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分 類 號
密 級
寧
畢業(yè)設計(論文)
柴油機連桿零件機械加工工藝規(guī)程及工序?qū)Ｓ脢A具設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
年 月 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)設計（論文）《柴油機連桿機械加工工藝及工裝設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
年 月 日
45
摘 要
本文是對柴油機連桿零件加工應用及加工的工藝性分析，主要包括對零件圖的分析、毛坯的選擇、零件的裝夾、工藝路線的制訂、刀具的選擇、切削用量的確定、加工工藝文件的填寫。選擇正確的加工方法，設計合理的加工工藝過程。此外還對填料箱蓋零件的兩道工序的加工設計了專用夾具.
機床夾具的種類很多，其中，使用范圍最廣的通用夾具，規(guī)格尺寸多已標準化，并且有專業(yè)的工廠進行生產(chǎn)。而廣泛用于批量生產(chǎn)，專為某工件加工工序服務的專用夾具，則需要各制造廠根據(jù)工件加工工藝自行設計制造。本論文夾具設計的主要內(nèi)容是設計專用夾具。
關(guān)鍵詞：柴油機連桿，加工工藝，加工方法，工藝文件，夾具
Abstract
This paper is on diesel engine connecting parts processing application and processing technology of analysis, mainly includes the selection of the parts diagram analysis, the semifinished materials, parts of the clamping, the process route of making, tool selection, cutting the amount of determination, the process file to fill. Choose the correct processing method, design reasonable processing technology. In addition to the packing box cover parts of the two process design of the special fixture.
There are many types of machine tools, including the use of the most widely used universal fixture, standard size has been standardized, and a professional factory for production. And it is widely used in mass production, and it is a special fixture for the service of a particular workpiece. The main content of this paper is to design special fixture.
Key Words: scaffold, processing technology, processing method, process documentation, fixture
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目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
第1章 緒論 1
1.1 機械加工工藝概述 1
1.2機械加工工藝流程 1
1.3夾具概述 2
1.4機床夾具的功能 2
1.5機床夾具的發(fā)展趨勢 2
1.5.1機床夾具的現(xiàn)狀 3
1.5.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向 3
第2章 柴油機連桿分析 5
2.1 柴油機連桿零件的作用 5
2.2零件的工藝分析 5
第3章 機械加工工藝規(guī)程設計 7
3.1 生產(chǎn)綱領的確定 7
3.2 柴油機連桿的材料選擇與毛坯的制造方法 8
3.2.1 柴油機連桿的材料選擇 8
3.2.2 45鋼的成分和力學性能 9
3.2.3 毛坯的制造方法 9
3.3 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸確定 10
3.4 指定工序定位基準的選擇 11
3.5 加工工藝階段的劃分和加工順序的安排 12
3.6 柴油機連桿加工工藝過程的擬定 12
3.7 連桿加工工藝設計應考慮的問題 13
3.7.1 工序安排 13
3.7.2 定位基準 13
3.7.3 夾具使用 13
3.8 切削用量的選擇原則 13
3.8.1 粗加工時切削用量的選擇原則 14
3.8.2 精加工時切削用量的選擇原則 15
3.9 計算工藝尺寸鏈 16
3.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計算 16
3.9.2 連桿體的卡瓦槽的計算 17
3.10 工時定額的計算 18
3.10.1 銑連桿大小頭平面 18
3.10.2 粗磨大小頭平面 18
3.10.3 加工小頭孔 18
3.10.4 銑大頭兩側(cè)面 19
3.10.5、擴大頭孔 20
3.10.6 銑開連桿體和蓋 20
3.10.7 加工連桿體 20
3.10.8 銑、磨連桿蓋結(jié)合面 22
3.10.9 銑、鉆、鏜（連桿總成體） 23
3.10.10 粗鏜大頭孔 24
3.10.11 大頭孔兩端倒角 25
3.10.12精磨大小頭兩平面（先標記朝上） 25
1.10.13 半精鏜大頭孔及精鏜小頭孔 25
3.10.14精鏜大頭孔 25
3.10.16 小頭孔兩端倒角 26
3.10.17 鏜小頭孔襯套 26
3.10.18 珩磨大頭孔 26
