工藝夾具-連桿的工藝及工裝設計

工藝夾具-連桿的工藝及工裝設計,工藝,夾具,連桿,工裝,設計 四 川 理 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 典型零件（連桿）的工藝 及工裝設計 學 生 向德軒 系 別 機電工程系 專 業(yè) 班 級 機械設計制造及自動化（機制031） 學 號 030110123 指 導 教 師 張 捷 摘 要 連桿是汽車發(fā)動機里面的一種重要零件，一般為鍛件。國內市場中，汽車發(fā)動機連桿的年需求量大約在5000萬左右。 本次設計是連桿的加工工藝及精鏜其大頭孔的工裝夾具。在精鏜大頭孔時，采用的定位方式是一面兩銷。因為是大批量生產，夾緊方式采用的是液壓自動夾緊。連桿被夾緊后，取出大頭孔的定位插銷，然后對其進行加工，加工時應保持其精度。 關鍵字：連桿，需求，生產，定位，精度 Ⅰ ABSTRACT Linkage is an automotive engine inside an important part, generally forgings. Domestic market, the car engine connecting rod in the annual demand of about 50 million or so. The design of the connecting rod processing and precision boring big holes in its fixture. Precision Boring bulk of the hole, the position is a two way marketing. Because of mass production, clamping methods make use of automatic hydraulic clamping. Linkage was clamping, removal of the bulk of positioning bolt hole, then its processing, and processing should maintain its accuracy. Keywords : linkage, demand, production, positioning, accuracy Ⅱ 前 言 制造業(yè)特別是機械制造業(yè)是國民經濟的支柱產業(yè)，現(xiàn)代制造業(yè)正在改變著人們的生產方式、生活方式、經營管理模式乃至社會的組織結構和文化。由于中國潛在的巨大市場和豐富的勞動力資源，世界的制造業(yè)正在向中國轉移，中國正在成為世界的制造大國。我國在家電等若干產品的產量已居世界第一位。但是在自主知識產權的創(chuàng)新設計、先進制造工藝和裝備及現(xiàn)代化管理等方面仍然存在很大差距，所以我們還不是制造強國。 近一個世紀以來，國內外專家和學者對培養(yǎng)制造工藝技術方面的應用型人才持有兩種不同的觀點：一種是偏重于掌握各種具體的工藝實踐知識（典型零件加工方法），即工藝的個性；另一種是偏重于掌握工藝理論，即工藝的共性。因此，制造工藝教材也有兩種與之相應模式。我們認為，這兩種觀點都有其正確的一面，最佳的方案應該是兩者的有機結合。 傳統(tǒng)的制造技術發(fā)展到了一個嶄新的階段。傳統(tǒng)制造不斷吸取機械、電子、信息、能源及現(xiàn)代管理等技術成果，并將其綜合應用于產品整個生命周期，稱為“市場----設計----制造----市場”的大的生產制造系統(tǒng)。在生產制造系統(tǒng)中，各個專業(yè)學科間不斷交叉、融合，其界限逐漸淡化甚至消失。用人單位根據市場要求需要高技能的數(shù)控編程技術人員，要成為一名合格的機械加工技術人員必須掌握機械制造工藝，能夠指定出合格的工藝規(guī)程和合格的數(shù)控程序，如何制定合理的加工路線和加工的參數(shù)直接影響著零件的加工質量和效率及成本。本次設計就在于通過畢業(yè)設計培養(yǎng)學生能夠根據機械設備和零件的要求編制合理的加工工藝為以后從事機械加工的技術工作打下堅實的基礎。 Ⅲ 目 錄 中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 前言 Ⅲ 第1章 零件的分析 1 緒論 1 1.1 連桿的功用 1 1.2 連桿的結構特點 1 1.3 連桿裂紋主要原因剖析 2 1.3.1 技術要求 2 1.3.2 熱處理工藝參數(shù)的影響 3 1.3.3 原材料的影響 4 1.3.4 連桿斷裂剖分工藝 6 1.3.5 斷裂剖分機理 6 1.3.6 斷剖裝置的設計 8 1.3.7 結論 9 第2章 工藝規(guī)程設計 10 2.1 毛坯制造形式的確定 10 2.2 基面的選擇 10 2.3 工藝路線的制定 10 2.4 機械加工余量、工序尺寸 及毛坯尺寸的確定 13 2.4.1 機械加工余量的分析 13 2.4.2 工序余量的確定 13 2.4.3 切削用量及工時的確定 14 第3章 夾具的設計 24 3.1 夾具的基本概念 24 3.1.1 機床夾具的定義和組成 24 3.1.2 機床夾具的作用 24 3.1.3 工件在夾具中的加工誤差 25 3.1.4 誤差值的估算 25 3.2 定位及夾緊 25 3.2.1 問題的提出 25 3.2.2 工件的定位 25 3.2.3 工件的夾緊 26 總結 28 參考文獻 29 致謝 30 附錄A：機械加工工藝過程卡 31 附錄B：機械加工工序卡 33 四川理工學院機電工程系畢業(yè)設計（論文） 第一章 零件的分析 緒?? 