发动机连杆加工工艺及造型讲解

无锡商业职业技术学院毕 业 设 计 说 明 书 发动机连杆工艺设计及结构造型 学 号 12874105 姓 名 王 松 班 级 机电124 专 业 机电一体化技术系 部 机电技术学院 指导老师 张 帆 完成时间2014 年 9 月 8 日至 2015 年 4月 10 日目 录引 言1第1章 发动机连杆的分析21.1 发动机连杆的介绍2第2章 发动机连杆的加工工艺42.1发动机连杆加工工艺规程42.2发动机连杆的技术要求42.3发动机连杆零件图分析62.4连杆的材料和毛坯102.5确定加工方法122.6制定工艺路线132.7确定加工余量132.8切削用量的选择152.9切削深度的选择152.10进给量的选择152.11切削速度的选择152.12加工工序表见下表16第3章 发动机连杆的三维造型173.1发动机连杆的造型173.2发动机连杆造型的步骤173.3发动机连杆的装配26结 束 语30参考文献31引 言随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此，国内外各大汽车公司对发动机连杆的材料及制造技术的研究都非常重视。“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求：(1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声；(2)强度、刚度要高，并且要有较高的韧性；(3)连杆比要大，连杆要短。这就意味着对连杆的设计和加工有着更高的要求。其一，杆身有足够的刚度可以预防工作时发生弯曲变形；其二，连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，以防大端变形时连杆螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆，使轴承润滑破坏。同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性。31第1章 发动机连杆的分析1.1 发动机连杆的介绍发动机连杆是发动机的最核心传动部件，及连杆链接主动和从动部件传递运动零件。例如在往复活塞式传动机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆体为钢件，它的主体部分的截面形状大多为工性和圆形，大小端有孔，轴孔内装有轴承来减小摩擦提高使用寿命。柴油机连杆是发动机最重要的部件。活塞和曲轴的作用是把往复直线运动转化成会回运动来输出功率。因而在加工设计之初，先进行CAD和UG的绘图设计，确定外形及轮廓尺寸。在安排加工工艺的过程中，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开。慢慢减少切削的余量、来达到消除或减少切削力及内应力的作用，并修正加工后的变形，就一定能达到加工工艺要求的精度要求。1.2发动机连杆的结构特点 图 1.1 发动机连杆连杆工作中，除承受燃料燃烧产生的压力，还要承受横向和径向的惯性力。所以柴油的连杆是在复杂的应力状态下做工的。因此柴油机要求的尺寸和位置精度的很高，而且柴油连杆的结构的刚性较差，很容易产生冲击形变。它的运动中动载荷急剧变化，运动中产生的惯性力使连杆体高频振动,就会使刚性部件的连杆体产生变形，会影响连杆的工作效率即减少它的传动动力，还会磨损活塞的密封圈，让润滑油外泄和灰尘进入影响旋转精度，可能造成活塞拉瓦、拉缸，使发动机无法正常工作。因此对连杆抗振性、刚性及强度提出了很高的要求。 连杆的作用是传递活塞与曲轴间的作用力,并将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动,连杆应保证足够的强度和刚度。发动机连杆为模锻件，由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。连杆大头是分开的，一半为连杆盖，另一半与杆身为一体，通过连杆螺栓连接起来。连杆大头孔内分别装有轴瓦。由于连杆体与连杆盖的结合面是与大、小头孔中心连线倾斜，故称为斜剖式连杆。连杆小头装有青铜衬套，通过活塞销与活塞连接。连杆大头是可分开式，内装半圆形轴瓦，大头与曲轴连杆轴连。（1）连杆小头 连杆小头与活塞销连接呈浮式结构，发动机工作时活塞销与连杆小头可以相对自由转动，因此沿销的长度方向和圆周方向的磨损比较均匀。为提高摩擦副的耐磨性，连杆小头内孔压入青铜衬套。青铜衬套分为两段，分别从小头的两端压入。小头的顶上有一个集油孔，当曲轴旋转时，激溅起来的机油甩到活塞内腔的顶部，冷却活塞后，落下一部分通过集油孔聚集并流入连杆的小头内孔润滑活塞销。（2）杆身 发动机为了在最小质量时最大的强度和刚度，连杆杆身断面加工成“工”字形。图1.2 发动机连杆第2章 发动机连杆的加工工艺2.1发动机连杆加工工艺规程 1）机械加工工艺规程是组织车间生产的重要技术文件。机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要认真、严格贯彻执行的工艺技术文件，按照它组织生产，就能做到个工序科学的承接，实现优秀、高产量和低消耗。