汽車發(fā)動機連桿加工工藝分析與設計（畢業(yè)論文）

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畢業(yè)（設計）論文題目:汽車發(fā)動機連桿的工藝及程序設計專業(yè)班級： 汽車發(fā)動機連桿加工工藝分析與設計摘 要連桿的作用是將活塞承受的力傳給曲軸，并使活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。連桿由連桿體、連桿蓋、連桿螺栓和連桿軸瓦等零件組成，連桿體與連桿蓋分為連桿小頭、桿身和連桿大頭。連桿承受的是沖擊動載荷，因此要求連桿質量小，強度高。所以在安排工藝過程時，按照“先基準后一般”的加工原則。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合面及螺栓孔定位面。連桿機構中兩端分別與主動和從動構件鉸接以傳遞運動和力的桿件。由于連桿既是傳力零件，又是運動件，不能單靠加大連桿尺寸來提高其承載能力，須綜合材料選用、結構設計。在對其設計中我們先對連桿工藝過程分析，聯(lián)系實際通過對其具體設計的了解進行連桿機械加工工藝過程分析及其一些機械加工余量、工序尺寸的確定。關鍵詞：發(fā)動機，連桿，定位基面，工藝設計目錄緒論 .5第一章 發(fā)動機的概述 61.1 發(fā)動機的定義 .61.2 發(fā)動機簡介 .61.3 發(fā)動機的發(fā)展歷史 .61.4 發(fā)動機的分類 .71.5 發(fā)動機的總體結構 .71.6 發(fā)動機基本理論 .71.7 發(fā)動機的維護 .8第二章 連桿的工藝分析 .92.1 連桿的結構特點 92.2 連桿的主要技術要求 92.2.1 大、小頭孔的尺寸精度要求、形狀精度 .102.2.2 大小頭孔兩端面 .102.2.3 大小頭孔中心距及孔的中心線的平行度和扭曲度 .102.2.4 連桿連接螺栓孔的技術要求 .102.2.5 有關結合面的技術要求 .112.3 連桿的材料和毛坯 .112.4 連桿的機械加工工藝過程 .122.5 連桿的機械加工工藝過程分析 .132.5.1 工藝過程的安排 .132.5.2 定位基準選擇 .152.5.3 確定合理的夾緊方法 .182.5.4 連桿兩端面的加工 .192.5.5 連桿大、小頭孔的加工 .192.5.6 連桿螺栓孔的加工 .192.5.7 連桿體和蓋的銑開工序 .202.5.8 大、小頭側面的加工 .202.5.9 加工小頭孔 .202.5.10 精鏜大頭孔 202.5.11 小頭孔壓入襯套 212.5.12 鏜小頭襯套孔 212.5.13 珩磨大頭孔 212.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題 .222.6.1 工序安排 .222.6.2 定位基準 .262.6.3 夾具使用 .262.6.4 確定加工余量 .272.6.5 連桿蓋的卡瓦槽的計算 .272.6.6 工時定額計算 .28第三章 連桿的檢驗 293.1 觀察外表缺陷及目測表面粗糙度 .293.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗 .293.3 連桿體，連桿上蓋對大頭孔中心線對稱度檢驗 .293.4 連桿螺栓孔的精度檢驗 .293.5 連桿大小端孔的平行度和扭曲度檢驗 .31四 總結 32 致謝 .33參考文獻 .34緒論畢業(yè)設計是我們在學校的最后一門課程,也是對三年來所學知識個一次綜合應用。本畢業(yè)設計可以很好的鍛煉自己，為以后的就業(yè)做好準備。本課題是一個典型零件，也是發(fā)動機內的重要零件。在設計中要求運用所學的知識，以培養(yǎng)自己獨立思考的能力，以及創(chuàng)新精神。在機械加工中，機械加工工藝是機械生產過程的重要部分，是直接生產過程。它是用刀具切削金屬材料或者磨削材料已達到形狀、尺寸和表面粗糙度。因此機械加工工藝對零件由設計到成品是至關重要的。機械制造加工工藝主要是用切削的方法改變毛坯的形狀、尺寸和材料的物理性質，成為具有所需的一定精度、粗糙度等零件。對于加工藝的編制主要是對其加工工序的確定對機械加工工藝規(guī)程的基本要求可以總結為質量、產生率和經(jīng)濟性三個方面。所以在對機械加工工藝過程、機械制造工藝過程、加工工藝的編制時應取其長，避其短。在編制工藝過程時應在保證零件質量的前提下，盡可能的降低生產成本。因此零件的質量、生產率和經(jīng)濟性應綜合考慮第一章 發(fā)動機的概述1.1 發(fā)動機的定義發(fā)動機，又稱為引擎，是一種能夠把一種形式的能轉化為另一種更有用的能的機器，有人把引擎稱為發(fā)動機，其實，發(fā)動機是一整套動力輸出設備，包括變速齒輪、引擎和傳動軸等等，可見引擎只是整個發(fā)動機的一個部分，但卻是整個發(fā)動機的核心部分，因此把引擎稱為發(fā)動機也不為過。