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畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級 機械 051 姓名 胡江 下發(fā)日期 2009-3-10 題目 12V180C 柴油機連桿加工工藝設計 專題 12V180C 柴油機連桿加工工藝設計 主 要 內 容 及 要 求 設計內容：首先仔細分析所要加工零件的結構、技術要求、生產綱領等內容， 從而制定一套該零件的加工工藝規(guī)程。認真分析該加工工藝規(guī)程的優(yōu)點，進而繪制出 各個主要工序的工序卡片，設計主要工序的機床夾具，分析計算定位誤差，設計機床 夾具的主要零件。 要求：根據給定的 12V180C 系列柴油機連桿零件圖，制定出符合加工技術要求 的加工工藝工藝規(guī)程。并對所制定的加工工藝規(guī)程進行可行性和優(yōu)化性比較，從而制 定出較好的加工工藝。設計重要工序的工藝裝備，要求的圖紙量折合為零號圖后不少 于四張，設計說明書不少于三萬字。 主要 技術 參數 零件材料為 42CrMoA，連桿組重量為 13.52kg，經調質處理后連桿的機械性能 為：抗拉強度 b85X kPa；屈服點 s65X kPa；延伸率 s14%；斷面410410 收縮度 45%；硬度為 280-320HB。 進 度 及 完 成 日 期 3 月 16 日至 3 月 27 日（2 周）:工廠實習,了解常用。同時熟悉常用機械加工方法。 3 月 30 日至 4 月 10 日（2 周）: 根據設計任務書要求查閱資料，完成外文翻譯工作。 4 月 13 日至 4 月 24 日（2 周）: 繪制連桿零件圖，熟悉連桿的結構，初步確定連桿 的加工工藝過程。 4 月 27 日至 5 月 8 日（2 周）:確定連桿機械加工工藝過程，設計部分工序的工藝過 程。 5 月 11 日至 5 月 22 日（2 周）:了解機床夾具設計的基本原則，繪制重要工序夾具簡 圖。 5 月 25 日至 5 月 29 日(1 周): 繪制重要工序的夾具圖。 6 月 1 日至 6 月 12 日（2 周）: 編寫設計說明書。 6 月 15 日至 6 月 21 日（1 周）: 修改、整理資料,打印資料。 6 月 22 日至 6 月 23 日（2 天）: 答辯。 教學院長簽字 日 期 教研室主任簽 字 日 期 指導教師簽字 日 期 指 導 教 師 評 語 指導教師: 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人: 年 月 日 答 辯 委 員 會 評 語 指導教師給定 成績 (30%) 評閱人給定 成績(30%) 答辯成績 （ 40%） 總 評 答辯委員會主席 簽字 評 定 成 績 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 I 摘要 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 。 例 如 在 往 復 活 塞 式 動 力 機 械 和 壓 縮 機 中 ， 用 連 桿 來 連 接 活 塞 與 曲 柄 。 連 桿 多 為 鋼 件 ， 其 主 體 部 分 的 截 面 多 為 圓 形 或 工 字 形 ， 兩 端 有 孔 ， 孔 內 裝 有 青 銅 襯 套 或 滾 針 軸 承 ， 供 裝 入 軸 銷 而 構 成 鉸 接 。 連 桿 是 汽 車 發(fā) 動 機 中 的 重 要 零 件 ， 它 連 接 著 活 塞 和 曲 軸 ， 其 作 用 是 將 活 塞 的 往 復 運 動 轉 變 為 曲 軸 的 旋 轉 運 動 ， 并 把 作 用 在 活 塞 上 的 力 傳 給 曲 軸 以 輸 出 功 率 。 連 桿 在 工 作 中 ， 除 承 受 燃 燒 室 燃 氣 產 生 的 壓 力 外 ， 還 要 承 受 縱 向 和 橫 向 的 慣 性 力 。 因 此 ， 連 桿 在 一 個 復 雜 的 應 力 狀 態(tài) 下 工 作 。 它 既 受 交 變 的 拉 壓 應 力 、 又 受 彎 曲 應 力 。 連 桿 的 主 要 損 壞 形 式 是 疲 勞 斷 裂 和 過 量 變 形 。 通 常 疲 勞 斷 裂 的 部 位 是 在 連 桿 上 的 三 個 高 應 力 區(qū) 域 。 連 桿 的 工 作 條 件 要 求 連 桿 具 有 較 高 的 強 度 和 抗 疲 勞 性 能 ； 又 要 求 具 有 足 夠 的 鋼 性 和 韌 性 。 連桿是柴油機的主要傳動件之一，本文主要 論述了連桿的加工工藝及其部分工序夾具設計。制定工藝路線時主要考慮粗、精加工 安排、加工方法選擇、工序集中與分散、加工順序等方面的要求。接著確定加工余量、 工序尺寸及切削用量，最后設計夾具。本論文介紹了確定加工連桿的生產綱領及生產 類型；確定連桿的毛坯材料及尺寸，確定毛坯加工余量；設計連桿加工工藝；確定部 分重要工序所用的工藝裝備和設備；計算部分重要工序的切削用量和基本時間；設計 重要工序所用的夾具。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 桿的工作環(huán)境惡劣，剛性比較差，容易產生變形，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、切削力及內應力的作用，并修 正加工后的變形，才能最后達到零件的技術要求。 