柴油機(jī)連桿的磨結(jié)合面夾具設(shè)計(jì)及加工工藝裝備規(guī)程含7張CAD圖
柴油機(jī)連桿的磨結(jié)合面夾具設(shè)計(jì)及加工工藝裝備規(guī)程含7張CAD圖,柴油機(jī),連桿,結(jié)合,夾具,設(shè)計(jì),加工,工藝,裝備,設(shè)備,規(guī)程,cad
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計(jì))題目
柴油機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)
2.研究領(lǐng)域機(jī)械制造工藝
3.論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
柴油機(jī)是一種提供動(dòng)力的裝置,而連桿是柴油機(jī)的重要零件,它的作用是連接曲軸和活塞,把膨脹氣體所做的功傳給曲軸,推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn),將往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此連桿的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜。所以就要求連桿有足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度。由于連桿的加工精度會(huì)直接影響柴油機(jī)的性能,所以連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高,連桿的技術(shù)要求主要有以下幾個(gè)方面:(1)連桿大、小頭孔中心距;(2)連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度;(3)連桿大、小頭孔平行度;(4)連桿大小端中心面中心面相對(duì)連桿桿身中心面的對(duì)稱度;(5)連桿螺栓孔與接合面的垂直度。
為了保證連桿的精度,就必須要合理的安排工藝路線以及采用適當(dāng)?shù)膴A具,為此提出柴油機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)的課題。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
連桿的主要加工表面是大小頭孔,結(jié)合面,兩端面和螺栓孔,采用的主要加工方法有:磨削,鉆,鏜。雖然連桿加工本身所包括的工藝內(nèi)容并不復(fù)雜,但由于材質(zhì)、外形尺寸以及要求的加工精度,經(jīng)常給加工帶來(lái)不少的困難。鍛造毛坯的精度及剛性較差、孔加工的精度較低、連續(xù)帶狀切屑的斷屑、平面加工的毛刺、因夾壓和內(nèi)應(yīng)力的重新分布而產(chǎn)生的幾何變形等,是加工工藝長(zhǎng)期以來(lái)需要研究和解決的主要技術(shù)問(wèn)題。所以,連桿的工藝設(shè)計(jì)只有通過(guò)不斷的改善,才能最終達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)。
國(guó)內(nèi)外連桿毛坯生產(chǎn)方式大致有:鍛造、鑄造、粉末冶金等。由于采用粉末鍛造大批量生產(chǎn)的粉鍛連桿具有力學(xué)性能優(yōu)、尺寸精度高、質(zhì)量較輕及質(zhì)量偏差很小等特點(diǎn),因而在發(fā)達(dá)國(guó)家快速發(fā)展,逐漸取代了鑄造和鍛造連桿。在毛坯材料方面,國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)工藝連桿毛坯材料一般都采用 42CrMo 、35CrMo 、40VB、45CrMnB、40Cr 、45 、40CrMnB S40C 等調(diào)質(zhì)鋼和 S43CVS1 (進(jìn)口) 35MnV、40MnS 等非調(diào)質(zhì)鋼。
在加工工藝的方面,以往的工藝路線是將大小頭孔的鉆、鏜分開,作為兩道工序, 分兩次裝夾,工藝改進(jìn)后一次裝夾來(lái)鉆兩孔,并采用互為基準(zhǔn)原則加工,這樣將工藝
改進(jìn)之后提高了連桿兩孔中心距的尺寸精度。為了保證小頭孔的形狀精度和尺寸精度,多采用自為基準(zhǔn)加工原則。為了保證兩孔的平行度,將工藝改為先鉆兩孔,后磨端面,這樣就避免了在鉆孔時(shí),孔端面的平面度和平行度遭到破壞。
