〔大学论文〕柴油机连杆加工工艺及铣螺栓座面夹具设计（含word文档） .pdf

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1、1 前言2 2 绪论概述3 2.1 柴油机发展概况3 3 设计任务书7 3.1 柴油机参数说明7 3.2 柴油机曲柄连杆机构作用8 3.3 曲柄连杆机构的工作条件8 3.4 连杆的结构特点及技术要求8 3.4.1 连杆组的结构特点8 3.4.2 连杆的技术要求9 4 工艺路线的拟定11 4.1 年产量和批量的确定11 4.1.1 生产纲领11 4.1.2 生产类型11 4.1.3 平均流水节拍12 4.1.4 批量的确定及生产间隔期12 4.2 毛坯的选择13 4.3 定位基准的分析14 4.3.1 连杆加工工艺特点及分析14 4.3.2 连杆机械加工定位基准的选择15 2 4.4 工艺路线的

2、拟定16 4.4.1 工艺路线的分析16 4.5 工艺卡片的填写22 4.5.1 机床的选择23 4.5.2 刀具的选择23 4.5.3 夹具的选择23 4.5.4 刀具尺寸的确定24 4.5.5 毛坯余量及加工余量的确定24 4.5.6 切削用量的确定26 4.5.7 有效功率的计算27 4.5.8 零件加工时间的计算28 4.6 工艺设计的整体评估29 5夹具设计30 5.1 夹具的整体设计30 5.1.1 夹具设计分析30 5.1.2 定位、夹紧方案的确定31 5.1.3 夹紧力的计算32 5.2 夹具的装配33 5.2.1 局部装配33 5.2.2 整体装配33 3 5.3 夹具的经济

3、性分析33 6零件的检验34 7连杆的机械加工工艺的发展展望34 参考文献35 致谢36 附 录37 1 前言 跨入二十一世纪，加入世界贸易组织，当前的中国作为一个社会持 续进步， 经济稳步增长的楷模， 随时迎接着世人或挑剔， 或羡慕的眼光。 我们和祖国一起站在新世纪的起点，面对着迎面而来的机遇和挑战， 除 了要不断丰富自己的知识和才干，更要看清当前世界发展的形势。国家 经济政治要强大，必须有强有力的重工业作为支撑。于是，振兴东北老 工业基地便成了一个摆在我们眼前的鲜明目标。 为响应这一要求，无数工人、技术人员正在辛勤的抛洒着汗水， 释 放着自己的智慧，贡献着自己的力量。我作为一名吉林农业大学

4、即将毕 业的本科生，当然也希望能尽微薄之力。鉴于此，在调研一汽大柴二金 工车间柴油机连杆机械加工工艺基础上， 对柴油机连杆的机械加工工艺 进行一些分析与研究。 我只是一个普通的学生，还没有任何实际经验，要说马上就能够运 用自己的专业知识做什么高深的研究设计是不可能的， 但是我想这次毕 4 业设计的目的重点不是看我这次设计的高瞻远瞩性， 因为毕竟自己经验 以及知识非常有限，做出来的结果不可能尽善尽美；重点是要我们学会 利用校内的大量资源和所能接触到的书籍、媒体，更系统地掌握学习和 研究问题的方法， 利用毕业设计的机会锻炼自己分析问题与解决问题的 能力，了解工作的大致程序，也能初步积累工程技术人员

5、需要必备的经 验，以便为日后离开校园的学习和工作打好坚实的基础。而以我们现在 的程度需要付出更多的努力才能真正成为一名机械领域的有用之才。 这次设计历时三个月，主要完成的任务有：在已有的知识基础上， 制定出合理的柴油机连杆加工工艺；选择其中一道工序铣螺栓座 面，进行夹具设计；进行说明书的编写工作。在工序编排的过程中， 充 分考虑多方面影响因素、结合中国机械行业现行的技术及装备条件； 在 夹具设计过程中使用了当前普遍使用的 AutoCAD。 中国现在处于飞速发展和向世界市场全面进军的阶段， 需要国人都 能以饱满的热情投入到自己的岗位中去。二十一世纪这个知识时代， 各 个国家的竞争异常激烈，归根结

6、蒂是经济上的竞争。一个国家只要综合 国力强大，则其他事业也随之繁荣，因为政治是为经济服务，只要经济 真正繁荣，那么国家也就能真正找到适合我国国情的政治方略。而通过 历史可以清晰看到，每当一个朝代经济突飞猛进的时候，那么这时也是 文化走向繁荣的转唳点。总之，衷心希望中国的机械行业能蒸蒸日上， 引领世界的机械事业共同前进。 5 2 绪论概述 2.1 柴油机发展概况 从 18 世纪末 19 世纪初的工业革命的一团蒸汽发展为至今的柴油 机，可谓历程坎坷，浸有数代科学家及工程师的心血，而至今仍在发展 中。 工业革命是以蒸汽机的发明为标志的， 因为它是人类工业发展的一 个里程碑，实现了动力来源的质的飞跃。