關鍵詞: 連桿;變形;工作環(huán)境;加工工藝;夾具設計 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 II Abstract At both ends of linkage with the active and passive components in order to convey movement and the hinged edge of the bar. For example, in reciprocating piston compressor and power machinery, to connect the piston with connecting rod and crank. Connecting rod for steel parts, the main part of the cross section for the round or shaped, both ends have a hole or holes with needle bearing bronze bushing for the pin into and constitute a hinged axis. Linkage is an important automotive engine parts, it is connected to the piston and the crankshaft, its role is to the reciprocating piston movement into rotary movement of the crankshaft, and the role of the force in the piston to the crankshaft to the output power. Link at work, in addition to gas produced by the combustion chamber under pressure, also have to face the vertical and horizontal inertia force. Therefore, the connecting rod in a complex work under the stress state. It is subject to alternating stress of tension and compression, but also by the bending stress. Link the main form of fatigue damage and excessive deformation. Usually the site of fatigue fracture in the connecting rod on the three regions of high stress. Requirements of the working conditions of connecting rod connecting rod has higher strength and fatigue performance; also requires adequate and toughness of steel.The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally . Keyword: Connecting rod ； Deformination ；Working environment ； Processing technology ； Design of clamping device 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 III 目錄 摘要 .........................................................................................................I ABSTRACT.........................................................................................II 目錄 ......................................................................................................III 第 1 章 緒論 ........................................................................................1 1.1 機車柴油機簡介 ...................................................................................1 1.1.1 柴油機概述 ........................................................................................................1 1.1.2 機車柴油機簡介 .................................................................................................2 1.2 連桿簡介及連桿加工工藝分析 ...........................................................4 1.2.1 連桿的作用 .........................................................................................................4 1.2.2 連桿機械加工工藝技術關鍵分析 .....................................................................4 1.2.3 論文主要研究內容 .............................................................................................5 第 2 章 連桿加工工藝規(guī)程 ................................................................6 2.1 機械加工工藝規(guī)程簡介 .......................................................................6 2.1.1 機械加工工藝規(guī)程的作用 .................................................................................6 2.1.2 機械加工工藝規(guī)程的制定程序 .........................................................................6 2.2 計算產品生產綱領，確定生產類型 ...................................................6 2.3 審查零件圖樣工藝性 ...........................................................................7 2.4 選擇毛坯 ...............................................................................................7 2.5 工藝過程設計 .......................................................................................8 2.5.1 定位基準的選擇 .................................................................................................8 2.5.2 加工階段的劃分與工序順序的安排 ...............................................................10 2.5.3 制定工藝路線 ...................................................................................................11 2.6 確定毛坯加工余量及毛坯尺寸 .........................................................13 2.6.1 確定計算連桿機械加工余量的方法 ...............................................................13 2.6.2 設計毛坯圖 ......................................................................................................14 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 IV 2.7 部分重要工序設計 .............................................................................15 2.7.1 選擇部分重要工序介紹 ...................................................................................15 2.7.2 確定部分重要工序工序尺寸 ...........................................................................16 2.7.3 確定切削用量及基本時間 ...............................................................................17 第 3 章 夾具設計 ..............................................................................28 3.1 機床夾具的分類、基本組成及功能 .................................................28 3.1 .1 機床夾具的分類 ..............................................................................................28 3.1.2 機床夾具的基本組成 .......................................................................................28 3.1.3 機床專用夾具的主要功能 ...............................................................................28 3.1.4 機床專用夾具設計的基本要求 .......................................................................29 3.2 12V180C 系列柴油機連桿銑剖分面夾具設計 ..............................29 3.2.1 問題的指出 .......................................................................................................29 3.2.2 夾具設計 ..........................................................................................................30 3.3 12V180C 系列柴油機連桿鏜大小頭孔夾具設計 ...........................31 3.3.1 問題的指出 ......................................................................................................32 3.3.2 夾具設計 ..........................................................................................................32 結論 ......................................................................................................34 參考 文獻 ..............................................................................................35 致謝 ......................................................................................................36 附件 1 ...................................................................................................37 附件 2 ...................................................................................................62 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 1 第 1 章 緒論 1.1 機車柴油機簡介 1.1.1 柴油機概述 (1).柴油機是一種動力機械，它以柴油為燃料，將柴油燃燒而產生的熱能轉化為 機械能。柴油機廣泛應用在工農業(yè)、交通運輸、國防及人民日常生活中。柴油機的型 式很多，一般可按下述幾種方式分類： 按工作方式二沖程，四沖程； 按汽缸數單缸，多缸； 按汽缸直徑95、105、135(mm)等。 柴油的特點是自燃溫度低，所以柴油發(fā)動機無需要火花塞之類的點火裝置，它 采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃測試，這時再噴入柴 油、柴油噴霧和空氣混合的同時自己點火燃燒。從性能上說，國內傳統柴油機一直給 人以體積笨重、振動噪聲大以及排放污染嚴重的印象，因此國產轎車基本都采用汽油 發(fā)動機，然而近年來，國外知名車商開始將一些最新的柴油機技術引入到中國，大大 改善了國人對柴油機的偏見，譬如一汽大眾剛剛推出寶來 TDI 柴油發(fā)動機，其環(huán)保 性、動力性以及平順性都不遜于汽油機，同時又具有柴油機特有的巨大扭力和超低油 耗，市場前景十分看好。 2）.柴油機結構及工作原理 (1)結構：柴油機由燃燒室組件、動力傳遞組件、機體和主軸承、配氣機構、燃油系 統和調速器、潤滑系統、冷卻系統、起動系統構成。 (2)工作原理：柴油機工作時，一般分為吸氣、壓縮、爆發(fā)、排氣等步驟。開始時， 活塞從上止點下行到下止點，將新鮮空氣吸入氣缸，然后從下止點上行到上止點，將 吸入的氣體壓縮，使其壓力及溫度升高。當接近上止點時，氣體溫度已超過柴油燃點， 此時由噴油嘴將柴油噴入迅速燃燒，高溫高壓燃氣推動活塞下行做功。之后，活塞再 次從下止點上行，將廢氣排出氣缸，完成一個循環(huán)?；钊鶑筒煌５毓ぷ?，帶動連桿 使曲軸轉動，就從曲軸上把動能傳輸出來。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 2 1.1.2 機車柴油機簡介 1）機車柴油機概述 機車柴油機（locomotive diesel engine）是指用于內燃機車、內燃車組或內燃動車 的柴油機。機車柴油機具有高功率強化柴油機的典型特征,一般為四沖程 V 型機,以 12 缸、16 缸最為普遍,也有直列式 6、8、10 缸的。柴油機的寬度和高度受鐵路機車車輛 限界標準的限制，機車的允許軸重對柴油機重量也有一定的限制。現代機車柴油機不 斷提高增壓度（見內燃機增壓），同時加大氣缸排量。大功率柴油機的單機功率已達 5000 千瓦，平均有效壓力為 1.32.0 兆帕，燃料消耗率為 200225 克/（千瓦 時）。 柴油機的附件,如冷卻水散熱器、風扇和空氣濾清器等均布置在機車廂內，機油濾清 器、機油換熱器一般也布置在機車廂內。柴油機幾乎都采用電起動方式,只有個別的 采用空氣起動。調速系統大多采用液壓全速調速器,并裝有超速停機、油壓保護和超 溫卸載等自動安全保護裝置。 2）對機車柴油機的性能要求 機車在鐵路上運行時線路狀況不時變化，又需要按計劃時間運行，因而要求機車 柴油機的轉速和功率在相當寬的范圍內變化。從運行工況的時間比例來看，部分負荷 約占 50，空轉占 40左右，而標定工況的使用時間很少。鐵路分布地區(qū)廣泛，列 車運行時的自然環(huán)境條件也在改變，這就要求柴油機具有廣泛的適應能力。 對機車柴油機的性能要求是:不僅在標定工況下,而且更重要的是在部分負荷和空 轉時燃油和機油的消耗量小，經濟性應與機車牽引特性相適應；有一個經濟性最好的 最低空載穩(wěn)定轉速；性能指標隨環(huán)境條件的變化?。辉肼暤?，排氣煙塵和有害成分少； 冷機或熱機均能連續(xù)可靠起動，一般在+5氣溫時，起動時間不超過 10 秒。 2）機車柴油機在中國的發(fā)展歷程 柴油機發(fā)明后,屢經研究試圖將柴油機用于鐵路牽引。1913 年，瑞典最先制造了 以 55 千瓦(75 馬力) 柴油機為動力的第一臺電力傳動內燃動車。但在 1950 年以前，鐵 路車輛的牽引動力主要仍是蒸汽機車。50 年代，內燃機車因有較好的能源利用率,可 以改善列車牽引經濟性,而獲得了廣泛的應用,并逐步取代了蒸汽機車。到 80 年代初, 世界上內燃機車已占機車總數的 2/3。 