第4章 銑結(jié)合面夾具設計 27
4.1研究原始質(zhì)料 27
4.2定位基準的選擇 27
4.3 切削力及夾緊分析計算 27
4.4 誤差分析與計算 28
4.5 零、部件的設計與選用 29
4.5.1定位銷選用 29
4.5.2夾緊裝置的選用 29
4.5.3 定向鍵與對刀裝置設計 29
4.6 夾具設計及操作的簡要說明 31
第5章 鏜孔夾具設計 32
5.1 研究原始質(zhì)料 32
5.2 定位、夾緊方案的選擇 32
5.3切削力及夾緊力的計算 32
5.4 誤差分析與計算 33
5.5 夾具體的設計 34
5.6 夾具設計及操作的簡要說明 36
總 結(jié) 37
參考文獻 38
致謝 39
第1章 緒論
1.1 機械加工工藝概述
機械加工工藝就是在流程的基礎上，改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)等，使其成為成品 或半成品，是每個步驟，每個流程的詳細說明，比如，上面說的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個步驟就要有詳 細的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達到多少，公差要達到多少。
技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的工藝過程，并將有關(guān)內(nèi)容寫成工藝文件，這種文件就稱工藝規(guī)程。這個就比較有針對性了。每個廠都可能不太一樣，因為實際情況都不一樣。
總的來說，工藝流程是綱領，加工工藝是每個步驟的詳細參數(shù)，工藝規(guī)程是某個廠根據(jù)實際情況編寫的特定的加工工藝。
1.2機械加工工藝流程
制訂工藝規(guī)程的步驟
1) 計算年生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型。
2) 分析零件圖及產(chǎn)品裝配圖，對零件進行工藝分析。
3) 選擇毛坯。
4) 擬訂工藝路線。
5) 確定各工序的加工余量，計算工序尺寸及公差。
6) 確定各工序所用的設備及刀具、夾具、量具和輔助工具。
7) 確定切削用量及工時定額。
8) 確定各主要工序的技術(shù)要求及檢驗方法。
9) 填寫工藝文件。
在制訂工藝規(guī)程的過程中，往往要對前面已初步確定的內(nèi)容進行調(diào)整，以提高經(jīng)濟效益。在執(zhí)行工藝規(guī)程過程中，可能會出現(xiàn)前所未料的情況，如生產(chǎn)條件的變化，新技術(shù)、新工藝的引進，新材料、先進設備的應用等，都要求及時對工藝規(guī)程進行修訂和完善。
1.3夾具概述
夾具是一種裝夾工件的工藝裝備，它廣泛地應用于機械制造過程的切削加工、熱處理、裝配、焊接和檢測等工藝過程中。
工具是人類文明進步的標志。自20世紀末期以來，現(xiàn)代制造技術(shù)與機械制造工藝自動化都有了長足的發(fā)展。但工具（含夾具、刀具、量具與輔具等）在不斷的革新中，其功能仍然十分顯著。機床夾具對零件加工的質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)品成本都有著直接的影響。因此，無論在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，夾具都是重要的工藝裝備。
1.4機床夾具的功能
在機床上用夾具裝夾工件時，其主要功能是使工件定位和夾緊。
1．機床夾具的主要功能
機床夾具的主要功能是裝工件，使工件在夾具中定位和夾緊。
（1）定位 確定工件在夾具中占有正確位置的過程。定位是通過工件定位基準面與夾具定位元件面接觸或配合實現(xiàn)的。正確的定位可以保證工件加工的尺寸和位置精度要求。
（2）夾緊 工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作。由于工件在加工時，受到各種力的作用，若不將工件固定，則工件會松動、脫落。因此，夾緊為工件提供了安全、可靠的加工條件。
2．機床夾具的特殊功能
機床夾具的特殊功能主要是對刀和導向。
（1）對刀 調(diào)整刀具切削刃相對工件或夾具的正確位置。如銑床夾具中的對刀塊，它能迅速地確定銑刀相對于夾具的正確位置。
（2）導向 如鉆床夾具中的鉆模板的鉆套，能迅速地確定鉆頭的位置，并引導其進行鉆削。導向元件制成模板形式，故鉆床夾具常稱為鉆模。鏜床夾具（鏜模）也具有導向功能。
1.5機床夾具的發(fā)展趨勢
隨著科學技術(shù)的巨大進步及社會生產(chǎn)力的迅速提高，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。
1.5.1機床夾具的現(xiàn)狀
國際生產(chǎn)研究協(xié)會的統(tǒng)計表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工作品種已占工件種類總數(shù)的85%左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應市場激烈的競爭。然而，一般企業(yè)仍習慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具。另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，約4年就要更新80%左右的專用夾具，而夾具的實際磨損量僅為15%左右。特別是近年來，數(shù)控機床（NC）、加工中心（MC）、成組技術(shù)（GT）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新技術(shù)的應用，對機床夾具提出了如下新的要求：
1）能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)成本。
2）能裝夾一組具有相似性特征的工件。
3）適用于精密加工的高精度機床夾具。
4）適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機床夾具。
5）采用液壓或氣壓夾緊的高效夾緊裝置，以進一步提高勞動生產(chǎn)率。