7、蒸汽机时代，设置锅炉，将燃 料置于其内燃烧以产生蒸汽，再将蒸汽导入蒸汽机中作机械功。这种设 计，因为有锅炉的存在，所以整个装置体积庞大，燃料效率低。人们就 试想将燃料直接加入发动机内部而进行热功转换这就产生了内燃 机。 内燃机，是在机器内部进行燃烧的发动机，相对于外部燃烧的蒸汽 机来说，而称为内燃机。1878 年，鄂图（Otto） 1继承前人成果， 成功研制了以煤气为燃料、 电火花点燃的四冲程内燃机成为发动机 发展历程的里程碑。不久，有人提出利用气缸内压缩空气的高温度， 去 点燃喷射而入的燃料压燃式内燃机。 柴油机的发明者是德国工程师鲁道夫迪塞尔2 ，他于 1897 年左 右首先制成了柴油机，

8、即向气缸内充入空气，并将其压缩到温度高于燃 6 料的自燃点，随后将燃料喷入汽缸内自燃并推动活塞做功。目前，柴油 机的发展日趋完善，由于它的热效率高、适应性好、功率范围广，已广 泛用于工业、农业、交通运输及国防各个领域，现代工程机械也多以柴 油机为动力源。因此，柴油机工业的发展，对国民经济和国防建设都具 有十分重要的意义。 1926 年，瑞士的阿尔弗雷德约贝西设计了利用废气能量来压缩 进气的废气涡轮增压器， 并用于柴油机。 增压柴油机的功率大幅度增加， 其经济性也大大提高。目前，增压已成为柴油机的重要发展趋势。 20 世纪 70 年代初，由于石油危机导致原油价格成倍增长，引起对 发动机燃油经济性

9、的重视。 为了减少内燃机对日益短缺的石油基燃料的 依赖，各国正在加紧进行内燃机代用燃料的研究工作，以逐步减少汽油 和柴油的用量。 目前，柴油机正朝着提高单机功率，降低油耗、污染和噪声以及提 高工作可靠性和延长使用寿命的方向不断发展。 本次课题研究的 CA4-98 柴油机属于载重汽车用柴油机的一种， 这类 柴油机的设计方面，下列趋向值得注意。 1采用 V 型结构由于在中汽车吨位的日益增大和车速的普遍提 高，载重汽车用柴油机的功率也不断增加，从而发动机缸数就增多。 一 般六缸以下的发动机均为直列式，也是这类柴油机的主要形式。由于 V 型结构综合了尺寸小和平衡好的优点，六缸以上的柴油机多采用 V 型

10、。 7 2提高转速 3采用废气涡轮低增压多数汽车用柴油机采用低增压，发动机不 需要在结构上做大的改变，就可以得到增压和非增压两种机型，使用相 同的曲轴传动系统，而不致影响非增压机型的摩擦损失和燃油消耗率， 因此，采用低增压是简化柴油机系列的一个良好途径。 4 废气净化和降低噪声柴油机排气中的有害成分有氮氧化物NOx、 未燃碳氢化合物 HC、一氧化碳 CO、二氧化硫 SO2 和碳烟等。由于降低 NOx 比降低其他有害气体更为昆南，因此，当前废气净化的主攻方向是 降低 NOx。目前，降低 NOx 的方法有推迟喷油定时、改变燃烧方式、采 用废气再循环法、改变进气条件、使用还原催化剂等。随着柴油机转速

11、 的提高和升功率的增大，噪声也相应加大了。发动机的总的噪声辐射与 发动机零部件的噪声传送性能及发动机外表面的设计有关。因此，噪声 的辐射可以通过发动机零部件的设计而得到改善。 四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理四冲程柴油机工作原理 柴油机参数选择柴油机参数选择柴油机参数选择柴油机参数选择 喷油压力：1015MPa 压缩比：16-22 压缩终了空气压力：3.54.5MPa发火后 6-9MPa 温度：750-1000K发火后：2000-2500K 8 工作原理工作原理工作原理工作原理 柴油机是一种压燃式的内燃机，柴油燃料在气缸中燃烧，从而产生 高温高压的气体，推动活塞运动

12、，通过曲柄连杆机构由曲轴对外做功， 从而完成燃料的化学能转化为热能、热能再转化为机械能的能量转换。 汽缸 活塞 活塞销 连杆 大头盖 曲轴 图 1气缸及其附件简图 9 Figure1 Cylinder and accessories 柴油机的燃油要经过与空气混合燃烧才能转变为热能。 要使燃油燃 烧，有空气仅仅是燃烧的条件之一，还必须使混合气具有一定的温度。 发动机的活塞在缸内向下运动，将空气吸进气缸内，此时空气的温度很 低。活塞向上运动时，将空气迅速压缩，空气的温度和压力都上升， 并 达到足够使柴油燃烧的温度。此时再将燃油以雾化状态喷入，燃油立即 在高温高压的空气中燃烧。 燃油燃烧后放出大量的

