1、发动机连杆机械加工工艺设计哈尔滨广厦学院毕 业 设 计系 别 汽车与机电工程系 专 业 交通运输 班 级 11级交A(1)班 学生姓名 窦玉鹏 2015 年 5月 20 日 哈尔滨广厦学院毕 业 设 计题 目：发动机连杆机械加工工艺设计学 生： 窦玉鹏 指导教师： 王亚萍 专 业： 交通运输 班 级： 11级交A（1）班 系 别： 汽车与机电工程系 2015 年 5 月 20 日 哈尔滨广厦学院本科毕业设计任务书学生姓名窦玉鹏学 号29指导教师王亚萍系 别汽车与机电工程系专 业交通运输联系方式起止时间自 2014年11月10日 至2015年6月18日毕业论文（设计）题目：发动机连杆机械加工工艺
2、设计题目来源：教师科研项目 教师指定 学生自拟 其他 （在中打）立题目的和意义： 随车汽车工业的发展和汽车在日常生活中的重要性以及汽车市场的大量需求，汽车生产方式基本为批量生产。在汽车发动机制造中，连杆的加工多属于大批量生产，广泛采用先进工艺和高生产效率专用机床，实现机械加工、连杆盖和连杆体装配、称重、检验、清洗和包装等工序自动化，所以为成批生产整体锻造的连杆机械加工工艺过程所设计的新的加工理念与加工模式。主要研究内容：通过对发动机连杆机械加工工艺设计，使我能够综合运用所学知识，从分析零件结构特点和审查零件结构工艺性入手，根据零件技术要求和材料，阐述连杆对毛坯选择、定位基准、典型表面的加工以及
3、零件的机械加工工艺过程，并更加深刻的了解连杆制造的重要性。工作计划及时间安排：1查阅相关文献资料： 2014年 11 月 10 日至2014年11 月 30 日2完成开题报告： 2014年 11 月 30 日至2015年 4 月 20 日3完成论文初稿，接受中期检查： 2015年 4 月 15 日至2015年 5 月 6 日4修改论文直至定稿，装订成册： 2015年 5 月 6 日至2015年 6 月 10 日5进行论文答辩： 2015年 6 月 10 日至2015年 6 月 18 日指导教师签字： 年 月 日系主任签字： 年 月 日 哈尔滨广厦学院本科毕业设计审阅评语指导教师评语 是否同意答
4、辩：同意 不同意 （在中打） 指导教师（签字） 职称 年 月 日评阅人评语 是否同意答辩：同意 不同意 （在中打） 评阅人（签字） 职称 年 月 日哈尔滨广厦学院本科毕业设计答辩评语及成绩答辩委员会评语 毕业论文成绩 所在系签章年 月 日 答辩委员会主任所在系 答辩委员会主任职称 答辩委员会主任签字 年 月 日 摘 要连杆是汽车发动机中重要的组成部份，本文要紧论述了发动机连杆的机械加工工艺。连杆主若是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。连杆经受的是冲击动载荷，因此要求连杆刚度和强度。由于连杆既是传动零件又是运动件，须综合材料选用、结构设计。在对其设计中咱们先对连杆工
5、艺进程分析，联系实际通过对其具体设计的了解进行连杆机械加工工艺进程分析及其机械加工余量、工序尺寸的确信。关键词：连杆；工艺设计；加工余量；工序尺寸AbstractAutomotive engine connecting rod is an important part of this paper discusses the machining process of engine connecting rod. The main link is connected to the piston and the crankshaft, so that the reciprocating linear
6、 motion of the piston is converted to rotary motion of the crankshaft. Link to withstand the impact of dynamic load, thus requiring the link stiffness and strength. Since both the transmission link is part of moving parts, must be integrated material selection, structural design. In its design, we f
7、irst link process analysis, and practice by conducting rod machining process analysis and mechanical allowance, the process to determine the size of their understanding of the specific design.Keywords: link, process design, allowance, step size第1章 绪论 设计的要紧研究内容最近几年来，随着汽车工业的快速进展和竞争的日趋猛烈，汽车生产企业对汽车零部件设计
8、与制造的要求愈来愈高，只有高质量、高效率、低本钱、低能耗的产品才能在市场竞争中立足。许多采纳本来的加工技术加工的产品已经难以在市场中生存，对传统加工技术的变革成为汽车工业以后的进展趋势及进展方向。传统的加工工艺随着工业生产水平的提高，尤其是加工工艺和材料的不断革新，得以深切进展。而且，一些能够打破常规的新工艺为现代企业提供了更多的加工方案发动机作为汽车的重要的组成部份，其设计制造水平是衡量一个国家的汽车工业水平。今世汽车工业的进展需要高效率、低排放的发动机，这就意味着发动机内部的每一个零件都要在知足机械性能的条件下尽可能减轻自身重量。为了减轻汽车尾气对环境的污染，以后的废气排放标准会愈来愈严格