1.2 發(fā)動機簡介有人把引擎稱為發(fā)動機，其實，發(fā)動機是一整套動力輸出設備，包括變速齒輪、引擎和傳動軸等等，可見引擎只是整個發(fā)動機的一個部分，但卻是整個發(fā)動機的核心部分，因此把引擎稱為發(fā)動機也不為過。隨著科技的進步，人們不斷地研制出不同用途多種類型的發(fā)動機，但是，不管哪種發(fā)動機，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來產生動力。所以，以電為能量來源的電動機，不屬于發(fā)動機的范疇。1.3 發(fā)動機的發(fā)展歷史回顧發(fā)動機產生和發(fā)展的歷史，它經(jīng)歷了外燃機和內燃機兩個發(fā)展階段。發(fā)動機最早誕生在英國，所以，發(fā)動機的概念也源于英語，它的本義是指那種“產生動力的機械裝置” 。隨著科技的進步，人們不斷地研制出不同用途多種類型的發(fā)動機，但是，不管哪種發(fā)動機，它的基本前提都是要以某種燃料燃燒來產生動力。所謂外燃機，就是說它的燃料在發(fā)動機的外部燃燒，發(fā)動機將這種燃燒產生的熱能轉化成動能，瓦特發(fā)明的蒸汽機就是一種典型的外燃機，當大量的煤燃燒產生熱能把水加熱成大量的水蒸汽時，高壓便產生了，然后這種高壓又推動機械做功，從而完成了熱能向動能的轉變。此外還有燃氣輪機，這種發(fā)動機的工作特點是燃燒產生高壓燃氣，利用燃氣的高壓推動燃氣輪機的葉片旋轉，從而輸出動力。燃氣輪機使用范圍很廣，但由于很難精細地調節(jié)輸出的功率，所以汽車和摩托車很少使用燃氣輪機，只圖 1- 1 發(fā)動機有部分賽車裝用過燃氣輪機。汽油發(fā)動機將汽油的能量轉化為動能來驅動汽車，最簡單的辦法是通過在發(fā)動機內部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發(fā)動機是內燃機----燃燒在發(fā)動機內部發(fā)生。連桿在發(fā)動機中占有重要地位，連桿需要把燃燒的熱能轉換成機械能進而推動機械或是汽車等的運動。相信未來將會有越來越多的新的種類的發(fā)動機的誕生。1.4 發(fā)動機的分類（1）按使用燃料分：汽油機、柴油機等。（2）按冷卻方式分：水冷式發(fā)動機、風冷式發(fā)動機。（3）按氣缸排列分：直列式發(fā)動機、v 型發(fā)動機。（4）按工作循環(huán)分：四沖程發(fā)動機、二沖程發(fā)動機。（5）按氣門位置分：頂置氣門式發(fā)動機、側置氣門式發(fā)動機。1.5 發(fā)動機的總體結構發(fā)動機的兩大機構：曲柄連桿機構、配氣機構。發(fā)動機的五大系統(tǒng)：冷卻系、潤滑系、燃料供給系、點火系、起動系1.6 發(fā)動機基本理論汽油發(fā)動機將汽油的能量轉化為動能來驅動汽車，最簡單的辦法是通過在發(fā)動機內部燃燒汽油來獲得動能。因此，汽車發(fā)動機是內燃機----燃燒在發(fā)動機內部發(fā)生。有兩點需注意：（1）內燃機也有其他種類，比如柴油機，燃氣輪機，各有各的優(yōu)點和缺點。（2）同樣也有外燃機。在早期的火車和輪船上用的蒸汽機就是典型的外燃機。燃料（煤、木頭、油）在發(fā)動機外部燃燒產生蒸汽，然后蒸氣進入發(fā)動機內部來產生動力。內燃機的效率比外燃機高不少，但也比相同動力的外燃機小很多。所以，現(xiàn)代汽車不用蒸汽機。相比之下，內燃機比外燃機的效率高，比燃氣輪機的價格便宜，比電動汽車容易添加燃料。這些優(yōu)點使得大部分現(xiàn)代汽車都使用往復式的內燃機。1.7 發(fā)動機的維護發(fā)動機的維護是指為維持其完好技術狀況和工作能力而進行的作業(yè).維護的原則是：預防為主，定期檢測，強制維護.維護的目的是：保持整潔，及時發(fā)現(xiàn)并清除故障隱患，延長零件使用壽命，防止早期損壞和運行中出現(xiàn)故障，保證安全行車.發(fā)動機維護的周期是指進行同級維護的間隔期，一般以車輛行駛里程為依據(jù)。如解放 CA1040 的一級維護周期為 1500-2000km，二級維護周期為 6000-8000km，桑塔納、奧迪、夏利等轎車及進口汽車一般沒有一級維護和二級維護的提法，如桑塔納轎車只分為 7500km 維護、15000km 維護、30000km 維護。每種維護的項目在有關資料中都有詳細規(guī)定.其中高級維護包含了低級維護的全部項目。第二章 連桿的工藝分析2.1 連桿的結構特點連桿的作用是傳遞活塞與曲軸間的作用力,并將活塞的往復運動轉化為曲軸的旋轉運動,連桿應保證足夠的強度和剛度。發(fā)動機連桿為模鍛件，由連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分組成。連桿大頭是分開的，一半為連桿蓋，另一半與桿身為一體，通過連桿螺栓連接起來。連桿大頭孔內分別裝有軸瓦。