論 ?? 連桿的生產屬于機械制造工業(yè)的一個范疇，而機械制造工業(yè)是國民經濟中一個十分重要的產業(yè)，它為國民經濟各部門科學研究、國防建設和人民生活提供各種技術裝備，在社會主義建設事業(yè)中起著中流砥柱的作用。從農業(yè)機械到工業(yè)機械，從輕工業(yè)機械到重工業(yè)機械，從航空航天設備到機車車輛、汽車、船舶等設備，從機械產品到電子電器、儀表產品等，都必須有機械及其制造。 連桿是很多些設備中所不可缺少的，它廣泛運用于汽車、壓縮機中，其作用是把活塞和曲軸連接起來，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的回轉運動，以輸出動力。在設計連桿加工時，要合理選擇加工刀具，進給量，切削速度、功率，扭矩提高加工精度，來提連桿加工精度，保證加工質量。因此，我們應該深刻地了解連桿的機械制造工藝過程，從而才能更好地制造出連桿產品。 本設計是為西南地區(qū)大中型企業(yè)的生產而做，年產量為5萬件。 1.1 連桿的功用 連桿是活塞式壓縮機運動機構中的一個重要零件。它的大頭通過軸瓦與曲柄的曲軸銷相連，小頭通過襯套，十字頭銷（或活塞銷）與十字頭（或活塞銷）相連，從而將曲柄的旋轉運動變?yōu)槭诸^或活塞的直線往復運動。在其中，連桿在空間作轉動與平移合成的平面運動，沿桿身軸線交替地傳遞很大的拉伸或壓縮力，所以它受到的是反復作用的交變應力。 1.2連桿的結構特點 連桿通常由大頭，小頭及桿身三部分組成。連桿小頭為整體結構，內孔壓入青銅襯套，以減少小頭與活塞銷的磨損，同時也便于修理和更換。連桿大頭為剖分式結構，內孔裝有軸瓦，軸瓦有厚壁和薄壁兩種形式，當用厚壁軸瓦時，必須在連桿大頭的剖分面上加一組墊片，以補償軸瓦磨損及調整軸瓦與曲柄銷之間的配合間隙；當用薄壁瓦時，因無墊片故連接剛度較高，但薄壁瓦本身的剛度較小，受力后易產生變形，其變形大小取決于連桿打頭孔的加工精度，因此，在使用薄壁瓦時，應提高連桿大頭孔的尺寸精度，形狀精度和位置精度。 1.3連桿裂紋主要原因剖析 連桿是柴油機、壓縮機等的主要零件，所選用的材質為45#鋼。在傳統(tǒng)制造工藝中，連桿體和蓋的制造依賴兩種方法：1)連桿體和蓋整體鍛造→鋸切分離→接觸面機加工→裝配。2)連桿體—蓋分別鍛造→接觸面機加工→裝配。采用上述兩種工藝，不僅需對連桿體和蓋的聯(lián)接面進行銑削和磨削，并且在該聯(lián)接面上還要鉆鉸螺栓定位孔和攻螺紋孔，或者切制端面齒，鉆鉸定位銷孔和鉆螺栓孔等，以便將來能使連桿體—蓋實現(xiàn)精確合裝。為此，需要較多的加工機床，經過十幾道工序，耗費大量的加工工時。 　　針對連桿傳統(tǒng)制造工藝中的缺點，為了降低制造費用和工時，提高配合精度，連桿斷裂剖分工藝被提出，并首先于80年代中，由Alfling公司在德國申請專利。其后，有關研究不斷在美、德獲得進展。進入90年代，該工藝在工業(yè)發(fā)達國家進入實際應用生產階段。適用的毛坯由最初的粉末鍛造連桿，發(fā)展到中高碳鋼鍛造連桿，使用的廠家覆蓋了美國三大汽車公司，以及德國奔馳、寶馬等著名企業(yè)。目前國內應用該技術的廠家是一汽大眾發(fā)動機廠，引進德國技術裝備，適用于每缸五氣門新型發(fā)動機連桿。 它的工藝流程為：鍛造成型—正火—粗加工—調質處理—精加工—組裝。 要保證連桿的使用性能，要求它具有較高的強度，較好的耐磨性，足夠的塑性、韌性以及相應的抗疲勞性等。多年實踐表明，通過調質處理，可以滿足以上的要求。因為調質處理可以細化晶粒，獲得均勻的具有一定彌散度和綜合機械性能的細密球狀珠光體—回火索氏體。 然而，連桿在調質過程中，有時產生裂紋，其廢品率最多可達12%，裂紋的位置分別在小頭部、桿側面、槽內圓角處。為了保證連桿的質量，下面從熱處理工藝的選擇、鋼的原材料、斷裂剖分工藝以及斷裂剖分機理等幾個方面進行剖析。 1.3.1技術要求 (1)化學成份 C:0.42～0.50%；Si:0.17～0.37%;Mn:0.50～0.80%;P≤0.04%;S≤0.04%；Cr≤0.25%;Ni≤0.25% (2)機械性能 HB217~~293 (3)金相組織　為較均勻的索氏體，允許有少量斷續(xù)、網狀分布的鐵素體。 1.3.2熱處理工藝參數(shù)的影響 在現(xiàn)實生產中，選擇連桿的調質工藝如圖1所示。 圖1　45#鋼連桿調質工藝曲線 （1）加熱溫度 45#鋼是低淬透性鋼，且由于它的MS點較高，淬火后，組織應力很大。而且，淬火時片狀馬氏體也占了相當?shù)臄?shù)量，所以，很容易淬裂。如果熱處理不當，極易有裂紋產生。但是，淬火開裂的原因是多種多樣的，過熱是主要原因之一，所以選擇淬火溫度很主要。 制定淬火加熱規(guī)范的主要依據是材料 的AC3點溫度。我們將《熱處理手冊》第四分冊中各中碳鋼的AC3點聯(lián)成曲線，即AC3線如圖2所示。我們又選用了35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼加熱，5～10%鹽水淬火做試驗，然后用金相法結合硬度值確定相應鋼種的AC3溫度，見圖2。從圖2中看出：含碳量從0.45～0.50%范圍內出現(xiàn)了一個陡降的低谷，最低點在0.48%C處。