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1、汽车制造工艺学课程设计任务书题 目： 连杆加工工艺规程及连杆体结合面平面加工工序夹具设计 目 录序言 1一、课程设计目的 2二、生产纲领及零件说明 2三、毛坯方面说明 3四、连杆的技术要求 5五、连杆的机械加工工艺过程 6六、切削用量的选择原则 8七、确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差 9八、工时定额的计算 10九、专用夹具设计 21课程设计总结 23参考文献 2420 / 22序 言汽车制造工艺学课程设计是我们学习完大学阶段的汽车类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合的课程设计。通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于本
2、人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的汽车制造业相对落后的局面探索可能的途径。但由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。一、课程设计目的汽车制造工艺学课程设计是汽车服务工程专业学生学完汽车制造工艺学后，进行的一个重要的实践性教学环节。通过设计培养学生综合运用所学知识的能力，为以后的毕业设计进行一次综合训练和
3、准备。通过本课程设计使学生在下述各方面得到训练：1. 运用汽车制造工艺学课程中的基本理论解决零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定、机床、工具、量具的选择等问题，以保证零件的加工质量。2. 通过设计，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理、能保证加工质量的夹具的能力。3. 学会使用手册及图表资料。培养查阅各种资料的能力，同时掌握和本设计有关的各种资料。二、生产纲领及零件说明1. 生产纲领生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用，它决定了各工序所需专业化和自动化的程度，以及所选用的工艺方法和工艺装备。发动机连杆零件的年产量为30000件，现已知该
4、产品属于轻型机械，根据生产类型和生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大批量生产。大批量生产的工艺特征：（1）零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或其他高效方法。毛坯精度高，加工余量小。（2）机床设备及其布置形式：广泛采用高效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。（3）工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。（4）对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。（5）工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。
5、（6）成本：较低。（7）生产率：高。（8）工人劳动条件：较好。2. 零件说明连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它把作用于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压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母和曲轴装在一起。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，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销和活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔和活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。在发动机
6、工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体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和活塞销之间的摩擦运动副。三、连杆的材料和毛坯粉末锻造技术是常规的粉末冶金工艺和精密锻造有机结合而发展起来的一项颇具有市场、竞争力的少、无切削金属加工方法，以金属粉末为原料，经过预成形压制，在保护气氛中进行加热
7、烧结及作为锻造毛坯，然后在压力机上一次锻造成形和实现无飞边精密模锻，获得了和普通模锻件相同密度、形状复杂的精密锻件。它既有粉末冶金成形性能较好的优点，又发挥锻造变形有效地改变金属材料组织和性能作用的特点，使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新的突破，特别适宜大批量生产高强度、形状复杂的结构零件，因此在各工业部门中有较大推广应用的发展前途。汽车发动机连杆是承受强烈冲击及动态应力最高的典型动力学负荷零件，其负荷和其自身质量成比例，因此杆的轻量化对发动机具有特别的重要意义。如减轻发动机质量，可导致发动机上所有摆动体质量的减少，对发动机的运转噪声、震动、燃料消耗等将产生良好的作用。更重要的是，由于粉末锻
8、造采用粉末坯料的称量法，使每根连杆得到同一重量，因此，连杆联接曲轴旋转时，明显减轻了动平衡所引起的影响。粉末锻造工艺是一种可以精减工艺、减少公害和节约资源的合乎时代要求的技术，是一项跨世纪的先进的高新技术。连杆的材料参考了德国krebsoge公司为宝马公司生产的美洲虎发动机AJV8型粉末锻造连杆，所用预合金钢粉的牌号为AIS14200，其化学成分(W)为：025 035Mn、025 045Mo、025 035Ni、0 1 0 1Cr、0 65C、其余为Fe。由于这种低合金钢粉的化学成分均匀，物理性能及工艺性能优良，从而使经粉末锻造制成的高强度连杆零件的综合性能，特别是冲击韧性及疲劳性能显著提高
9、。毛坯的生产工序如下：1配料及混料：将低合金钢粉，经配料计算和准确称取粉重后，置于混料机内混和30min左右，至分布均匀。2压预成形坯：在压制机上将粉料压制成连杆预成形坯。对预成形坯的形状及尺寸设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要严格精确控制，以避免超负荷而损坏模具。3烧结：在通有还原性保护气氛的烧结电炉中进行，其温度为11001130，至完全合金化。然后，将烧结体移入无氧化性气氛的保温炉(约1000)中进行保温。4闭式模锻：为了节约能源，将粉末预成形压坯直接从保温炉内送人压力机模具中进行闭式模锻。烧结体经致密化封闭锻造时，可将80理论密度的烧结体锻造直至接近100理论密度。（必须指出