9、，需要发动机的气缸压力进一步增大，以知足汽车节能减排的要求。连杆作为发动机关键运动、受力部件，其设计制造也必然向着重量轻、疲劳强度大的趋势进展。连杆是发动机中重要的零部件，是将活塞的直线往复运动转化为曲轴旋转运动的纽带。连杆在发动机工作进程中既要经受装配载荷，同时需要将活塞所受到气体暴发的压力传递给曲轴。活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动，处于二者之间的连杆的运动状态比较复杂，经受着拉伸、紧缩、弯曲等交变载荷。为了保证发动性能够长期稳固的运转，对连杆的性能要求比较苛刻，连杆在质量小的情形下，必需有足够的强度和刚度。若是连杆刚度不够，可能会产生连杆大头孔失圆，进而致使连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损
10、；连杆刚度不够，可能造成连杆杆身弯曲变形，造成活塞与气缸偏磨，活塞环漏气、窜油等现象。随着人类对汽车需求量的不断增加，连杆的数量是随着发动机缸数决定，因此连杆的需求量随着汽车增加量呈数倍增加。因此，在加工技术方面就需要专门大的进展。此设计主若是对传统的汽车连杆的机械加工工艺设计。 加工工艺设计的目的及意义连杆是汽车发动机的要紧传动部件之一，它在发动机中，把作用于活塞顶面的膨胀的呀力传递给曲轴，连杆在工作中经受着急剧转变的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部份组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一路。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，低的内表面浇
11、有一层耐磨的巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，能够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，同时便于磨损后进行修理和改换。在发动机工作进程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除必需具有刚度和强度外，还应尽可能减小连杆自身的质量，用于减小惯性力的作用。连杆杆身一样都采纳从大头到小头慢慢变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，因此，在连杆部件的大、小头两头设置了去不平稳质量的凸块，以便在称量后切除不平质量。连杆大、小头两头对称散布在连杆中截面的双侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等
12、（大体尺寸相同）。在连杆小头的顶端设有油孔或油槽，发动机工作时，依托曲轴的高速运动，把气缸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连接起来，使活塞的往复直线运动变成曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接阻碍发动机的性能。第2章 汽车连杆机械加工工艺设计 连杆的结构特点及作用连杆是汽车发动机重要组成部份，连杆位于活塞与曲轴之间。连杆的作用是将活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。在发动机中，把作用与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紧缩气缸中的气体。连杆在工作中经受着急剧转变的动载荷。连杆由大头、
13、小头和杆身等部份组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一路。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。大头孔和小头孔内别离安装了轴瓦和衬套。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，能够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改换。连杆在质量减小的情形下，就必需有足够的强度和刚度，因此连杆杆身的截面多为“工”字型。 连杆的要紧技术要求连杆上需进行机械加工的要紧表面为：大、小头孔及其两头面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆
14、总成的要紧技术要求（图2-1）如下。图2-1 连杆总成图大、小头孔的尺寸精度、形状精度大头孔公差品级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于m；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差品级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于m。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100 mm。大、小头孔中心距 因此规定了比较高的要求：190 mm。 连杆的材料和毛坯连杆材料一样采纳4五、40Cr、40CrMnB，通过处置提高强度和刚度。钢制连杆一样采纳锻造球墨铸铁采纳锻造。目前我国有些生产连杆的工厂，采纳了连杆辊锻工艺。图（2-2）为连杆辊锻示用意毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊
15、模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而取得所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向和机械强度等方面都可达到模锻水平，而且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大量大量生产中应用。辊锻需经多次慢慢成形。图2-2连杆辊锻示用意图(2-2)给出了连杆的锻造工艺进程，将棒料在炉中加热至11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见。锻好后的连杆毛坯需经调质处置，使之取得细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正