13、热能， 使燃气的压力、 温度急剧增高，在气缸中膨胀，通过活塞推动曲柄连杆机构对外做功。 膨胀终了即活塞做功行程终了，活塞将作过功的废气排出。所有工作循 环结束，发动机做好准备，以便新鲜空气再次进入。 综上所述， 柴油机每作一次功， 都必须经过进气、 压缩、 膨胀作功、 排气等四个过程，这四个过程称为一个工作循环。循环不断进行，柴油 机即能连续的工作。 在结构上，柴油机工作循环中的进气、压缩、膨胀作功和排气等过 程都是通过活塞、连杆、曲柄、配气系统和燃油供给系统等部件相互配 合来实现的。 四冲程柴油机工作循环四冲程柴油机工作循环四冲程柴油机工作循环四冲程柴油机工作循环 四行程汽油机的每个工作循环

14、均经过如下四个行程，如图 2 所示 10 1进气行程 这一行程的任务是使气缸充满新鲜空气，行程开始时，活塞由上止 点往下移动，进气门 1 打开，排气门 2 关闭。由于活塞下行，气缸容积 增大，气缸压力降到大气压力以下，依靠气缸内外的压差作用，新鲜空 气不断地进入气缸。在进气过程的大部分时间里，气缸的压力低于大气 压力，其值约为 80-95kPa（0.8-0.95kgf/cm2） 。由于进气系统的阻力， 图 2四冲程柴油机工作原理 Figure2 The four-stroke engine principle 11 故进气终了时气缸压力略低于大气压，约为 78-88kPa；新鲜空气在进 气过程

15、中受气缸壁和活塞顶等高温件的加热， 并与上一循环高温残余废 气混合，所以进气终了时气缸内的气体温度约为 320-340K。 2压缩行程 这一行程的任务是将进气行程吸入气缸中的新鲜空气进行压缩以 使之达到足够的温度和压力，为柴油的燃烧创造条件。当活塞从下止点 运动到 b 时，进气门 1 关闭，空气开始被压缩。随着活塞上行，气缸容 积不断减小，空气的压力和温度不断升高，压缩终了时，缸内气体压力 达到 2940-4900kPa；温度达到 770-970K。 3工作行程 当活塞到达上止点稍前，即压缩过程后期，柴油经喷油器 3 以雾状 喷入气缸，并与气缸中高温高压的空气混合形成可燃混合气，由于此时 空气

16、温度超过了柴油的着火点， 所以柴油在喷入的同时就自行着火迅速 燃烧。此时进、排气门是关闭的，气缸内的压力和温度由于燃烧而急剧 上升，最高压力达到 5880-8820kPa；最高温度达到 1770-2770K。在上 止点后某一时刻（点 d） ，燃烧基本结束。高温高压气体膨胀，将活塞 推向下止点，并通过连杆使曲轴旋转对外做功，从而实现了热能向机械 能的转换。 随着活塞下行， 气缸内容积不断增大， 气体的温度不断降低， 到 e 点，膨胀做功能结束，作功终了时，压力降为 290-390kPa，温度 降为 1070-1170K。 12 4排气行程 这一行程的任务是将作过功的废气排出气缸外。 因为残留在气

17、缸内 的废气是影响下一个工作循环充气质量的一个重要因素， 所以废气排的 越干净越好。当活塞越过下止点开始上行时，气缸压力已降低，可以减 少活塞上行时的背压，活塞由下止点向上运动，气缸内的废气在活塞的 作用下排出气缸。排气终了时缸内废气压力仍高于大气压力，约为 103-123kPa，温度约为 570-970K。 综上所述，四冲程柴油机有如下特点： 1） 一个工作循环是在曲轴回转两转内完成。 2） 在曲轴回转两转过程中进气门、排气门和喷油器均只启闭一次。 3） 每个循环中之有工作行程对外做功，其余三个行程都是为工作行 程做准备，都需要外界供给能量。 3 设计任务书 3.1 柴油机参数说明 表 1

18、CA4-98 柴油机参数 Table1 CA4-98Diesel engine parameters 柴油机型号CA4-98 13 汽缸数4 缸径98 毫米 行程120 毫米 总排量3.75 升 12 小时功率44 马力 12 小时功率转速1500 转/分 活塞平均速度6 米/秒 最大扭矩23.72 千克米 最大扭矩转速1200 转/分 12 小时功率时的平均有效压 力 7 千克/平方厘米 12 小时功率时的燃油消耗率185 克/马力小时 压缩比16:1 喷油顺序1-3-4-2 重量360 千克 3.2 柴油机曲柄连杆机构作用 曲柄连杆机构是将往复活塞是内燃机燃料的化学能通过燃烧放出 热能，在

