连杆工艺及夹具设计_毕业设计(编辑修改稿)

连杆工艺及夹具设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

粉末冶金材料具有良好的脆性断裂性能，用裂解方法加工连杆广泛采用此种材料。 连杆工艺及夹具设计 5 其优点是锻造 毛坯的精确度高，可取消连杆毛坯粗加工， 减少了材料费用和加工工序。 粉末冶金锻造连杆甚至在烧结成型时就可预压出裂纹槽，从而可取消缺口加工工序。 粉末冶金技术的发展使获得高密度、高强度的粉末冶金材料变得更容易也更廉价，促进了连杆裂解加工技术的发展和使用范围。 铸造连杆的低塑性和易脆断极适宜裂解加工技术的应用。 但铸造连杆重量偏差大，机械性能较差，其使用受到限制。 锻钢连杆尺寸精度高、组织结构与力学性能好，在传统连杆制造业中应用最为广泛，尤其用于负荷大、转速高的发动机以及要求连杆具有高疲劳强度和可靠性的场合。 目前广泛用 于制造轿车连杆的 C70S6高碳微合金非调质钢，锻造后直接空冷机械性能即可达到要求，可取消常规热处理以及校直和消除应力的工序，尤其是可裂性好，极适合裂解加工。 连杆工艺规程设计 连杆加工工艺的主要特色 一、 连杆传统的加工工艺 ． 传统加工工艺流程： 毛坯锻造 → 铣两端面 → 粗磨两端面 → 钻小头孔 → 钻大头孔 → 粗镗小头 孔 → 粗镗大头孔→ 半精镗小头孔 → 半精镗大头孔 → 切连杆大头分开面 → 粗铣离面 → 精铣分离面 → 钻铰定位销孔 → 攻螺纹孔 → 磨分离面 → 精磨两端面压铜 套 → 精镗火头孔 → 精镗铜套孔 → 珩磨大头孔。 铸造法生产可锻铸铁和球铁连杆 鉴于锻造法生产的连杆比铸造法成本高，故采用铸造法大批生产珠光体可铸铁连杆， 1965年由美国通用汽车公司使用后，相继有德国 Opel汽车公司、 Vauxhall汽车公司等用于轿车发动机，均成功地取代了部分锻造连杆。 此后，又采用球墨铸铁制造连杆，以取代可锻铸铁。 仅德国的铸造行业，每年供应欧洲汽车制造业需用的铸造连杆约达1000万根以上“其中 Opel汽车公司就是其最大用户之一。 确定铸造连杆形状和尺寸的主要因素是疲劳强度，它须通过 107周次循环负荷的疲劳强度试验。 铸造连杆经喷丸强化处理后， 其疲劳的质量偏差为 3％～ 4％。 近来可采用“裂痕撑断法”剖分连杆体与盖的新切断工艺，从而减少了机加工工序，降低了生产成本。 锻造是使钢铁或有色金属材料产生塑性变形，从而变成具有一定形状和尺寸的锻件，并改善其组织结构而获得高的力学性能。 现今汽车锻造行业几乎都是采用模锻法，主要用以制造形状复杂和性能要求高的零部件或毛坯，诸如曲轴、前粱、连杆、转向节连杆工艺及夹具设计 6 等。 全球主要汽车制造业每年需用发动机连杆约达 2亿根，其中 ％ 为模锻连杆。 为满足发动机连杆的大量需求，多采用锤上热模锻法在自动化锻造生产线 上大批量生产。 其主要制造工艺过程是：首先将钢坯加热 (如感应加热 )到锻造温度，然后将此钢坯送人自动轧钢机进行初轧，使其延伸成一定要求的几何形状和尺寸的预制坯，最后，将此预制坯送人锻压机的锻模中进行终锻， 以获得最终产品形状和尺寸精度。 或者采用多模锻造方法就不需要进行轧制，但与连续锻造相比，则有更多的材料浪费在毛刺上；与初轧到终锻的锻造相比，纤维状取向更恶化。 关于模锻连杆的材料选择，以往多使用传统的可热处理钢 (如 42Cr4Mn钢等 )，现可 选用控制轧制的微合金化钢。 通常模锻毛坯的质量损失为其总质量的 4％～ 7％ ，锻造成品连杆的质量偏差为 3％～ 5％。 —— “切断法” 发动机连杆分离面加工的传统方法可以称为有屑切削法．即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行粗加工之后。 用切削的方法 (铣削或锯削 )将整体连杆切断．分成连杆体厦连杆盖两个零件。 然后再用拉削磨削或精铣的方 法。 对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工，以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求 这是一种带切屑的切削加工方法， 一般可称为切断法 (CUT OFF) (见图 11)。 在分离面进行精加工之后 ，将连杆体及盖成对合在一起，再加工连杆螺栓孔；随后，已加工完螺拴孔的连杆体及盖再成对地、不可互换地用连杆螺栓台装在一起，并按规定扭矩拧紧，转入其它情加工工序。 不论连杆的毛是锻造的还是铸造的，这种传统的连杆切断法在汽车制造业以及一切内燃机 制造业界一直沿用至今，几乎有近百年的历史 . 