中國于 1958 年自行制造內燃機車, 長辛店機車車輛廠制成了國產第一臺內燃機 車--- 建設型直流電力傳動調車內燃機車。機車裝有 2 臺 B2-300 型柴油機，總裝車功 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 3 率為 2300 馬力，最高速度 80km/h。該機車基本上是按從匈牙利進口的 ND1 型內燃 機車仿造試制的。 1969 年、1970 年和 1977 年，四方廠、戚墅堰廠和資陽內燃機車廠（以下簡稱資 陽廠）先后制造了 6 臺 4500 馬力等級的東方紅 4 型貨運液力傳動內燃機車。機車裝 用 2 臺 16V200ZL 型柴油機，最高速度 100km/h。 1970 年,四方廠開始生產援助坦-贊鐵路和越南等國的裝用 12V180ZJ 型柴油機 的 1000 馬力的 DFH1、3、4、5、型和 2000 馬力的 DFH2 型液力傳動內燃機車，總 數達 163 臺。這是最早走出國門的國產內燃機車。本文所研究就是 12V180ZJ 型柴油 機氣缸蓋的加工工藝過程。 1999 年 8 月，戚墅堰廠和浦鎮(zhèn)車輛廠合作，制成了 M+9T 雙+M 編組的新曙光號 電力傳動雙層內燃車組。媒介動力車（機車）裝用 1 臺 12V280ZJ 型柴油機，車組總 功率為 23750 馬力，席位 1140 個，最高速度 180km/h，試驗時達到 190.4km/h。其 他工廠的內燃動車，也正在試制、開發(fā)當中。 內燃動車組的發(fā)展，不僅提高了鐵路在國內運輸市場的競爭能力，還提高了在國 際市場上的競爭能力，也為 21 世紀初葉我國鐵路客運提供了新的運輸工具。 3）機車柴油機發(fā)展方向 機車柴油機發(fā)展重點是在機車車輛限界和機車軸重允許的條件下不斷提高功率， 一個重要的趨勢是采用低壓縮比與二級增壓相配合的方法提高功率；提高可靠性和耐 久性以延長柴油機壽命;提高經濟性,特別是改善部分負荷、過渡工況和空轉時的經濟 性；應用電子技術實現運行工況優(yōu)化和故障自動監(jiān)控；降低噪聲和減少排氣中的有害 成分，防止污染；改善機車用柴油機增壓器的跟隨性等。 內燃機車可靠性與可維修性設計也是國外大功率內燃機車的一個發(fā)展方向。經驗 表明，大功率交流傳動內燃機車無故障運行能力要比傳統的直流傳動內燃機車大 左右?？煽啃蕴岣叱ㄟ^結構方面的改進外，一個顯著的特點是叫可靠性技術 的應用。提高內燃機車可靠性問題不只是通過對薄弱零件改進來解決，而且要將可靠 性技術貫穿于內燃機車設計、試驗、制造、使用維修和管理等各個環(huán)節(jié)中，形成一個 系統工程。在設計中除采用概率統計方法，把影響應力和強度的各因素視為隨機變量 運用可靠性理論保證所設計的零部件具有規(guī)定的可靠度外，還要進行可靠性規(guī)劃與設 計，主要包括“ 建立可靠性模型 ”；將系統可靠性指標分配給各級組成部分，進行 “可 靠性分配”；根據設計方案進行“ 可靠性預測”；按照設計方案進行“故障模式、影響及 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 4 危害性分析（） ”及“ 故障樹分析（） ”等，找出影響可靠性、安全性 的關鍵部件及薄弱環(huán)節(jié)。國產第代內燃機車，應具有可靠性、維修性及模塊化設計。 1.2 連桿簡介及連桿加工工藝分析 1.2.1 連桿的作用 圖 1-1 活塞連桿組 連桿是將活塞的往復運動轉變成曲軸旋轉運動的中間構件。 1.2.2 連桿機械加工工藝技術關鍵分析 連桿由連桿小頭，桿身，連桿大頭三部分組成。連桿小頭承受著活塞組產生的往復 慣性力;桿身承受著氣缸內燃機氣壓力所產生的壓應力以及往復慣性力產生的拉應力， 由制造誤差產生的桿身斷面偏移也會在桿身上形成附加彎曲應力；連桿大頭承受著往 復慣性力和不包括連桿蓋在內的連桿離心慣性力。 對連桿的基本要求是： （1）連桿小頭應具有足夠的強度和剛度，并使連桿小頭軸承比壓控制在合理范圍內； （2）桿身應具有足夠的疲勞強度，盡可能小的質量，良好的鍛造工藝性； （3）連桿大頭應具有足夠的剛度，以減小運轉時的變形，防止軸承熱熔接。連焊軸 承應具有足夠的承載面積； （4）連桿螺栓應具有足夠的疲勞強度和一定的超轉速工作能力。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 5 1.2.3 論文主要研究內容 本論文主要研究大內容主要有： （1） 確定加工連桿的生產綱領及生產類型； （2） 確定連桿的毛坯材料及尺寸，確定毛坯加工余量； （3） 設計連桿加工工藝； （4） 確定部分重要工序所用的工藝裝備和設備； （5） 計算部分重要工序的切削用量和基本時間； （6） 設計重要工序所用的夾具。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 6 第 2 章 連桿加工工藝規(guī)程 2.1 機械加工工藝規(guī)程簡介 2.1.1 機械加工工藝規(guī)程的作用 1）機械加工工藝規(guī)程是組織車間生產的主要技術文件。機械加工工藝規(guī)程是車 間中一切從事生產的人員都要嚴格、認真貫徹執(zhí)行的工藝技術文件，按照它組織生產， 就能做到個工序科學的銜接，實現優(yōu)質、高產和低消耗。 2）機械加工工藝規(guī)程是生產準備和計劃調度的主要依據。有了機械加工工藝規(guī) 程，在產品投入生產之前就可以根據它進行一系列的準備工作，如原材料和毛坯的供 應，機床的調整，專用工藝裝備（如專用夾具、刀具和量具）的設計制造，生產作業(yè) 計劃的編排，勞動力的組織，以及生產成本的核算等。有了機械加工工藝規(guī)程，就可 以制所生產產品的進度計劃和相應的調度計劃，使生產均衡、順利的進行。 3）機械加工工藝規(guī)程是新建或擴建工廠、車間的基本技術文件。在新建或擴建 工廠、車間時，只有根據機械加工工藝規(guī)程和生產綱領，才能準確確定生產所需機床 的種類和數量，工廠和車間的面積，機床的平面布置，生產工人的工種、等級、數量， 以及個輔助部門的安排等。 