2）机械加工工艺规程是生产准备和计划调度的主要依据。有了机械加工工艺规程，就可以制所生产产品的进度计划和相应的调度计划，使生产均衡、顺利的进行。2.2发动机连杆的技术要求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，来输出动力。因此，柴油机连杆的加工精度和加工工艺性将直接影响柴油机的工作性能，而加工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。2.2.1柴油机连杆部件工艺要求（1）小孔直径55连杆头处要有足够的抗振强度和刚度，并使连杆小头轴承承受的径向压力控制在合理的范围内；（2）杆身应具有足够的疲劳强度，尽可能小的质量，良好的锻造工艺性；（3）大孔直径102连杆头处要有足够的刚度，以减小运动时的变形，防止轴承过热熔接。连焊轴承应具有足够的承载面积；（4）连杆螺栓应具有足够的疲劳强度和一定的超转速工作能力。2.3发动机连杆零件图分析2.3.1零件的功用及其特点发动机连杆是发动机的最核心传动部件，及连杆链接主动和从动部件传递运动零件。例如在往复活塞式传动机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆体为钢件，它的主体部分的截面形状大多为工性和圆形，大小端有孔，轴孔内装有轴承来减小摩擦提高使用寿命。柴油机连杆是发动机最重要的部件。活塞和曲轴的作用是把往复直线运动转化成会回运动来输出功率。连杆是发动机机中的关键零件之一，它将柴油发动机直线反复运动转换为回转运动，它在工作中主要承受拉压交变应力。它的工作稳定性和可靠性对整台柴油机至关重要。这就涉及到发动机零件的工作部位的加工精度要求，其形状复杂而不规则，对孔本身的加工精度以及面之间的位置精度一般要求较高，杆身断面不大，刚度较差，易变行。2.3.2连杆零件图样和工艺分析（1）连杆零件图样分析1) 图2.3.2.1（1）以102 mm半圆孔为最高精度表面，精度等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.8。2)零件小头55 mm的孔的表面精度等级为IT7，表面粗糙度也为Ra0.8。3)零件结合面的表面粗糙度为Ra0.8。4)结合面上的两个定位孔23 mm，孔深6 mm，孔壁表面粗糙度Ra3.2；两孔下还有M18×1.5的螺纹孔；两孔相对基准面A（结合面）有垂直度要求1000.15。5)大端的两面厚度要求65 mm,表面粗糙度RRa1.6；小端两面厚度52 mm,表面粗糙度6.3。6)两大孔中心距为280±0.03，公差为0.06mm。 图2.1 发动机连杆图图 图2.2 发动机连杆盖图（4）零件的工艺分析1）连杆大、小头孔连杆的大头和小头的孔加工精度分别为：IT6和IT7级，而且大端孔的圆孔为102mm的半圆孔，加工很困难，所以考虑到了大端的孔是半圆孔可以考虑到等其他的面和孔加工完后和连杆盖合装构成整个圆孔再进行加工，这样就可以解决了半圆孔的加工困难又保证了连杆和与其配合的连杆盖。两孔的用途是用于装配瓦轴所以要求的表面粗糙度值为R0.8m的要求，所以精加工时要排镗孔和研磨工艺。2）定位孔大端孔两边2-23H11是连杆与连杆盖装配的定位孔，与它们装配时的结合面有垂直度的要求，要求垂直精度为100：0.15。为了保证大端和小端的孔的中心距以及两孔轴线的位置精度，应在连杆与连杆盖合装后在镗床上镗两端大小孔。3）该零件材料为45钢，其工艺性较好，但是由于结构原因刚性较差，加工的时候应尽量避免切削力过大，同时在夹紧时也要注意夹紧力的作用位置和大小等因素。2.3.3计算连杆生产纲领，确定生产类型该零件生产纲领为10万件年，现已知该产品属于轻型机械，根据机械制造工艺设计简明手册中生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批量生产。2.3.4审查零件图样工艺性连杆零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐图2.3 连杆体零件图图2.4 连杆盖零件图2.4连杆的材料和毛坯24.1连杆的材料连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。根据给定的零件图，发动机连杆是一个结构比较复杂的零件，要求材料要容易成形，切削性能好，故选用45号钢，根据生产批量、零件材料及结构，选用模锻的加工方法。这样更有利于材料内部的结构的连续，可以使零件的结构强度更好。2.5确定加工方法2.5.1粗基准的选择（1）按基准先行的原则，应首先加工出主要定位基准面（连杆的上下端面），加工连杆的上下端面时以大头孔和它的另一端面定位。2.5.2精基准的选择（1）磨削定位面，以两端面为基准。（2）精镗定位孔时，由于该孔与结合面有垂直度的要求，加工时要以结合面作为精加工基准。（3）连杆与连杆盖合装后再来镗、磨孔，这时是以基准面互为基准加工。合装以后精镗及珩磨大头孔时、应该以大头端面、小头孔以及工艺土台作为定位。2.5.3加工阶段的划分和加工顺序的安排连杆本身的刚度比较低，在外力作用下容易变形；连杆是模锻件，孔的加工余量较大，切削加工时易产