汽車連桿加工工藝及夾具設(shè)計.doc

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1、 寧波理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 （含文獻(xiàn)綜述、外文翻譯） 題 目 汽車連桿加工工藝及夾具設(shè)計 Design of the machining technology and fixture for automotive connecting rod 姓 名 周群峰 學(xué) 號 3070611160 專業(yè)班級 07機(jī)制(4)班 指導(dǎo)教師 鄭澤文 分 院 機(jī)電與能源分院 開題日期 2011年2月19日 文獻(xiàn)綜述

2、1、汽車連桿概述 連桿是汽車發(fā)動機(jī)上的關(guān)鍵零部件，也是典型的、重要的、復(fù)雜系數(shù)最高的模鍛件。連桿的制造精度、產(chǎn)品的內(nèi)在和外在質(zhì)量都將直接影響發(fā)動機(jī)的整機(jī)性能和水平。而連桿在發(fā)動機(jī)的高速運轉(zhuǎn)過程中致使連桿內(nèi)部產(chǎn)生高頻交變應(yīng)力，它要承受缸內(nèi)氣體爆破的沖擊壓力和曲軸扭轉(zhuǎn)時的慣性拉力，每個循環(huán)中拉力和壓力兩次交替。當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3000～5000r／min時，其承受力頻率是非常高的。由于連桿是在高速轉(zhuǎn)動的疲勞載荷下工作，因此對連桿的強(qiáng)度要求相當(dāng)高。另外，由于要保持曲軸在高速運轉(zhuǎn)時始終保持平衡狀態(tài)，為此，對連桿的重量公差要求也要控制在一定范圍內(nèi)。由干連桿的鍛造工藝和切削加工過程都是很困難的，為此在

3、鍛造生產(chǎn)和金屬切削加工過程中，很容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，而這些問題的發(fā)生，也是由于各種綜合或某個因素造成的，而產(chǎn)生問題的原因又很多，所以長期以來，連桿行業(yè)對連桿的材料、鍛造工藝和金屬切削加工制造工藝一直在不斷地進(jìn)行革新、改進(jìn)和研討。同時對在生產(chǎn)制造整個過程中容易出現(xiàn)的問題也在進(jìn)行著深入的研究，其目的就是既滿足產(chǎn)品技術(shù)性能和使用要求，又能夠降低成本、提高效率和最大程度地增加經(jīng)濟(jì)效益 2、連桿模鍛件及總成加工現(xiàn)狀與發(fā)展前景 近年來，隨著機(jī)械工業(yè)尤其是汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，各類系列汽油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)動機(jī)的需求量愈來愈大，由此而帶來的是發(fā)動機(jī)內(nèi)部關(guān)鍵零部件—— 連桿精鍛件和連桿總成相當(dāng)大的需求和發(fā)展空間。

4、 而激烈的市場競爭，要求生產(chǎn)連桿精鍛件和連桿總成的生產(chǎn)廠家必須把生產(chǎn)技術(shù)向著精密、高效、節(jié)材、節(jié)能和生產(chǎn)自動化與專業(yè)化、系列化方向發(fā)展，目的是提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品制造精度，降低生產(chǎn)成本，提高市場競爭力和占有率，增加經(jīng)濟(jì)效益，并走品牌化道路。 另外，由于發(fā)動機(jī)類型和檔次的不同，對連桿的精鍛件、連桿金屬切削加工總成有不同的技術(shù)、質(zhì)量要求。隨著各種類型發(fā)動機(jī)的設(shè)計水平、使用條件的需要以及制造水平的提高，尤其是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的提高，動平衡要求的提高，為此對連桿精鍛件的重量公差、尺寸公差、產(chǎn)品精度、表面質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量、力學(xué)性能和所使用的原材料的要求也越來越高，轎車連桿重量公差國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)為產(chǎn)品重量

5、的2％～3％，當(dāng)然，一般內(nèi)燃機(jī)的連桿重量公差要求在3％～5％范圍內(nèi)。 要滿足和適應(yīng)不同連桿模鍛件的生產(chǎn)，就要選擇不同的模鍛生產(chǎn)工藝和方法。與此同時，機(jī)械制造加工的方法也在不斷地改變，過去只有金屬切削加工，而現(xiàn)在又增加了裂解(漲斷、撐斷、斷裂刻分)加工新技術(shù)。這種技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的連桿加工方法，是對傳統(tǒng)連桿加工的一種重大變革，也是連桿金屬切削加工的發(fā)展趨勢。而裂解連桿要求其材料塑性變形小、強(qiáng)度好、脆性適中、工藝性好等等。 3、生產(chǎn)過程 3.1 下料 工藝方法：帶鋸機(jī)和棒料剪床下料均被廣泛采用。帶鋸機(jī)下料的優(yōu)點是勞動條件好，坯料兩端面平整無缺陷，缺點是生產(chǎn)效率偏低，有鋸口消耗。棒料剪