此時，AC3約為750～760℃，而0.42%C鋼AC3=780℃，所以45#鋼含碳量在下限時選用840℃加熱淬火，而含碳量在上限時仍選用840℃加熱淬火，就容易因過熱而產生淬火裂紋。 圖2 部分鋼的線 加熱溫度過低，奧氏體晶粒均勻化程度不好，而且部分鐵素體不能溶解于奧氏體，淬火后得到馬氏體加塊狀鐵素體混合組織，硬度不高，機械性能不好，達不到淬火的目的。 　　由以上分析我們可以看出，同樣是45#鋼，由于批次不同，其含碳量有差異。所以，同為45#鋼的零部件，在淬火前要進行化學成份分析，根據其變化，選擇最為適當?shù)募訜釡囟?。我們把這種做法稱之為連桿淬火工藝的跟蹤分析，通過采用這種方法，使連桿的裂紋大大減少。 （2）保溫時間 　　淬火是為了得到均勻一致的組織和所要求的機械性能，除了嚴格控制加熱溫度外，正確地確定保溫時間也是一個極為重要的問題，它取決于工件的大小、形狀、鋼的化學成份，原始組織及裝爐情況等，但保溫時間的選擇應能保證組織轉變的完成并能使奧氏體成份均勻。因此，保溫時間要足夠長，保溫時間過短，奧氏體晶粒均勻化程度不好，影響淬火質量。不過，保溫時間又不能過長，否則，零件表面氧化脫碳程度加大，同樣影響了淬火質量。實際生產中，連桿保溫時間我們選擇為60～90min。 （3）冷卻速度 　　熱處理工序有兩個重要的組成環(huán)節(jié)，即加熱與冷卻。工件冷卻時所采用的冷卻介質及冷卻方式對熱處理后的工件質量起著重要作用。許多熱處理缺陷如：變形、開裂、硬度不足等，往往因冷卻介質和冷卻方式選擇不當所致。因此，冷卻介質的選擇也是連桿產生裂紋的重要因素。 由于加熱至奧氏體狀態(tài)的工件必須在冷速大于臨界淬火速度情況下，才能得到預期馬氏體組織，即希望在C曲線鼻子附近的冷速越大越好。但在MS點以下，為了減少因馬氏體形成而造成組織應力，又希望冷卻小些，圖3為幾個淬火介質的淬火冷卻曲線，其中A為理想淬火冷卻曲線，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的變形，能減少淬火裂紋的產生。 圖3　幾種介質淬火冷卻曲線 A為理想淬火介質冷卻曲線；　B為水的淬火冷卻曲線；　C為油的淬火冷卻曲線 在連桿調質處理中我們選用的是40℃，5～10%的鹽水溶液，這種淬火介質，在鼻子附近的冷卻速度較大，完全滿足理想要求。但在低溫200～300℃之間的冷速大些(大于理想要求)，由于實際生產的一些原因，沒有改變。在此，建議用114淬火劑為宜。 1.3.3原材料的影響 　　為了分析原材料的影響，我們首先回顧一下淬透性的內容，所謂鋼的淬透性，是鋼經過加熱奧氏體化后，接受淬火的能力，它表示鋼淬火后從表面到心部的硬度分布情況，鋼的淬透性是鋼本身所固有的屬性，它與鋼的化學成份、原始組織、晶粒度以及零件的尺寸等有關，但主要與鋼的化學成份有關。 鋼的淬透性已成為選用鋼材及生產上制訂工藝規(guī)程的主要依據之一，這是因為鋼淬火時完全淬透，則沿其截面的性能將是一致的，如果淬火時不能完全淬透則自表面向中心的性能就會不同，但是鋼的淬透性愈大，轉變?yōu)轳R氏體的體積變化也愈大，即在淬火時工件發(fā)生的變形及應力也愈大。當淬火應力超過其斷裂極限時，就會產生裂紋。 （1）化學成份的影響 　　我們生產的L195柴油機連桿的材質為45#鋼、45#鋼屬優(yōu)質碳素結構鋼，實際生產中，化學成份超標現(xiàn)象也偶有發(fā)生，其中起主要作用的元素有Si.Mn.P.S.Cr.Ni。合金元素基本上不影響馬氏體的硬度，對于強度的影響也不大，合金元素對馬氏體的主要作用是明顯地提高馬氏體的塑性。實踐表明，碳鋼馬氏體中碳的分布是不均勻的，這會引起應力的不均勻分布，從而降低塑性，加入合金元素以后，可以使馬氏體中的碳分布均勻化，因此，改善塑性。但大多數(shù)合金元素(Cr.Mn.Si)只是在含量不超過一定的極限時，才增加馬氏體的塑性，超過極限后，將降低馬氏體的均勻性，使塑性和斷裂強度降低［1］，所以我們既希望鋼中有合金元素，但又不可過多。 　　Si.Mn.Cr.Ni都能增加鋼的淬透性，對淬透性的作用依次為：Mn.Cr.Si.Ni。不過，越提高鋼的淬透性，鋼的淬裂危險性越大，并且，當合金元素含量超過一定量時，則會降低鋼的淬透性。S.P是鋼中有害雜質，鋼中含有這兩種元素要盡可能降低。 （2）顯微組織的影響 　　這里主要探討鋼的晶粒度、魏氏組織及帶狀組織的影響。 　　從馬氏體形成原理看出，顯微裂紋主要是在粗大的馬氏體中形成的，而當馬氏體非常細小時，則很少出現(xiàn)顯微裂紋，細小奧氏體晶?？蓽p少鋼的顯微裂紋。在奧氏體比較均勻的情況下，初期形成的馬氏體片的長度和奧氏體的晶粒大小有關，粗大的奧氏體晶粒形成粗大馬氏體，易促成顯微裂紋形成。 　　生產中，我們要求連桿在調質處理之前的預備處理為正火，這樣做的目的是在調質處理前獲得比較均勻、細小的原始組織，減少甚至避免顯微裂紋的產生。 　　在亞共析鋼中分布特殊而呈片狀的鐵素體稱為魏氏組織，魏氏組織及與其伴生的粗晶組織會使鋼的機械性能，尤其是塑性和沖擊韌性顯著降低，所以我們要求魏氏組織不大于2級。 　　另外，鋼中顯微缺陷—帶狀組織、非金屬夾雜物的存在是淬火裂紋的根源，所以生產中連桿調質之前，不希望存在這些缺陷。 （3）宏觀缺陷的影響 　　工藝要求連桿縱剖面的宏觀組織中，纖維方向應沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，但實際生產中，有許多連桿從桿側面形成橫向裂紋，出現(xiàn)這種裂紋的連桿其落刺量很大。