由于連桿體與連桿蓋的結合面是與大、小頭孔中心連線傾斜，故稱為斜剖式連桿。連桿小頭裝有青銅襯套，通過活塞銷與活塞連接。連桿大頭是可分開式，內裝半圓形軸瓦，大頭與曲軸連桿軸連。（1）連桿小頭 連桿小頭與活塞銷連接呈浮式結構，發(fā)動機工作時活塞銷與連桿小頭可以相對自由轉動，因此沿銷的長度方向和圓周方向的磨損比較均勻。為提高摩擦副的耐磨性，連桿小頭內孔壓入青銅襯套。青銅襯套分為兩段，分別從小頭的兩端壓入。小頭的頂上有一個集油孔，當曲軸旋轉時，激濺起來的機油甩到活塞內腔的頂部，冷卻活塞后，落下一部分通過集油孔聚集并流入連桿的小頭內孔潤滑活塞銷。（2）桿身 發(fā)動機為了在最小質量時最大的強度和剛度，連桿桿身斷面加工成“工”字形。（3）連桿大頭 連桿通過大頭與曲軸上的連桿軸頸相連，連桿大頭為分形式，采用簡單的平口結構形式。連桿大頭軸承蓋固定螺母為自鎖型螺母，其擰緊力為 100~120N.M2.2 連桿的主要技術要求小頭孔 φ55ｍｍ（未裝銅套）是與活塞銷配合的表面，加工尺寸精度為 IT6，圓柱度公差為 0.004~0.006mm、表面粗糙 R0.8。小頭孔與活塞銷的配合精度要求較高，如果配合間隙過小，會影響連桿與活塞間的傳動力效果，如果配合間隙過大，就會產生晃動，使發(fā)動機在運行中發(fā)出敲擊聲，考慮到工作后的摩損量 0.01，因此，安裝時必須保證連桿小孔與活塞銷之間的配合間隙。要在加工中直接滿足這一要求顯然是困難的，因此在裝配時，把連桿小頭孔分成四組，每 2.5um 的尺寸間隔為一組，分組進行裝配，才能有效控制配合間隙。2.2.1 大、小頭孔的尺寸精度要求、形狀精度 大頭孔 φ102mm（未裝軸瓦）大頭孔上要裝軸瓦，通過軸瓦與曲軸配合，為了保證良好的配合精度減小沖擊的影響，大頭孔的加工精度為 IT6,圓柱度為 0.004~0.006mm，表面粗糙度 R 為 0.8um。2.2.2 大小頭孔兩端面大頭孔兩端面與曲軸軸承座端面配合,其精度影響到安裝和磨損，,端面跳動(100:0.1)/mm,小頭厚度 52mm 大頭厚度為 65mm。2.2.3 大小頭孔中心距及孔的中心線的平行度和扭曲大小頭孔的中心距影響到發(fā)動機的壓縮比，即發(fā)動機的工作效率，所以規(guī)定了較高的要求，中心距為 280mm；大小頭孔的中心線的平行度誤差會使活塞在氣缸中傾斜，造成氣缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿軸頸產生邊緣磨損，縮短發(fā)動機的使用壽命，所以規(guī)定平行度公差為 0.02~0.04/100mm；大小頭孔中心線的扭曲對不均勻磨損的影響較小，一般規(guī)定扭曲度不大于 0.04~0.06/100mm。這兩項技術要求，對于結構剛性較差的連桿來說，加工可能有些困難，但是為了保證發(fā)動機的使用壽命，必須達到這些要求，加工中應特別注意。2.2.4 連桿連接螺栓孔的技術要求連桿在工作過程中，受到急劇的動載荷的作用，這一作用又傳遞到連桿體和蓋的兩個連接螺母上。因此，除了對螺栓及螺母提出較高的技術要求外，對螺栓孔及兩螺栓孔端面也有一定的要求，兩螺栓孔在互相垂直的兩個方向的平行度公差為 0.02~0.04:100mm，兩螺栓孔 φ18.5mm 與接合面的垂直度為 0.1~0.2:100mm，兩螺栓孔的尺寸公差為0.021mm。此外，連桿的毛坯都要求通過鍛造來改善金相組織。對于連桿體和蓋分開鍛造的毛坯，鍛造工藝較整體鍛造簡單，金屬纖維呈連續(xù)型式，使大頭具有較高的強度，不易產生變形，但分開鍛造使材料消耗增加，機械加工雖然省去了切開工序，但結合面加工余量較大，兩側平面加工余量較大，兩側平面加工需要分開進行，故機械加工工藝較整體鍛造復雜。整體鍛造在切開體與蓋的工序之后，金屬纖維呈斷裂狀，強度減弱，加工后變形較大，但比整體鍛造節(jié)省材料，提高了金屬的利用率，生產效率高，便于組織生產，特別適于大批量生產。 考慮到整體鍛造毛坯在切開體，蓋后金屬纖維呈斷裂狀的缺點，所以在連桿的大頭增加了帶“耳朵”形的肋。連桿螺母的自鎖，是利用連桿螺栓螺母上所開六個槽，擰緊螺母后，由于螺母的彈性變形保持有 100~120N.m 的扭矩。由于該扭矩的作用，使螺母的底面受一向上頂?shù)牧?，螺母產生的彈性變形卡住螺栓，保證螺母在工作時不會松動。2.2.5 有關結合面的技術要求結合面主要應考慮其垂直度、粗糙度。結合面與螺栓孔的垂直度為 100︰0.15，表面粗糙度為Ｒa＝0.8μｍ2.3 連桿的材料和毛坯連桿材料一般采用 45 鋼或 40cr 、45Mn2 等優(yōu)質鋼或合金鋼，近年來也有采用球墨鑄鐵的（粉末冶金） ，本連桿采用 40MnB。 鋼制連桿都用模鍛制造毛坯。連桿毛坯的鍛造工藝有兩種方案：將連桿體和蓋分開鍛造；連桿體和蓋整體鍛造。 整體鍛造或分開鍛造的選擇決定于鍛造設備的能力，顯然整體鍛造需要有大的鍛造設備。從鍛造后材料的組織來看，分開鍛造的連桿蓋金屬纖維是連續(xù)的，因此具有較高的強度；而整體鍛造的連桿，銑切后，連桿蓋金屬纖維是斷裂的，因而消弱了強度。