在加工結(jié)合面時(shí),最新采用了漲斷技術(shù),它是對(duì)連桿蓋結(jié)合面進(jìn)行無(wú)屑斷裂加工的新技術(shù),傳統(tǒng)工藝采用拉斷法,而漲斷工藝是在加工完螺栓孔之后漲斷。采用漲斷工藝后,連桿與連桿蓋的分離面完全重合,這就提高了連桿蓋與連桿分離面的結(jié)合質(zhì)量,所以分離面不需要進(jìn)行磨削加工。在連桿與連桿蓋裝配時(shí),也不需要額外的精確定位,只用兩枚螺栓拉緊就可以。但是漲斷一般采用激光切割連桿漲斷,該方法有明顯的缺點(diǎn):激光采用光源是不可見光,激光對(duì)焦繁瑣、;激光加工的過(guò)程中,在大頭孔內(nèi)表面靠近斷裂槽處易粘附熔渣形成表面硬質(zhì)點(diǎn),造成后續(xù)精鏜加工時(shí)出現(xiàn)鏜刀崩刃的情況;當(dāng)激光對(duì)焦不精確時(shí),漲斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生爆口缺陷;目前,上海大眾和上海通用采用連桿漲斷工藝。
如下圖為漲斷加工:
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題
(1)根據(jù)連桿的特點(diǎn)和精度要求,正確選擇加工基準(zhǔn)。在選擇粗基準(zhǔn)時(shí),要保證:
連桿大小孔以及兩端面的加工余量。
連桿大小端外形應(yīng)分別與大小端孔中心線對(duì)稱。在選擇精基準(zhǔn)時(shí),要考慮:
基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。連桿大小端孔要多次加工,要保證各加工表面的相互精度,盡量選擇一個(gè)大部分工序都可以作為精基準(zhǔn)的面。
基準(zhǔn)重合原則。盡量選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn),避免因基準(zhǔn)不重合造成誤差。
(2)進(jìn)行工序尺寸的計(jì)算以及夾具的設(shè)計(jì)。
根據(jù)連桿各部分的加工余量,合理的安排連桿的加工工藝路線,進(jìn)行尺寸鏈的計(jì)算以及誤差的分析,并進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路)
(1)柴油機(jī)連桿工作參數(shù)分析。
連桿作復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng),所以連桿必須具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度和疲勞強(qiáng)度。
(2)柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)。
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)合面及螺栓孔定位面。
(3)柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝規(guī)程計(jì),編寫工藝卡、工序卡和檢驗(yàn)卡等工藝文件。
(4)設(shè)計(jì)銑結(jié)合面的機(jī)床夾具并進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算。
(5)相關(guān)外文資料翻譯。
(6)撰寫說(shuō)明書。
3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
(1)做柴油機(jī)連桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。
(2)提交一套工序卡和工藝卡。
(3)提交連桿的零件圖。
(4)提交銑結(jié)合面的機(jī)床夾具的三維圖。
(5)提交銑結(jié)合面的機(jī)床夾具的裝配圖。
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù))
(1)理論研究法:從理論上去分析連桿的零件圖,確定要加工的表面,以及每一處的加工要求。
(2)比較分析法:在設(shè)計(jì)中安排不同的連桿加工的工藝路線,通過(guò)比較確定一條最佳路線。
(3)文獻(xiàn)研究:通過(guò)查閱文獻(xiàn)了解一些柴油機(jī)連桿的加工工藝方法,以及一些相關(guān)資料。
(4)定性、定量分析法:通過(guò)對(duì)加工路線的安排以及加工余量的分析,來(lái)計(jì)算尺寸鏈。
(5)查表修正法:通過(guò)查閱機(jī)械手冊(cè)等來(lái)確定設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)。主要的設(shè)計(jì)參數(shù):
(1)大小頭孔的中心距: 210±0.05mm。
(2)小孔面粗糙度 Ra1.6, 大孔面粗糙度 Ra1.6。
(3)小孔尺寸:Φ55mm,大孔尺寸:Φ74mm。