6）提高機床夾具的標準化程度。
1.5.2現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向
現(xiàn)代機床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為精密化、高效化、柔性化、標準化四個方面。
精密化
隨著機械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達±0.1；用于精密車削的高精度三爪卡盤，其定心精度為5μm；精密心軸的同軸度公差可控制在1μm內(nèi)；又如用于軸承套圈磨削的電磁無心夾具，工件的圓度公差可達0.2～0.5μm。
高效化
高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時間和輔助時間，以提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度。常見的高效化夾具有：自動化夾具、高速化夾具、具有夾緊動力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用的高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在（試驗）轉(zhuǎn)速為2600r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。
柔性化
機床夾具的柔性化與機床的柔性化相似，它是指機床夾具通過調(diào)整、拼裝、組合等方式，以適應可變因素的能力。可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、拼裝夾具、數(shù)控機床夾具等。在較長時間內(nèi)，夾具的柔性化將是夾具發(fā)展的主要方向。
標準化
機床夾具的標準化與通用化是相互聯(lián)系的兩個方面。在制訂典型夾具結(jié)構(gòu)的基礎上，首先進行夾具元件和部件的通用化，建立類型尺寸系列或變型，以減少功能用途相近的夾具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的結(jié)構(gòu)。通用化方法包括夾具、部件、元件、毛壞和材料的通用化。夾具的標準化階段是通用化的深入，主要是確立夾具零件或部件的尺寸系列，為夾具工作圖的審查創(chuàng)造良好的條件。目前我國已有夾具零件及部件的國家標準：GB/T2148~T2259—91以及各類通用夾具、組合夾具標準等。機床夾具的標準化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準備周期，降低生產(chǎn)總成本。
采用二維CAD軟件進行設計，它使我們甩掉了圖板，解決r使用繪圖板帶來的諸多弊端?，F(xiàn)在，大量三維實體造型軟件崛起，如PR0／E、UG、3D、SoIidedge等，推動了設計領域的新革命．由于這些三維軟件．不僅僅可創(chuàng)建三維實體模型，還可利用設計出三維模型進行模擬裝配和靜態(tài)干涉檢查、機構(gòu)分析、動態(tài)干涉檢查、動力學分析、強度分析等，并且與其它軟件配合可進行零件的數(shù)控加工演示和數(shù)控代碼的生成。這些功能是以往的二維CAD無法比擬的。結(jié)合夾具設計的復雜性、高精度性等特點．采用了易學易懂的3D三維實體造型軟件來實現(xiàn)設計過程。
第2章 柴油機連桿分析
2.1 柴油機連桿零件的作用
柴油機連桿由柴油機連桿大頭、桿身和柴油機連桿小頭三部分組成，柴油機連桿大頭是分開的，一半與桿身為一體，一半為柴油機連桿蓋，柴油機連桿蓋用螺栓和螺母與曲軸主軸頸裝配在一起。
柴油機連桿是較細長的變截面非圓形桿件，其桿身截面從大頭到小頭逐步變小，以適應在工作中承受的急劇變化的動載荷。
其形狀也比較復雜，很多表面并不容易加工，不管是在其工作過程之中還是在加工過程中也很容易產(chǎn)生變形。
柴油機連桿是將活塞上下的直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動的重要部件，所以要求要求有較高的強度、韌性和疲勞性能之外，對發(fā)動機柴油機連桿還有較高的位置精度和尺寸形狀精度要求以及表面質(zhì)量要求。
基本要求如：柴油機連桿桿身不垂直度≤0.5，小頭、大頭兩端面對稱面與桿身相應對稱面之間的偏移≤0.6，桿身橫向?qū)ΨQ面對大小頭孔中心偏移≤1.
首先必須保證大頭中心孔中心線和小頭孔中心線之間的平行度，這樣才能保證柴油機連桿在工作過程中平穩(wěn)不刮曲軸和軸瓦；第二個就是保證兩個端面的平行度，以及兩端面中心線與兩孔中心線之間的垂直度，用于保證工作中不會刮傷曲軸平衡塊，可以減少噪聲，保持平穩(wěn)；第三個要保證的是柴油機連桿體和蓋的分和面之間的配合和吻合，以保證大頭孔的圓柱度，以免刮傷軸瓦；第四要確保大小頭孔中心線之間的距離，如果其得不到保證，將保證不了發(fā)動機在工作時的氣體壓縮比等。
2.2零件的工藝分析
由零件圖可知。
可將其分為三組加工表面。它們相互間有一定的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
首先柴油機連桿的加工表面如下：
（1）以端面互為基準加工的兩端面，尺寸為，以其中一加工端面為基準的小頭孔Φ，大頭孔Φ。
（2）以小頭孔為中心的加工有：鉆兩個Φ4的油孔，銑柴油機連桿體卡挖槽，加工側(cè)面工藝凸臺。
（3）以大頭孔為中心的加工表面有：加工柴油機連桿蓋卡挖槽，加工M12螺栓孔，和Φ12.5的柴油機連桿蓋上螺釘光孔。
柴油機連桿精度的參數(shù)主要有五個：1.柴油機連桿大端中心面和小端中心面相對于柴油機連桿身中心面的對稱；2.柴油機連桿大小頭空中心距尺寸精度；3.柴油機連桿大小頭孔平行度；4.柴油機連桿大小頭孔的 尺寸精度、形狀精度；5.柴油機連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
其余技術(shù)參數(shù)如下表：
表2.1
技術(shù)要求項目
具體要求或數(shù)值
滿足的主要性能
大、小頭孔的橢圓度，錐度
橢圓度≤0.012
錐度≤0.014
保證與襯套、軸瓦的良好配合