19、转换为机械能的主要结构，它由活塞组、连杆组和飞轮组三个 部分组成。其主要任务是通过这套机构把活塞的往复直线运动，经连杆 14 的摆动变为曲轴的旋转运动，从而把热能转换为机械能并对外作功； 同 时，通过燃油燃烧时加在活塞顶上的燃气力，经连杆传给曲轴使曲轴获 得转矩，对外输出功率。 3.3 曲柄连杆机构的工作条件 内燃机是一种热力机械，在热功转换的过程中，曲柄连杆机构要受 到很高的机械负荷和热负荷。 机械负荷主要是指作用在机构上的燃气力， 以及由机构做往复运动 和旋转运动所产生的惯性力， 此外还有装配时拧紧螺栓等引起的装配力 和相对运动零件间摩擦力。 现代发动机的最高燃烧压力对自然吸气的为 5-9

20、MPa，而增压发动机可高达 12-18MPa。工程机械发动机转速一般是 2000r/min 左右，小型发动机转速则为 4000-6000r/min，其惯性力的大 小以几乎与燃气力不相上下。这些力直接作用于活塞、活塞档、连杆、 曲轴和轴承上。 热负荷有两个含意， 一是曲柄连杆机构中与高温燃气直接接触的那 些零件，如活塞顶部、第一道活塞环等，由于零件温度很高，造成材料 强度、硬度下降，烧损，间隙破坏以及在高温下润滑油变质引起的零件 磨损、胶结、密封破坏等；二是由于受热零件（如活塞）形状复杂和冷 却状况的差异而造成温差所引起的热应力，使零件破坏（如活塞热烈 等） 。 15 3.4 连杆的结构特点及技

21、术要求 3.4.1 连杆组的结构特点 发动机连杆组通常由连杆体、连杆大头盖、 连 杆螺栓（及螺母） 、连杆大头轴瓦等零件组成。如 图 3 所示 连杆组在工作中要把活塞的往复运动变为曲 轴的旋转运动，并作用在活塞组上的力传给曲轴， 所以它要承受气体压力、活塞组往复运动惯性力、 连杆组自身摆动产生的惯性力，连干大头旋转运动产生惯性力，以及连 杆螺栓拧紧连杆大头盖时的预紧力等。所以，连杆组是整个发动机中受 力状况最为复杂的一个组件。此外，连杆小头衬套与活塞销，连杆轴瓦 与曲柄销所构成的两对轴承摩擦副，也是在极为严酷的条件下工作的。 由于连杆组受力情况复杂，所以要求它们具有 足够的强度和刚度，否则将会

22、造成严重的后果。 3.4.2 连杆的技术要求 技术要求如下： 1、 为使连杆大小头运动副之间配合良好， 大头孔尺寸公差取为IT5， 表面粗糙度 Ra 不大于 0.4m；小头孔尺寸取为 IT6，表面粗糙度 Ra 不 图 3连杆示意图 Figure3 Connecting 16 大于 1.6m。同时对他们的圆柱度亦相应地规定了严格地要求。 2、大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，进而影响发动机的效 率，因此两孔中心尺寸公差等级应不低于 IT8。大小头孔中心线在两个 相垂直的方向上的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，致缸壁磨损不 均，缩短发动机的使用寿命，同时也使曲轴的连杆轴颈磨损加剧。一般 规定两孔

23、轴线在连杆轴线平面内的平行度公差不低于 7 级， 在垂直于该 平面内的平行度公差不低于 8 级。 3、连杆大小头两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将加剧 连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面的磨损，甚至引起烧伤，一般规 定其垂直度公差等级不低于 9 级。 4、两螺栓孔轴线对大头接合面的垂直度为 0.02/100mm，否则会使 连杆螺栓受力情况恶化，以致体盖结合不好，轴瓦与曲轴轴颈产生不均 匀磨损。 5、为保证发动机运转平稳，对连杆小头质量和大头质量差别分别 给予较严格规定：允差1.53g。 具体如图所示： 17 图 4连杆毛坯图-1 Figure4 Blank. Connecting-1 图

24、 5连杆毛坯图-2 Figure5 Blank. Connecting-2 18 图 6局部放大图 Figure6 Partial enlargement 4 工艺路线的拟定 4.1 年产量和批量的确定 4.1.1 生产纲领 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。 零 件的生产纲领需要从产品（成品即柴油机）的生产纲领出发。这里柴油 机的年生产量是 5 万台，由于柴油机为六缸，故连杆年生产量应为 5 19 420 万件。 计 算 年 生 产 纲 领 需 用 下 式 ： N 0 N n (1+ ) (1+ ) (公式 1) 这里：N0 零件生产纲领 N 产品年生产纲领（5 万件）

25、 n 每一产品中连杆数（4） 连杆备品率 （2） 连杆平均废品率 （2） 所以 N0541.021.0220.8 万件/年 月生产量年生产量12 月20.8 万12 月1.73 万件/月 日生产量（两班制）月生产量25.5 天680 件/天 4.1.2 生产类型 机械加工车间的生产性质和类型取决于既定的产品类型及其年产 量。根据车间所生产零件的重量，机械加工车间分为轻型、中型、重型 和特重型四种。按产量，机械加工车间可分为单件生产、小批生产、 和 大批大量生产四种性质。 20 表 2 轻型（100Kg 以下）零件的生产性质 Table2 100Kg of light (under) produ