6、床下料的優(yōu)點是生產(chǎn)效率高、無鋸口消耗，缺點是端部軸向產(chǎn)生壓扁、馬蹄形、心部開裂、端面毛刺和應(yīng)力集中等。 3.2 加熱工序 (1)工藝方法由于連桿模鍛件質(zhì)量要求高，對加熱質(zhì)量要求也高，同時還為了改變作業(yè)環(huán)境，目前普遍采用中頻感應(yīng)加熱方式，這種方式也易于實現(xiàn)自動化。根據(jù)原材料的不同，加熱溫度有一定的變化。目前常用的40Cr、45Mn、35Mn2等材料的加熱溫度很多廠家基本上規(guī)定在(123020)℃范圍內(nèi)。德國“脹斷連桿材料及毛坯技術(shù)規(guī)范” 中規(guī)定的熱成形時的鍛壓溫度：鍛壓初始溫度(感應(yīng)加熱)為1220～1290℃。熱切飛邊以及熱校正時的溫度大干或等于950~C。 (2)加熱過程中易出現(xiàn)的問題

7、 一是料溫過高產(chǎn)生過燒；二是坯料溫低。 (3)預(yù)防措施 中頻加熱爐需溫度控制裝置，其作用是保證坯料的加熱溫度在規(guī)定范圍內(nèi)， 另外，不易把坯料燒化在爐瞠里，也避免加熱爐的損壞。加熱爐必須具備：高溫、正常溫度、低溫的三個通道，并能自動分料。在加熱爐出FI處，把過熱和低溫的坯料區(qū)分并分別放置。對溫度高和溫度低的坯料的處理：低溫料可直接返回爐后重新使用；高溫料必須進(jìn)行分選，把過燒的坯料分選排除，其余的料再返回爐后重新投人生產(chǎn)使用。有的廠家還進(jìn)行拋丸處理后再返回爐后重新投入生產(chǎn)。 3.3 輥鍛 (1)輥鍛工藝具有材料利用率高，勞動條件好，便于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，投資少，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低等特點

8、。輥鍛的作用主要是制坯，進(jìn)行金屬體積的合理分配，使之與預(yù)鍛模膛相匹配。輥鍛工步在連桿模鍛生產(chǎn)中具有重要作用，是保證連桿鍛件質(zhì)量的第一關(guān)。為此，要高度重視輥鍛制坯工藝的制定和模具設(shè)計。突出強(qiáng)調(diào)的是保證在輥鍛過程中每道輥坯都不出現(xiàn)折迭或毛刺。 (2)輥鍛過程中易出現(xiàn)的問題 桿部出現(xiàn)折迭；各道次輥鍛咬入點不一致，過渡段尺太小；桿部與小頭過渡段，桿部與小頭過渡段出現(xiàn)花瓣形狀；輥坯表面粗糙，凸凹不平，劃傷；輥坯出現(xiàn)麻花狀或局部產(chǎn)生小耳朵；輥鍛模由于壽命較長，經(jīng)過長期使用，必定產(chǎn)生磨損，此時輥坯長度將縮短，分料就會不均勻，中間料增多，而頭部料不足，會影響鍛件的充滿；機(jī)械手夾鉗對坯料的夾傷。由于在輥鍛過

9、程中會出現(xiàn)上述的主要問題，必然要造成連桿產(chǎn)品的折迭、折紋和充不滿等缺陷。 (3)對輥鍛工序上述常發(fā)生問題采取相應(yīng)對策 在輥鍛模具設(shè)計中要合理確定各道次輥坯的形狀與尺寸；合理分配各道次的延伸系數(shù)，確定理想的型槽系；合理確定各道次的前滑值 前滑；準(zhǔn)確計算各道輥坯截面尺寸和型槽尺寸；提高模具加工水平和模具制造精度，保證設(shè)計尺寸和重復(fù)制造精度；無論是自動輥鍛機(jī)還是人工操作，一定要提高和保證縱、橫兩方向的定位精度。尤其是每道次翻轉(zhuǎn)90度。必須要保證。也就是要保證輥鍛機(jī)和機(jī)械手必須始終處在完好狀態(tài)之中。這一條是相當(dāng)重要的，因為很多廢品和不良品都是因此原因而發(fā)生的。生產(chǎn)過程要勤觀察輥鍛模表面的變化，并要經(jīng)

10、常進(jìn)行修整，在修整中，要注意各道次的協(xié)調(diào)一致，使用過程中的修磨原則上只是型腔表面的修整，型腔不要發(fā)生很大變化，如需大變化時，應(yīng)進(jìn)行模具翻新。還要經(jīng)常檢查輥坯質(zhì)量和鍛件質(zhì)量，來驗證輥鍛工序質(zhì)量和輥鍛模的質(zhì)量。在型槽磨損變大后，必須及時調(diào)整輥鍛機(jī)輥距，以保證輥坯長度。 3.4 模鍛成形 (1)熱模鍛壓力機(jī)上模鍛工藝特點 由于設(shè)備鋼性好，鍛件精度高，鍛壓機(jī)具有滑塊調(diào)節(jié)裝置，可以調(diào)節(jié)滑塊高度，即設(shè)備的閉合高度。設(shè)備有上下頂出裝置，可以減小拔模角斜度。熱模鍛壓力機(jī)工作臺面大，能承受較大的偏載，所以，可以進(jìn)行多模膛鍛造?；瑝K行程一定，封閉高度一定。各工步是一次成形，預(yù)鍛模膛的設(shè)計要求高。鍛壓機(jī)模具不需

