热锻连杆模具设计开题报告ppt.ppt

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1、毕业设计(论文)开题报告,题目：内燃机连杆热锻成型 工艺及模具设计 姓名：任 静 班级：材料083,目录,一、毕业设计（论文）内容及研究意义 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势 三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）四、设计方案,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,1.研究意义 随着现代制造技术的迅速发展、计算机技术的应用，在汽车产业中模具已经成为生产各种零部件产品不可缺少的重要工艺装备。随着我国工业的不断发展，对模具质量精度等方面的要求越来越高，因此，精密、大型、复杂、长寿命模具的需求发展将高于总量发展速度。近年来我国汽车产量一直在高速增长,对其发动机连

2、杆的需求也在大幅增加,需求增加量每年以数百万计,许多厂家瞄准这个市场,开始投资建设连杆锻造生产线。内燃机连杆是连接活塞与曲轴的传动部件，通常为大、小头结构，其大头与曲轴铰接，小头通过活塞销与活塞铰接，将活塞的往返运动转变为曲轴的旋转运动。目前，连杆生产的主要工艺有模铸工艺、粉末冶金工艺、模锻工艺、粉末锻造工艺、粉末热挤压锻造工艺、碳纤维强化工艺等，由于模锻成型具有接,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,近最终产品的几何形状和尺寸精度，并能够细化晶粒，可以获得更高的力学性能，综合性能很好，实践证明，采用模锻工艺生产的钢连杆的疲劳强度和可靠性较高，更适用于内燃机，在制造内燃机用连杆中占据了主导地位

3、。连杆在运动过程中，摩擦产生热量会使连杆温度升大，需要用油冷却、润滑，但是只开设油口导致其他杂质进入，使油的质量下降，润滑效果变差;大端通常通过螺栓固定，密封性和弹性不好，导致内部的轴瓦，由于机械冲击而损坏。内燃机的可靠性与寿命与连杆的寿命有着密切的关系，因此连杆的的可靠性一直也是人们在内燃机研究和改进过程中关注的热点问题。热锻模是锻造工业中重要的工艺装备，在工作过,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,程中要承受周期性的热负荷和机械负荷。在我国热锻模的寿命一般为3000-5000件，是国外的1/3左右，因而提高热锻模的寿命显得尤为重要。本课题主要研究内燃机连杆的热锻成型工艺以及模具设计对提高连

4、杆生产效率、降低生产成本、提高产品质量具有重要意义。通过对本课题的研究训练，培养学生综合运用所学基础理论、基本知识和专业知识解决生产实际问题的能力；使学生熟练运用相关软件进行工程设计与分析、建立工艺文件；培养学生探求未知、开拓创新的科学精神和从事工程实践的基本能力。,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,2.毕业设计（论文）内容 本课题针对内燃机连杆零件加工制造问题，设计热锻成型工艺及其模具。主要内容包括如下：1）分析内燃机连杆结构特征和产品质量指标 连杆的结构形式随内燃机结构而异，一般有三种结构：直列式内燃机的连杆或V形内燃机的并列连杆；V形内燃机的叉形连杆和主副连杆。由于直列式连杆结构简单且

5、具有代表性，因此本课题就设计此连杆热锻成型工艺及模具。连杆的主轴线和分模线都是直线，属于直长轴类锻件，通常采用拔长、滚挤制坯工步。该锻件主要特点：(1）锻件的主轴线尺寸大于其它两个方向的尺寸；(2）变形工序的锻击方向一般垂直于主轴线；(3）金属主要沿着高度和宽度方向流动，由于在模锻工步时金属沿主轴线基本上没有流动，又可称为平面变形类。,结构图如下：,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,质量指标方面主要指形状公差、位置公差、尺寸精度以及表面粗糙度方面。（1）查表确定形状公差如圆度、平面度等；（2）确定位置公差如同轴度、平行度、垂直度等；（3）确定尺寸精度如中心

6、尺寸公差、宽度以及高度方向尺寸公差等；（4）确定表面粗糙度如连接活塞和曲柄处的表面粗糙度。2)材料成分与组织结构及其性能 连杆热锻材料常用的有钢和铝合金。通过分别分析这两种材料组织结构及性能才能最终确定。纯铝是银白色轻金属，熔点为660摄氏度，相对密度为2.7克每立方厘米，仅为铁的三分之一，具有良好的导电和导热性。纯铝的强度和硬度低、而塑性高，可进行冷、热压力加工。在纯铝中加入硅、铜、镁、锰等合金元素制成铝合金，可大大提高其力学性能，,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,而仍保持相对密度小、耐腐蚀的优点。采用各种强化手段后，铝合金可获得与低合金钢相近的强度，因此比强度很高。钢是以铁碳合金为主要