正常正火、淬火后，落刺部位的纖維流向出現(xiàn)的紊亂、間斷不能消除。以此可見淬火過程中，有較大應力而產生裂紋。 因此，工藝上要求連桿的纖維流向外，還不允許連桿有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷，以消除淬火裂紋源。 (4)外觀形狀的影響 連桿槽內圓角要求為R5，但我們對產生裂紋的連桿進行實際檢測，槽內有裂紋的連桿，其圓角基本不符合要求，也就是說，外形槽內無圓滑過渡的圓角，在淬火中，產生很大的淬火應力，而易產生淬火裂紋。這是由于外形尺寸影響鋼的淬透性。棱角、無圓滑過渡圓角的零件，淬火后淬火應力增強，故易在槽內圓角處出現(xiàn)裂紋。 1.3.4連桿斷裂剖分工藝 鍛造的連桿毛坯，在實施斷裂剖分之前，先粗鏜連桿大頭孔，然后在其預定斷裂處加工兩個對置的溝槽，為應力集中點，見圖 1a。隨后，將連桿大頭孔套裝到一臺進行斷裂剖分的裝置的兩個半芯軸上，并將連桿進行定位和夾緊。然后利用沖擊力，將用來脹裂連桿的楔插入上述半芯軸中，此時在楔的沖擊下，連桿的大頭孔在溝槽處被斷裂剖分為連桿體和連桿蓋，見圖1b。 a)開槽的連桿　b)斷裂剖分工藝示意 圖 1　連桿斷裂剖分工藝示意圖 1.3.5斷裂剖分機理 　　(1)脆性斷裂 　　該工藝的理論基礎是斷裂力學中的脆性斷裂理論。據斷裂力學可知，斷裂過程中裂紋表面通常有三種位移形式，即張開型、前后滑移型、平面剪切型。當物體受垂直于斷裂平面的正應力拉力時，屬張開型斷裂，這是脆性斷裂產生的形式和條件。脆性斷裂具有以下發(fā)生特點：1)斷裂時承受的工作應力較低，通常遠遠低于材料的屈服強度，塑性變形??；2)斷裂受溫度影響較大；3)斷口方向與正應力相垂直。 　　連桿斷剖工藝正是依照脆性斷裂的上述特點，通過在連桿大頭內側開出V型槽，然后施加垂直于預定斷裂面的正應力，滿足脆性斷裂的發(fā)生條件，使連桿體一蓋在不發(fā)生塑性變形的情況下被分離。應關注以下幾個問題：1)毛坯材料；2)V型槽形狀與所需應力關系；3)操作溫度。 　　 (2)毛坯材料 　　由于脆性材料更易發(fā)生脆性斷裂，適于采用斷剖工藝制造的連桿，主要采用下述三種材料的毛坯：1)粉末鍛造毛坯；2)可鍛鑄鐵；3)70高碳鋼。這三種材質的毛坯，室溫下可實現(xiàn)脆性斷裂，連桿大頭孔不產生明顯塑性變形，其變形量≤40μm，經機加工后，其圓度誤差可減為3μm。此外，45～55鍛鋼毛坯也可使用斷剖技術進行連桿制造，但必須保證在－40℃時，才可實現(xiàn)脆性斷裂，保證脹裂后的變形足夠小。 (3)溫度影響 　　斷裂剖面如同沖壓面一樣，通常分為三區(qū)，由斷裂源向外依次可分為纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇(見圖 2)。當斷面的放射區(qū)較寬時，表示材料的塑性差，脆性較大。反之，纖維區(qū)較大，表明材料的塑性及韌性較好。如何加大放射區(qū)寬度，縮小纖維區(qū)寬度，是實現(xiàn)脆性斷裂的條件。 圖 2　斷口剖面示意 　 圖3所示為溫度對斷口三要素各區(qū)大小的影響，材料為40Cr，從圖中可見，當溫度低于室溫時，放射區(qū)即已顯著增大，這樣為室溫下實施連桿的斷剖工藝提供了實驗保障。力學性能與40Cr相近的70以上碳鋼，同樣符合圖 4所顯示的溫度分區(qū)趨勢。 圖 3　溫度對脆性斷裂的影響 圖 4　斷裂強度與裂紋深度的關系曲線 　 (4)溝槽深度a與斷裂強度的關系 由圖4可見，裂紋(V形槽)深度與斷裂強度σc成反比，即對于一定的應力值，存在著一個臨界的裂紋深度ac，當裂紋深度小于此值時，裂紋是穩(wěn)定的，只有大于此值時，裂紋失穩(wěn)，裂紋愈深，材料的臨界斷裂應力愈低。深度a與σ的關系如下： 當帶缺口的結構受外力時，在裂紋尖端附近產生一應力強度因子KIC(又稱材料斷裂韌性值)控制的應力。當外力增加時，裂紋尖端的應力強度因子隨之增加，當KI達到某一臨界值KIC時，裂紋發(fā)生失穩(wěn)，結構脆性斷裂，即KI≥KIC。 　　對于一定的材料，KIC為一常值，可查表求出，也可通過測試方法確定(更加精確)。KIC值越低，越易發(fā)生脆性斷裂。因而對KIC值的測試計算，應是研究斷剖機理的重點。 　　根據KIC原理，對于一個給定尺寸的缺口可以計算出作用應力。反之，對于給定作用應力的構件，可以預測臨界裂紋尺寸。這一原理為連桿斷裂剖分提供了設計依據。 1.3.6斷剖裝置的設計 設計合理的斷裂剖分裝置是實施斷裂剖分的關鍵因素。其設計原則是：1)斷裂力能瞬時突然作用，這是因為力的施加速度對實現(xiàn)脆性斷裂有重要影響。2)在這一過程中，連桿要牢固安裝不能活動。在分離過程中，連桿體、蓋只能發(fā)生相背離的直線運動，任何連桿體、蓋之間的相對轉動，都會引起不必要的塑性變形導致將來不能進行正常的合裝。 　　斷剖裝置主要包括：固定底座、連桿蓋支座、連桿體支座，每個支座配有導軌，可使支座在一定范圍內，沿導軌做垂直于斷裂平面的移動，還具有可插入楔塊進行分離的分瓣芯軸等。 1.3.7結論 　連桿的調質處理在淬火過程中，產生裂紋主要因素有：加熱溫度、材料的晶粒度、纖維流向、外形尺寸等。防止措施為： 　　(1)45#鋼，當含碳量0.48%時，AC3陡降現(xiàn)象，我們根據每批連桿的化學成份不同，制定不同的加熱溫度。 　　