26、ce properties 生 产 类 型 单间生产 小批生产 中批生产 大批生产 大量生产 年产量100 以下 100500 500 5000 5000 5 万 5 万以上 故 4-98 型连杆的生产类别为大批生产。 4.1.3 平均流水节拍 根据我国情况，机械加工车间和装配车间的工作制度按两班制来计 算。全年工作日数，按 306 天计算（即全年日历天数扣除星期天和例假 日数） 。工人年时基数，即工人全年实际工作时数，要从 306 天全部工 时中扣除一定的缺勤时间。通常，工作工作时间损失率约以 8计算。 下表（2.2）为设备、工作位置和工人的年时基数。 表 3连杆机械加工年时基数 Table

27、3 In mechanical processing base of connecting rod 内容工作班全年工 第一、 二班全年时年时基 21 次作日工作时数 h 间损失数h 工人（女 工占 25 以下） 23068，882250 机器设备23068，884600 工作位置23068，86732 += 4321 (min) )( )1 (60)( 件零件年产量 流水线实际平均基数h (公式 2) 其中：损失系数 1工作时间内设备修理方面损失 2工人缺勤和自然需要方面损失 3清理设备时损失 4工人休息方面损失 4-98 型连杆的平均流水节拍min1 . 1 100008 .20 %)151

28、 (604500 = = 4.1.4 批量的确定及生产间隔期 在一个零件的总加工时间，及最长工序时间确定的情况下，批量和 生产间隔期越长，生产率高，但是资金周转慢，批量越大，生产间隔期 22 短，资金周转快，但是生产率低，所以要同时兼顾两者。 每天有效工作时间 最长工序时间）（批量一个零件总的加工时间 生产周期 +1 (公 式 3) 批量的确定，除了考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库面积 的限制，考虑毛坯贮存期。最小批量大于半个班，选批量为 3000 件。 已知一个零件总的加工时间为 17 分（各道工序定额时间之和） ，最长工 序时间为钻小头孔工序。所以， 天 分班小时 生产周期406 .

29、 4 %)151 (6028 099 . 1 ) 13000(17 = + = 4.2 毛坯的选择 由于连杆在工作承受多向交变载荷作用， 要求具有很高的强度和刚 度，因此连杆材料一般都用高强度碳钢或合金钢（如 35，45，40Cr 等）并经调质处理以改善切削性能，提高抗冲击能力。考虑到本柴油机 连杆为重要调质件，故选用 40Cr。 表 4 Table 4 23 选用 40Cr 的主要原因是， 40Cr 的强度比同样含碳量的缸高 20 30，同时具有良好的塑性和韧性。连杆的硬度要求为 HB223280， 在同一副连杆上的硬度差应不大于 40 个单位。金属宏观组织方面，其 纤维方向应沿着连杆中心线

30、并与连杆外形相符， 并且没有漩涡状和中断 现象。不允许有疏松、气泡、分层、裂纹及夹灰。连杆的显微组织应有 均匀的索氏体细晶粒结构，铁素体只允许呈细小夹杂状存在。连杆的不 加工表面应光洁，不允许有飞刺、裂纹、结疤、分层及氧化皮等，经过 修正的痕迹则应具有圆滑的过渡。连杆不允许用焊补的方法来修正缺 陷。 大批大量生产钢制连杆时多采用模锻法制造毛坯。 连杆毛坯形式有 两种： 一种是体盖分开锻造， 另一种是体盖锻成一体。 整体锻造的毛坯， 需在以后的机械加工中将其切开。为保证切开后粗镗孔余量均匀，最好 抗拉强度b (MPa) 冲击韧性 a k(MPa) 屈服强度 s(J/cm2) 40C r 8001

31、00060 24 将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所 需锻造设备动力大，金属纤维被切断等问题。但由于该方式具有原材料 损耗少、锻造工时少、模具少、管理方式等优点，故得以广泛应用。 本 工艺亦采用该方式锻造毛坯。 连杆锻件必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等全面检 查，方能进入机械加工生产线。 4.3 定位基准的分析 4.3.1 连杆加工工艺特点及分析 连杆作为柴油机重要组件之一， 在与曲轴配合的同时带动活塞在气 缸内往复运动从而实现燃油的压燃。其形状复杂，不宜定位和夹紧； 刚 度差， 易变形； 另外它也是发动机精密部件之一， 尺寸精度、 形状精度、 位置精度

32、及表面粗糙度要求都很高，加工精度不易保证。因此在工艺过 程中必须注意以下几个问题： 1尽量减少毛坯的加工余量，从而降低切削力对工件的变形影响。 2与缸体、曲轴等零件相比，连杆每车件数要多好几倍，故生产 节拍短，需采用许多高生产率设备来满足要求。 3连杆本身刚性较差，在外力作用下易变形，从而影响加工精度。 故必须正确确定夹紧力大小、方向及着力点。夹紧力应尽量作用在 连杆大小头孔端面上并垂直于端面。尽量避免直接作用于杆身上，如需 25 将夹紧力作用于杆身时，应使夹紧力作用于刚性好的那个方向上，即连 杆水平方向上，并采用双向浮动夹紧。 4毛坯虽经调质处理，仍会存在残余内应力。对于整体模锻件而 言，毛