兩孔中心距
±0.03～0.05
氣缸氣體的壓縮比
兩孔軸線在同一個平面內(nèi)
在柴油機連桿軸線平面內(nèi)：≤0.03
在垂直柴油機連桿軸線平面內(nèi)：≤0.06
減少氣缸壁和曲軸頸磨損
大孔兩端面對軸線的垂直度
≤0.015
減少曲軸頸邊緣磨損
兩螺孔中心線（定位孔）的位置精度
在兩個在45°方向上的平行度：0.02~0.04
對結(jié)合面的垂直度≤0.015
保證正常承載和軸頸與軸瓦的良好配合
同一組內(nèi)的重量差
±30g
保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)
第3章 機械加工工藝規(guī)程設計
3.1 生產(chǎn)綱領的確定
生產(chǎn)綱領的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，以及所選用的工藝方法和工藝裝備。
零件生產(chǎn)綱領計算:N=Qn（1+α%）（1+β%）
式中 N──零件的年生產(chǎn)綱領（件/年）;
Q──產(chǎn)品的年產(chǎn)量（臺/年）;
n──每臺產(chǎn)品中,該零件的數(shù)量(件/臺);
α%──備品率;
β%──廢品率。
根據(jù)教材中生產(chǎn)綱領與生產(chǎn)類型及產(chǎn)品大小和復雜程度的關(guān)系，確定其生產(chǎn)類型。圖3.1為某產(chǎn)品上的一個柴油機連桿零件。該柴油機連桿用于6105柴油機，年產(chǎn)量為5000臺。設其備品率為10%，機械加工廢品率選擇為0.5%，每臺產(chǎn)品中該零件的數(shù)量為1件
N=Qn（1+α%）（1+β%）
=5000×1（1+10%）（1+0.5%）
= 5527件/年
柴油機連桿零件的年產(chǎn)量為5000件，現(xiàn)已知該產(chǎn)品屬于中型機械，根據(jù)生產(chǎn)類型與生產(chǎn)綱領的關(guān)系查閱參考文獻 ，確定其生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)。
大量生產(chǎn)的工藝特征：
（1） 零件的互換性：具有廣泛的互換性，少數(shù)裝配精度較高處，采用分組裝配法和調(diào)整法。
（2） 毛坯的制造方法和加工余：廣泛采用金屬模機器造型，一般采用模鍛。毛坯精度高，加工余量小。
（3） 機床設備及其布置形式：廣泛采用專用機床及自動機床，按流水線和自動排列設備。
（4） 工藝裝備：廣泛采用高效夾具，復合刀具，專用量具或自動檢驗裝置，靠調(diào)整法達到精度要求。
（5） 對工人的技術(shù)要求：對調(diào)整工的技術(shù)水平要求高，對操作工的技術(shù)水平要求較低。
（6） 工藝文件：有工藝過程卡或工序卡，關(guān)鍵工序要調(diào)整卡和檢驗卡。
（7） 成本：較低。
（8） 生產(chǎn)率：高。
（9） 工人勞動條件：較好。
3.2 柴油機連桿的材料選擇與毛坯的制造方法
3.2.1 柴油機連桿的材料選擇
考慮到在該工藝方案中采用銑結(jié)合面工藝，那么選擇材料也是很重要的。在過去其發(fā)動機柴油機連桿多采用中碳鋼或者中碳合金鋼，經(jīng)過淬火和高溫回火處理，處理后一般硬度在HBS288～HBS269之間.后來為了減低成本研發(fā)了非調(diào)質(zhì)鋼并用與生產(chǎn)，在鍛造后空冷，通過析出強化得到與淬火高溫回火一樣的力學性能，省去了淬火和高溫回火，從而降低了成本。后來為了減少機加工，更進一步降低成本，于是開發(fā)了用粉末冶金的方法來制造柴油機連桿，大大減少了機加工。而且粉末冶金柴油機連桿的質(zhì)量公差小，更適合用于發(fā)動機柴油機連桿是的制造。美國就廣泛的運用粉末冶金的方法來生產(chǎn)柴油機連桿。實際上它是一種含0.7%左右的高碳鋼。
柴油機連桿的主要材料為粉末燒結(jié)材料、高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵，其中45和粉末燒結(jié)材料應用最廣。
與粉末冶金柴油機連桿相比，45鋼在成本和使用性能上都具有一定優(yōu)越性，首先鍛造后空冷不需要熱處理；裝配后柴油機連桿體與柴油機連桿蓋的裂解面能緊密地接觸并相互鎖定，使其不產(chǎn)生錯位和移動，提高了與曲軸零件的配合，同時也提高了曲軸的剛度，大大地改善了發(fā)動機的性能。
減輕柴油機連桿的重量一直都是柴油機連桿制造上討論的一個主題，如果采用粉末冶金技術(shù)，在不改變柴油機連桿形狀結(jié)構(gòu)的前提之下會導致柴油機連桿的重量增加15%～30%，這樣使得柴油機連桿得重量有了很大的增加，那么發(fā)動機的重量也會在一定程度的增加，會影響其使用性能。如果用粉末冶金制造柴油機連桿，就必須重新設計柴油機連桿的形狀結(jié)構(gòu)，以減輕柴油機連桿的重量。
綜上所述，考慮了各種因素，并經(jīng)過組內(nèi)成員的共同討論，最后決定采用45鋼作為本次設計中柴油機連桿的材料。
3.2.2 45鋼的成分和力學性能
45 材料中主要各化學成分質(zhì)量百分比分別為：C為0. 72 % ，Mn為0. 5 % ，S為0. 06 % ， P為0. 009 % ，V為0. 04 %；其金相組織為珠光體加斷續(xù)的鐵素體，抗拉強度為：900MPa～1 050 MPa，屈服極限為520 MPa，最大延伸率為10 %。其中Mn作為強化項而存在，用以提高材料的強度。
銑結(jié)合面工藝要求柴油機連桿切斷后的塑性變形最小，又要保證材料有良好的可切削加工性能。45為高碳鋼，含C量提高后，便增加了鋼材的淬透性能，假如保持含Mn量不變，柴油機連桿鍛造空冷后硬度會提高，而且金相組織中可能會出現(xiàn)貝氏體，惡化可切削加工性能，須通過適當途徑降低含Mn量。
為了改善可切削加工性，提高了含S量，鋼中的Mn和S的親和力大于Fe和S的親和力，優(yōu)先形成MnS，從而降低鋼的塑性，防止金相組織中可能會出現(xiàn)的貝氏體；另外FeS會引起鋼的“熱脆”，促進了銑削時的斷裂。Mn和S結(jié)合時含Mn量又不能過低，至少要高于S三 倍的含量。
45材料的力學性能:
表3.1
極限抗拉強度/MPa
屈服強度
/MPa