整體鍛造要增加切開連桿的工序，但整體鍛造可以提高材料的利用率，減少結合面的加工余量，加工時裝夾也較方便。整體鍛造只需一套鍛模，一次便可鍛成，也有利于組織和管理生產。故一般只要不受連桿蓋形狀和鍛造設備限制，均盡可能采用連桿的整體鍛造工藝。毛坯鍛模后應正火并校直。毛坯要經(jīng)過調質熱處理（加工量大時最好在粗加工后進行調質處理） 。其規(guī)范為：（1）升溫，880℃，保溫 90 分。（2）淬火，在濃度為 1/1000 的聚乙烯醇水溶液中進行，淬火硬度 HRC50 。（3）回火 升溫 580℃，保溫 120 分，在空氣中冷卻。（4）檢查 檢查機械性能及變性量。變形量在 3～5 毫米時允許整形以保證圖紙要求，但整形后必須經(jīng)消除內應力的熱處理。酸洗后要對毛坯進行噴丸處理。表面噴丸是利用機械敲擊產生表面殘余壓應力來強化機件，可以顯著地提高零件的疲勞強度。合金結構鋼經(jīng)表面噴丸強化后其疲勞極限能提高 40～50％。噴丸還可以提高表面硬度和耐磨性，降低應力集中敏感性，消除毛坯表面輕微脫碳的不利影想。因此，噴丸處理是一項十分有效的工藝措施。本連桿毛坯采用整體精密模鍛工藝，連桿小頭孔不予鍛出，其目的為了減小在鉆削小頭孔時刀頭偏離現(xiàn)象帶來的加工難度。連桿大頭孔結構為橢圓狀，如圖 2-1 所示，其目的是為桿蓋切離后，連桿大頭孔因銑削縮短了桿蓋之前的實際距離，使其接近圓以減小工作強度。圖 2—12.4 連桿的機械加工工藝過程銑連桿大、小平面粗磨大、小頭平面、加工小頭孔、銑大頭兩則面、擴大頭孔、銑開連桿體和蓋、加工連桿體、銑、磨連桿蓋結合面、銑、鉆、鏜連桿總成體、粗鏜大頭孔、大頭孔兩端倒角、精磨大小頭兩平面、半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔、精鏜大頭孔、鏜小頭孔襯套、珩磨大頭孔、連桿的檢驗。2.5 連桿的機械加工工藝過程分析2.5.1 工藝過程的安排㈠ 加工階段的劃分和加工順序的安排連桿本身的剛度比較低,在外力作用下容易變形;連桿是模鍛件,孔的加工余量較大,切削加工時易產生殘余應力。有殘余應力存在,就會有變形的傾向。因此，在安排工藝過程時，應把各主要表面的粗、精加工工序分開。這樣，粗加工產生的變形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中產生的變形可以在精加工中得到修正，最后達到零件的技術要求。如大頭孔先進性粗鏜，連桿合件加工后半精鏜大頭孔，精鏜大頭孔。在工序安排上先加工定位基準，如端面加工的銑、磨工序放在加工過程的前面。連桿工藝過程可分為以下三個階段：1 粗加工階段粗加工階段也是連桿體和蓋合并前的加工階段：基準面的加工，包括輔助基準面的加工；準備連桿體及蓋合并所進行的加工，如兩者對口面的銑、磨等。2 半精加工階段半精加工階段也是連桿體和蓋合并后的加工，如精磨兩平面，半精鏜大頭孔及孔口倒角等?？傊?，是為精加工作準備階段。3 精加工階段精加工階段主要是最終保證連桿主要表面—大、小頭孔全部達到圖紙要求的階段，如珩磨大頭孔、精鏜小頭孔軸承孔等。㈡ 定位基準的選擇連桿加工工藝過程的大部分工序都采用統(tǒng)一的定位基準：一個端面、小頭孔及凸臺。這樣有利于保證連桿的加工精度，而且端面的面積大，定位也比較穩(wěn)定。由于連桿的外形不規(guī)則，為了定位需要，在連桿大頭處作出工藝凸臺，作為輔助基準面。連桿大、小頭端面對稱分布在桿身的兩端，由于大、小頭孔厚度不等，所以大頭端面與同側小頭端面不在一個平面上。用這樣的不等高面作為定位基準，必然會產生定位誤差。制定工藝時，可先把大、小頭做成一樣的厚度，這樣不但避免了上述缺點，而且由于定位面積加大，使得定位更加可靠，直到加工最后階段銑出這個階梯面。㈢ 確定合理的夾緊方法連桿是一個剛性較差的工作，應十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點位置的選擇。以免因受夾緊力作用而產生變形，使得加工精度下降。實際生產中，設計的粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在加緊力作用的方向上，大頭端部與小頭端部的剛性大，即使有一點變形，也產生在平行于端面的方向上，對端面平行度影響較小。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產生彎曲或扭轉變形。㈣ 主要表面的加工方法1 兩端面的加工連桿的兩端面是連桿加工過程中最主要的定位基準面，而且在許多工序中使用。所以應先加工它，且隨著工藝過程的進行要逐漸精化其基準，以提高其定位精度。大批量生產多采用拉削和磨削加工；成批量生產多采用銑削和磨削。銑兩端面時，為保證兩端面對稱于桿身軸線，應以桿身定位。