10、，粉末锻造连杆的变形温度对其性能的影响很大，烧结预成形坯经l000保温出炉时，应尽量缩短停留时间，立即投人模锻工序。若模锻温度过低，在连杆表层的残留微孔隙增多，则使连杆的密度下降；若停留时图1 粉末锻造过程示意图间过长，则连杆内部易被氧化。这两种情况都能导致连杆的冲击韧性和疲劳强度降低。）粉末锻造连杆除了要求粉末性能一致、粉末的流动性和填充性要好及合理的预制坯形状及尺寸设计外，还需要较复杂的工艺设备和严格的质量控制。为提高模具使用寿命和保证粉末锻造连杆质量的一致，其关键是实现生产工艺过程的计算机自动化。四、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，
11、以输出动力，同时又压缩汽缸内气体。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而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）连杆大头螺栓孔和接合面的垂直度。1大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了使大头孔和轴瓦及曲轴、小头孔和活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.8m；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不
12、大于3.2m。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0.04/100 mm。2大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.04 mm；在垂直和连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。3大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即
13、影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：1900.05 mm。4连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）。5大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3m。这是因为连杆大头两端面和曲轴连杆轴颈两轴肩端面间
14、有配合要求，而连杆小头两端面和活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。五、连杆的机械加工工艺过程1.工艺过程的安排在安排工艺进程时，就要把各主要工序的粗、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
15、工序安排如下：（1）两端面：先精铣后精磨；（2）小头孔：扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗；（3）大头孔：粗镗、半精镗、精镗、研磨。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。2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。具体的办法是在安装工件时，注意将成套编号标记的一面不和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
16、）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。3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，应注意夹紧力的作用方向和着力点的选择。在铣两端面的夹具中，夹紧力的方向和端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部和小头端部的刚性高，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
17、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。4. 连杆两端面的加工连杆两端面在扩粗镗大小头孔之前先进行精铣以保证两端面的平行。而之后采用精磨工序，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。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。六、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
18、加工质量，具有重要的作用。1. 粗加工时切削用量的选择原则粗加工时加工精度和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 V.f.ap.1000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
19、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，最后确定一个合适的切削速度V.选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。（1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一
20、次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。（2）进给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。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。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。（3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。2.精加工时切削用量的选择原则精加工时加工