(2)確保連桿在調質前的供貨組織為正火組織，晶粒度不大于3級。 　　(3)確保連桿纖維方向沿著連桿中心線并與外形相符，不得有紊亂及間斷，不允許有折疊、裂紋、分層、夾渣等缺陷。 31 第二章 工藝規(guī)程設計 2.1毛坯制造形式的確定 連桿的材料為45鋼，考慮到連桿在工作過程中經常受到交變載荷及沖擊載荷等，因此應該選用鍛件以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。 2.2基面的選擇 連桿機械加工工藝過程的大部分工序都采用統(tǒng)一的定位基準：一個指定的端面，小頭孔及工藝凸臺。這樣不僅有利于保證連桿的加工精度，特別是作為技術要求的關鍵項目：連桿大、小頭孔的尺寸精度，幾何形狀精度和相互位置精度。當然，基準的選擇也可以采用連桿上下兩平面，這也是大眾基準的選擇。 2.3工藝路線的制定 首先，制定工藝路線的出發(fā)點應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理保證，在生產綱領已確定為大批生產的條件下可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具并盡量使工序集中來提高生產率，除此以外還應當考慮經濟效果以便生產成本盡量下降。 連桿的外形復雜，不易定位和夾緊，剛度差容易變形，因而連桿機械加工工藝過程有如下幾個特點： 1.被加工連桿數(shù)量大，生產節(jié)拍短，需要采用多高效率的機床來滿足這種特殊要求。 2.由于連桿主要工作面的尺寸精度，形狀精度，位置精度及邊面粗糙度要求很高，其加工設備多，用高精度的機床（或加工中心）和工裝。 3.同組連桿質量及質量差有嚴格要求需要特殊稱重去重和分組打印設備。 4.必須有探傷和去毛刺。 以下我便初擬兩個工藝方案： 方案一： 1. 粗銑連桿兩端面。 2. 銑連桿兩側定位面。 3. 鉆擴大小頭孔，擴大都孔。 4. 半精鏜、精鏜小頭孔，半精鏜、精鏜大頭孔，兩端倒角。 5. 鉆連桿油孔。 6. 粗精銑螺栓座面，鉆擴螺栓孔倒角。 7. 去毛刺。 8. 激光加工大頭解裂槽脹斷連桿，裝配螺栓。 9. 粗精車連桿兩側面。 10. 壓裝銅套。 11. 粗銑連桿小頭兩斜面。 12. 精磨連桿兩端面。 13. 精銑連桿小頭兩斜面。 14. 小頭銅套孔倒角。 15. 半精鏜、精鏜大頭孔且兩面倒角，精鏜小頭銅套孔。 16. 銑軸瓦鎖口槽。 17. 探傷。 18. 清洗。 19. 檢驗。 方案二： 1. 劃中心線，兩平面加工線。 2. 粗銑連桿兩平面。 3. 粗磨連桿兩平面。 4. 去毛刺。 5. 劃中心十字線。 6. 初鏜小頭孔。 7. 初鏜大頭孔。 8. 鉆,擴,鉸釘孔。 9. 孔口倒角。 10. 去毛刺。 11. 劃銑破線,釘孔面加工線。 12. 銑釘孔兩端面。 13. 銑破。 14. 檢驗。 15. 銑桿蓋結合面。 16. 磨桿蓋結合面。 17. 磨桿蓋釘孔面成。 18. 去毛刺,用工藝螺釘,螺母連接桿蓋。 19. 精磨兩平面。 20. 劃大小頭孔中心十字線，孔線，中心距。 21. 精鏜大頭孔。 22. 精鏜小頭孔。 23. 檢驗，并作磁力探傷檢驗，退磁。 24. 拆下工藝螺釘，螺母。 25. 劃桿蓋槽線。 26. 銑桿槽。 27. 銑蓋槽。 28. 劃桿孔線。 29. 鉆桿孔。 30. 去毛刺，稱重，清洗。 31. 檢驗防銹入庫。 工藝方案的比較與分析： 方案一工藝過程較為粗略，很多工序（比如粗精鏜大小頭孔）本應分為幾個工序來寫，而它卻列在一個工序中，這是不合理的。因為粗加工、精加工的機床也許就不同，或者加工大頭或小頭孔的夾具也許不同，這樣就應當分開來寫。還有就是，它的一些加工工序的安排不太合理。就拿鉆油孔來說，在連桿大頭還未銑開前是無法加工的，應當在大頭銑開后再加工。再者，連桿的頭每必要用激光加工來使其斷開，從實際出發(fā)，這樣不節(jié)約成本，反而大大提高了成本，直接在銑床上銑開就好。 而方案二，它避開了高成本，工序粗糙等這些問題，各個工序都比較合理，通過比較，最終采用此方案。 2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 2.4.1機械加工余量的分析 加工總余量即毛坯余量，是指毛坯尺寸與零件設計尺寸之差，也就是某加工表面上切除的金屬層總厚度。工步（工序）余量是指相鄰兩工序（工步）的尺寸之差，也就是某道工序（工步）所切除的金屬層厚度。顯然有： 式中 ZS -- 某表面加工總余量；  n -- 該表面的機械加工工序（工步）數(shù)；  Zi -- 該表面第i個工序（工步）加工余量。 1.機械加工余量的概念： 總余量：在由毛坯變?yōu)槌善返倪^程中，在某加工表面上切除的金屬層的總厚度。 工序余量：完成一個工序中某一個表面所需要切除的金屬層厚度。 公稱余量：前工序的基本尺寸與本工序基本尺寸之差，通常所說的加工余量及查表所得加工余量均是指公稱余量。 工序余量公差：本工序最大余量與最小余量之差。 2.影響機械加工余量的因素： 前工序（或毛坯）加工后的表面粗糙幅及表面缺陷層。 前工序（或毛坯）的尺寸公差。 前工序（或毛坯）個表面相互位置的空間偏差，如彎曲度、軸心線偏移及平行度、垂直度和同軸度誤差等。 本工序的安裝誤差包括定位誤差和夾緊誤差。 2.4.2工序余量的確定 1.工序余量可以通過查表確定其要點有： 應考慮前道工序的加工精度和表面質量，加工精度和表面質量較好 ，應取得較小的余量，反之應取較大的余量。 