銑削時多采用下面兩種銑削方法：一種是在專用銑床上裝兩把硬質合金端銑刀盤，工件裝夾在回轉工作臺上低速回轉進給運動，粗銑同時進行，只是切深不同，加工完一個面，轉過 180°再加工另一端面；另一種銑削方法是在專用的四軸龍門銑床上，用四把端銑刀從兩端面方向同時銑削大、小兩端面。兩端面的磨削加工，一般在立軸平面磨床上用磨輪端面進行磨削，生產率較高。在大量生產中，可采用雙端面磨床進行磨削，以保證兩端面的平行度和高的生產率。 2 大、小頭孔的加工連桿大、小頭孔的加工時連桿加工中關鍵工序，尤其大頭孔的加工是連桿各部分加工中要求最高的部位，直接影響連桿的質量。一般先加工小頭孔，后加工大頭孔，合裝后再同時精加工大、小頭孔。小頭孔小，鍛坯上不鍛出預孔，所以小頭孔首道工序為鉆削加工。加工方案多為鉆-擴（拉）-鏜（鉸） 。無論采用整體鍛還是分開鍛，大頭孔都會鍛出預孔，所以小頭孔首道工序都是粗鏜（或擴） 。大頭孔的加工方案多為:（擴）粗鏜-半精鏜-精鏜。在大、小頭孔的加工中，鏜孔是保證精度的主要方法。因為鏜孔能夠修正毛坯和上道工序造成的孔的傾斜，易于保證孔與其它孔或平面的相互定位精度。雖然鏜桿尺寸受孔徑大小的限制，但連桿的孔徑一般不會太小，且孔深與孔徑比皆在 1 左右，這個范圍鏜孔工藝性最好，鏜桿懸伸短，剛性也好。大、小頭孔的精鏜一般都在專用的雙軸鏜床同時進行，由條件的廠采用雙面、雙軸金剛鏜床，對提高加工精度和生產率效果更好。大、小頭孔的光整加工是保證孔的尺寸、形狀精度和表面粗糙度不可缺少的加工工序。一般采用以下三種方案：1）磨。2）金剛鏜。3）脈沖式滾壓。2.5.2 定位基準選擇在制定連桿機械加工工藝規(guī)程時，定位基準的選擇與否，對能否保證連桿的尺寸精度和相互位置精度要求及對連桿各表面的加工順序安排都有很大影響。采用夾具裝夾工件時，定位基準的選擇還會影響到夾具的結構。定位基準的選擇，是設計連桿加工工藝改過程的首要問題。在許多情況下，連桿的技術條件能否獲得保證，首先決定于基準的選擇正確與否。因此定位基準的選擇是一個很重要的工藝問題。基準是連干上用以確定其他點、線、面位置所依據(jù)的那些點、線、面。本零件主要考慮工藝基準中的定位基準。定位基準可分為精基準和粗基準。選擇定位基準時，是從保證工件加工精度要求出發(fā)的，因此，定位基準的選擇應先選擇精基準，再選擇粗基準。選擇精基準主要是從經(jīng)濟可靠地保證連桿各加工表面間的相互位置精度出發(fā)。一般應考慮如下問題：圖 2—21 精基準的選擇選擇精基準時主要應考慮保證加工精度和工件安裝方便可靠，如圖 2—2 所示。（1）因為連桿的大小端孔、大小端兩端面、分開面、結合面以及螺栓孔等各加工表面間的相互位置精度都很高，既不能一次加工而成，又不能在一次安裝中把這些有相互位置精度要求的各加工面都同時加工出來，而是經(jīng)過多次安裝，反復加工后逐步達到圖紙要求的，所以，為了保證各加工表面的相互位置精度，要避免過多地轉換定位基準，應盡量選擇一個使大部分工序都可用它來作為定位基準的表面作為精基準。這就是“基準統(tǒng)一”原則。（2）由于連桿剛性較差，容易產生桿身彎曲變形，而直接影響各加工表面之間的相互位置精度，所以，要選擇支撐面積大、精度高、定位準確、又能防止夾緊變形的表面作為精基準。（3）盡量選擇零件圖上的設計基準作為精基準，即“基準重合”的原則。這樣，圖紙上的設計尺寸是直接保證的，可以避免因定位基準與設計基準不重合而引起的基準不重合誤差對該設計尺寸的影響。為了滿足以上要求，以連桿的大小端面及工藝面作為定位基準，并且在機械加工的開頭就把這組定位基準面加工出來，且達到一定精度。這種基準面在夾具中定位時，大小端端面面積大、精度高、定位準確、夾緊可靠，可作為極限工件沿 Z 軸移動、繞 X 軸和 Y 軸轉動的三個自由度的主要基準面；工藝面間距離較大，可作為極限工件一個移動自由度和一個轉動自由度的導向基準面，以使導向正確；工藝面面積狹窄，可作為限制工件一個移動自由度的止推基準面.圖 2—3 落差平面的定位方法對于這組基準面的定位方法如圖所示。由于大小端端面不在同一個平面上，兩者之間有落差。為了減少落差而引起的定位誤差，可將支承小端端面的夾具定位元件作成能隨落差值變化而自動定位的浮動支承，這樣才不會破壞固定支承對主要基準面大端端面的定位。這種定位方法可以使得連桿在整個機械加工過程中，精基準得到統(tǒng)一。其優(yōu)點是：（1） 不僅避免了基準轉換過多到來的積累誤差，還為在一次安裝中同時加工出有相互位置精度要求的表面提供了有利條件，從而使連桿大小端孔軸心線之間的平行度和扭曲度以及大小端孔軸心線分別對大小端面的垂直度等都達到了圖紙的要求.（2） 由于小端孔的位置是靠大小頭端端面決定的，大端孔的位置是根據(jù)小端孔中心線和小端端面決定的，所以，工藝面大小端端面是小端孔的設計基準，而小端孔中心線和小頭端端面是大頭孔的設計基準。如用上述方式定位大小頭端面孔，則定位基準和設計基準重合，基準不重合的誤差等于零。（3） 簡化了工藝過程設計，并使各工序的夾具結構基本相同或相似。從而減少了設計和制造夾具所需的時間和費用，加速生產準備工作，降低生產成本。