(4)連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度:0.02。
(5)兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度在 100mm 長(zhǎng)度公差為 0.03mm。
2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周:安排設(shè)計(jì)任務(wù),布置設(shè)計(jì)要求
第 2 周:分析設(shè)計(jì)題目,了解設(shè)計(jì)內(nèi)容,復(fù)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識(shí)
第 3 周:查找設(shè)計(jì)資料,查找設(shè)計(jì)文獻(xiàn)
第 4 周:撰寫開題報(bào)告,修改開題報(bào)告,開題答辯
第 5 周:安排連桿加工路線
第 6 周:計(jì)算工序尺寸,解算尺寸鏈
第 7 周:計(jì)算切削用量、選擇機(jī)床、刀具、量具等
第 8 周:制定工藝規(guī)程,填寫工藝文件:工藝卡、檢查卡
第 9 周:填寫工藝文件:工序卡
第 10 周:選擇某道工序,設(shè)計(jì)該序機(jī)床夾具
第 11 周:確定定位方案,計(jì)算定位誤差
第 12 周:設(shè)計(jì)夾具定位元件、對(duì)刀元件(裝置)和夾緊元件(裝置)
第 13 周:繪制夾具裝配圖、繪制夾具零件圖
第 14 周:撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書和外文翻譯
第 15 周:修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書
第 16 周:準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
連桿是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一,它在柴油機(jī)中,它工作的穩(wěn)定性、可靠性對(duì)柴油機(jī)的整機(jī) 質(zhì)量至關(guān)重要,質(zhì)量輕、精度高的連桿,有助于降低柴油機(jī)的能耗和噪聲。連桿主要受三種動(dòng)載荷,連桿受拉,連桿受壓,連桿受彎曲應(yīng)力。所以要保證連桿的精度,使其有足夠的剛度,經(jīng)過(guò)閱讀文獻(xiàn),連桿參數(shù)主要有如下幾個(gè):
(1) 連桿大、小頭孔中心距;
(2) 連桿大頭端中心面和小頭端中心面相對(duì)連桿桿身中心面的對(duì)稱度;
(3) 連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度;
(4) 連桿大、小頭孔平行度;
(5)連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
根據(jù)我國(guó)柴油機(jī)連桿加工的現(xiàn)狀,以及連桿結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)和精度要求,文獻(xiàn)中分析了如何對(duì)連桿加工基準(zhǔn)進(jìn)行合理選擇;如何確定夾緊力的方向 和著力點(diǎn);如何合理選擇連桿各部位加工方式及工藝流程;給出了各工序加工余量的 確定方法。從對(duì)柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工 藝過(guò)程、加工余量和工序尺寸的計(jì)算、柴油機(jī)連桿的鏜孔質(zhì)量和柴油機(jī)連桿脹斷工藝 等方面進(jìn)行了深入的分析和研究,為連桿的生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。其中為了提高連桿精度,對(duì)連桿的研究主要是在其材料和鍛造方式,改進(jìn)其定位方式,以及定位基準(zhǔn)的選擇上。
在連桿的加工過(guò)程中,為了減輕連桿的重量提高其精度,利用金屬混合粉末作為原材料,采用粉末鍛造工藝進(jìn)行制造成為今后的發(fā)展趨勢(shì)?!?】柴油機(jī)連桿利用金屬混合粉末作為原材料,采用粉末鍛造工藝進(jìn)行制造是今后的發(fā)展趨勢(shì);柴油機(jī)粉末鍛造連桿在設(shè)計(jì)、技術(shù)和工藝上都優(yōu)于鋼鍛和鑄造連桿,具有很大發(fā)展前途。
粉末鍛造是將傳統(tǒng)的粉末冶金和精密鍛造結(jié)合發(fā)展起來(lái)的一種少無(wú)切削的近凈成形的加工工藝。粉末鍛造技術(shù)以粉末為原料,采用粉末冶金方法獲得預(yù)型件。連桿粉末鍛造工藝流程短,生產(chǎn)工序少,與鋼鍛相比,疲勞周次能提高十倍,質(zhì)量輕 10% 以上。