7、构成、基本上不存在共晶体的合金材料，它包括碳素钢及合金钢两大类。碳钢的主要特点有:(1)碳钢的强度、硬度等主要取决于含碳量，但可通过热处理进一步提高。（2）碳钢的淬透性低，回火稳定性差，使其应用受到限制。（3）碳钢在高温或低温下，性能会显著变低，且在多数介质中易腐蚀，因此不宜制作耐热、耐低温及耐蚀等零件。（4）碳钢价格便宜，成形工艺和热处理工艺较简单，因而在许多场合下都应考虑使用。,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,合金钢是在碳钢的基础上加入一定的合金元素，其主要特点：（1）合金钢具有比碳钢更高的强度和韧性，而且其强化效果随组织不平衡程度的增大而趋明显。（2）合金钢的淬透性取决于含碳量，与相

8、同碳钢相比，仅略有提高。（3）有的合金钢还具有高的热硬性以及其他特殊性能，如耐热、耐蚀、抗磨、磁性等。（4）合金钢价格较贵，成形工艺及热处理工艺也较复杂。综合考虑暂选用钢材作为连杆材料。3）编制加工工艺 连杆沿轴线的截面变化很大。可采用模锻错开排列的成对锻造，将坯料压扁，并进行适当的分料。采用的工序为：拔长、开式滚压、预锻、终锻。,一、毕业设计（论文）内容及研究意义,4）设计连杆热锻模具（1)根据连杆零件图绘制锻件图；(2)确定模锻工序和辅助工序（包括切除飞边、清除毛刺和校正等），决定工序间尺寸；（3）确定加热方法和加热规范；（4）确定坯料尺寸、质量及其允许公差，选择下料方法；（5）选择设备；

9、（6）确定模具润滑、冷却方法；（7）确定锻件冷却方法和规范；（8）确定锻件热处理方法；（9）确定清除热锻件表面氧化皮的方法；（10）提出锻件的技术要求和检验要求,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,连杆是汽车的主要传动部件，制造连杆主要要求在尺寸精度和使用性能满足情况下，能达到结构尽可能简单，制造容易，质量尽可能轻以及成本尽可能低。近年来国内外都对连杆有不同程度的研究。1、国内的研究 目前，对连杆结构方面的研究居多。如隆鑫工业有限公司发明一种内燃机的活塞连杆结构，活塞通过活塞销与连杆小头铰接，这种连杆的小头处左右对称侧设置成斜面，而活塞的用于装配连杆的部位设置为楔形槽，楔形头部的对称侧斜面

10、中心设置用于装配活塞销的通孔，活塞的活塞销座上设置的销孔从楔形槽穿过。它使连杆小头采用楔形结构，通过减去连杆的富余质量来实现连杆往复惯性力的减小，同时又能满足活塞连杆的强度和刚度。,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,奇瑞汽车有限公司发明一种内燃机的曲柄上下止点相位可预选的连杆机构，整个连杆机构由主连杆,肘连杆及其摆动支座和驱动杆所构成。主连杆的一端与活塞组相接，另一端与肘连杆相接，肘连杆连接着驱动杆，驱动杆又连接着曲柄，摆动支座固定在气缸体上。摆动支座位于曲柄一连杆机构的运动平面内，且定位在沿曲柄旋转方向、偏离气缸中心线一定距离的座标点上。采用该连

11、杆机构，通过对机构参数的优化设计，能够提高连杆机构的驱动效率，达到提高内燃机热效率、降低燃油消耗率、减少排气污染的目的。浙江跃进机械有限公司发明一种由连杆体和连杆盖组成的发动机连杆，连杆体和连杆盖是由刚性材质整体锻压而成，在连杆盖上设有沿同一直线方向上设置的两个锯切标记。由于此连杆是整体锻压而成，所以在沿锯切标记进行锯切时，会使得连杆体和连杆盖的锯切面光滑、平直、匹配，提高了装配精度和产品合格率，也降低了加工生产成本。,内燃机的曲柄上下止点相位可预选的连杆机构,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,一种由连杆体和连杆盖组成的发动机连杆,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,除了对连杆结构的