11、要承擊面，為此，模塊小，而且壽命較長。機(jī)鍛模是分體的，而各工步可以根據(jù)產(chǎn)品的特點設(shè)計成鑲塊式的，較大幅度的降低了模具材料的消耗。 (2)電液錘工藝特點 設(shè)備鋼性好，鍛件精度高，設(shè)備有頂出裝置。可多次打擊，打擊能量可任意設(shè)定?？梢荒６嗉投喙げ侥ｅ?。設(shè)備頻率高，生產(chǎn)效率高。鍛?？稍O(shè)計為鑲塊式。 (3)模鍛操作規(guī)范 工作前鍛造模具必須預(yù)熱，預(yù)熱溫度在150～ 250℃范圍。每鍛一件必須對模具進(jìn)行一次潤滑， 目前，潤滑劑多采用水劑石墨潤滑劑。潤滑劑與水的比例為1：5～1：10，可調(diào)整比例。預(yù)鍛后平移或翻轉(zhuǎn)到終鍛模膛內(nèi)均可。但翻轉(zhuǎn)移動去除氧化皮效果明顯。輥坯未參加變形部分要壓扁，容易定位，并能去除

12、氧化皮，在壓扁的同時，吹去坯料和存在型槽中的殘余氧化皮。大程度保持一致，這樣能夠保證切邊后的鍛件溫度，有利于后續(xù)工序的質(zhì)量控制，以提高產(chǎn)品質(zhì)量。 (4)選擇模鍛工藝分析和工步簡介模鍛工藝一般設(shè)壓扁、預(yù)鍛、終鍛三個工步。壓扁：因通常采用圓鋼，為此應(yīng)將輥坯壓扁，第一是防止內(nèi)孔的折迭；第二是便于預(yù)鍛的平穩(wěn)擺放。壓扁厚度要根據(jù)連桿的厚度和寬度來確定。另外必須注意的是壓扁時必須把輥坯在輥鍛時出現(xiàn)的小飛刺水平放置，以免出現(xiàn)折迭。預(yù)鍛：將壓扁后的輥坯放置在預(yù)鍛模膛，長度方向應(yīng)覆蓋模膛，防止擺放不正而導(dǎo)致端面缺陷壓入模膛形成折迭或因缺料而造成鍛件充不滿。終鍛：終鍛時，按終熱鍛件圖控制厚度尺寸，熱模鍛壓力機(jī)調(diào)

13、整滑塊高度，控制終鍛溫度。電液錘調(diào)整打擊能量，并控制終鍛溫度。 (5)模鍛過程易產(chǎn)生的問題和對策。 連桿模鍛件要求鍛件表面不得有裂紋、折迭和氧化皮，錯差、表面缺陷、殘余飛邊高度也都有嚴(yán)格要求。 同時有連桿鍛件質(zhì)量公差要求，尤其是轎車連桿對于質(zhì)量公差要求更為嚴(yán)格。而連桿的裂紋、折紋、折迭、殘余飛邊、重量超差是模鍛工序的幾個最容易出現(xiàn)的問題，解決這些問題的具體措施如下： (1)針對不同連桿的模鍛工藝和特點，合理設(shè)計連桿預(yù)熱鍛件、預(yù)鍛模膛，使之和終鍛模膛達(dá)到最佳匹配。 (2)重視連桿工字形桿部的參數(shù)選取與模膛設(shè)計。 (3)合理設(shè)計預(yù)鍛大頭孔劈料凸臺的形狀與尺寸，尤其是只鍛連桿的桿體時(

14、連桿鍛件桿和蓋分開鍛造)，其屬于又I形的鍛件。如預(yù)鍛件劈料設(shè)計不當(dāng)，坯料金屬流動不合理，則在叉口部位容易出現(xiàn)局部充不滿，造成廢品。 (4)輥坯大頭輥鍛時在夾鉗中，不參與變形，為此，在模鍛時壓扁，既去除大頭部分的氧化皮， 又有利于 在預(yù)鍛模膛中的定位。 (5)在模具設(shè)計中要充分考慮模具的調(diào)整要方便、可靠。在生產(chǎn)過程中要及時調(diào)整。 (6)鍛造模膛要及時修整，拋光并要注意匹配。 (7)模具制造時，要提高模具表面粗糙度和制造精度。 (8)生產(chǎn)節(jié)拍要相對穩(wěn)定，要控制住終鍛溫度和設(shè)備的打擊力。漲斷連桿必須注意保證切邊后的溫度在900～950℃以上。 (9)提高操作者的操作技能和業(yè)務(wù)素質(zhì)，不定

15、期進(jìn)行培訓(xùn)。 (10)注意控制潤滑劑的噴涂量。 (11)設(shè)備一定要處于完好狀態(tài)中。設(shè)備導(dǎo)軌間隙大是造成鍛件折紋和錯差、啃傷等缺陷的最主要的直接原因，設(shè)備連擊直接造成鍛打過程中鍛件磕傷。 3.5 沖孔 切邊 連桿在模鍛成型結(jié)束后都有連皮和飛邊，為了得到合格的鍛件，必須去除飛邊和連皮。連桿鍛件的沖孔和切邊通常在切邊壓力機(jī)上進(jìn)行，均在熱態(tài)下進(jìn)行，即模鍛成型后利用鍛件的余熱。切邊機(jī)須在模鍛生產(chǎn)線之內(nèi)。 (1)切邊沖孔的方式復(fù)合切邊模：即切邊沖孔在一套切邊模具內(nèi)一次行程中完成。聯(lián)合切邊沖孔模：在切邊機(jī)上的切邊時有兩道工序，第一是切邊，第二是沖孔，即一個連桿鍛件被連續(xù)放在兩個模具中分別進(jìn)行切邊

