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南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 趙彧 學 號： 05010150 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 連桿合件加工工藝 及關鍵工序工裝設計 指 導 教 師: 王栓虎 2009年 3月 22日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 連桿是汽車發(fā)動機的主要傳動件之一，本文主要論述了連桿的作用，連桿的材料，連桿的制造過程等的國內(nèi)外的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢。雖然目前來說連桿的制造還是鑄、鍛，但已有極大的改進，新技術的應用，高制造精度，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約材料成為主流。連桿材料的選擇上，傳統(tǒng)的碳鋼已不滿足需求，新材料的運用必將給連桿帶來更廣的前景。 關鍵詞 連桿 材料 制造 1 連桿 連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，從而使得活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動。連桿承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復運動時的慣性力。這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此，連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。這就要求連桿在質量盡可能小的條件下，有足夠的剛度和強度。若連桿的剛度不夠，則可能產(chǎn)生的后果是：其大頭孔失圓，導致連桿大頭軸瓦因油膜破壞而燒損；連桿桿身彎曲，造成活塞與汽缸偏磨、活塞環(huán)漏氣和竄油等 1]。 2 連桿的國內(nèi)外現(xiàn)狀 2．1 國內(nèi)現(xiàn)狀 高強度、輕量化、低成本是汽車發(fā)動機連桿用材料的發(fā)展趨勢，我國的發(fā)動機鍛鋼連桿制造技術與國外差距不大，但在連桿輕量化方面還相當落后。在滿足性能指標的前提下，連桿的材料和制造技術關聯(lián)很大，非調質鋼的應用就是考慮節(jié)省調質工序。近年來，采取裂解連桿體和連桿蓋分界面技術可以大幅度地減少機械加工工序，由此開發(fā)了高強度低韌性的高碳非調質鋼和粉末冶金鍛件，以滿足工藝的需要 2]。 2．1．1 連桿的材料 多年來高速柴油機連桿一直以優(yōu)質中碳結構鋼和中碳合金結構鋼為主。如45、40Cr、35CrMo、42CrMo和40MnB。結構鋼經(jīng)熱模鍛后調質處理，獲得良好的綜合力學性能。近年采用的新型柴油機連桿材料有2類。第1類為微合金非調質結構鋼，如中國一汽的6DL柴油機。第2類為高碳非調質結構鋼，為適應連桿體一蓋“裂解”加工技術的需要而迅速發(fā)展 3]。 2．1．2 連桿的制造 目前，連桿生產(chǎn)中有模鑄工藝、模鍛工藝、粉末鍛造工藝、常規(guī)粉末冶金工藝、粉末熱擠壓一鍛造工藝、碳纖維強化工藝等。由于模鍛成形具有接近最終產(chǎn)品的幾何形狀和尺寸精度，并同時改善其組織，能獲得更高的力學性能；模鍛鋼連桿的疲勞強度和可靠性高，適用于負荷大、轉速高的汽油和柴油發(fā)動機，因此，在連桿制造中占據(jù)主導地位。普通模鍛連桿需要在鍛后進行全身銑削加工，以消除鍛造過程中產(chǎn)生的脫碳層、氧化坑、裂紋、折疊等表面缺陷，通過這一銑削加工，會使連桿表層的纖維組織受到破壞，強度大幅度降低 4]。 在多年探索的基礎上，國內(nèi)形成了精密輥鍛—液壓模鍛錘模鍛復合工藝 5]和連桿精鍛工藝等較為先進的工藝 6]。 鑄造連桿工藝也是一種常用的工藝方法。采用鑄造連桿有4個優(yōu)點 （1）與鍛造連桿相比設計的靈活性比較大； （2）改善丁連桿的機加工性能； （3）鑄造連桿的尺寸比較接近連桿的成品尺寸 ； （4）在使用上能夠滿足可靠性要求 7]。 