應考慮前道工序的加工方法、設備、安裝以及加工過程中變形所引起的個表面間相互位置的空間偏差，空間偏差大，應取較大的余量。 應考慮本工序的定位和夾緊所造成的安裝誤差，尤其是對剛度小的零件，安裝誤差大，工件變形大應取得較大的余量。 應考慮熱處理工序引起的零件變形。 2.毛坯余量： 根據年產量確定鍛件形式為：錘上模鍛件。查《機械加工工藝手冊》得連桿毛坯端面余量為3.5mm。根據《機械加工工藝手冊》確定孔的毛坯余量為12mm。 2.4.3切削用量及工時的確定 （1）銑 銑兩平面55至56： 根據《機械加工工藝手冊》選機床為：X52K 根據《機械加工工藝手冊》選用銑刀：鑲齒套式面銑刀YT15。 D=160 L=45 d=50 z=16 由《機械加工工藝手冊》單邊余量：Z=3.5mm。一次銑去全部余量：a=3.5mm。 每次進給量：a=0.5。 切削速度?。簐=130m/min。 確定主軸轉速：n===318r/min。 根據機床取n=300r/min。 則實際切削速度v===150.7m/min。 當n=300r/min時，工作臺的每分鐘進給量f= azn=0.1516300=720mm/min。 切削工時：t= （其中l(wèi)=425 l+l=5） 代入數(shù)據得：t=0.6min。 則兩個面總工時為：t=20.6=1.2min。 （2）磨 磨兩平面至55： 選機床：M7130 選用砂輪：PWA60MV30040127 單邊余量：z=0.25mm 砂輪轉速:n=1500r/min 工件速度:v=15m/min 軸向進給量:f=30mm/行程 徑向進給量:f=0.02mm/行程 切削工時:t= (其中l(wèi)為工件長度425,b=140) 代入數(shù)據得:t=1.82min 所以,t=2 t=3.64min （3）鏜小頭孔至62： 選用機床:T68 單邊余量:z=6mm。分兩次鏜去余量，a==3mm 進給量：f=0.3mm/r 鏜刀線速度:v=40m/min 確定轉速:n===205r/min 查表取n=200r/min 實際速度:v==38.9m/min 切削工時:t= (其中l(wèi)=55.5 l+l=5 i=2) 代入數(shù)據得:t=2.02min （4）鏜大頭孔至102： 選用機床:T68 單邊余量：z=11mm 分兩次鏜去余量 a==5.5mm 進給量：f=0.4mm/r 鏜刀線速度：v=40m/min 確定轉速：n= 代入數(shù)據得：n=124.89r/min 查表取n=125r/min 實際速度：v＝ 代入數(shù)據得：v＝＝40m/min 切削工時：t=i （其中l(wèi)=55.5 l+l=5 i=2） 代入數(shù)據得t=2.42min （5）鉆,擴,鉸孔2-25H 選用機床: Z535 根據手冊確定進給量:f=(0.39-0.47)0.75=(0.29-0.35)mm/r 根據手冊取:f=0.25mm/r 切削速度: v=18m/min 而轉速公式為: n= 代入數(shù)據得: n=229r/min 根據手冊取: n=195r/min 切削速度公式為: v= 代入數(shù)據得,實際切削速度為: v=15.3m/min 切削工時: t= (其中l(wèi)=150 l=5mm l=3mm) 所以, 代入數(shù)據得t=3.24min 因為需要加工兩次,所以切削的總工時為: t= 2t=6.48min （6）銑釘孔兩端面至160: 選用機床:X63W 選用銑刀:圓柱型銑刀YT15 D=50 L=50 d=22 z=6 單邊余量:z=1mm 一次銑去全部余量 a=1m 每齒幾給量a=0.15 切削速度v=90m/min 確定主軸轉速: t= 代入數(shù)據 t==573.25r/min 根據機床取n=600r/min 則實際切削速度v= 代入數(shù)據得v=94.2m/min 當n=600r/min時 工作臺的每分進給量f= azn=0.156600=540mm/min 切削工時: 由于上下兩螺釘面都要銑,而又采用兩把銑刀同時銑釘孔的上端面或下端面,則i=2 所以,t= (其中l(wèi)=55.5 l+l=5 i=2) 代入數(shù)據得t==0.22min （7）銑 銑破大頭 選用機床:X63W 選用銑刀:中齒鋸片銑刀YT15 D=250 L=30 d=32 z=80 切削深度:a=3mm 每齒進給量a=0.015mm 切削速度:v=180m/min 確定主軸轉速:n= 代入數(shù)據得n=22.9r/min 查表取n=235r/min 則實際切削速度v= 代入數(shù)據得v=184.5m/min 當n=235r/min時 工作臺的進給量f= azn=0.01580235=282mm/min 切削工時:t= (其中l(wèi)=55.5 l+l=5 i=1) 代入數(shù)據得: t=0.21min （8）銑桿蓋結合面： 選用機床：X52K 選用銑刀: 鑲齒套式面銑刀YT15 D=80 L=36 d=27 z=10 切削深度:a=2mm 每齒進給量:a=0.15 切削速度:v=140m/min 確定主軸轉速:n= 代入數(shù)據得:n=557r/min 根據機床取:n=600r/min 則實際切削速度v= 代入數(shù)據得:v=150.72m/min 當n=600時, 工作臺的每分鐘進給量: f= azn=0.1510600=900mm/min 切削工時： t= （其中l(wèi)=55.5 