2.1.2 機械加工工藝規(guī)程的制定程序 制定機械加工工藝規(guī)程的原始資料主要是產品圖樣、生產綱領、生產類型、現場 加工設備及生產條件等。設計機械加工工藝規(guī)程的程序一般為： 1）分析加工零件的工藝性。主要包括審查零件結構的工藝性及了解零件的各項 技術要求，分析產品的裝配圖和零件的工作圖，熟悉該產品的用途、性能及工作條件， 明確被加工零件在產品中的位置和作用等。 2）熟悉和確定毛坯 3）擬定加工工藝路線 4）工序設計 5)編制工藝文件 2.2 計算產品生產綱領，確定生產類型 180C 柴油機的連桿。該產品年產量為 150 臺，設其備品率為 10%，機械加工廢品 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 7 率為 1%，現制定該活塞的機械加工工藝規(guī)程。 N=Qn(1+%+%) =150(1+10%+1%) =166 件 /年 連桿的年產量為 166 件，現已知該產品屬于輕型機械，根據機械制造工藝設計簡明 手冊表 1.1-2 生產類型與生產綱領的關系，可確定其生產類型為中批生產。 2.3 審查零件圖樣工藝性 連桿零件圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術要求齊全。 2.4 選擇毛坯 連桿在工作中承受多向交變載荷的作用，要求具有很高的強度。因此，連桿材料 一般采用高強度碳鋼和合金鋼；如 45 鋼、55 鋼、40Cr、40CrMnB 等。近年來也有采 用球墨鑄鐵的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料損耗少，成本低。隨著粉末冶金鍛 造工藝的出現和應用，使粉末冶金件的密度和強度大為提高。因此，采用粉末冶金的 辦法制造連桿是一個很有發(fā)展前途的制造方法。 連桿毛坯制造方法的選擇，主要根據生產類型、材料的工藝性（可塑性，可鍛性） 及零件對材料的組織性能要求，零件的形狀及其外形尺寸，毛坯車間現有生產條件及 采用先進的毛坯制造方法的可能性來確定毛坯的制造方法。根據生產綱領為大量生產， 連桿多用模鍛制造毛坯。連桿模鍛形式有兩種，一種是體和蓋分開鍛造，另一種是將 體和蓋鍛成體。整體鍛造的毛坯，需要在以后的機械加工過程中將其切開，為保證 切開后粗鏜孔余量的均勻，最好將整體連桿大頭孔鍛成橢圓形。相對于分體鍛造而言， 整體鍛造存在所需鍛造設備動力大和金屬纖維被切斷等問題，但由于整體鍛造的連桿 毛坯具有材料損耗少、鍛造工時少、模具少等優(yōu)點，故用得越來越多，成為連桿毛坯 的一種主要形式?？傊?，毛坯的種類和制造方法的選擇應使零件總的生產成本降低， 性能提高。 目前我國有些生產連桿的工廠，采用了連桿輥鍛工藝。圖（1-2）為連桿輥鍛示意 圖毛坯加熱后，通過上鍛輥模具 2 和下鍛輥模具 4 的型槽，毛壞產生塑性變形，從 而得到所需要的形狀。用輥鍛法生產的連桿鍛件，在表面質量、內部金屬組織、金屬 纖維方向以及機械強度等方面都可達到模鍛水平，并且設備簡單，勞動條件好，生產 率較高，便于實現機械化、自動化，適于在大批大量生產中應用。輥鍛需經多次逐漸 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 8 成形。 圖 2-1 連桿輥鍛示意圖 圖 2-2 給出了連桿的鍛造工藝過程，將棒料在爐中加熱至 11401200C 0，先在輥 鍛機上通過四個型槽進行輥鍛制坯見圖 2-2，然后在鍛壓機上進行預鍛和終鍛，再在壓 床上沖連桿大頭孔并切除飛邊見圖 2-2。鍛好后的連桿毛坯需經調質處理，使之得到細 致均勻的回火索氏體組織，以改善性能，減少毛坯內應力。為了提高毛坯精度，連桿 的毛坯尚需進行熱校正。 連桿必須經過外觀缺陷、內部探傷、毛坯尺寸及質量等的全面檢查，方能進入機 械加工生產線。 圖 2-2 連桿輥鍛制坯示意圖 2.5 工藝過程設計 2.5.1 定位基準的選擇 在連桿機械加工工藝過程中，大部分工序選用連桿的一個指定的端面和小頭孔作 為主要基面，并用大頭處指定一側的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大， 定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 9 定位基準統一起來，減少了定位誤差。具體的辦法是，如圖（15）所示：在安裝工 件時，注意將成套編號標記的一面不 圖 2-3 連桿的定位方向 與夾具的定位元件接觸（在設計夾具時亦作相應的考慮） 。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭 襯套孔）時，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時將定位銷做成活動的稱“假銷” 。 當連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再從小頭孔中抽出假銷進行加工。 為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當配合：即在粗加 工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。 由于用小頭孔和大頭孔外側面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小 頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴孔和鉸孔，這些工序對于鉸后的孔與端面 的垂直度不易保證，有時會影響到后續(xù)工序的加工精度。 在第一道工序中，工件的各個表面都是毛坯表面，定位和夾緊的條件都較差，而 加工余量和切削力都較大，如果再遇上工件本身的剛性差，則對加 工精度會有很大影響。因此，第一道工序的定位和夾緊方法的選擇，對于整個工藝過 程的加工精度常有深遠的影響。連桿的加工就是如此，在連桿加工工藝路線中，在精 加工主要表面開始前，先粗銑兩個端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此， 粗銑就是關鍵工序。在粗銑中工件如何定位呢？