圖 2—4 連桿精基準的定位方法為了提高主要基準面大端端面的定位精度，采用其中一個無工藝凸臺的大端端面為精基準，并且該端面的加工應以已加工的有工藝凸臺的大端端面定位，如圖 2—4 所示。對定位基準的定位方法如圖所示。大端端面用支承板定位，其作用相當于三個定位點，消除了工件一個移動（OZ 方向）兩個轉動（OX 和 OY 方向）的自由度;小端孔用短銷定位，相當于兩個定位點，又消除了工件兩個移動（OX 和 OY 方向）的自由度；大端工藝側面用小支承板定位，由于其長度和寬度都比工件相差很大，所以只能相當于一個定位點，即只能消除工件以一個轉動（OZ 方向）的自由度。這樣，就完全限制了工件的六個自由度。在加工小端孔夾具中，小端孔是用可伸縮的短銷定位，在定位和夾緊后，再將定位銷從小端孔中抽出。2.5.3 確定合理的夾緊方法連桿是一個剛性較差的工件，在外力作用下容易產生變形，如果在夾緊狀態(tài)下檢查精度時，達到了規(guī)定的精度，但在松開后，由于工件的彈性變形的恢復而使連桿精度受到損失，因此，在選擇連桿定位基準的同時，必須正確確定夾緊力的方向和著力點，注意防止連桿的夾緊變形。作用方向的確定，就必須考慮下列一·夾緊力的方向對夾緊力問題：（1）夾緊力的作用方向應朝向工件的主要基準面，把工件壓向夾具定位面，以保證工件定位的準確性。（2）夾緊力的作用方向應使工件變形最小。二· 夾緊力的著力點夾緊力著力點的問題是指在夾緊方向的情況下，確定夾緊力著力點的位置和數(shù)目。著力點的選擇原則首先是不應破壞工件在定位時已經(jīng)確定的位置。如果著力點選擇不當，會使工件產生翻轉力矩。為了防止工件切削時的振動，夾緊力的著力點應盡可能地靠近加工面，以使切削力對夾緊力作用點的力矩最小。這是由于工件在承受平行于接觸表面的切削力時最容易產生轉動現(xiàn)象，而轉動的中心往往正是夾緊力的著力點。由于連桿剛性較差，很容易產生夾緊變形，所以夾緊力的著力點必須作用于工件的剛性最大的部位上，一定要避免在連桿桿身上進行夾緊。否則就會造成連桿彎曲變形，而影響各加工表面間的相互位置精度。 應十分注意夾緊力的大小，作用力的方向及著力點位置的選擇，以免因受夾緊力作用而產生變表面形，使得加工精度降低。在生產中，設計的粗銑兩端面的夾具中，夾緊力的方向與端面平行，在夾緊力作用的方向上，大頭端部與小頭端面的剛性大，即使有一點變形，也產生在平行于端面的方向上，對端面平行度影響較小。夾緊力通過工件直接作用在定位元件上，可避免工件產生彎曲或扭轉變形。2.5.4 連桿兩端面的加工連桿兩端面的加工主要為后續(xù)工序的加工作好定位基準，其加工精度直接影響連桿大小頭孔的同軸度，在加工過程中應選擇適合的夾緊力，以免因夾緊變形造成材料變形，從而影響定位基準。2.5.5 連桿大、小頭孔的加工連桿大小頭孔的加工是連桿加工的關鍵，確定基準是關鍵。在加工連桿孔時以前序工序中兩端面和工藝凸臺為定位基準。在鏜削過程中，應選擇合理的切削用量及夾具，在本工序中，采用了手動夾緊和液壓夾緊來達到加工要求，這在后面會得以講述。2.5.6 連桿螺栓孔的加工連桿體和蓋是用螺栓連接的，螺孔內部由螺紋、銷部構成，其精度要求較高。連桿大頭與曲軸連接，當螺孔內與螺栓，銷部接觸位過盈配合，當接觸不良時，在交變載荷的作用下，螺栓發(fā)生變性甚至斷裂，將造成嚴重的后果，故在加工螺孔時，應充分考慮，鉆孔、鉸孔時排削問題以使螺孔達到設計要求。螺紋底孔本身的螺紋精度主要取決于絲錐的精度，而螺紋中心線的不垂直度及其對其它表面的不平行度、不垂直度等形位精度則主要取決于螺紋底孔的形位精度。所以對連桿螺栓孔的底孔采用以槍鉆為基型的高壓強制排屑的高速精鉆工藝。2.5.7 連桿體和蓋的銑開工序連桿體和蓋的銑開工序應注意切削時定位的可靠性及滿足加工要求。連桿大頭肩部加載兩個垂直向下的壓力，為避免在銑削過程中連桿蓋的夾緊剛度，應連桿蓋中心垂直位置的垂線上預緊一定的力，并使壓板與銷對稱，壓緊力不易太大，以免連桿蓋變形。2.5.8 大、小頭側面的加工大頭側面的加工包括，大頭工藝凸臺的銑削，鉆孔處工藝凸臺的銑削是保證后序工序鉆銷螺孔的精度及鉆削時刀具不發(fā)生傾斜而造成的偏差，故需精銑大頭工藝凸臺。大頭側面的加工包括大頭孔下端工藝凸臺的銑削，鉆孔處工藝凸臺的銑削。大頭下端凸臺的加工是為加工大頭孔作定位基準。通過小頭孔的定位保證大頭下端凸臺與大小頭孔中心線垂直度。鉆孔處凸臺位于偏離中心處是為鉆孔及連桿體蓋切削作準備，尤其是大頭孔下端凸臺對連桿大頭的垂直度影響較大2.5.9 加工小頭孔小頭孔分粗加工，半精加工，精加工三個階段。主要為了消除在加工過程中因金屬切削產生材料內部變形所引起的應力。由于粗加工中要切除大量的金屬材料，在不受力或受力減少時，材料內部組織會釋放出因變形產生的力，這在金屬加工中應慎重予以考慮。2.5.10 精鏜大頭孔大頭孔的鏜削安排在數(shù)控臥式銑床上進行，這不僅可以保證連桿孔的加工精度，也可降低勞動工人的勞動強度，這將在后面予以介紹。