12、研究，姜堰市万里特种合金铸造厂发明了一种可热锻的钪铝合金连杆材料，相关成分分别占重量百分比为Si0.5一1.0%、Fe0.5一0.9%、Cu 3.5一4.4%、Mn 0.4一1.0%、Mg 0.4一0.8%、Zn 0.1一0.3%、Sc 0.1一0.15%、AL 91.35一94.45%、杂质0.O5一0.1%。在配方中设有对铝有很强弥散性的Sc，熔炼后期掺入Sc与铝合金熔液反应生成化合物相，使晶粒细化，显著改善铸造成形的铝合金连杆抗拉强度、硬度、塑性、抗蚀性和热稳定性。该材料在铸造成形后可通过模具热锻，进步提升相关机械性能。用此材料制作的连杆比现有技术制造的抗拉强度高15%左右，硬度高5%左

13、右，延伸率高4%左右，完全足高速内燃机的配套要求。,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,2、国外的研究 丰田自动车株式会社发明了一种连杆，其由小端的小端构件,构成柱部的柱构件以及构成大端大端构件作为单独构件组成。其中小端构件和大端构件均由高刚性材料制成，柱构件由高强度材料制成。这些构件通过液相扩散接合整体地接合，因而提供可以实现抑制应力集中的连杆。丰田自动车株式会社还发明了一种以连接梁部分为主体的高强度连杆。大端和小端位于连接梁部分的相对端上。第一接合部分位于连接梁部分和大端之间，连接该连接梁部分和大端。第二接合部分位于连接梁部分和小端之间，连接该连接梁部分和小端。在这种连杆中，第一和第二

14、接合部分中的每,二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势,一个的横截面积向着连接梁部分逐渐地、连续地减少，并且具有强度随着横截面积的减少而增大的特点。这种连杆具有较高的疲劳强度，同时可以减轻连杆的重量。马勒国际公司发明一种带有滑动轴承面的内燃机连杆，该连杆带有滑动轴承面的小头孔用于容纳活塞销，带有滑动轴承面的大头孔包围连杆轴颈。通过旋转喷涂在至少一个滑动轴承面上的由包含有固体润滑剂颗粒的热固性树脂构成的自润滑涂层可以高效和低成本地避免活塞销和连杆轴颈的卡死和磨损。3、发展趋势 内燃机连杆的制造趋向于高精度、高性能、轻量化、标准化。,三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用

15、的途径）,1、研究方案热锻模具是在高温下进行热锻的，要求模具在高温下具有较好的耐高温性能。在设计过程中，主要考虑模具强度、硬度、模具寿命以及润滑系统。最重要的问题是锻件图尺寸的确定以及热锻模具失效及其对策措施和相互影响的变量如模具材料、模具设计、模具制造、锻造操作的分析。,三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）,2、工作计划,三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）,三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）,四、设计方案,其实选择这个题目时，我心里一点底都没有，我只冲着学过锻压模具设计才选的这个题

16、，课本上上主要讲的是冷锻，我想热锻就是在高温下锻造，除了对结构性能方面有更高的要求，其热锻件图以及模具方面设计不会有太大差异。在设计前首先了解内燃机连杆到底是什么，具体有什么作用。只有清楚这些才能把它设计出来。了解清楚后，开始用三维CAD或UG软件对锻件在空间方位进行展示，以及提高我们对空间想象能力。随后我们开始根据已经了解的和查阅的知识对热锻模具进行设计。连杆主轴线和分模线都是直线，属于直长轴类锻件。通常采用拔长、滚挤制坯工步，视锻件复杂程度而定。连杆的热模锻主要工艺过程分为拔长、开式滚压、预锻、终锻。热锻件图根据（冷）锻件图确定，在冷锻件尺寸上增加1.5%冷缩率即为热尺寸，根据热尺寸即可绘

17、制热锻件图。先根据所给连,四、设计方案,杆图以及具体尺寸，计算锻件的主要参数如1）锻件在水平面上的投影面积为F分；2）锻件周边长度为L周；3）锻件体积为V锻；4）锻件重量为G锻。第二步对锻件吨位进行选择：计算出总的变形面积再根据经验公式计算出吨位最后选择合适的吨位。因为选择的是开式模锻，就存在飞边，飞边槽的形式和尺寸对锻造过程中充填模具能力有着重义意义。第三步是确定飞边槽的型式和尺寸。第四步绘制计算毛坯图。第五步是确定坯料尺寸。第六步是制坯模膛设计：1滚压模膛设计；2.拔长模膛设计。第七步是锻模结构设计。所有的尺寸都确定好就用AUTO CAD开始出画出热锻草图。等图画好还要根据所选材料性能以及强度硬度要求进行强度硬度校核和修改。,THE END!,