一個方法是以毛坯端面定位，在側面 和端部夾緊，粗銑一個端面后，翻身以銑好的面定位，銑另一個毛坯面。但是由于毛 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 10 坯面不平整，連桿的剛性差，定位夾緊時工件可能變形，粗銑后，端面似乎平整了， 一放松，工件又恢復變形，影響后續(xù)工序的定位精度。另一方面是以連桿的大頭外形 及連桿身的對稱面定位。這種定位方法使工件在夾緊時的變形較小，同時可以銑工件 的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度較好的平面。同時，由于是以對 稱面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比較小。 2.4.2 加工階段的劃分與工序順序的安排 連桿的主要加工部位是大小頭端面，大小頭孔。次要加工部位是各種螺紋孔及倒角。 除機械加工外，還有調質處理、劃螺紋孔線、探傷等。另外在機械加工過程后還安排 了鉗工倒角去毛刺、并對連桿進行噴丸處理，為連桿的組裝做好準備。 2.5.2 加工階段的劃分與工序順序的安排 （一）加工階段的劃分 連桿機械加工工藝過程 連桿的機械加工工藝過程大致可以分為：加工基準面粗鉆銑大小頭平面及大 小頭孔調質處理半精鉆銑大小頭平面及大小頭孔分離連桿和連桿蓋 精銑基準面并進行磨削鉆、鉸、锪各種孔精鉆銑大小頭平面及小頭孔和大頭 軸瓦研磨重要孔的支撐面鉗工倒角、去毛刺探傷后鉗工清洗組裝。 連桿的大小頭平面及大小頭孔的技術要求都很嚴格，所以對于這些端面安排了： 粗銑半精銑精車銑。對于 180C 柴油機連桿進行粗加工時，以大小頭兩端面作 為精基準，所以先粗加工大小頭端面，然后再加工其他各主要表面。各種孔的加工集 中在連桿與連桿蓋連接處，所以將各種孔加工完之后再精銑大小頭端面，以保證重要 加工表面不被破壞或劃傷。 連桿蓋機械加工工藝過程 連桿蓋的機械加工工藝過程大致可以分為：半精銑對接面劃孔線車孔 精銑對接面鉆鉸各孔磨螺釘面修正圓角鉗工組裝劃瓦槽 銑瓦槽鉗工組裝。 對于連桿蓋進行粗加工時，以連桿蓋一側的一端面作為粗基準，然后以對接端面 作為精基準，加工其他的重要表面。 （二）工序安排 在連桿加工中有兩個主要因素影響加工精度： （1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 11 （2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時將產生較大的殘余內應力，并引起 內應力重新分布。 因此，在安排工藝進程時，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加 工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削 余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產生變形。粗、精加工分開后，粗 加工產生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產生的變形可以在精加工中修正。 這樣逐步減少加工余量，切削力及內應力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后 達到零件的技術條件。 各主要表面的工序安排如下： （1）兩端面：粗銑、精銑、粗磨、精磨 （2）小頭孔：鉆孔、擴孔、鉸孔、精鏜、壓入襯套后再精鏜 （3）大頭孔：擴孔、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜、珩磨 一些次要表面的加工，則視需要和可能安排在工藝過程的中間或后面。 2.5.3 制定工藝路線 制定工藝路線即工序設計，其主要內容包括機床與工藝裝備的選擇、加工余量的 確定、工序尺寸的確定、切削用量的確定、時間定額的確定等。在此先確定工藝路線， 再在后面詳細論述機床與工藝裝備的選擇、加工余量的確定、工序尺寸的確定、切削 用量的確定、時間定額的確定等內容。 制定柴油機連桿加工工藝路線的出發(fā)點，應當是使其能夠合理保證氣缸蓋的幾何 形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求。在小批量生產的生產綱領下，可以考慮廣泛 采用技術水平較高的數控機床及加工中心，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之 外，還應當綜合考慮零件特點和技術要求、工藝設備與裝備的具體使用條件及經濟因 素等，可初步確定其加工工藝路線為： 制定 180C 柴油機連桿工藝路線的出發(fā)點，應當使連桿的幾何形狀、尺寸精度及 位置精度等技術要求得到合理保證，在中批生產的生產條件下，可以考慮采用通用夾 具和部分專用夾具等，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之外，還應當考慮經濟 因素，以降低生產成本。 因此，經過綜合考慮，最終確定 180C 柴油機連桿加工工藝過程如下表 2-1；連桿 蓋的加工工藝過程如下表 2-2： 表 2-1 180C 柴油機連桿加工工藝過程 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 12 序號 工序名稱 定位基準 1 銑一步大平面及小平面 大小頭平面 2 銑二步大平面 大小頭平面 3 銑二步小頭平面 大小頭平面 4 鉆小頭孔 66大小頭平面 5 銑小頭孔至 69.5（上偏差+0.1） 大小頭平面 6 銑工藝面 940.1 大小頭孔 7 銑另一側面 1880.1 基面和一側面 8 粗鏜大頭孔 134 基面和一側面以及小頭孔 9 銑落刀槽 14（兩側）基面和一側面 10 銑工字型副板 11 精銑外形 基面和一側面 12 精銑蓋頂面及螺釘面 13 鋸開 14 半精銑對接面 15 鉆擴鉸各孔，攻絲 16 精銑一步大平面 基面和一側面 17 精銑另一大平面及小平面 基面和一側面 18 精銑另一小頭平面 