2.5.11 小頭孔壓入襯套本工序由鉗工工人使用專有工具，將襯套壓入連桿小頭孔中，為后續(xù)的精鏜做好準備，在壓入時，應保證襯套在小頭孔中的牢靠性。2.5.12 鏜小頭襯套孔采用金剛鏜床，連桿大頭工藝凸臺和小頭的定位插銷，小頭的連桿體來進行定位，從而保證其定位精度，進而保證連桿的加工精度。2.5.13 珩磨大頭孔珩磨是磨削加工的特殊形式，又是一種高效率的加工方法，并且加工精度高，表面質量好。連桿大頭孔同軸度較高，在磨削大頭孔時，其同軸度達到 5μｍ以下，另一方面珩磨加工面具有交叉網(wǎng)紋，有利于潤滑油的儲存及油膜的保持，并具有較高的表面支承率（孔與軸的實際接承受較大的載荷，耐磨損，從而延長了使用壽命。加之珩磨時速度低（只是普通磨削速度的幾十分之一） ，且油石與孔是面接觸，因此每一粒磨粒的平均磨削壓力很小，這樣工件的發(fā)熱量很小，連桿產生的變形量也小。由于在珩磨是將安裝在珩磨頭周圍的若干條油石張開機構將油石沿徑向張開，使其壓向連桿孔壁以便產生一定的接觸，同時使磨頭作旋轉和往復運動。珩磨石采用金剛石或立方氮化硼等耐磨材料。連桿孔的精度在一定程度上取決于珩磨頭的原始精度。本工序選用臥式珩磨機,見圖表 1-1。 項目 合成切削速度Ve m/min交叉角 φ 圓周速度 V：m/min 往復速度 Vf m/min精加工 30 40? 28 10表 1-1精加工余量為 0.03mm ,切削液選用 70％煤油加 25％錠子油。2.6 連桿加工工藝設計應考慮的問題連桿本身的剛度比較低，在外力作用下易變形，合理的加工工序將直接影響連桿的最終加工質量，在這里主要考慮連桿加工工序安排、定位基準選擇、夾具使用問題。2.6.1 工序安排連桿的工序安排見表 1-2工藝過程卡片產品 名稱 柴油機種類 胎模鍛 名稱 連桿重量 圖號 A1毛坯尺寸材料 40MnB零件序號 工序名稱及內容 設備 定位基準1 模鍛、退火2 噴丸處理3 探傷檢查4 劃線身中心線及大小端兩端面加工線 劃線平臺考慮加工面余量均勻分配及其與不加工面相對位置尺寸5 粗銑大小端一端面及工藝凸臺立式銑床 劃線找正6 粗銑大小端另一端面 立式銑床 大端一端面及工藝凸臺7 劃大小端孔中心線及大小端外形線劃線平臺 兼顧大小端的余量及壁厚均勻8 鉆小端孔 Z3080 大端一端面及工藝凸臺小端孔中心線9 插分開面及大端孔 插床 大小端另一端面及劃線找正10 檢驗11 調質處理12 噴丸處理13 探傷檢查14 涂油漆15 半精銑大小端一端面及工藝凸臺立式銑床 大小端另一端面16 半精銑大小端另一端面 立式銑床 大端一端面及工藝凸臺17 劃小端孔及外形線 劃線平臺18 鏜小端孔 立式銑床 大端一端面及工藝凸臺19 銑大端工藝側面 立式銑床 大端另一端面，小端孔及桿身側面20 精銑分開面 立式銑床 大端另一端面小端孔及大端工藝側面21 插小端外形 插床 小端另一端面、小端孔及大端工藝側面22 鉆、鉸、攻2—M18×1.6 螺紋孔立式鉆床 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面23 鉆、鉸體蓋結合面上的定位銷孔，并孔口倒角Z3050 大端另一端面、小端孔及打端工藝側面24 鉗工去毛刺25 鉗工把對體蓋26 精銑大端一端面及工藝凸臺 立式銑床 大小端另一端面27 精銑大端另一端面 立式銑床 大端一端面及工藝凸臺28 鏜大小端孔 臥式鏜床 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面29 大小端孔口倒角 Z3050 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面30 車大端凸臺 普通車床 大端另一端面及大端孔31 仿形銑連桿外形 立式銑床 大小端孔及端面32 銑小端外形 立式銑床 小端孔及端面33 磨連桿外形 磨光機 大小端孔及端面34 卸蓋—自然時效 24 小時35 鉗工把對體蓋36 精鏜大小端孔 雙頭鏜床 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面37 檢查大小端孔中心線平行、扭曲38 卸蓋39 劃深油孔，油溝加工線40 鉆深油孔并倒角 搖臂鉆床 大小端端面、小端孔及大端工藝側面41 銑油溝 立式銑床 大端端面大端孔及分開面42 銑大端孔軸瓦定位槽 立式銑床 大端端面大端孔及分開面43 磁力探傷，并退磁44 小端孔壓入銅套45 精鏜銅套內孔 雙頭鏜床 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面46 銑小端兩側圓弧 立式銑床 大端另一端面、小端孔及大端工藝側面47 鉗工修毛刺48 清洗49 終檢各部50 稱重51 削重連桿的加工工藝過程分三個階段進行，即粗加工、半精加工、精加工。在粗加工小頭孔時，應合理選用鉆削的切削用量。大小頭端面在磨削時應注意灼傷。2.6.2 定位基準定位基準是設計連桿加工工藝過程的首要問題。