伸長率
（%）
壓縮屈服強度/MPa
剪切強度
/MPa
990
580
14
610
655
3.2.3 毛坯的制造方法
由于柴油機連桿在發(fā)動機工作中要承受交變載荷以及沖擊性載荷，一次應選用鍛造，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證柴油機連桿可靠地工作。而且該零件的年產(chǎn)量是5000，已經(jīng)達到了大量生產(chǎn)的水平，要求其生產(chǎn)率比較高，零件尺寸不是很大，再者為了保證它的尺寸精度、加工精度，故選擇模鍛。
脹斷工藝要求柴油機連桿鍛件在脹斷過程之中不能有過大的塑性變形，因此模鍛柴油機連桿性能的合格就是保證柴油機連桿達到理想的脆性斷裂的因素。
用于脹斷工藝的45系列高碳非調(diào)質(zhì)鋼，它的成分特點是低硅，低錳及添加了微量合金元素釩和易切削的S元素，范圍窄，純度高。
脹斷柴油機連桿工藝現(xiàn)有的模鍛工藝主要有以下三種：
（1）輥鍛（楔橫軋）制坯——熱模鍛生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。
設備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應加熱爐（300KW)→輥鍛機（Φ460型）→熱模鍛壓力機（25000KN）→閉式單點壓力機→BY控冷設備→噴丸機→探傷機→精壓機
該生產(chǎn)線比較先進，以載貨車柴油機連桿為主導產(chǎn)品，其采用了中頻感應加熱，輥鍛或楔模軋制坯，在國內(nèi)被廣泛采用。這種生產(chǎn)線便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，具有噪聲小，勞動環(huán)境好等優(yōu)點?？缮a(chǎn)各種類型的發(fā)動機柴油機連桿。
（2)輥鍛（楔橫軋）制坯——錘上模鍛生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。
設備配置：下料機（帶鋸機或棒料剪切機床）→中頻感應加熱爐（300KW）→輥鍛機（Φ370型）→液壓精鍛錘（25～50KJ）→開式壓力機（1000KN）→BY控冷設備→拋丸機（600～1200kg/h)→熒光探傷機600WE型）→電動螺旋壓力機（400KW）
該生產(chǎn)線主要柴油機柴油機連桿為主，鍛件厚度公差基本在±0.2mm以內(nèi)，錯差在0.4mm以內(nèi)，切邊模具沒有氮氣缸，可使模鍛件定位后再切邊，切邊變性很小，精壓尺寸精度可以控制在±0.1mm以內(nèi)
（3）輥鍛制坯——摩擦壓力機模鍛（高能螺旋壓力機）生產(chǎn)線
工藝：下料→加熱→輥鍛→預鍛→終鍛→切邊沖壓→熱校正→BY處理→拋丸處理→探傷處理→精壓處理。
設備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應加熱爐（250W)→輥鍛機（Φ460型）→摩擦壓力機（630t）→摩擦壓力機（1000t）→閉式單點壓力機（250t）→摩擦壓力機。
該生產(chǎn)線以柴油機柴油機連桿為主，在摩擦壓力機上進行預鍛、終鍛、熱校正，其工藝過程較為穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也比較高，適合中小型企業(yè)。
3.3 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸確定?
根據(jù)模鍛的基本要求，在零件的基本尺寸上加上加工余量2～4mm，所以在加工多數(shù)表面在基本尺寸的基礎上單面加2mm，一些特殊表面如螺釘座面上加2mm，側(cè)面工藝凸臺加工精度不是很高，在其表面加1mm。（如圖3.2，詳細尺寸請查閱柴油機柴油機連桿毛坯圖圖紙）
3.4 指定工序定位基準的選擇?
定位基準有粗基準和精基準之分。在加工起始工序中，只能用毛坯尚未曾加工過的表面作為定位基準，則該表面稱為粗基準；利用已加工表面作為定位基準，則稱為精基準。其基準的選擇也是工藝規(guī)程設計之中的重要問題之一，定位基準的選擇合理與否，將直接影響所制訂的零件加工工藝規(guī)程的質(zhì)量。基準選擇不當，往往會增加工序，或使工藝路線不合理，或使夾具設計困難，甚至達不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求，造成零件報廢等情況。
選擇粗基準時主要考慮兩個問題：一是保證加工表面與非加工表面之間的相互位置精度要求；二是合理分配各加工面的加工余量。
粗、精基準具體選擇時參考下列原則：
（1） 對于同時具有加工表面和不加工表面的零件，為了保證不加工表面與加工表面之間的位置精度，應選擇非加工表面作為粗基準。
（2） 對于具有較多加工表面的工件，選擇粗基準時，應考慮合理分配各加工表面的加工余量。
（3） 粗基準應避免重復使用。在同一尺寸方向上，粗基準通常只能使用一次，以免產(chǎn)生較大的定位誤差。
精基準的選擇應從保證零件加工精度出發(fā)，同時考慮裝夾方便、夾具結(jié)構(gòu)簡單。選擇精基準一般應考慮如下原則：
（1） “基準重合”原則 為了較容易地獲得加工表面對其設計基準的相對位置精度要求，應選擇加工表面的設計基準為其定位基準。這一原則稱為基準重合原則 。
如果加工表面的設計基準與定位基準不重合，則會增大定位誤差。
（2 ）“基準統(tǒng)一”原則 當工件以某一組精基準定位可以比較方便地加工其它表面時，應盡可能在多數(shù)工序中采用此組精基準定位，這就是“基準統(tǒng)一”原則。
采用“基準統(tǒng)一”原則可減少工裝設計制造的費用，提高生產(chǎn)率，并可避免因基準轉(zhuǎn)換所造成的誤差。
（3） “自為基準”原則 當工件精加工或光整加工工序要求余量盡可能小而均勻時，應選擇加工表面本身作為定位基準，這就是“自為基準”原則。例如磨削床身導軌面時，就以床身導軌面作為定位基準。
（4） “互為基準”原則 為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可采用互為基準反復加工的原則。
（5 ）精基準選擇應保證工件定位準確、夾緊可靠、操作方便。
3.5 加工工藝階段的劃分和加工順序的安排?