33、坯在加工中尚须将体盖切开，体盖装配成连杆总成后还要继续加 工，由于内应力重新分布而产生的变形不可忽视。为消除或减小内应力 变形对连杆加工的影响，重要表面应进行多次加工，在粗、精加工之间 穿插一些其他工序，使内应力有充足时间进行重新分布，促使变形及早 发生，以便及早修正，保证最终达到连杆的各项技术要求。 5由于连杆主要表面的尺寸精度、形状精度及表面粗糙度要求都 很高，因此就需要采用许多高精度机床及工装来为其服务。 6探伤和去毛刺技术须妥善解决。探伤应贯穿与整个加工过程始 末，去毛刺是为了便于装配和维持必要的配合精度。 4.3.2 连杆机械加工定位基准的选择 由以上分析可知连杆的形状复杂、刚度较差

34、，因此加工过程中刀具 和工件的相对运动关系及位置关系十分重要， 因此对于加工过程中工件 的定位基准的选择就决定着工件最后的加工效果。 连杆的加工面主要有 大小头及其两端面；杆体与大头盖结合面；螺栓定位孔等。分析如下： 1 基准选择原则 1） 粗基准选用原则 26 A 保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度； B 合理分配加工余量； C 便于装夹； D 粗基准一般不得重复使用。 2） 精基准选用原则 A 基准重合原则尽可能使设计基准和原始基准重合； B 统一基准原则尽可能选择同一精基准加工工件尽可能多的 表面； C 互为基准原则两个位置精度要求较高的表面互为基准； D 自为基准原则对加

35、工余量小而均匀的表面以加工面自身为 基准。 2. 具体分析 1） 粗基准的选择 在柴油机连杆的机械加工中， 选择连杆毛坯锻件的分型面为粗基准 对首道工序连杆两端面进行粗加工时，所以选取毛坯分型面为粗基准， 是为了保证两端面的平行度， 同时也满足粗基准合理分配加工余量的选 用原则。 2） 精基准的选择 由于连杆两端面的加工是第一道工序， 两端面加工完毕即确定了连 杆后序机械加工的一个精基准。 而连杆的第二个端面是以第一个端面为 27 基准进行定位加工的， 这样， 两个端面的平行精度就能得到良好的保证， 而连杆上的大部分加工表面都与连杆端面有相对的形状、位置精度要 求。因此，选择连杆的端面为统一基

36、准时的一个精基准。 加工好小头孔和连杆定位面以后，分别与连杆的端面、小头孔、 定 位面为第一、第二、第三基准为以后的工序定位，成为连杆机械加工的 统一基准，对各工序进行定位。 4.4 工艺路线的拟定 4.4.1 工艺路线的分析 1）机加工工序的安排原则 1先基准后其它 2先粗后精 3先面后孔 4先主后次 2）拟定的最终工艺路线（方案一） 零锻造 一毛坯检查 二热处理 28 三抛丸 四磁力探伤 五粗铣两端面 六钻镗小头孔 七小头孔倒角 八粗磨两端面 九退磁 十硬度检测 十一车定位 十二一次粗镗大头孔上半圆 十三一次粗镗大头孔下半圆 十四二次粗镗大头孔上半圆 十五二次粗镗大头孔下半圆 十六去镗半圆

37、飞刺 十七铣小端油孔面 十八粗铣盖螺栓面 十九体盖打字 二十精铣盖螺栓面 二十一体盖铣开 二十二磨分开面 29 二十三铣体盖螺栓座面 二十四钻体盖螺栓孔、定位孔 二十五镗铰体盖定位孔 二十六精镗体盖定位孔 二十七螺栓孔倒角 二十八一次清洗 二十九体盖组立 三十精磨两端面 三十一半精镗大头孔 三十二大头孔两端倒角 三十三半精镗大小头孔 三十四精镗大小头孔 三十五小头孔衬套压入 三十六钻油孔、倒角 三十七铣小头斜面 三十八衬套孔倒角 三十九去飞刺 四十珩磨大头孔 四十一镗衬套孔 四十二二次清洗 30 四十三综合检测 四十四重量分组/打字 四十五体盖卸开 四十六铣体盖止推槽 四十七去毛刺 四十八最终

38、清洗 四十九终检 3） 拟定的最终工艺路线（方案二） 零锻造 一毛坯检查 二热处理 三抛丸 四磁力探伤 五粗铣两端面 六粗磨两端面 七钻镗小头孔 八小头孔倒角 九退磁 十硬度检测 31 十一车定位 十二一次粗镗大头孔上半圆 十三一次粗镗大头孔下半圆 十四二次粗镗大头孔上半圆 十五二次粗镗大头孔下半圆 十六去镗半圆飞刺 十七铣小端油孔面 十八粗铣盖螺栓面 十九体盖打字 二十精铣盖螺栓面 二十一体盖铣开 二十二磨分开面 二十三铣体螺栓座面 二十四钻体盖螺栓孔、定位孔 二十五扩铰体盖定位孔 二十六镗铰体盖定位孔 二十七精镗体盖定位孔 二十八螺栓孔倒角 二十九一次清洗 三十体盖组立 32 三十一精磨两