l+l=5） 所以代入數(shù)據得:t= =0.067min 由于桿和蓋總共需要加工兩次，所以需要的總工時為： t= 2t=0.134min （9）磨桿蓋結合面: 選用機床:M7130 選用砂輪:PWA60MV30040127 切削深度: a=1.5mm 所以z=1.5mm 砂輪轉速:n=1500r/min 工件速度:v=15m/min 軸向進給量: f=30/行程 徑向進給量:f=0.02/行程 切削工時的公式為: t= (其中L=140 b=55.5 K=1) 所以,代入數(shù)據得: t= =0.14min 由于桿和蓋都需要加工,所以需要的總工時為: t= 2t=0.28min （10）磨桿蓋釘孔面: 選用機床:M7130 選用砂輪: PWA60MV30040127 切削深度:z=a=0.25mm 砂輪轉速:n=1500r/min 工件速度:v=15m/min 軸向進給量: f=30mm/行程 徑向進給量: f=0.02mm/行程 切削工時的公式為: t= (其中L=42.5 b=55.5 K=1.1) 所以,代入數(shù)據得: t= 0.07min 因為要加工兩次,所以加工的工時為:t=2t=0.14min 而由于桿和蓋都需要加工,所以加工的總工時為: t=2t=0.28min （11）磨兩平面至圖紙尺寸55： 選用機床：M7130 選用砂輪：PWA60MV30040127 單邊余量：z=a=0.25 砂輪轉速: n=1500r/min 工件速度: v=15m/min 軸向進給量: f=30mm/行程 徑向進給量: f=0.02mm/行程 切削工時的計算公式為: t= (其中L=425 b=140 K=1) 代入數(shù)據得: t=1.82min 因為工件需要加工兩次,所以切削的總工時為: t= 2t=3.64min （12）鏜大頭孔至105H() 選用機床: T68 單邊余量: z=a=1.5mm(一次鏜削完成) 進給量: f=0.15mm/r 鏜刀線速度: v=80m/min 確定轉速: 其公式為n= 代入數(shù)據得: n=242.6r/min 根據機床手冊查表取n=250r/min 實際速度: 其公式為 v= 代入數(shù)據得: v=82.34m/min 切削工時: t= (其中l(wèi)=55 l+l=5) 代入數(shù)據得: t=1.6min 因為工件只需要加工一次,所以t= t=1.6min （13）鏜小頭孔至65H() 選用機床: T68 單邊余量: z=a=1.5mm(一次鏜削完成) 進給量: f=0.15mm/r 鏜刀線速度: v=70m/min 確定轉速: 其公式為n= 代入數(shù)據得: n=343r/min 根據機床手冊查表取n=315r/min 實際速度: 其公式為 v= 代入數(shù)據得: v=64.3m/min 切削工時: t= (其中l(wèi)=55 l+l=5) 代入數(shù)據得: t=1.27min 因為工件只需要加工一次,所以t= t=1.27min （14）銑桿槽與蓋槽 1)銑桿槽5.9 選用機床: X52K 選用銑刀: 直齒面刃銑刀YT15 D=63 L=6 d=22 z=16 切削深度: a=3mm 每齒進給量: a=0.1 切削速度: v=130m/min 確定主軸轉速: 其公式為 n= 代入數(shù)據得: n=657r/min 根據機床手冊查表取n=600r/min 實際切削速度: 其公式為 v= 代入數(shù)據得: v=119m/min 當n=600r/min時,工作臺進給量為: f=azn=960mm/min 切削工時： 其公式為 t= （其中l(wèi)=9 l+l=5） 代入數(shù)據得：t=0.015min 因為工件只需要加工一次,所以t= t=0.015min 2)銑蓋槽5.9 同上1) （15）鉆桿孔8 選用機床: Z535 選用刀具: 8加長鉆頭 確定進給量: f=0.15mm/r 切削速度: v=15m/min 確定轉速: 其公式為 n= 代入數(shù)據得: n=597r/min 根據機床手冊查表取n=530r/min 確定實際速度: 其公式為v= 代入數(shù)據得: v=13.3m/min 切削工時: 其公式為t= (其中l(wèi)=215 l+l=7) 代入數(shù)據得: t= =2.79min 由于本工序只加工一個孔,其走刀次數(shù)為i=1 所以, t= t=2.79min 以上是本畢業(yè)設計的加工工藝過程中所有加工數(shù)據,其中用到的參考書為《機械加工工藝手冊》，所有的公式和參數(shù)都在該書中選取的。 第三章 夾具的設計 夾具的設計是制造工裝過程中一個重要的環(huán)節(jié)，而正確設計和合理使用機床夾具，對保證機械加工質量、提高生產效率、擴大機床使用范圍及降低產品成本都具有重要意義。所以，應該了解夾具的基本概念和夾緊力的計算。 3.1夾具的基本概念 3.1.1機床夾具的定義和組成 1.機床夾具的定義 所謂夾具，就是是在機床上用來裝夾工件的工藝裝備。在機床上加工工件時，為了保證加工表面的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求，在工件加工以前先要確定工件相對于機床或刀具占有正確的加工位置，即定位，然后迅速地將工件緊固在這個確定的位置上，即夾緊。這個過程稱為裝夾（安裝）。而在此過程中，對夾緊力的方向要求是很高的，也就是說準度和精度。 