粗加工階段：粗磨柴油機連桿兩端面，粗、半精鏜大小頭孔，磨搭子面工藝凸臺，槍鉆螺紋底孔，鉸螺釘光孔，攻絲；锪螺釘座面、倒角，激光開槽、作標記，脹斷，銑卡瓦槽，壓襯套，鉆油孔。首先要加工其他表面就必須先加工出精基準，端面的加工必須安排所以必須安排在第一，接著再在以端面為基準的基礎之上加工其他面或者其他精基準，那么接下來要安排的就是粗鏜大小頭孔，粗磨搭子面，這樣精基準就基本出來了。那么在精加工之前必須把所有的粗加工都做完，緊接著的粗加工工序都在這樣的一些基準上進行加工了。
精加工階段：精磨兩端面，精鏜大小頭孔，珩磨大頭孔，小頭銑落差。
在柴油機連桿的加工過程之中，其輔助工藝（去毛刺，倒角，清洗等）必須貫穿整個工藝過程，所以說必須在其中安排輔助工序。在柴油機連桿脹斷之前安排一道磁力探傷，在锪螺釘座面、倒角之后安排了去毛刺、清洗，脹斷之后要立即用螺釘套住柴油機連桿體與蓋，以免錯位，柴油機連桿總裝時時必須要求清理柴油機連桿結(jié)合面之間的塵屑，最后還要來一道清洗。
3.6 柴油機連桿加工工藝過程的擬定?
經(jīng)組內(nèi)成員共同探討和評比（其他方案略），最后得出最優(yōu)方案如下：
粗磨第一端面→粗磨第二端面→磁力探傷及去磁→粗、半精鏜大、小頭孔→粗磨搭子面工藝凸臺→槍鉆螺紋底孔，鉸螺釘光孔，攻絲→锪螺釘座面、倒角→去毛刺、清洗→激光開槽、作標記→脹斷→銑卡瓦槽→柴油機連桿體、蓋裝配→壓襯套→鉆油孔→精磨第一端面→精磨第二端面→精鏜大、小頭孔→珩磨大頭孔→小頭銑落差→倒角、去毛刺→稱重、去重→清洗→終檢
一共23道工序，從柴油機連桿使用性能的基本要求來看，該工藝方案能基本達到要求。
3.7 連桿加工工藝設計應考慮的問題
3.7.1 工序安排
連桿加工工序安排應注意兩個影響精度的因素：（1）連桿的剛度比較低，在外力作用下容易變形；（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時會產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應力。因此在連桿加工工藝中，各主要表面的粗精加工工序一定要分開。
3.7.2 定位基準
精基準：以桿身對稱面定位，便于保證對稱度的要求，而且采用雙面銑，可使部分切削力抵消。
統(tǒng)一精基準：以大小頭端面，小頭孔、大頭孔一側(cè)面定位。因為端面的面積大，定位穩(wěn)定可靠；用小頭孔定位可直接控制大小頭孔的中心距。
3.7.3 夾具使用
應具備適應“一面一孔一凸臺”的統(tǒng)一精基準。而大小頭定位銷是一次裝夾中鏜出，故須考慮“自為基準”情況，這時小頭定位銷應做成活動的，當連桿定位裝夾后，再抽出定位銷進行加工。
保證螺栓孔與螺栓端面的垂直度。為此，精銑端面時，夾具可考慮重復定位情況，如采用夾具限制7個自由度（其是長圓柱銷限制4個，長菱形銷限制2個）。長銷定位目的就在于保證垂直度。但由于重復定位裝御有困難，因此要求夾具制造精度較高，且采取一定措施，一方面長圓柱銷削去一邊，另一方面設計頂出工件的裝置。
3.8 切削用量的選擇原則
正確地選擇切削用量，對提高切削效率，保證必要的刀具耐用度和經(jīng)濟性，保證加工質(zhì)量，具有重要的作用。
3.8.1 粗加工時切削用量的選擇原則
粗加工時加工精度與表面粗糙度要求不高,毛坯余量較大。因此，選擇粗加工的切削用量時，要盡可能保證較高的單位時間金屬切削量（金屬切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生產(chǎn)效率和降低加工成本。
金屬切除率可以用下式計算：
Zw ≈V.f.ap.1000
式中：Zw單位時間內(nèi)的金屬切除量（mm3/s）
V切削速度（m/s）
f 進給量（mm/r）
ap切削深度（mm）
提高切削速度、增大進給量和切削深度，都能提高金屬切除率。但是，在這三個因素中，影響刀具耐用度最大的是切削速度，其次是進給量，影響最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的選擇原則是：首先考慮選擇一個盡可能大的吃刀深度ap,其次選擇一個較大的進給量度f，最后確定一個合適的切削速度V.