39、端面 三十二半精镗大头孔 三十三大头孔两端倒角 三十四半精镗大小头孔 三十五精镗大小头孔 三十六小头孔衬套压入 三十七钻油孔、倒角 三十八铣小头斜面 三十九衬套孔倒角 四十去飞刺 四十一珩磨大头孔 四十二镗衬套孔 四十三二次清洗 四十四综合检测 四十五重量分组/打字 四十六体盖卸开 四十七铣体盖止推槽 四十八去毛刺 四十九最终清洗 五十终检 33 4） 方案比较（方案二） 下面列举方案二与方案一的不同之处，并分析最终选取一的原因： 六 粗磨两端面 分析：本工序是将方案一中第八工序提到前面。优点是：缩短了生产节 拍，加工工序集中。缺点是：忽略了实效处理，又可能导致加工表面失 去原有精度。另外，采

40、用先磨端面后钻小头孔的顺序，会使后续的钻小 头孔一序产生的毛刺残留在已加工的端面表面， 从而导致了后面以系列 定位的偏差。影响整个连杆的加工精度。而把磨两端面一序放到钻镗小 头孔工序后面，则可避免上述问题的产生，使往后的加工工序得到精确 的定位。 由比较来看，选择了方案一的安排。 二十三 铣体螺栓座面 分析：本工序与方案一的区别是取消了对盖螺栓座面的再次精铣。优点 是： 简化了加工步骤； 缺点是： 连杆体盖分开后分开面又经过磨削作用， 无法保证盖螺栓座面与分开面的精度要求。 二十五 扩铰体盖定位孔 分析：优点：工序集中。缺点：钻、扩、铰孔虽然是孔加工的顺序方法， 但扩、铰孔的步骤均无法纠正钻孔

41、留下的尺寸形状误差。惟有镗孔可以 纠正误差，保证尺寸形状精度要求。使下一序精镗定位孔的加工余量均 34 匀。 综上所述，最后确定方案一为最终方案。 从上面可以看出，以先基准后其他的工序安排原则，首先加工出连 杆的第一基准连杆端面；然后加工第二基准连杆小头孔；再次 是连杆加工的第三基准连杆定位面。 而当这些重要的定位面加工完 毕后，连杆的后序加工便以它们作为统一基准，对连杆进行定位。 连杆的最终工序安排中先将连杆的端面加工完毕， 然后按照连杆加 工面的重要程度对连杆的各孔进行加工。纵观连杆加工工艺安排，符合 了机械加工工序安排的原则。 5）热处理工序及表面处理工序的安排 为了改善工件材料切削性能

42、，安排热处理工序。 1. 锻造加工后，安排调质处理，作用是使工件具有良好的综合机械性 能。 2. 粗加工前安排抛丸处理，目的是使金属内部的空气和孔隙变小，增 加刚度和强度。 3. 在镗孔粗加工工序后，以及加工终了后，要安排去处表面飞刺，以 保证工件的后续加工精度和总体质量。 6）其它工序的安排 35 1为了保证零件制造质量，防止产生废品，需要在以下场合安排检验： A加工前安排毛坯检验 B端面粗加工完毕后，安排硬度检测 C最终工序铣止推槽前，安排综合检测 D连杆全部加工完毕后，安排最终检测 2为防止毛坯件有缺陷造成产品报废，工件加工前需进行毛坯检查和 磁力探伤。 3使用磁力吸盘进行定位后，安排退

43、磁 4在体盖重新组合加工和最终检测前应安排清洗。 7）典型工序加工方法说明 1铣削 A. 连杆两端面的铣削 连杆两端面作为连杆后续加工中的基准面，要首先进行加工。然后 以其为基准加工其他重要表面。 在大量生产中，连杆两端面的加工一般是在圆台铣床上进行。采用 端面铣刀，实现横向进给。切削力很大，所以对机床系统的刚度要求很 高。连杆的刚度不高，所以为了减少金属内应力和切削力造成的扭转变 形和弯曲变形，在选择基准面时应当以锻造中心线为基准。以后的精加 工应该遵从互为基准的原则进行。如下图所示。 36 图 7连杆端面加工简图 Figure7 Connecting rod surface process

44、ing B. 连杆体盖螺栓座面的铣削 连杆的加工过程分成了前后三个阶段。分别是毛坯的整体加工、 体 盖切开后的分体加工和体盖重新组立后的整体加工。 由于连杆螺栓孔相对两端面，大小头孔中心线都有位置精度要求， 而连杆螺栓是否能正直的把紧又与螺栓座面的精度息息相关。 加工时，连杆盖螺栓座面与体螺栓座面是分别加工的。其中连杆盖 螺栓座面加工了三次，体螺栓座面只加工一次。由于连杆体盖进行分开 时，需要连杆盖螺栓座面作为定位基准，所以，在此之前，连杆盖螺栓 座面就需经过粗、精两次铣削加工。 37 连杆盖螺栓座面的加工一般在万能升降台铣床上进行。使用 Ym052 可转位两面刃铣刀进行铣削加工。当连杆体盖分

