汽车连杆加工工艺及夹具设计-铣剖分面

汽车连杆加工工艺及夹具设计-铣剖分面内容摘要：

先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图 (13)，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图 (14)。 锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到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。 连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面 检查，方能进入机械加工生产线。 8 连杆的机械加工工艺过程 由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。 连杆机械加工工艺过程如下表 (1— 1)所 示： 表 (1— 1) 工序 工序名称 工序内容 工艺装备 1 铣 铣连杆大、小头两平面 , X52K 2 粗磨 以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面。 （下同） M7350 3 钻 与基面定位，钻、扩、铰小头孔 Z3080 4 铣 以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸  mm 两侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面） X62W 组合机床或专用工装 5 扩 以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔 为Φ 60mm Z3080 6 铣 以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。 X62W 组合机床或专用工装锯片铣刀厚 2mm 7 铣 以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体 和盖结合面，保直径方向测量深度为 X62 组合夹具或专用工装 8 磨 以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆 体和盖的结合面 M7350 9 铣 以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖  mm 8mm斜槽 X62 组合夹具或专用工装 9 10 锪 以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面 30012。 R  mm,R11mm,保证尺寸  mm X62W 11 钻 钻 2—  10mm螺栓孔 Z3050 12 扩 先 扩 2—  12mm 螺栓孔 ，再扩 2— 13mm深 19mm螺栓孔并倒角 Z3050 13 铰 铰 2—  Z3050 14 钳 用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为 100— 15 镗 粗镗大头孔 T6 8 16 倒角 大头孔两端倒角 X62W 17 磨 精磨大小头两端面，保证大端面厚度为 mm M7130 18 镗 以基面、一侧面定位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为 mm 可调双轴镗 19 镗 精镗大头孔至尺寸 T2115 20 称重 称量不平衡质量 弹簧称 21 钳 按规定值去重量 22 钻 钻连杆体小头油孔  , 10mm Z3025 23 压铜套 双面气动压 床 24 挤压铜套孔 压床 25 倒角 小头孔两端倒角 Z3050 26 镗 半精镗、精镗小头铜套孔 T2115 27 珩磨 珩磨大头孔 珩磨机床 10 28 检 检查各部尺寸及精度 29 探伤 无损探伤及检验硬度 30 入库 连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。 连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。 连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。 第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精 基准以外的其它表面，包括大 头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口 槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。 如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。 连杆的机械加工工艺过程分析 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 （ 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 11 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。 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，减少了定位误差。 具体的办法是，如图 （ 1— 5）所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不 图（ 15）连杆的定位方向 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 12 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。 确定合理的夹紧方法 既然连杆是一个刚性比较差的 工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。 在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。 在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会影响端面的平面度。 夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。 在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工 孔的圆度。 在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。 小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。 小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。 连杆两端面的加工 采用粗铣、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，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。 这种方法的生产率较高。 精磨在 M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法的生产率低一些，但精度较高。 连杆大、小头孔的加工 连杆大、小头 孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。 小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。 钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。 小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到 IT6 级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。 由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。 13 大头孔经过 扩、 粗镗、半精镗、精镗、 金刚镗和珩磨达到 IT6 级公差等级。 表面粗糙度 Ra 为 m，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。 这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。 连杆螺栓孔的加工 连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。 加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面 定位。 为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。 从而达到所需要的技术要求。 粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。 精铣时，为了保证螺栓孔的两个端 面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。 连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转 1800 ，铣另一个螺栓孔的两端面。 这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。 连杆体与连杆盖的铣开工序 剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。 为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差 ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。 如果锯片的端面圆跳动不超过 mm,则 铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。 但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。 因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。 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 两侧面至尺寸，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影响精度的因素：（ 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，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。 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，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。 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 14 面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。 夹具使用 应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。 而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。 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况，如采用夹具限制 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 取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。 切削用量的选择原则 正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。 粗加工时切削用量的选择原则 粗加工时加工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间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。 金属切除率可以用下式计算： Zw ≈ 式中： Zw单位时间内的金属切除量（ mm3/s） V 切削速度（ m/s） f 进给量（ mm/r） ap 切削深度（ mm） 提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。 但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。 所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度 ap,其次选择一个较大 的进给量度 f，最后确定。