常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車連桿已有十幾年，粉末鍛造工藝使用最廣。粉末鍛造工藝比較昂貴，較適合于小批量生產(chǎn)．或制造高負荷與高速發(fā)動機的連桿。對于大批量生產(chǎn)的．速度不高于7000rpm 的2.0L下的發(fā)動機的連桿，可用較經(jīng)濟的壓制—燒結—精整—熱處理工藝扣“斷裂剖分法”制造 8]。 傳統(tǒng)的普通模鍛和機械加工方法已難以滿足當今汽車、摩托車等工業(yè)生產(chǎn)中對產(chǎn)品高質量、高精度、高效率、低消耗、低成本的要求。粉末鍛造技術是常規(guī)的粉末冶金工藝和精密鍛造有機結臺而發(fā)展起來的一項頗具有市場競爭力的少、無切削金屬加工方法。該方法以金屬粉末為原料，經(jīng)過預成形壓制，在保護氣體中進行加熱燒結及作為鍛造毛坯，然后在壓力機上一次鍛造威形和實現(xiàn)無飛邊精密模鍛，從而獲得了與普通模鍛件質量密度相同、形狀復雜的精密鍛件。汽車發(fā)動機連桿是承受強烈沖擊及動態(tài)應力最高的典型動力學負荷零件，其負荷與其自身質量成比例，因此連桿的輕量化對發(fā)動機具有特別的重要意義。由于粉末鍛造采用粉末坯料的稱量法，使每根連桿得到同一質量。因此，連桿聯(lián)接曲軸旋轉時，明顯減輕了動平衡所引起的影響 9]。 2．2 國外現(xiàn)狀 2．2．1 連桿的材料 鋁基復合材料，密度低、比強度和比模量高、抗熱疲勞性能好，但在汽車上的應用受到價格及生產(chǎn)質量控制等方面的制約，還沒有形成很大的規(guī)模。目前，鋁基復合材料在連桿零件上的試驗或使用顯示出了卓越的性能，如本田公司開發(fā)成功的由不秀鋼絲增強的鋁基復合材料連桿比鋼制連桿降重30%，對1.2L的汽油發(fā)動機可提高燃料經(jīng)濟性5% 10]。 以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金 11]。鈦有兩種同質異晶體：882℃以下為密排六方結構α鈦，882℃以上為體心立方的β鈦。 12]鈦合金具有比強度高、高溫強度高和耐腐蝕等優(yōu)點。例如用α+β系鈦合金制造的發(fā)動機連桿，強度相當于45鋼調質的水平，而重量可以降低30%。鈦合金應用的最大阻力來自其高價格，豐田中央研究所開發(fā)了一種成本較低的鈦基復合材料。該復合材料以Ti-6Al-4V合金為基體，以TiB為增強體，用粉末冶金法生產(chǎn)，已在發(fā)動機連桿上應用 11]。 奧貝球鐵具有優(yōu)越的耐磨性，極好的耐疲勞性，優(yōu)越的斷裂韌性，低成本，很高的強度和韌塑性，按美國和德國標準制造的奧貝球鐵牌號，其最高強度級別達到1400MPa，超過了調質鋼和滲碳鋼的強度水平 13]?？梢杂肁DI代替鋼制造汽車輪轂、全輪驅動雙聯(lián)桿、轉向節(jié)臂、發(fā)動機正時齒輪、曲軸和連桿等。經(jīng)實物測量，代替鍛鋼制造曲軸可以降重10%，代替鋁合金制造載貨車輪轂每只可降重0.5kg 12]。 2．2．2 連桿的制造 粉末鍛造連桿已經(jīng)成功應用，近年開發(fā)的一次燒結粉末冶金連桿技術的生產(chǎn)成本較低，可實現(xiàn)11%的輕量化。德國Opel公司裝在2.0L的OHC發(fā)動機上行駛30萬km的效果未見異常 13]。國外粉末冶金燒結鍛造技術有較大發(fā)展，粉末鍛造連桿重量精度可達1% 14]。 發(fā)動機連桿裂解加工技術是目前國際上連桿生產(chǎn)的最新技術，具有傳統(tǒng)連桿加工方法無可比擬的優(yōu)越性，其加工工序少、節(jié)省精加工設備、節(jié)材節(jié)能、生產(chǎn)成本低。此外，連桿裂解加工技術還可使連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質量大幅度提高，對提高發(fā)動機生產(chǎn)技術水平和整機性能具有重要作用。其原理是通過在連桿大頭孔中心處設計并預制缺口(預制裂紋槽)，形成應力集中，再主動施加垂直預定斷裂面的載荷進行引裂，在幾乎不發(fā)生變形的情況下，在缺口處斷裂，實現(xiàn)連桿體與連桿蓋的無屑斷裂剖分 15]。 通過國內(nèi)外的現(xiàn)狀比較之后可以看到，高強度、輕量化、低成本是連桿的趨勢。