1、天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计 汽 车 制 造 工 艺 学 课 程 设 计 说 明 书连 杆 加 工 工 艺 规 程 及 钻 小 头 孔 工 序 夹 具 设 计学 校： 天津科技大学专 业：机械工程学院车辆工程学 号：13018124姓 名：赵文辉指导教师：谈炳发提交日期：2016.7.15天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计I目 录第一章 前言1第二章 汽车制造工艺学课程设计任务书2第三章 零件的分析3第一节 零件的作用4第二节 零件的工艺分析5第 4 章 工艺规程的设计6第一节 连杆的材料和毛坯7第二节 连杆加工工艺路线制天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计I
2、定8第三节 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定9第四节 确定切削用量及工时定额10第五节 连杆的检验10第 5 章 钻连杆小头孔专用夹具设计11第一节 夹具的设计方案及要求12第二节 定位基准的选择13第三节 切削力和夹紧力的计算14第四节 定位误差的分析15第五节 夹具设计及操作简要说明16 天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计I结论17参考文献18致谢19天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计1第一章 前言 汽车制造工艺学课程设计 是我们学习完大学阶段的汽车类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合的课程设计，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段汽车制造业的实际
3、生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的汽车制造业相对落后的局面探索可能的途径。看过参考文献后总结出自己的语言，但由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位
4、老师能给予指正。天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计2第 2 章 汽车制造工艺学课程设计任务书(一) 设计说明本次设计是我们学完大学全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占重要的地位。在设计过程中，我们应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。汽车制造工艺学课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。(二) 设计的题目、内容和要求1. 题目：连杆加工工艺规程及小头孔工序夹具设计2. 生产类型：大批量3. 连杆尺寸：根据零件图所给比例
5、，按照 d=20mm 自行调整4. 主要内容：毛坯选择；连杆加工工艺路线制定；小头孔加工工序具体内容确定；钻小头孔工序夹具设计。5. 具体要求及提交材料：填写工艺过程卡时，除钻小头孔工序，其他工序机床确定名称，夹具确定类型，刀具与量具也确定名称；独立完成工艺路线制定；设计说明书按规定格式书写；提交的材料：夹具装配总图一张（A1 手工绘制，标注尺寸和配合） ；每人提交：设计说明书一份；夹具零件图一张（手工绘制草图、CAD 绘制正式图）；综合工艺过程卡一份。 天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计3第 3 章 零件的分析第一节 零件的作用1.1 连杆的结构特点连杆是汽车发动机中的主要传动部件
6、之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，
7、还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输
8、出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有 5 个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。1.2 连杆的主要技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求图 3.1 如下。天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计4图 3.1 连杆1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了
9、使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为 IT7，表面粗糙度 Ra 应不大于 0.4m；大头孔的圆柱度公差为 0.012 mm，小头孔公差等级为 IT6，表面粗糙度 Ra 应不大于 3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公差为 0.0025 mm，素线平行度公差为 0.04/100 mm。1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误
10、差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为 0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为 0.06 mm。1.2.3 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：1200.05 mm。1.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于 IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在 100 mm 长度上公差为 0.
11、08 mm） 。1.2.5 大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计5大头两端面的尺寸公差等级为 IT9，表面粗糙度 Ra 不大于 0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为 IT12，表面粗糙度 Ra 不大于 6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。1.2.6 螺栓孔的技术要求在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的
12、作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按 IT8 级公差等级和表面粗糙度 Ra 应不大于 6.3m 加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为 0.25 mm。1.2.7 有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm
13、。1.3 连杆的机械加工工艺过程分析1.3.1 工艺过程的安排在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：（1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐
14、步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：（1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨天津科技大学大学 2013 届本科生课程设计6（2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗（3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。1.3.2 定位基准的选择在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误
15、差。具体的办法是，在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑） 。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销” 。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精
16、度。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。