為了保證連桿的精度,在加工過(guò)程中如何對(duì)連桿加工基準(zhǔn)進(jìn)行合理選擇、如何合理選擇連桿各部位加工方式及工藝流程、如何確定工序加工余量就顯得尤為重要。例如連桿小頭側(cè)面定位基準(zhǔn)加工的定位問(wèn)題和鉆孔的中心線與連桿小段外形對(duì)稱問(wèn)題。為了解決連桿小頭側(cè)面定位基準(zhǔn)加工的定位問(wèn)題,針對(duì)D114 柴油機(jī)連桿現(xiàn)有的問(wèn)
題提出了新的解決方法。[2]首先可以粗加工采用雙 V 塊定位,如圖 1、圖 2,再以小頭孔定位加工小頭側(cè)面兩定位基準(zhǔn),但是這種方式很難控制軸線位置。所以直接采用
小頭側(cè)面的工藝搭子作為定位基準(zhǔn)加工小頭孔,再以小頭孔定位加工小頭孔精基準(zhǔn)。其加工工藝流程是:先以連桿小頭外圓定位,擴(kuò),鏜小頭孔,再以加工過(guò)的小頭孔定位加工小頭側(cè)面兩定位基準(zhǔn)【4】。這樣能夠很好地解決了定位基準(zhǔn)問(wèn)題。
圖 1
圖 2
為了保證鉆孔的中心線與連桿小段外形對(duì)稱,可以采用三爪錐形壓塊是連桿小端自動(dòng)定心的方式定位,[3]如圖 2.2 所示。同時(shí)連桿大端兩側(cè)面外圓車削工序也存在同樣問(wèn)題,為保證加工后兩側(cè)面與大端孔中心線對(duì)稱,選擇大端孔作為定位基準(zhǔn),如圖
3 所示。
圖 3
為了滿足基準(zhǔn)重合原則,選擇以 a,b,c,d 作為定位精基準(zhǔn),如圖 4 所示,這樣既滿足了基準(zhǔn)重合原則和基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,又保證了對(duì)稱精度。
圖 4
在本次設(shè)計(jì)中主要完成:
(1)柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝規(guī)程設(shè)計(jì),
(2)編寫工藝卡、工序卡和檢驗(yàn)卡等工藝文件。
(3)某道工序的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)并進(jìn)行相應(yīng)的分析計(jì)算。
而在柴油機(jī)連桿的加工工藝過(guò)程中,為了提高連桿精度,重點(diǎn)就是要準(zhǔn)確的選擇定位基準(zhǔn)以及合理的安排工藝流程。結(jié)合文獻(xiàn)的解決方案在本設(shè)計(jì)中擬安排的工序:
(1)粗銑大小端平面,粗鏜大小孔。
(2)加工連桿體和連桿蓋的結(jié)合面、螺栓面、螺栓孔。
(3)精加工主要表面,精磨平面、半精鏜、精鏜大小頭孔等。
連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程大致為:粗銑兩端面——鉆大小頭孔——半精銑兩端面
——粗磨兩端面——粗鏜大小頭孔——半精鏜大小頭孔——粗銑結(jié)合面——鉆擴(kuò)鉸螺紋孔——精銑結(jié)合面——精鏜大小頭孔。
在選擇定位基準(zhǔn)時(shí),粗基準(zhǔn)的選擇: 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足以下要求:
(1) 連桿大、小頭孔圓柱面及兩端面與桿身縱向中心線對(duì)稱。
(2) 連桿大、小頭孔及兩端面應(yīng)有足夠而且均勻的加工余量。
(3)連桿大、小頭外形應(yīng)分別與兩孔中心線對(duì)稱。
在本設(shè)計(jì)中,擬選用連桿的一個(gè)指定的端面和小頭孔作為主要基面,并用大頭處一側(cè)的外表面作為另一基面。這是因?yàn)椋憾嗣娴拿娣e大,定位比較穩(wěn)定,用小頭孔定位可直接控制大頭孔、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái),減小了定位誤差。在確定好定位面等以后,擬進(jìn)行尺寸鏈的計(jì)算,確定出誤差,然后進(jìn)行廢品率等一系列計(jì)算。然后進(jìn)行檢驗(yàn),如對(duì)連桿體對(duì)大頭孔中心線的對(duì)稱度的檢驗(yàn), 可以應(yīng)用專用檢具進(jìn)行測(cè)量。最后進(jìn)行銑連桿結(jié)合面機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。由零件圖可知結(jié)合面要保證精度要求,位置要求,擬采用支撐板和銷定位來(lái)進(jìn)行夾具設(shè)計(jì),進(jìn)而完成本次設(shè)計(jì)。
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱)
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