在加工中，連桿的技術條件能否獲得保證，首先決定于定位基準的選擇正確與否。 一 粗基準粗基準選擇是否正確，直接關系到被加工表面的余量分配和加工表面與不加工表面間的相互位置要求。所以，選擇連桿的粗基準時，應滿足以下要求：⑴ 連桿大小端孔及兩端面應有足夠而且盡量均勻的加工余量；⑵ 連桿大小端孔圓柱面及兩端面應與桿身縱向中心線對稱；，⑶ 連桿大小端外形應分別與大小端孔中心線對稱。所以在加工連桿時，第一道工序是劃桿身各向中心線和大小端兩端面加工線時都是選擇桿身兩側面作為粗基準。對于精度較低的連桿毛坯，尤其是當大小端毛坯孔偏位很大時，若僅僅考慮以桿身兩側面作為粗基準時，往往會出現(xiàn)大小端孔加工余量不均，甚至不夠的現(xiàn)象。因此，劃線時，必須各面予以互相借正，以滿足基本要求。二 精基準選擇精基準主要從經(jīng)濟可靠地保證連桿各加工表面間的相互位置精度出發(fā)。應注意以下問題⑴ 應避免過多地轉換定位基準，應盡量選擇一個使大部分工序都可用它來做為定位基準的表面作為精基準。（2）要選擇支承面積大、精度高、定位準確、又能防止夾緊變形的表面作為精基準。（3）要以圖紙上的設計尺寸作為精基準，可避免因定位基準與設計基準不重合而引起基準不重合誤差對該設計尺寸的影響。2.6.3 夾具使用由于連桿的剛性較差，在鏜削其大小頭孔時，使用專有夾具顯的十分必要。在鏜削大小頭孔時使用自動和手動并用的夾緊方式，自動部分采用液壓系統(tǒng)，手動部分是采用虎鉗的工作原理進行改進，保證連桿在加工過程中具有良好的穩(wěn)定性，進而保證了連桿的加工精度。2.6.4 確定加工余量鍛件長度余量 mm 鍛造長度余量 ：1mm 工藝凸臺的加工余量 鍛造時余量：2.25mm 粗銑時余量：1.0mm 精銑時余量：0.2mm 小頭孔鉆后各工序的加工余量 擴孔余量：1.7mm 鏜孔余量：2.0mm 精鏜余量：1.0mm 小頭孔擴孔或鏜孔后各工序的加工余量 一次鉸余量：0.5mm 粗鉸余量：0.4mm 精鉸余量：0.2mm小鏜孔精鏜的加工余量 粗加工余量：0.2mm 精加工余量：0.1mm 小頭孔鉆后的總加工余量 ：6.1mm 大頭孔各工序的加工余量粗鏜余量：2.0mm 精鏜余量：1.3mm 大頭孔擴孔或鏜孔后各工序的加工余量一次鉸余量：0.6mm 粗鉸余量：0.45mm 精鉸余量：0.25mm 大頭孔精鏜的加工余量 粗加工余量：0.3mm 精加工余量：0.1mm大頭孔鉆后的總加工余量：5mm2.6.5 連桿蓋的卡瓦槽的計算基本尺寸 65mm=8mm＋AA1＝57mm封閉環(huán)上偏差 ESA1＝－0.10－0＝－0.10mm封閉環(huán)下偏差 EIA1＝－0.174－0.090mm＝－0.264mm基本尺寸 A2＝57－44.5mm＝12.5mm封閉環(huán)上偏差 ESA2＝－0.100－（－0.15）mm＝0.05mm封閉環(huán)下偏差 EIA2＝－0.264－0mm＝－0.264mm得出連桿蓋的卡瓦槽尺寸為 12.5mm2.6.6 工時定額計算N 連桿=N 柴油機×n(1+α％)(1+β％N 連桿－連桿的生產綱領，即連桿的年產量；N 柴油機－柴油機的生產綱領n－每臺柴油機的連桿數(shù)量；α％－連桿的備品率；β％－機械加工的廢品率（一般取 0.5％～1.0％）N 連桿=2000×6（1＋5％） （1＋0.5％）=12000 根第三章 連桿的檢驗連桿的檢驗分為毛坯的檢驗和連桿精度檢驗，其中連桿的加工精度檢驗有孔的加工精度檢驗，相互位置精度檢驗，連桿體蓋結合面的精度檢驗，連桿螺栓孔的精度檢驗，表面粗糙度的檢驗。3.1 觀察外表缺陷及目測表面粗糙度檢測表面粗糙度主要采用以下方法，比較法，儀器檢測法，連桿表面粗糙度選用儀器檢測法。儀器檢測法分有：光切法、干涉法和感觸法。本工序選用感觸法，感觸法是利用電動輪廓儀測量被測表面的 Ra 值方法。測量時使觸針以一定速度劃過隨被測表面，傳感器將觸針隨被檢測表面的微小峰谷的上下移動轉換為電信號，并經(jīng)過傳輸、放大和積分運算處理后，通過顯示器顯示 Ra 值。其測量范圍一般為 Ra0.01～25μｍ。3.2 連桿大頭孔圓柱度的檢驗在工件旋轉一周過程中，測出一個正截面上最大于最小讀數(shù)。按上述方法，連續(xù)測量幾段截面，取各截面內所測得的所有讀數(shù)中最大與最小讀數(shù)的差值的一半，作為該圓柱面的圓柱度誤差，保證在要求精度范圍以內。3.3 連桿體，連桿上蓋對大頭孔中心線對稱度檢驗連桿體蓋結合面的精度檢驗主要是結合處和安裝軸瓦用的定位銷孔沿大端孔周圍方向的偏移。連桿體和連桿蓋的結合面的加工方法較多。檢驗的方法是靠目測。在結合面上涂紅丹粉，經(jīng)體蓋研磨后，檢查其貼合面積，觀察其表面光潔度，并與檢驗合格的樣件比較來確定產品質量。3.4 連桿螺栓孔的精度檢驗連桿螺栓孔的精度檢驗包括以下幾面：⑴ 2-M18×1.6-1 螺栓孔的檢驗。⑵ 2-M18×1.6-1 螺栓孔中心線對螺栓肩面的不垂直度。⑶ φ23 對 M22×2-1 螺栓孔的不同心度。