16、和沖孔。在連桿鍛壓機(jī)全自動生產(chǎn)線中：切邊和沖孔工序均在熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行的。速度快、效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。 (2)切邊沖孔工序常見問題和對策 殘余飛邊不均：是因凸凹模不匹配造成的間隙太大和凹模刃1：1磨損。切邊變形原因和上述原因基本相同。鍛模和切邊模不匹配也是重要原因之一。大小頭都沖孔時易造成大小頭孔的中心距和鍛件中心距有偏差，小頭壁厚差大；連桿小頭產(chǎn)生沖孔變形，小頭孔上下兩面孔徑不一致。對于精度要求高的鍛件，一般小頭是不沖孔的。如果必須在鍛件做出小頭孔，可采用盲孔或鉆床加工方法完成。 3.6 連桿鍛造模鍛生產(chǎn)過程中常見質(zhì)量問題 連桿鍛造模鍛生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有：材料裂紋，材料淬透性、

17、力學(xué)性能不合格；加熱溫度范圍大，產(chǎn)生過熱或過燒；輥坯表面質(zhì)量不合格，輥坯出毛邊，有龜裂紋；輥坯幾何形狀不符合設(shè)計尺寸，鍛件錯差、充不滿、氧化坑；鍛件表面有各種類型的折迭和折紋；厚度超差，切邊變形，殘余飛刺超差，硬度超差，金相不合格；重量超差，各種類型的磕、碰傷。 4、連桿的機(jī)械加工工藝過程 連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機(jī)械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。 連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及體和蓋上的螺栓座面等。

18、 連桿的機(jī)械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主

19、要表面的半精加工、精加工階段。 5、參考文獻(xiàn) [1] 李洪. 機(jī)械加工工藝手冊[M]. 北京：北京出版社, 1996 [2] Liu Guojun. Journal of Materials Science & Technology Powder Forging of a Motorcycle Connecting Rod[J].Journal of Materials Science & Technology. 2002,06(017):17–19 [3] 趙少汴，藍(lán)伙金. 抗疲勞設(shè)計—方法與數(shù)據(jù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1997 [4] 包雪鵬 袁文等. 發(fā)動機(jī)球墨鑄

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21、] 董秀琦，朱麗娟．消失模鑄造實用技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005． [8] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1991 [9] ZHANG Linke,ZHU Shijian. Engine Connecting Rod Bolt Safety[J]. Proceedings of the 2002 International Symposium on Safety Science and Technology (2002 ISSST) Part A, 2002.9(3):21–23 [10] 董秀琦，朱麗娟．消失模鑄造實用技術(shù)[M]．北京：機(jī)

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23、桿工作時,主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷,要求它應(yīng)有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度.因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。 在機(jī)械制造工藝中，為了達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)效率及降低成本的目的，在工藝過程中，除機(jī)床等設(shè)備外還大量使用著各種工藝裝備。它包括夾具、模具、刀具、輔助工具及測量工具等。因此，廣義地說，夾具是一種保證產(chǎn)品質(zhì)量并便利和加速工藝過程的一種工藝裝備。不同的夾具，其結(jié)構(gòu)形式、工作情況、設(shè)計原則都不同，但就其數(shù)量和在生產(chǎn)中所占的地位來說，應(yīng)以機(jī)床夾具為首。為此我們提出鉆連桿小頭孔夾具設(shè)計的課題。設(shè)計宗旨是在確

24、保質(zhì)量的前提下，改善加工條件，提高工作效率。 機(jī)械加工工藝規(guī)程的制員極其重要，工序卡尤為重要，上道序關(guān)系到本道序及后續(xù)工序是否能進(jìn)行。工藝規(guī)程是工人加工工件的加工要求的指導(dǎo)文件。工藝規(guī)程制定后，夾具的設(shè)計至關(guān)重要。所以要將零件設(shè)計圖樣轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，離不開機(jī)械制造工藝與夾具，它是機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)。 2、連桿加工研究現(xiàn)狀 2.1連桿的結(jié)構(gòu)與加工現(xiàn)狀 連桿加工的主要加工表面為大小頭孔，兩端面，連桿蓋與連桿體的接合面和螺栓孔等。次要表面為油孔、鎖口槽、螺栓孔、供作工工藝基準(zhǔn)的工藝凸臺等。還有稱重去重、檢驗、清洗和去毛刺等工序。連桿的加工工序多，采用多種加工方法，主要有：磨削，鉆削，拉削，鏜削等。