機床夾具是將工件進行定位、夾緊，將刀具進行導向或對刀，以次來保證工件和刀具間的相對位置關系的附加裝置，簡稱為夾具。 2.機床夾具的組成 （1）定位元件 （2）夾緊元件 （3）導向元件和對刀裝置 （4）連接元件 （5）夾具體 （6）其他元件及裝置 3.1.2機床夾具的作用 （1）保證加工質量 （2）提高生生產率 （3）擴大機床的工藝范圍 （4）減輕勞動強度 （5）保持生產的節(jié)奏性及平衡流水加工的節(jié)拍 3.1.3工件在夾具中的加工誤差 1.工件的加工誤差 （1）安裝誤差 工件在夾具中的定位誤差和夾緊誤差。 (2)定位誤差 刀具的導向或對刀誤差，即夾具與刀具的相對位置誤差；夾具在機床是行的定位和夾緊誤差，即夾具與機床的相對位置誤差。 (3)加工過程誤差 如加工方法的原理誤差，工藝系統(tǒng)的受力變形、受熱變形、工藝系統(tǒng)組成部分的靜精度和磨損等。 3.1.4誤差值的估算 （1）一般夾具的制造精度等于工件尺寸公差的1/5～1/3； （2）安裝誤差和對定位誤差都是和夾具有關的誤差，一般約占加工誤差的1/3。 3.2定位及夾緊 3.2.1問題的提出 本夾具主要用來鏜連桿大頭孔，而該工序又是屬于精加工的工序。所以，在本道工序中對于大頭孔的精度要求很高。因此，得合理地對連桿進行定位與夾緊，該夾緊裝置采用液壓夾緊。 3.2.2 工件的定位 ?1.定位基準的選擇 由零件圖可知，大頭孔端面對其軸線有較高的垂直度要求，在這道工序前，連桿兩平端面已經精磨過，精度很高，無可厚非，可以用連桿的一個平面作為定位基準面，然后用一個固定式的削邊銷在其小頭孔定位，再用一個專用的圓柱插銷定位大頭，該圓柱插銷也稱定位芯軸，是可移動的，當把連桿準確地夾緊之后，便拔掉。這樣一來，大頭孔便可以順利的進行加工了。此種定位就是我們常說的一面兩孔定位，是一種很常用的定位方式。 2．定位元件的選擇 本夾具利用夾具體中的鏜模板面，鏜模板上的凸臺經過磨平之后用以支撐連桿體，以及兩個銷子的配合，以達到定位的準度。 3.2.3工件的夾緊 1.夾緊的方式 本夾具的夾緊是利用液壓油缸的作用力，因為是鏜大頭孔，所以夾緊力的作用主要應在大頭這邊，當連桿準確的定位后，用兩塊撥叉式的壓板壓在大頭孔的端面，因為要鏜該孔，壓板不能擋住孔口，所以夾緊力的要求很高。壓板通過大小拉桿與油缸的活塞連接。當活塞回程時，壓板壓緊大頭端面，此時，便可拔去大頭孔的定位插銷。連桿就可以進行加工了。 2.夾緊力的計算 精鏜大頭孔時連桿所受的 圓周力=1962 徑向力F=1226 軸向力F=657 參考《機床夾具設計手冊》表1-2-3 其中：切削深度 t=1.5mm 每轉進給量 s=0.15mm 修正系數(shù) k=1.3 參考《機床夾具設計手冊》表1-2-5 因此 F=922N , F=553N, F=350N 計算切削力時，必須把安全系數(shù)考慮在內。 安全系數(shù) 其中：為基本安全系數(shù)1.5； 為加工性質系數(shù)1.1； 為刀具鈍化系數(shù)1.1； 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1。 所以，K=1.9965 F=K F=1840N F=K F=1104N F=K F=699N 那么定位臺所需克服的夾緊力N= （F+ F）/S=11776(N) （其中摩擦系數(shù)S=0.25） 選用雙向作用地腳式油缸：T5029 I型 參考《機床夾具設計手冊》P566 表“油缸的結構和參數(shù)”確定油缸產生的實際夾緊力為 N=13720(N) 此時N已大于所需的11776N的夾緊力，故本夾具可安全工作。 總結 本次設計是為期一學期的畢業(yè)設計，我通過自己的努力和指導老師的指導，一路上克服重重困難，在解決了所遇到的困難之后，我順利的完成了LWJ-20/7空壓機中連桿的工藝及工裝設計。 連桿是活塞式壓縮機運動機構中的一個重要零件。它的大頭通過軸瓦與曲柄的曲軸銷相連，小頭通過襯套，十字頭銷（或活塞銷）與十字頭（或活塞銷）相連，從而將曲柄的旋轉運動變?yōu)槭诸^或活塞的直線往復運動。在廠里，指導老師帶我們看了連桿生產的流水線，從而，我對連桿的工藝過程有了一定的了解，在老師的指導和答疑過程中，在反復的修改之后，制定出了連桿的工藝。 在通過大量的翻閱參考書和老師的幫助下，順利地完成了老師的指定的工裝設計—精鏜連桿大頭孔的工裝。從最初的定位方式到之后的夾緊方式，以及之間的配合關系，再之后的夾緊力的效核，以及最終選擇的油缸。我通過努力，一步一個腳印，在完成之后，學到了太多太多的知識。這期間，同學給了我大量的幫助，老師給了我大量的幫助，我圓滿地完成了這個畢業(yè)設計。 當然，還有太多太多的分析問題，以及解決問題的方法，在潛移默化中，我也得到了一些啟示。譬如在實際生產運用中，應該考慮到生產效率與節(jié)約材料以及加工精度幾方面的有機結合，這就需要有實際的操作經歷和豐富的經驗。 總之，做完畢業(yè)設計之后，我學到了太多以前沒能觸及的東西，補充了我的專業(yè)知識，豐富了我的人生觀念。 參考文獻 [1] 李洪. 機械加工工藝手冊[M].北京：北京出版社，1992.8 [2] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，1999. 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