21、精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上提高生产效率。（1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。（2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。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。（3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺
22、条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。七、确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差1确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（1）、平面加工的工序余量（mm） 表一 单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣1.5IT12()40()12.5精铣0.6IT10()38.8()3.2粗磨0.3IT8()38.2()1.6精磨0.1IT7()38()0.8则连杆两端面总的加工余量为：A总= =（A粗
23、铣+A精铣+A粗磨+A精磨）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=38+=mm2. 确定工序尺寸及其公差1）、大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为55 mm） 表二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0.0865.565.50.4精镗0.465.465.40.8半精镗165651.6二次粗镗264646.3一次粗镗2626212.5扩孔560592）、小头孔各工序尺寸及其公差表三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0.21.6铰0.26.4扩912.5钻钻至12.5 八、工时定额的计
24、算1铣连杆大小头平面选用X52K机床根据机械制造工艺设计手册表2.481选取数据铣刀直径D = 100 mm 切削速度Vf = 2.47 m/s切削宽度 ae= 60 mm 铣刀齿数Z = 6 切削深度ap = 3 mm则主轴转速n = 1000v/D = 475 r/min根据表3.131 按机床选取n = 500 /min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.67 m/s 铣削工时为：按表2.510 L= 3 mm L1 = +1.5 =50 mm L2 = 3 mm基本时间tj = L/fm z = (3+50+3)/(5000.186) = 0.11 min按表2.54
25、6 辅助时间ta = 0.40.45 = 0.18 min 2粗磨大小头平面选用M7350磨床 根据机械制造工艺设计手册表2.4170选取数据砂轮直径D = 40 mm 磨削速度V = 0.33 m/s切削深度ap = 0.3 mm fr0 = 0.033 mm/r Z = 8则主轴转速n = 1000v/D = 158.8 r/min根据表3.148 按机床选取n = 100 r/min则实际磨削速度V = Dn/（100060） = 0.20 m/s 磨削工时为：按表2.511基本时间tj = zbk/nfr0z = (0.31)/(1000.0338) = 0.01 min按表3.140
26、 辅助时间ta = 0.21 min3 加工连杆体(1) 粗铣连杆体结合面 选用铣床X62W根据机械制造工艺设计手册表2.474（84）选取数据铣刀直径D = 75 mm 切削速度V = 0.35 m/s 切削宽度ae = 0.5 mm 铣刀齿数Z = 8 切削深度ap=2 mm af = 0.12 mm/r则主轴转速n = 1000v/D = 89 r/min根据表3.174 按机床选取n = 750 r/min则实际切削速度V = Dn/（100060） = 2.94 m/s 铣削工时为： 按表2.510 L = 38 mm L1 = +1.5 = 7.5 mm L2 = 2.5 mm基本
27、时间tj = L/fnz = (38+7.5+2.5)/(2.96608) = 0.03 min按表2.546 辅助时间ta=0.40.45=0.18 min图2 连杆体零件图九,连杆后平面夹具设计由连杆工作图可知，工件材料为45钢，年产量30万件。根据设计任务的要求，需设计一套铣后平面夹具，刀具为硬质合金端铣刀。1问题的指出本夹具主要用来后平面，即大小孔的两个端面。连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）由于本工序
28、是粗加工，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。2 夹具设计1) 定位基准的选择由零件图可知，在连杆的两个端面加工之前，连杆只是一个毛坯，且表面粗糙。为了使定位误差尽可能小，按基准重合原则选56大头孔和连杆的端面为基准。大头端使用定位销固定，连杆中间用“活动手柄压紧螺钉机构”压紧，小 头端使用V块夹固定。均属于完全定位。2) 夹紧方案由于零件小，所以采用开口垫圈的螺旋夹紧机构，装卸工件方便、迅速。3) 夹具体设计夹具体的作用是将定位、夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时，能承受一部分切削力。夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。图3 夹具装配图课程设计总结通过本次
29、课程设计，体会深刻。虽然说我们是设计，但依然走在前人铺好的阳光大道。就是走在这样的阳光大道，依然是步履艰难。我们付出了努力，让我强烈感觉设计一样东西，是需要渊博的知识，和非凡的灵感以及付出巨大的心血。“Made in China”，这个全世界最熟悉的标签，显示我们国家在全球的影响力。但在外人眼中，这显然是我们的巨大耻辱标签中国模仿。主张增加课程设计课程，引进发达国家的教案，培养学生独立思考和创造性的思维。 我们拥有高傲的历史，却为什么要向世界卑微地低下头颅。我们的中国创造，仍需努力。参考文献1. 机械制造技术基础课程设计指南，崇凯主编，化学工业出版社 2006年。2. 现代机床夹具设计，吴拓主编，北京工业出版社 2009年。3. 汽车制造工艺，曾东建主编，机械工业出版社 2006年。4. 实用机械制造工艺设计手册，王凡主编，机械工业出版社 2008年。5. 互换性和技术测量基础，胡凤兰主编，高等教育出版社 2010年。6. 机械制图第六版，大连工业学工程图学教研室编，2007年。7. 汽车构造第二版，关文达主编，机械工业出版社 2004年。