16、。 连杆的机械加工工艺进程分析 工艺进程的安排1.两头面：粗铣、精铣、粗磨、精磨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，那么视需要和可能安排在工艺进程的中间或后面。定位基准的选择连杆外形复杂不易定位大、头是由细长的杆身连接，刚度差，易变形；保证大头孔与端面垂直，加工时，应以一端面为定位基准。同时保证两孔位置公差，加工一孔时，以另一孔作为定位基准（互为定位基准）。连杆加工中大多数以零件图中规定的工艺凸台为精基准。有的连杆在大、小头侧面有三个或四个中心孔作为辅助基准，实现大、小头孔同时加工。连杆两头面的加工采纳粗铣、
17、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，利用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方式的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种方法的生产率低一些，但精度较高。大头侧面的加工以基面及小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣双侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。 连杆加工工艺设计应考虑的问题工序安排连杆加工工序安排应注意两个阻碍精度的因素：1.连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；2.连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中，各要紧表面的粗
18、精加工工序必然要分开。定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采纳双面铣，可使部份切削力抵消。统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大，定位稳固靠得住；用小头孔定位可直接操纵大小头孔的中心距。夹具利用保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情形，如采纳夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取必然方法，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。 切削用量的选择原那么粗加工时切削用量的选择原那么粗加工时加工
19、精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时刻金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐费用，以提高生产效率和降低加工本钱。金属切除率能够用下式计算：Zw 式中：Zw单位时刻内的金属切除量（mm3/s）V切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）ap背吃刀量（mm）1.切削深度的选择：在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽可能将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几回走刀。2.进给量的选择：进给量应依照工艺系统的刚性和强度来确信。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺
20、系统的刚性和强度好的情形下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情形下，应适当减小进给量。精加工时切削用量的选择原那么1.切削深度的选择：精加工时的切削深度应依照粗加工留下的余量确信。通常希望精加工余量不要留得太大，不然，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，阻碍加工质量。2.进给量的选择：精加工时限制进给量提高的要紧因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。 确信各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差确信加工余量 因为连杆零件形状复杂而且生产批量大，因此毛坯选用铸件，用查表法确信机械加工余量：平面加工的工序余量如下表2-1表2-1加工余量单面
21、加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯43粗铣IT12()40()精铣IT10()()粗磨IT8()()精磨IT7()38() 确信工序尺寸及其公差大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为55 mm）如下表2-2表2-2大头孔工序尺寸及公差工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨精镗半精镗16565二次粗镗26464一次粗镗26262扩孔56059二、小头孔各工序尺寸及其公差小头孔各工序尺寸及其公差（依照机械制造技术基础课程设计指导教程 ） 如下表23表2-3小头孔各工序尺寸及公差工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗铰扩9钻钻