選用較大的ap和f以后，刀具耐用度t 顯然也會下降，但要比V對t的影響小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到規(guī)定的合理數(shù)值，因此，能使V、f、ap的乘積較大，從而保證較高的金屬切除率。此外，增大ap可使走刀次數(shù)減少，增大f又有利于斷屑。因此，根據(jù)以上原則選擇粗加工切削用量對提高生產(chǎn)效率，減少刀具消耗，降低加工成本是比較有利的。
1）切削深度的選擇：
粗加工時切削深度應根據(jù)工件的加工余量和由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性來確定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應當盡量將粗加工余量一次切除。只有當總加工余量太大，一次切不完時，才考慮分幾次走刀。
2）進給量的選擇：
粗加工時限制進給量提高的因素主要是切削力。因此，進給量應根據(jù)工藝系統(tǒng)的剛性和強度來確定。選擇進給量時應考慮到機床進給機構(gòu)的強度、刀桿尺寸、刀片厚度、工件的直徑和長度等。在工藝系統(tǒng)的剛性和強度好的情況下，可選用大一些的進給量；在剛性和強度較差的情況下，應適當減小進給量。
3）切削速度的選擇：
粗加工時，切削速度主要受刀具耐用度和機床功率的限制。切削深度、進給量和切削速度三者決定了切削功率，在確定切削速度時必須考慮到機床的許用功率。如超過了機床的許用功率，則應適當降低切削速度。
3.8.2 精加工時切削用量的選擇原則
精加工時加工精度和表面質(zhì)量要求較高，加工余量要小且均勻。因此，選擇精加工的切削用量時應先考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎上盡量提高生產(chǎn)效率。
1）切削深度的選擇：
精加工時的切削深度應根據(jù)粗加工留下的余量確定。通常希望精加工余量不要留得太大，否則，當吃刀深度較大時，切削力增加較顯著，影響加工質(zhì)量。
2）進給量的選擇：
精加工時限制進給量提高的主要因素是表面粗糙度。進給量增大時，雖有利于斷屑，但殘留面積高度增大，切削力上升，表面質(zhì)量下降。
3）切削速度的選擇：
切削速度提高時，切削變形減小，切削力有所下降，而且不會產(chǎn)生積屑瘤和鱗刺。一般選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，盡可能提高切削速度。只有當切削速度受到工藝條件限制而不能提高時，才選用低速，以避開積屑瘤產(chǎn)生的范圍。
由此可見，精加工時選用較小的吃刀深度ap和進給量f，并在保證合理刀具耐用度的前提下，選取盡可能高的切削速度V，以保證加工精度和表面質(zhì)量，同時1.8 確定各工序的加工余量、計算工序尺寸及公差
1.8.1 確定加工余量
用查表法確定機械加工余量：
（根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27）
（1）、平面加工的工序余量（mm）
單面加工方法
單面余量
經(jīng)濟精度
工序尺寸
表面粗糙度
毛坯
4
12.5
粗銑
1.5
IT12()
40()
12.5
精銑
0.6
IT10()
38.8()
3.2
粗磨
0.3
IT8()
38.2()
1.6
精磨
0.1
IT7()
40()
0.8
則連桿兩端面總的加工余量為：
A總=
=（A粗銑+A精銑+A粗磨+A精磨）2
=（1.5+0.6+0.3+0.1）2
=mm
（2）、連桿鑄造出來的總的厚度為H=38+=mm
1.8.2 確定工序尺寸及其公差
（根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎課程設計指導教程》 表2—29 表2—34）
1）、大頭孔各工序尺寸及其公差（鑄造出來的大頭孔為55 mm）
工序名稱
工序基
本余量
工序經(jīng)濟
精度
工序尺寸
最小極限尺寸
表面粗糙度
珩磨
0.08
65.5
65.5
0.4
精鏜
0.4
65.4
65.4
0.8
半精鏜
1
65
65
1.6
二次粗鏜
2
64
64
6.3
一次粗鏜
2
62
62
12.5
擴孔
5
60
59
2）、小頭孔各工序尺寸及其公差
（根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎課程設計指導教程》 表2—29表2—30）
工序
名稱
工序基本余量
工序經(jīng)濟
精度
工序
尺寸
最小極限尺寸
表面
粗糙度
精鏜
0.2
1.6
鉸
0.2
6.4
擴
9
12.5
鉆
鉆至
12.5
3.9 計算工藝尺寸鏈
3.9.1 連桿蓋的卡瓦槽的計算
增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為：
1）、極限尺寸為：
= 30.20-4.95
= 25.25 mm
= 29.8-5.1
= 24.7 mm
2）、的上、下偏差為:
=0.20-(-0.05)
=0.25(mm)
=-0.20-0.10
=-0.30(mm)
3）、的公差為:
= 0.25-（0.30）
= 0.55 mm
4）、的基本尺寸為:
=
= 30-5
= 25 mm
5）、的最終工序尺寸為:
= mm
3.9.2 連桿體的卡瓦槽的計算
增環(huán)為： ； 減環(huán)為： ；封閉環(huán)為：
1）、極限尺寸為：
= 13.30-4.95
= 8.35 mm
=12.9-5.1
=7.8 mm
2）、的上、下偏差為:
= 0.30-(-0.05)
= 0.35 mm
= -0.10-0.10
= -0.20 mm
3）、的公差為:
=0.35-(-0.20)
=0.55 mm
4）、的基本尺寸為:
=
=13-5
= 8 mm
5）、的最終工序尺寸為:
= m
3.10 工時定額的計算
3.10.1 銑連桿大小頭平面
選用X52K機床
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—81選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 100 mm 切削速度Vf = 2.47 m/s
切削寬度 ae= 60 mm 銑刀齒數(shù)Z = 6 切削深度ap = 3 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 475 r/min
根據(jù)表3.1—31 按機床選取n = 500 /min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.67 m/s
銑削工時為：按表2.5—10
L= 3 mm L1 = +1.5 =50 mm L2 = 3 mm
基本時間tj = L/fm z = (3+50+3)/(500×0.18×6) = 0.11 min
按表2.5—46 輔助時間ta = 0.4×0.45 = 0.18 min
3.10.2 粗磨大小頭平面
選用M7350磨床
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—170選取數(shù)據(jù)
砂輪直徑D = 40 mm 磨削速度V = 0.33 m/s
切削深度ap = 0.3 mm fr0 = 0.033 mm/r Z = 8
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 158.8 r/min
根據(jù)表3.1—48 按機床選取n = 100 r/min
則實際磨削速度V = Dn/（1000×60） = 0.20 m/s
磨削工時為：按表2.5—11
基本時間tj = zbk/nfr0z = (0.3×1)/(100×0.033×8) = 0.01 min
按表3.1—40 輔助時間ta = 0.21 min