图 11 切断法 二、连杆现代的加工工艺 在连杆的现代加工工艺中，最具有现代特色的就是采用了对连杆杆身和连杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的先进加工技术 “连杆裂解 ”工艺。 连杆裂解加 工技术的基础是断裂理论。 根据断裂力学原理，裂纹表面通常有张开型、连杆工艺及夹具设计 7 前后滑移型和平面剪切型三种位移形式。 当物体受到垂直于断裂平面的正应力作用时，发生低应力脆性断裂，即张开型断裂。 其特点是断裂时承受的工作应力较低，通常远远低于材料的屈服强度，塑性变形小，断口方向与正应力垂直。 连杆裂解加工的原理是通过在大头适当位置设计并预制缺口，形成应力集中，再主动施加垂直于预定断裂面的载荷进行引裂。 当满足发生脆性断裂的条件时，在几乎不发生塑性变形的情况下，在缺口处规则断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。 其加工原理如图 1－ 2所示。 由于断裂面呈犬牙交错自然形态，具有极高的配合精度，无需再加工。 在后续的大头 孔 精加工及装配过程中，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖与连杆体在断裂面处自然啮合、精确合装。 图 1－ 2 裂解加工原理 连杆裂解加工属于精密加工技术。 断裂剖分后大头 孔 仅需精镗，因此在定向裂解过程中，大头孔不能有较大的失圆与变形，以免造成后续精加工的余量不足；由于断裂面将作为后续加工及装配的基准，所以要求断裂面具有较好的三维凹凸曲面形态，以满足精确啮合的要求 ；同时，连杆作为发动机的重要零件，工作状态恶劣，在高温环境下承受交变载荷的作用，运动速度极高，因此要求断裂面 (接触面 )强度高、承载能力强。 锻造的连杆毛坯，在实施断裂剖分之前，先粗镗连杆大头孔，然后在其预定断裂处加工两个对置的沟槽，为应力集中点，见图 1－ 3a。 随后，将连杆 a） 开槽的连杆 b)断裂剖分工艺示意 图 1－ 3 连杆断裂剖分工艺示意图 大头孔套装到一台进行断裂剖分的装置的两个半芯轴上，并将连杆进行定位和夹紧。 然后利用冲击力，将用来胀裂连杆的楔插入上述半芯轴中，此时在楔的冲击下，连杆的大头孔在沟槽处被断裂剖分为连杆体和连杆盖，见图 1－ 3b。 这种新工艺，使分离后的连杆和连杆工艺及夹具设计 8 连杆盖能直接在断裂面处自然精确合装，无需加工配合面，达到了减少加工工序和减少加工机床的目的。 此外，除连杆剖分面具有较高的配合精度外，还由于其剖分接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力。 因此，在融入裂解技术之后，本课题所采用的连杆工艺规程为 ： 0 锻造 10 粗磨连杆两端面 20 粗镗连杆大小头孔 30 半精镗连杆大小头孔 40 清洗 50 加工螺栓孔 60 加工裂解槽 70 裂解 80 装配螺栓 90 压铜套并精整 100 精磨连杆两端面 110 精镗连杆大小头孔 120 称重并取重 130 清洗 140 终检 连杆工艺方案的比较及确定 对于任何产品的工艺过程，通常应制订出几套不同的、能够满足加工质量和生产效率的工艺方案，最后，以经济性评比来决定它们的取舍。 经济性评比可以对整个工艺过程来进行，也可以针对某个或几个工序来进行。 如果两个工艺过程截然不同，则应进行全面的分析比较。 如果只是个别工序不同，则对不同的工序进行 分析比较，最后选择较为经济的方案。 一、工艺成本 制造一个零件所必需的一切费用的总和，称为零件的生产成本。 生产成本中有一部分是与工艺过程有关的，称为工艺成本；另一部分则与工艺过程无关，例如行政总务人员的工资及办公费用、厂房折旧和维持费用等。 在工艺方案的经济性评比中，只考虑生产成本中的工艺成本这一部分。 工艺成本由以下两种费用组成： V（元 /件） 可变费用是指与零件产量直接有关的费用。 如毛坯材料和制造的费用，操作工人的 连杆工艺及夹具设计 9 工资和奖金，通用机床和通用夹具的折旧费和维修费，通用 刀具的折旧费及维持费，加工消耗的电费等。 S（元） 不变费用是指与零件年产量无之间关系的费用，如专用机床和专用夹具的折旧费和维修费，专用刀具的折旧费，机床调整工人的工资等。 若零件的全年产量为 N（件），则全年工艺成本 C可由下式确定： C = VN + S （ 元 ） 单个零件的工艺成本 Cd为 Cd = V + S/N （元） 二、工艺方案的比较及确定 ： 方案一 方案二 0 锻造 0 锻造。