响发动机质量,本篇论文详细介绍了其加工方法的拟订和确立,并对加工中镗连杆总成体大头孔所采用专用立式镗床夹具进行设计。从工艺与专用夹具的方向进行了一定的探讨。随着科学技术的发展,各料、新工艺和新技术不断涌现,机械制造工艺正向高质量、高生产率和低成本方向发展。电火花、电解、超声波、种新材激光、电子束和离子束加工等工艺的出现,已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴,可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。近年发展起来的以计算机为行动中心,完成加工、装卸、运输、管理的柔性制
12、造系统,具有监视、诊断、修复、自动转位加工产品的功能,使多品种、中小批量生产实现了加工自动化,大大促进了自动化的进程,尤其是将计算机辅助设计与制造结合起来而形成的计算机集成制造系统,是加工自动化向智能化方向发展的又一关键性技术,并进一步朝着网络化、集成化和智能化的方向发展。工艺装备的设计、制造、使用和管理,体现着一个企业的工艺技术水平,夹具设计与制造又是制造环境中的生产准备周期时间和加工成本的重要因素,工装设计水平的高低,很大程度上反映出企业制造能力的高低。夹具设计与制造是机电产品设计与制造的一项重要步骤,传统的夹具设计制造时需大量的工时消耗和金属材料的消耗。目前,基于特征参数化技术已在机电产
13、品设计与制造的各个阶段得到广泛的应用,夹具设计也必须向标准化、系统化、参数化方向发展。而且,为了适应我国加入WTO后机电产品的创新能力和尽快实现机电产品设计制造的全程仿真,快速组合夹具的发展正是适应了这种要求。 夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。二、本次设计的内容本设计主要是针对连杆加工工艺及镗床夹具的设计。机械加工工艺规程一般包括以下内容:工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。夹具设计是工艺设计中的重要部分
14、,夹具设计的合理与否,直接影响到被加工零件的加工精度等参数。在设计中,设计的主要思路是用工件以已加工端面为定位基准,工件以气动夹紧,这样设计主要是为了解决了手动夹紧时夹紧力不一致、误差大、精度低、工人劳动强度大等缺点;气动夹紧采用空气作为动力源,资源丰富并且干净、清洁,对周围环境没有污染;不足是噪音比较大。第一篇 连杆工艺规程设计第一章 连杆的技术要求第一节:连杆的结构分析 该连杆为发动机上的重要组成部分之一,其大头孔和曲轴连接,小头孔通过活塞销和活塞连接,将作用于活塞的力传给曲轴,又受曲轴驱动而带动活塞。因此该连杆器将受到压缩压力,纵向弯曲应力和拉应力,故要求此连杆有较轻的重量、较高的强度,
15、同时大小头孔还有较高的耐磨性和互换性。该连杆由连杆体和连杆盖两部分组成,由螺栓连接,小头孔装有衬套提高耐磨性和互换性。第二节:连杆的精度要求 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,同时又压缩汽缸内气体。因此,连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能。反映连杆精度的参数主要有一下几个:1.2.1 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0.8m;大头孔的尺寸公差为0.015 mm,圆柱度公差为0.008mm。同样小头孔公差等级为IT6
16、,表面粗糙度Ra应不大于0.8m,小头孔尺寸公差公差为0.023 mm圆柱度公差为0.012mm。1.2.2 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100 mm长度上公差为0.03 mm;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。1.2.3 大、小头孔中心距 大小头孔的中心距影响
17、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:2600.05 mm。1.2.4 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100 mm长度上公差为0.05mm)。1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求 大头两端面的尺寸公差等级为IT9,表面粗糙度Ra不大于1.6m, 小头两端面的尺寸公差等级为IT10,表面粗糙度Ra不大于1.6m。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
18、端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。1.2.6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:螺栓孔配合段按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于1.6m加工;两螺栓孔与螺纹孔同轴度公差为R0.015mm。1.2.7对口面的技术要求在连杆受动载荷时,对口面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位,影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良,从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度,因而
19、也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆,要求结合面的平面度的公差为0.015 mm。第二章 连杆毛坯的确定第一节:毛坯材料的确定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。这里根据现有条件选择球墨铸铁毛坯。第二节 :毛坯尺寸的确定根据机械制造工艺设计手册第一章内容,选取铸造毛坯的精度
20、等级为IT12.具体个加工面的余量如下:大小头两端面单边余量:4mm大头孔单边余量:1.5mm小头孔单边余量:1.5mm大头螺栓座面余量:2mm切断余量:5mm最终确定的毛坯尺寸见附图:LGMPT-00-01第三章 工艺路线分析第一节:定位基准和定位方案 连杆外形较复杂而刚性较差,它的技术要求很高,恰当地选择加工中的定位基准是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。定位基准的选择主要注意以下几点:(1)选择粗基准时,主要考虑两个问题:一是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度要求;二是合理分配各加工面的加工余量。(2)精基准的选择应从保证零件加工精度出发,同时考虑装夹方便、夹具结构简单。选择精基准
21、一般应考虑如下原则:1“基准重合”原则。2“基准统一”原则 3“自为基准”原则。4“互为基准”原则。5精基准选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。在连杆的实际加工过程中,一般都对连杆进行完全定位,即按六点定位原理来限制连杆的六个自由度。多数情况下,选用连杆的大、小头端面作为主要定位基准,使零件的支撑面积大、定位稳定、装夹方便。同时选择小头孔和大头连杆体的外侧面作为定为基准,从而限制了连杆的六个自由度。选用连杆端面和小头孔作为定位基准,不仅便于在加工过程中实现基准统一,更重要的是保证连杆的重要技术要求,在加工过程中实现基准重合,减小定位误差。对于一些要求高或加工中不易保证的技术要求,在精加
22、工时也可以采用自为基准的原则进行加工,或采用互为基准的原则进行加工,由机床精度直接保证。在安排连杆加工工艺时,定位方案如下:以毛坯大小头的一端面作为粗基准,加工出两端面作为精基准,以小头外圆为粗基准加工出小头孔作为精基准;再以此为精基准加工出大头侧面作为工艺基准。加工两端面时以另一端面为基准定位,加工小头孔时以小头孔自为基准定位,加工大头孔时以小头孔和端面为基准定位,加工结合面时以小头孔和端面为基准定位,加工螺栓孔时以一端面和结合面以及大头侧面为基准定位。第二节 :工序安排本连杆毛坯采用的是铸造件,余量较大,切削时产生的切削力以及需要的加紧力都较大,会导致工件变形,增大误差。由于连杆属于典型的
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