制造技術水品方面，國內(nèi)和國外相當，工藝方面，國內(nèi)和國外都有新的進展，但國內(nèi)制造連桿的材料主要還是鋼，對于鈦合金材料、鋁基復合材料等材料的應用遜于國外。 3 發(fā)展趨勢 節(jié)約材料，減少加工，提高制造精度，降低生產(chǎn)成本，這是國內(nèi)外連桿加工未來的理念和趨勢。就材料而言，輕質、高耐疲勞性、斷裂韌性、較低成本及較高耐磨性的材料將會廣泛地應用，如奧貝球鐵、鋁基復合材料等。就加工技術而言，少機械加工、高制造精度、降低生產(chǎn)成本的加工技術成為主流，如粉末鍛造、連桿裂解等加工技術。 4 組合機床現(xiàn)狀 組合機床是根據(jù)工件加工需要，以大量系列化、標準化的通用部件為基礎，配以少量專用部件，對一種或數(shù)種工件按預先確定的工序進行加工的高效專用機床。組合機床能對工件進行多刀、多軸、多面、多工位同時加工。組合機床可分為具有固定夾具的單工位組合機床、具有移動夾具的多工位組合機床和轉塔式組合機床三類。隨著技術的不斷進步，組合機床有了新的進展，進展綜述如下：高效柔性化（模塊化）如可更換多軸箱的雙坐標或三坐標加工模塊以及既可換箱(多鈾或單鈾)、可換刀(在單主鈾箱時)的加工模塊，這樣既有較高的生產(chǎn)率，又有較高的柔性；為了進一步實現(xiàn)高效加工，進—步提高通用部件的快速性能和可靠性，采用新刀具材抖和新穎刀具；為了提高工作的可靠性和可利用率，在原有的三坐標加工模塊上設打監(jiān)視主袖進給力、功率、刀具振動及軸承溫度的多種傳感器，顯示其工作狀況，在出現(xiàn)異常時，發(fā)出報警信號，以便采取措施；提高加工精度。 我國組合機床及組合機床自動線總體技術水平較發(fā)達國家相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎全都從國外進口。高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機床及其自動線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機床，因此提高組合機床加工精度、組合機床柔性、組合機床工作可靠性和組合機床技術的成套性為我國組合機床的主攻方向。 參 考 文 獻 [1] 連桿的作用及材質要求 [EB/OL].(2009-01-19)[2009-01-19].http://www.chinazyqc.com/html/jis/300.html. 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[15] 楊慎華，張志強，寇淑清，等. 關于發(fā)動機連桿裂解加工關鍵技術的研究 [EB/OL].(2006-11-28)[2006-11-28].http://www.autoinfo.gov.cn/autoinfo_cn/xwzx/jszz/webinfo/2006/11/28/1184034648362221.htm. ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本課題是連桿合件加工工藝及關鍵工序工裝設計，并在此基礎上，選擇關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計。因此需要研究和解決的問題如下： （1）連桿合件加工工藝及關鍵工序工裝設計； （2）關鍵工序之一的專用夾具設計； （3）關鍵工序之一的加工用組合機床設計。 針對第一個問題擬采用的研究手段如下： 熟悉連桿合件的零件圖，依據(jù)“先加工基準面，后加工其他表面”，“先加工平面，后加工孔”，“先加工主要平面，后加工次要平面”，“先安排粗加工，后精加工”，再結合工件的實際情況來安排工藝路線。工藝裝備包含：刀具、量具、夾具、輔具。工藝裝備的選用及設計得依據(jù)工序及工件的實際情況。 針對第二個問題擬采用的研究手段如下： 熟悉本工序的內(nèi)容及要求及零件尺寸、表面粗糙度的要求和形位公差的要求，了解夾具設計的原則、夾具的構成，依據(jù)工件的實際情況設計本工序的夾具。 針對第三個問題擬采用的研究手段如下： 了解機床的構成，依據(jù)機床設計的原則，工件、夾具的具體情況，本工序的加工要求，查閱相關資料來設計機床，并完成三圖一卡的制作。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日