25、 連桿加工中，主要采用了以下幾種機(jī)床，分別是：雙軸立式平面磨床、立式六軸鉆床、立式內(nèi)拉床，雙面臥式組合銑床，雙面臥式鉆孔組合機(jī)床，金剛鏜床。其中雙軸立式平面磨床的型號是：M77；立式六軸鉆床的型號是：Z2；立式內(nèi)拉床的型號是：L51；立式外拉床的型號是：L71；雙面臥式組合銑床的型號是：雙面臥式鉆孔組合機(jī)床：金剛鏜床的型號是：T70 工藝設(shè)計以保證質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)可靠為原則。有的生產(chǎn)線基本上由半自動單機(jī)組成，只有螺栓孔的加工和稱重去重采用了自動線。在設(shè)備選型上，立足國內(nèi)，力求經(jīng)濟(jì)合理，除半精鏜、精鏜大小頭孔引進(jìn)德國EX-CELL-O公司的精密鏜床外，其余設(shè)備均為國內(nèi)制造。 中國連桿產(chǎn)業(yè)發(fā)展

26、出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 2.2連桿機(jī)械加工工藝過程 連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機(jī)械加工帶來了很多困難，必須充分的重視。 連桿的機(jī)械加工路線是圍繞著主要表面的加工來安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階

27、段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。 2.3連桿加工發(fā)展趨勢 在吸取國內(nèi)外連桿加工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開始采用諸多新型設(shè)備，形成了自己的工藝特點。如連桿外部平面的加工采用五臺大行程

28、、單溜板、轉(zhuǎn)臺式立式拉床，大小頭毛坯孔的粗加工，采用兩臺大剛性雙面八軸鏜床，切斷采用雙面臥式圓盤銑床，螺栓孔部分的粗、精加工采用十一工位托盤式自動線；帶止口斜結(jié)合面的加工采用一臺臥式大拉床，平衡去重部分采用電子天平八工位稱重去重自動線。機(jī)床的設(shè)計力求高精度、大剛性、大流量冷卻、自動排屑、機(jī)外換刀。電氣上采用程控、監(jiān)控系統(tǒng)等。 3、本課題研究內(nèi)容與方案 3.1 研究內(nèi)容： （1）本課題主要研究連桿的加工工藝及其夾具設(shè)計。連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，而連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，因此在安排工藝過程時，就需要把各主要表面的粗精加工工序分開。逐步減少加工余量、切削力及內(nèi)

29、應(yīng)力的作用，并修正加工后的變形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)要求。 （2）原始數(shù)據(jù)：連桿體產(chǎn)品圖一張，生產(chǎn)類型：中批生產(chǎn)。 （3）為了提高勞動生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，要求設(shè)計連桿體的機(jī)械加工工藝規(guī)程和連桿體小頭鉆孔夾具一套。 3.2 連桿體工藝流程設(shè)計方案： （1）分析產(chǎn)品圖的技術(shù)要求 連桿總成圖 連桿體工藝過程只研究至連桿體和連桿蓋合裝前的加工。連桿體合裝前要求加工兩個端面、小頭孔、定位塔子面、連桿體與蓋結(jié)合面、螺栓孔等，要求較高的是連桿體與蓋結(jié)合面，兩個端面及小頭孔（用作定位基準(zhǔn)）。 （2）工藝流程 機(jī)械加工工藝沒有固定的套路，零件加工工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下

30、，盡量提高勞動生產(chǎn)效率及降低成本。 現(xiàn)初擬定加工路線如下： 第一種加工路線：毛坯檢查→粗磨兩平面→鉆小頭孔→拉連桿體大頭兩側(cè)面、結(jié)合面→粗銑結(jié)合面→粗磨連桿小頭三個定位點→粗銑連桿體大頭定位點→精磨結(jié)合面→鉆油孔→螺栓孔加工→鉆、擴(kuò)、鉸螺栓孔→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→銑打標(biāo)記處→拉桿結(jié)合面舌槽→檢驗拉舌槽至尺寸 第二種加工路線：模鍛坯→調(diào)質(zhì)處理→酸洗→噴丸，深底漆→探傷，退磁→銑兩平面→檢驗→磨兩平面→鉆小頭孔→小頭孔口倒角→鏜小頭孔→銑大頭定位點→銑小頭定位點→檢驗→粗銑舌頂面→鏜半邊大頭孔→銑打標(biāo)記處至尺寸→精銑舌頂面→銑槽側(cè)分開面→鉆、锪孔，擠壓螺紋→粗拉舌槽→檢驗→拉舌槽至

31、尺寸→轉(zhuǎn)至于連桿蓋合裝加工 分析：第一種方案連桿體加工的生產(chǎn)效率較高，對加工精度、設(shè)備加工要求和尺寸精度、形狀精度以及位置精度要求較高，因此設(shè)備操作人員技術(shù)要求較高。而第二種方案，它不僅提高加工精度，減少廢品，改善操作的勞動強(qiáng)度，還可滿足中小批量生產(chǎn)效率的要求又可降低生產(chǎn)成本，是中小企業(yè)較好的選擇。對比上面兩種加工方案路線第二種方案更加符合本次設(shè)計要求，所以選擇第二種加工路線。 4、實施進(jìn)度計劃表 第一階段：1月初——2月中旬，閱讀并收集文獻(xiàn)資料，撰寫報告和文獻(xiàn)綜述的初稿。 第二階段：2月中旬——3月初，對開題報告和文獻(xiàn)綜述初稿進(jìn)行修改完善。 第三階段：3月初——3月中旬，準(zhǔn)備開題報