45、开后，由于分开面分开 时的加工误差和接下来对其进行的磨削加工造成的误差。 所以在加工连 杆体螺栓座面时，其配对连杆盖螺栓座面也应该一起加工。 C.连杆体盖的铣削分开 连杆的铣削分开是在卧式切断专用机床上， 使用锯片铣刀进行加工 的。加工时分别以连杆端面作为第一基准，小头孔作为第二基准，定位 面作为第三基准。 2磨削 在连杆的加工过程中，需要磨削的表面并不多，但精度要求都比较 高。首先是连杆两端面粗加工后需要对其进行磨削。其主要目的是提高 连杆两端面表面粗糙度，以便以后工序的精确定位。由于连杆两端面的 粗加工进给量很大，加工后表面粗糙度极低，而连杆两端面又是后续加 工时的重要精基准之一，所以为了

46、保证后续加工的精确定位，需要对连 杆两端面进行磨削加工。表面粗糙度达到 Ra3.2。 其次是在连杆体盖分开后，要对铣开的体盖分开面进行磨削加工。 连杆在分体加工连杆体盖定位孔、螺栓孔时，体盖的分开面便成了定位 夹紧时的重要基准平面，因此，要求其有比较好的表面精度。加工后表 38 面粗糙度达到 Ra1.6。 在连杆体盖中心组立加工时， 需要再一次对连杆的两端面进行磨削 加工。一方面是由于第一次的磨削加工只要求表面粗糙度达到 Ra3.2， 距离零件实际要求的粗糙度还有一段差距，需要进一步精加工；另一方 面，由于连杆经历了体盖分开的分体加工过程，虽然体盖仍然是严格的 按照成组加工的方法进行加工，但难

47、免在加工和组立时产生偏差，使精 度走失。所以，体改组立以后要立即对连杆的两端面进行磨削加工， 加 工后要求表面粗糙度达到 Ra0.8。 最后一个重要的磨削表面是大头孔的珩磨。 由于连杆大头孔是与柴 油机曲轴相配合的孔，是整个连杆上最重要的加工表面，精度要求非常 高。加工次数也最多。所以，在最后要对其进行自定位珩磨以提高精度 和光洁度。 3连杆上孔的加工 作为柴油机动力部分的主要零件，连杆上需要加工的孔并不算多， 只由连杆的大、小头孔以及定位孔、螺栓孔，但其加工程序和加工工艺 却并不简单。连杆大小头孔的加工主要是通过镗孔实现，但由于连杆小 头孔毛坯件很多时候为锻造盲孔，所以在镗孔之前，一般安排一

48、道钻通 小头孔的工序加以辅助加工。 大头孔前后共经历 5 次不同程度的镗孔加 工。小头孔经过 4 次镗孔加工。连杆定位孔、螺栓孔的加工相对简单， 39 但其中定位孔也是经过多次钻、镗孔加工才最终达到精度要求。 4.5 工艺卡片的填写 在拟定工艺路线时，必须同时确定各工序所采用的机床，刀具， 辅 助设备及工艺装备，切削用量的选择和生产节拍的符合设计。机床和工 装的选择应尽量做到合理，经济，使之与被加工零件的生产类型，加工 精度和零件的形状尺寸相适应。 4.5.1 机床的选择 1机床的加工规格范围应与零件的外部形状，尺寸相适应。 2机床的精度应与工序要求的加工精度相适应 3机床的生产率应与被加工零

49、件的生产类型相适应。大批量生产尽量 选用生产率高的专用机床，组合机床或自动机床。 4机床的选择应与现有条件相适应。做到尽量发挥现有设备的作用， 并尽量做到设备负荷平衡。 连杆的尺寸虽然不大，但结构比较复杂，又是发动机动力机构的重 要组件，加工精度较高，因此在加工中部分设备使用数控机床。连杆属 于批量生产，流水作业 ，但自动化程度不高，所以，一部分工序也采 用了通用机床和专用机床。 40 4.5.2 刀具的选择 刀具的选择也包括刀具的类型，构造和材料的选择，主要应根据加 工方法、工序应达到的加工精度、粗糙度、工件的材料形状、生产率和 经济性等因素加以考虑，原则上尽量采用标准刀具，必要时采用各种高 生产率的专用刀具。 本工艺中车、铣工序都采用 YT 类硬质合金刀具。硬质合金石制造 高速切削刀具的主要材料，其硬度高、耐磨性和耐热性好，具有一定的 使用强度。缺点是韧性差，性脆，但是这些缺点，可以通过刃磨合理的 几何参数来弥补。所以，目前硬质