基面和一側面 19 半精鏜大小孔 基面和一側面以及大小頭孔 20 銑兩面肋 基面和一側面 21 銑 R25,R58 基面和一側面 22 銑 R75 基面和一側面 23 車 179.5（下偏差-0.2 ） ，車 185 24 車大端 156， 165 及 148 25 磨兩平面 基面和一側面 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 13 26 精鏜大小頭孔 基面和一側面以及大小頭孔 27 銑瓦槽 基面和一側面以及小頭孔 28 鉆 2- 6 油孔 29 銑 7斜 30 銑小孔倒角 31 配重 2.6 確定毛坯加工余量及毛坯尺寸 2.6.1 確定計算連桿機械加工余量的方法 鋼質鍛模件的機械加工余量按 JB3835-85 確定，根據估算的鍛件 質量、加工精度 及鍛件形狀復雜系數，由機械制造工藝簡明手冊表 2.2-25 可查得除孔以外各內外 表面的加工余量?？椎募庸び嗔坑蓹C械制造工藝簡明手冊表 2.2-24 查得。表中余 量值為單面余量。 （1）鍛件質量 根據零件成品質量估算鍛件質量為 13.52kg （2）加工精度 零件表面均為精加工和磨削加工精度 2F （3）機械加工余量 用查表法確定機械加工余量： （根據機械加工工藝手冊第一卷 表 3.225 表 3.226 表 3.227） 1）平面加工的工序余量（mm） 表 2-2 平面加工的工序余量（mm） 單面加工方法 單面余量 經濟精度 工序尺寸 表面粗糙度 毛坯 72 12.5 粗銑 1.5 IT12( )320.69( )320.12.5 精銑 0.6 IT10( )1.067.8( )1.03.2 粗磨 0.3 IT8( )5.67.2( )5.1.6 精磨 0.1 IT7( )02.67( )170.230.8 則連桿兩端面總的加工余量為： 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 14 A 總 = 21ni =（A 粗銑 +A 精銑 +A 粗磨 +A 精磨 ） 2 =（1.5+0.6+0.3+0.1） 2 = mm05. 2）連桿鑄造出來的總的厚度為 H=67+ =72+ mm05.05. 2.6.2 設計毛坯圖 （一）確定毛坯尺寸公差 連桿的鍛件質量 13.52kg，形狀復雜系數 S2，42CrMoA 中合金元素含量大于 3.0%，按 機械制造工藝設計簡明手冊表 2.2-11，鍛件的材質系數為 M2，采取平直 分模線，鍛件為精密精度等級，則毛坯的公差可從機械制造工藝設計簡明手冊表 2.2-14， 2.2-17 查得。 連桿毛坯的尺寸公差如表 2-2。毛坯的同軸度誤差允許值為 1.2mm，殘留飛邊為 1.2mm。 毛坯圖如下圖 2-1 表 2-3 連桿（鍛件）尺寸公差（mm） 零件尺寸 單面加工余量 鍛件尺寸 偏差 77 5.5 66 )01.( 137 1.5 134 63 1 65 )2.( 70 1 72 0 179.5 4.25 188 ).( 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 15 圖 2-1 連桿毛坯圖 2.7 部分重要工序設計 2.7.1 選擇部分重要工序介紹 （一）連桿兩端面的加工 采用粗銑、精銑、粗磨、精磨四道工序，并將精磨工序安排在精加工大、小頭孔 之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在轉盤磨床上，使用砂瓦拼 成的砂輪端面磨削。這種方法的生產率較高。精磨在 M7130 型平面磨床上用砂輪的周 邊磨削，這種辦法的生產率低一些，但精度較高。 （二）連桿大、小頭孔的加工 連桿大、小頭孔的加工是連桿機械加工的重要工序，它的加工精度對連桿質量有 較大的影響。 小頭孔是定位基面，在用作定位基面之前，它經過了鉆、擴、鉸三道工序。鉆時 以小頭孔外形定位，這樣可以保證加工后的孔與外圓的同軸度誤差較小。 小頭孔在鉆、擴、鉸后，在金剛鏜床上與大頭孔同時精鏜，達到 IT6 級公差等級， 然后壓入襯套，再以襯套內孔定位精鏜大頭孔。由于襯套的內孔與外圓存在同軸度誤 差，這種定位方法有可能使精鏜后的襯套孔與大頭孔的中心距超差。 大頭孔經過擴、粗鏜、半精鏜、精鏜、金剛鏜和珩磨達到 IT6 級公差等級。表面 粗糙度 Ra 為 0.4m，大頭孔的加工方法是在銑開工序后，將連桿與連桿體組合在一起， 青島理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書 16 然后進行精鏜大頭孔的工序。這樣，在銑開以后可能產生的變形，可以在最后精鏜工 序中得到修正，以保證孔的形狀精度。 （三）連桿螺栓孔的加工 連桿的螺栓孔經過鉆、擴、鉸工序。加工時以大頭端面、小頭孔及大頭一側面定 位。 為了使兩螺栓孔在兩個互相垂直方向平行度保持在公差范圍內，在擴和鉸兩個工 步中用上下雙導向套導向。從而達到所需要的技術要求。 粗銑螺栓孔端面采用工件翻身的方法，這樣銑夾具沒有活動部分，能保證承受較 大的銑削力。精銑時，為了保證螺栓孔的兩個端面與連桿大頭端面垂直，使用兩工位 夾具。連桿在夾具的工位上銑完一個螺栓孔的兩端面后，夾具上的定位板帶著工件旋 轉 1800 ，銑另一個螺栓孔的兩端面。這樣，螺栓孔兩端面與大頭孔端面的垂直度就由 夾具保證。 （四）連桿體與連桿蓋的銑開工序 剖分面（亦稱結合面）的尺寸精度和位置精度由夾具本身的制造精度及對刀精度 來保證。為了保證銑開后的剖分面的平面度不超過規(guī)定的公差 0.03mm ，并且剖分面 與大頭孔端面保證一定的垂直度，除夾具本身要保證精度外，鋸片的安裝精度的影響 也很大。如果鋸片的端面圓跳動不超過 0.02 mm,則銑開的剖分面能達到圖紙的要求， 否則可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度對連桿蓋、連桿體裝配后的結合強度 有較大的影響。因此，在剖分面銑開以后再經過磨削加工。 （五）大頭側面的加工 以基面及小頭孔定位，它用一個圓銷（小頭孔） 。裝夾工件銑兩側面至尺寸，保證對稱 （此對稱平面為工藝用基準面） 。 2.7.2 確定部分重要工序工序尺