32、告答辯。 第四階段：3月中旬——5月中旬，做實驗，得到實驗數(shù)據(jù)。 第五階段：5月中旬——6月中旬，整理實驗數(shù)據(jù)，撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。 5、參考文獻(xiàn) [1] 王先逵. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995 [2] 孟少農(nóng). 機(jī)械加工工藝手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [3] Kou S, Jin W, Gu Z (2001) The new technology and developing trend of IC engine connecting rod manufacturing. IC Engine Engineering[J], 20

33、02,22(1):28–31 [4] 包雪鵬 袁文等. 發(fā)動機(jī)球墨鑄鐵連桿疲勞強(qiáng)度分析[J]. 汽車技術(shù) 2001,03(009):23-26 [5] 林文煥，陳本通. 機(jī)床夾具設(shè)計[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1987 [6] Whittaker D (2001). The competitions for automotive connecting rod markets. Metal Powder Report[J] 5:32–36 [7] 楊黎明，黃凱，李恩至等. 機(jī)械零件設(shè)計手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版,1986 [8] 樂兌謙. 金屬切削刀具[M]. 北京：機(jī)械

34、工業(yè)出版社，2009，第二版 [9] Robat D (1999). Steels for connecting rod forgings with optimum splittability[J].16th International Forging Congress, Beijing, 26(04):14–18 [10] 孫麗嬡. 機(jī)械制造工藝及專用夾具[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社, 2003 [11] Zhang Kui, Zhang Yongzhong. Balance Mechanism Design of Single Cylinder Engine Based on

35、 Continuous Mass Distribution of Connecting Rod[J]. Transactions of Tianjin University, 2009,04(05):12–14 [12] 王紹俊. 機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1981 [13] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004 [14] Weber M (1993). Comparison of advanced procedures and economics for production of connecting rods[J].

36、 Powder Metall Int, 26(3):125–128 [15] 樂兌謙. 金屬切削刀具[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，第二版 外文翻譯 汽車發(fā)動機(jī)連桿加工技術(shù) 摘要：裂解加工是在汽車發(fā)動機(jī)連接桿制造領(lǐng)域的一種創(chuàng)新加工技術(shù)。與傳統(tǒng)的方法進(jìn)行比較,該技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢，可減短制造過程,減少設(shè)備和工具投資節(jié)約能源。因此總生產(chǎn)成本大大減少。此外,這項技術(shù)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和承載能力。它提供了一個高質(zhì)量、高精度、低成本連桿生產(chǎn)線。該方法引起了廣泛的關(guān)注,目前被應(yīng)用于某些類型的棒制造。這個過程的關(guān)鍵因素,如材料、切口斷裂分裂、分裂

37、條件和斷裂分裂的設(shè)備進(jìn)行了討論，并進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī)；連桿；裂解；新工藝 1、簡介 近年來,隨著中國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國際汽車市場競爭已經(jīng)變得更嚴(yán)重。新的市場條件需要的制造商使用品質(zhì)更高、更高的效率,更低的成本制備技術(shù)，制造汽車零部件等，來提高他們的競爭能力，滿足市場要求。因此,許多新技術(shù)生產(chǎn)被開發(fā)出來。連桿是發(fā)動機(jī)的一個重要組成部分，其的加工技術(shù)已取得很大的發(fā)展。斷裂分裂技術(shù)是一種出現(xiàn)在90年代的創(chuàng)新處理技術(shù)。比較傳統(tǒng)的方法，該技術(shù)擁有的優(yōu)勢大大提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，并極大地降低了生產(chǎn)成本和能源消耗問題。因此,該技術(shù)已被廣泛研究與應(yīng)用。一些著名的汽車公司,如美國

38、的福特和克萊斯勒汽車公司，德國和寶馬和奔馳,都采用該技術(shù)來制造連桿。通用、福特、MTS系統(tǒng)(美國),ALFING和EX-CELL-O(德國)等,已成功的研發(fā)該連桿的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)線?，F(xiàn)在這項技術(shù)也日趨成熟。它有很低的缺陷比，已應(yīng)用于批量生產(chǎn)一些類型的連桿作為穿杠的用處。 2、裂解的技術(shù)原理 該技術(shù)加工過程如圖1所示。傳統(tǒng)的方法是一種加工技術(shù),其中連桿大頭末端是個反面/桿銑刀剪除,連桿的是分裂分為兩部分:一頂蓋子和一桿。此技術(shù)存在的兩個主要的要求。(1)這一頂蓋子和桿表面上應(yīng)該具有較高的計算精度,把很多后來的加工工藝，例如 粗磨削和精磨削等,都是必要的。(2)這部分(例如位于螺栓的結(jié)構(gòu)和定位