22、至第3章 连杆工时定额的计算 连杆大小头平面和大小头孔的加工 铣连杆大小头平面选用X52K机床依照机械制造工艺设计手册表81选取数据铣刀直径D = 160 mm Z = 6背吃刀量ap = 3 mm进给量f= 主轴转速n = 600r/min那么实际切削速度V = Dn/（100060） = m/s 铣削工时为: L= 3 mm L1 = + =50 mm L2 = 3 mm大体时刻tj = L/fm z = (3+50+3)/(60036) = 辅助时刻ta = = min 粗磨大小头平面选用M7331磨床 依照机械制造工艺设计手册表170选取数据砂轮直径D = 160 mm 切削深度ap
23、= 0.3 mm Z = 8主轴转速n = 100 r/min磨削速度V = Dn/（100060）= m/s 磨削工时为： 大体时刻tj = zbk/nfr0z = 1)/(1008) = min 辅助时刻ta = min 加工小头孔1.钻小头孔 选用钻床Z33s1 依照机械制造工艺设计手册表38(41)选取数据钻头直径D = 20 mm 切削速度V = 0.99 mm背吃刀量ap = 10 mm进给量f = 0.12 mm/r 那么主轴转速n = 800 r/min 钻削速度V = Dn/（100060） = m/s 钻削工时为： L = 10 mm L1 = 1.5 mm L2 = 大体
24、时刻tj = L/fn = (10+/800) = min 辅助时刻ta = min 其他时刻tq = min 2.扩小头孔 选用钻床Z33s1依照机械制造工艺设计手册表53选取数据扩刀直径D = 30 mm 切削深度ap = 1.5 mm 进给量 f = 0.8 mm/r那么主轴转速n =400 r/min依照表30 那么实际切削速度V = Dn/（100060） = m/s 扩削工时为： L = 10 mm L1 = 3 mm大体时刻tj=L/fn=(10+3)/400)= min辅助时刻ta= min 3.铰小头孔 选用钻床Z3080依照机械制造工艺设计手册表81选取数据铰刀直径D =
25、30 mm 切削深度ap = mm进给量f = mm/r进给量f = mm/r那么主轴转速n = 200 r/min依照表31 那么实际切削速度V = Dn/（100060） = m/s 铰削工时为： L=10 mm L1 =0 L2=3 mm大体时刻tj = L/fn = (10+3)/200) = min 辅助时刻ta = min 铣大头双侧面 选用铣床X62W依照机械制造工艺设计手册表77(88)选取数据铣刀直径D = 16 mm 铣刀齿数Z = 3 背吃刀量ap = 4 mm F=30mm/min 主轴转速n = 750 r/min 切削速度V = Dn/（100060） = m/s
26、铣削工时为： L=40 mm L1=+=8.5 mm L2=2.5 mm大体时刻tj = L/fmz = (40+/(7503)= min辅助时刻ta = = min 扩大头孔选用钻床床Z575 刀具:扩孔钻依照机械制造工艺设计手册表54选取数据扩孔钻直径D = 34 mm 进给量f = mm/r 背吃刀量ap =3.0 mm 主轴转速n = 354 r/min切削速度V=Dn/（100060）= m/s 扩削工时为： L = 40 mm L1 = 3 mm L2 =3 mm 大体时刻: 加工连杆体和连杆盖铣开连杆体和连杆盖 选用铣床X62W依照机械制造工艺设计手册表79(90)选取数据铣刀直
27、径D = 63 mm 切削宽度ae = 3 mm 铣刀齿数Z = 24 背吃刀量ap = 2 mm af = 0.015 mm/r d = 40 mm 主轴转速n = 750 r/min依照表74 按机床选取n=750 r/min切削速度V = Dn/（100060） = m/s 铣削工时为： L = = 17 mm L1 = - +2 = 6 mm L2 = 2 mm大体时刻tj= Li/FM = (17+6+2)/(148) = min辅助时刻ta= min 加工连杆体1.粗铣连杆体结合面 选用铣床X62W依照机械制造工艺设计手册表74（84）选取数据铣刀直径D = 60 mm 切削宽度a
28、e = 0.5 mm 铣刀齿数Z = 8 背吃刀量ap= 1mm af = 0.12 mm/r主轴转速n = 600 r/min 切削速度V = Dn/（100060） = m/s 铣削工时为： L = 38 mm L1 = + = 7.5 mm L2 = 2.5 mm大体时刻tj = L/fnz = (38+/6008) = min辅助时刻ta= min 2. 精磨结合面 选用铣床M731依照机械制造工艺设计手册表170选取数据砂轮直径D =40 mm 切削深度ap = 进给量fr0f= mm/r 主轴转速n = 157 r/min切削速度V = Dn/（100060） = m/s 铣、磨连
29、杆盖结合面1. 粗铣连杆上盖结合面 选用铣床X62W依照机械制造工艺设计手册表74（84）选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削宽度ae = 3 mm 铣刀齿数Z = 8 af = 0.12 mm/r 主轴转速n = 100r/min 切削速度V = Dn/（100060） = 0.39 m/s 铣削工时为： L = 38 mm L1 = + = 16 mm L2 = 2.5 mm大体时刻tj = L/fmz=(38+16+/(1008) = min辅助时刻ta= min 2.精铣连杆上盖结合面 选用铣床X62W依照机械制造工艺设计手册表84选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削宽度ae = 0.5 mm 铣刀齿数Z = 8 进给量f = 0.7 mm/r 主轴转速n =110 r/min切削速度V = Dn/（100060） = 0.43 m/s 铣削工时为： L = 38 mm L1 =