3.10.3 加工小頭孔
(1) 鉆小頭孔 選用鉆床Z3080
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—38(41)選取數(shù)據(jù)
鉆頭直徑D = 20 mm 切削速度V = 0.99 mm
切削深度ap = 10 mm 進給量f = 0.12 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 945 r/min
根據(jù)表3.1—30 按機床選取n = 1000 r/min
則實際鉆削速度V = Dn/（1000×60） = 1.04 m/s
鉆削工時為：按表2.5—7
L = 10 mm L1 = 1.5 mm L2 = 2.5mm
基本時間tj = L/fn = (10+1.5+2.5)/(0.12×1000) = 0.12 min
按表2.5—41 輔助時間ta = 0.5 min
按表2.5—42 其他時間tq = 0.2 min
(2) 擴小頭孔 選用鉆床Z3080
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—53選取數(shù)據(jù)
擴刀直徑D = 30 mm 切削速度V = 0.32 m/s
切削深度ap = 1.5 mm 進給量 f = 0.8 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n =1000v/D = 203 r/min
根據(jù)表3.1—30 按機床選取n = 250 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.39 m/s
擴削工時為：按表2.5—7
L = 10 mm L1 = 3 mm
基本時間tj=L/fn=(10+3)/(0.8×250)=0.07 min
按表2.5—41 輔助時間ta=0.25 min
(3) 鉸小頭孔 選用鉆床Z3080
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—81選取數(shù)據(jù)
鉸刀直徑D = 30 mm 切削速度V = 0.22 m/s
切削深度ap = 0.10 mm 進給量f = 0.8 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 140 r/min
根據(jù)表3.1—31 按機床選取n = 200 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.32 m/s
鉸削工時為： 按表2.5—7
L=10 mm L1 =0 L2=3 mm
基本時間tj = L/fn = (10+3)/(0.8×200) = 0.09 min
按表2.5—41 輔助時間ta = 0.25 min
3.10.4 銑大頭兩側(cè)面
選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—77(88)選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 20 mm 切削速度V = 0.64 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 3 切削深度ap = 4 mm af = 0.10 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 611 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n=750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 0.78 m/s
銑削工時為：按表2.5—10
L=40 mm L1=+1.5=8.5 mm L2=2.5 mm
基本時間tj = L/fmz = (40+8.5+2.5)/(750×0.10×3)=0.23 min
按表2.5—46 輔助時間ta = 0.4×0.45 = 0.18 min
3.10.5、擴大頭孔
選用鉆床床Z3080 刀具:擴孔鉆
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—54選取數(shù)據(jù)
擴孔鉆直徑D = 60 mm 切削速度V = 1.29 m/s
進給量f = 0.50 mm/r 切削深度ap =3.0 mm 走刀次數(shù)I = 1
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D=410 r/min
根據(jù)表3.1—41 按機床選取n=400 r/min
則實際切削速度V=Dn/（1000×60）=1.256 m/s
擴削工時為： 按表2.5—7
L = 40 mm L1 = 3 mm L2 =3 mm
基本時間:
3.10.6 銑開連桿體和蓋
選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—79(90)選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 63 mm 切削速度V = 0.34 m/s
切削寬度ae = 3 mm 銑刀齒數(shù)Z = 24
切削深度ap = 2 mm af = 0.015 mm/r d = 40 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 103 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n=750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.47 m/s
銑削工時為： 按表2.5—10
L = = 17 mm
L1 = - +2 = 6 mm
L2 = 2 mm
基本時間tj= Li/FM = (17+6+2)/(148) = 0.17 min
按表2.5—46 輔助時間ta=0.4×0.45=0.18 min
3.10.7 加工連桿體
(1) 粗銑連桿體結(jié)合面 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—74（84）選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 75 mm 切削速度V = 0.35 m/s
切削寬度ae = 0.5 mm 銑刀齒數(shù)Z = 8
切削深度ap=2 mm af = 0.12 mm/r
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D = 89 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n = 750 r/min
則實際切削速度V = Dn/（1000×60） = 2.94 m/s
銑削工時為： 按表2.5—10
L = 38 mm L1 = +1.5 = 7.5 mm L2 = 2.5 mm
基本時間tj = L/fnz = (38+7.5+2.5)/(2.96×60×8) = 0.03 min
按表2.5—46 輔助時間ta=0.4×0.45=0.18 min
(2) 精銑連桿體結(jié)合面 選用銑床X62W
根據(jù)《機械制造工藝設計手冊》表2.4—84選取數(shù)據(jù)
銑刀直徑D = 75 mm 切削速度V = 0.42 m/s
銑刀齒數(shù)Z = 8 切削深度ap = 2 mm
af=0.7 mm/r 切削寬度ae=0.5 mm
則主軸轉(zhuǎn)速n = 1000v/D =107 r/min
根據(jù)表3.1—74 按機床選取n = 750 r/min
則實際切削