39、螺紋結(jié)構(gòu)孔都是非常復(fù)雜的,而且螺紋孔要求保持了較高的水平，要求垂直于表面。所有的這些要求，極大地提高加工難度,程序和成本。然而,斷裂分裂的技術(shù),這鐘方法,完美的解決了上述問題。從圖1就可以看出內(nèi)側(cè),棒的底部，兩個對稱的孔大小的切口，都具有相同的尺寸和形狀。首先開始討論,形成裂縫產(chǎn)生的應(yīng)力集中效應(yīng)。然后,把鑰匙交給楔形形狀被吸引到搬往下,最終推動大夾具橫向移動，最終導(dǎo)致連桿末端破碎壓裂。 圖1 處理方法 從兩個切口開始。最后，這兩個部分分裂，零件在一個特殊的設(shè)備采用螺栓組裝完成之后過程。三維結(jié)構(gòu)特征不均勻的表面從這個過程鐘可以看出，它保證蓋子和桿的完美匹配性,使這兩部分精確定位和組裝。因

40、此,沒有必要機(jī)關(guān)節(jié)表面的這一頂帽子和桿和使用研磨加工處理螺紋孔等配件，如采用接縫鏍釘插入或鉸刀螺栓定位。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖.2 螺紋孔加工 圖.3 常規(guī)棒和裂解棒 螺栓螺紋孔簡化和整個加工過程也減少了。例如,至于處理螺紋孔而言,傳統(tǒng)方法需要14個程序,但它只需要六分裂步驟，運用斷裂方法(圖2)。據(jù)報道, 裂解的過程可以降低這類產(chǎn)品的生產(chǎn)程序60%,降低設(shè)備和工具投資25%～約35%,并降低能源消耗40%。因此總的可降低生產(chǎn)成本較大。棒由傳統(tǒng)方法和阻抗分裂法都顯示在圖3。 3、影響裂解的關(guān)鍵因素 3.1 材料斷裂分裂 棒的材料是影響棒的質(zhì)量的一個重要因

41、素。材料不僅影響的棒的性質(zhì),如硬度、硬度、抗拉、消除疲勞強(qiáng)度,而且直接影響分裂的能力和裂解表面質(zhì)量。該材料適用于分裂，棒應(yīng)該具有以下特點:(1)在斷裂分裂變形小；(2)良好的強(qiáng)度；(3)適當(dāng)?shù)拇喽龋?4)良好的切削加工性能。 表1 化學(xué)成分 (%) 目前,材料可以用來做裂解棒包括粉末冶金資料,可鍛鑄鐵,球墨鑄鐵和鋼材等。但這是不可能使用傳統(tǒng)的鋼制造裂解棒,因為有太多的延性和塑性變形給裂解造成壓力。塑性變形不允許這一頂蓋子和桿準(zhǔn)確會合。越小的變形越好,來適合對方。材料的化學(xué)成分對延展性具有十分重要的影響。例如,減少錳、氮的含量,提高硅餓的含量將有助于獲得較低的延展性，在生

42、產(chǎn)中,這些材料例如SPLITASCO70和SPLITASCO50(法國),S53CVFS和S50CVS1(日本)和C70S6BY(德國)等都研制成功了,他們中的一些已經(jīng)在正式生產(chǎn)中使用棒反對分裂材料C70S6BY被用來制造、捷達(dá)汽車(在中國一汽大眾的)。它的主要化學(xué)成分見表1。鋼鐵、錳含量低,是在鐵素體延展性差了,增加對材料的切削加工性能。在微觀結(jié)構(gòu)的棒的材料和鐵素體材料。硬度為263～310加工而成,其拉伸強(qiáng)度為900到150兆帕,屈服強(qiáng)度是520兆帕和最大的延伸比為10%。 3.2 切口斷裂分裂 切口是非常重要的斷裂分裂的過程。因為出現(xiàn)裂縫的第一種形式在兩種鉆孔開時,從應(yīng)力集中效應(yīng),然

43、后以徑向壓力的提高使裂縫擴(kuò)展到連桿大頭末端直至裂解完全。因此,位置,形狀及大小的切口將直接影響分裂的質(zhì)量。兩個切口應(yīng)對稱，形狀與大小要一樣。切口深度影響所需的斷裂分裂的壓力，并進(jìn)一步影響到孔變形的底部，在捷達(dá)汽車棒槽深度分裂斷裂 研究了壓力(圖4)。我們可以看出要求裂解隨著壓力降低分裂切口深度。這樣做的目的是斷裂應(yīng)力材料變小量的增加而提高應(yīng)力集中切口深度。但切口深度是有限的，加工津貼后來的操作。實驗結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)那锌谏疃劝粼?.4～0.6mm。 (沖擊)能量的散失是在斷裂分裂的過程的重要的因素。一個小切口，寬度或切口底部半徑將有效的減少要求。 圖4 切口深度所需的破裂壓力的影響 壓

44、力對較大的應(yīng)力集中系數(shù)。在生產(chǎn)中,結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)囊?guī)模切口底部寬度或切口半徑為0.4到 0.1。目前,存在幾種方法來處理切口。在拉削方法A是采用數(shù)控拉刀來切切口的，將兩個內(nèi)側(cè)對稱的“V”形切口棒大底洞。該方法有幾個缺點。首先,它很難保持穩(wěn)定的形狀，因為工具會在加工過程中磨損。這樣會提高磨損和切口底部會增加半徑和減少切口深度。所需的分裂的壓力，確定最終的變形增加,因此缺陷比的產(chǎn)品也增加。實驗結(jié)果在圖5表明,該缺陷比的增加會增大切口底部的半徑。其次,拉刀本身就是非常昂貴的，粉磨設(shè)備及專用工具是必要的，因此使鉆頭,及時檢查與地面要避免過度磨損。所有這些都將會增加生產(chǎn)成本。第三,為了增加的使用壽命,減

45、少磨損,大量的冷卻潤滑劑是用來冷卻加工時的拉刀。與此同時,避免了冷卻劑對其他設(shè)備、潤滑油等設(shè)備的污染,要求完全清洗之前,被轉(zhuǎn)移到下一個加工步驟。激光加工切口是另一種方法， 圖5 提出角落影響缺陷的比例 它也有很多優(yōu)點。例如,通過激光切割擁有的切口可以維持在一個較小的寬度尺寸，寬尺寸可控制在0.15毫米。較小的寬度大小進(jìn)一步提高分裂加工質(zhì)量。該方法能夠保持一個穩(wěn)定的切口的形狀和大小,沒有刀具磨損。因此,廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)。它的主要缺點是這個程序會略微增加工具應(yīng)用的磨損情況，在后來的處理的淬火激光切割。一些公司ALFING和毛瑟槍等(德國)使用超高壓水來切割切口也有好品質(zhì)的切口。

46、據(jù)報道,對與棒，由粉末冶金工藝裂解切口可以創(chuàng)造在壓實和不需要拉床或激光加工程序。 3.3 裂解條件 裂解參數(shù)主要包括壓力,背壓力和印刷速度等。斷裂的壓力不僅會影響到材料性能和的形狀和尺寸。過大的壓力會導(dǎo)致分裂太多的變形。提高印刷速度可以穩(wěn)定性的分裂進(jìn)程,降低裂解連桿大頭末端的變形的一致性洞里,增加表面質(zhì)量。媒體影響裂解速度表面質(zhì)量。然而,其它研究所聚集的表示寬延性斷裂的區(qū)域變得狹窄,當(dāng)記者們幾乎恒定的速度達(dá)到超過100毫米/秒(圖6顯示他們的研究結(jié)果)。看上去似乎是不需要進(jìn)一步增加速度，一旦接近100毫米/秒。 3.4 裂解設(shè)備 該裂解操作是在一個特殊的設(shè)計裂解設(shè)備列圖7所示。它主要是

47、 圖6 關(guān)系延性斷裂的速度、寬度 氣瓶組成：(1)四夾缸；(2)工裝的大頭；(3)指導(dǎo)；(4)交給楔形形狀 (5)反壓力和重新定位的汽缸。它的工作過程是這樣的。連桿大頭末端的體質(zhì)/棒固定于他們的夾具、夾具,然后,這四個夾缸推著他們的絕緣塊加強(qiáng)大目標(biāo),一個楔形推動很快。關(guān)鍵是向下移動拉缸，推動夾具向后滑動。因此,到最后分裂得到蓋子和桿兩部分。之后,表面的臟物可以用壓縮空氣清洗以致能夠消除小渣影響精度,帽和桿的反壓力,在汽缸的兩部分被重新定位,并且兩個部分相互嚙合準(zhǔn)確。在這個過程中,電液比例閥用于控制拉缸,以確保關(guān)鍵的推動向下移動分割一致。為了保持準(zhǔn)確的重新定位,夾具應(yīng)該有很高的引導(dǎo)精度。

48、最終夾具是一種對它的直徑尺寸會影響分裂的質(zhì)量很重要的部分。一個適當(dāng)?shù)闹睆?，將幫助連桿底部末端孔承受一個合適的力軸承狀態(tài),使連桿底部末端獲得很好的分割質(zhì)量和最小的變形。然而,直徑將因為磨損而減小,導(dǎo)致缺陷的比例顯著增長。這個比例關(guān)系的夾具直徑尺寸和缺陷被調(diào)查(圖8)。一些常見的斷裂分裂的缺陷包括單邊斷裂、變形過大， 圖7 裂解夾具 圖8 夾具直徑和缺陷的比例 太多的變形的表面切割,裂解裂縫或是破裂的表面,斷裂等。以捷達(dá)汽車棒的分裂,如果一個固定的棒直徑磨損超過0.5毫米,它就不能被用于任何更快速的，缺陷的比例。另一方面,角大小的推動分裂關(guān)鍵影響力和分裂的質(zhì)量。一個適當(dāng)?shù)慕嵌葹?到10?。裂解后的操作完成的時候,需要機(jī)械手夾緊分裂棒把它運送到裝配工序。為了保持良好的適應(yīng)狀態(tài),機(jī)械手必須擁有高精確度。 4、結(jié)論 裂解的過程是一個先進(jìn)制造技術(shù)，汽車引擎、作為穿杠的用處。它可以大大減少生產(chǎn)操作、設(shè)備和工具投資。因此總生產(chǎn)成本大大降低。此外,粗糙的切割表面確保蓋子與桿完美匹配,與有較大的裂縫表面面積的傳統(tǒng)光滑的表面加工相比,其加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量和承載能力有很大的提高,裝配操作簡化、完成引擎質(zhì)量得到了提高。它提供了一個高質(zhì)量、高精度和低成本的大規(guī)模生產(chǎn)路線。 22