295柴油机连杆加工说明书

机电及自动化学院

《机械制造工艺学》课程设计说明书

设计题目：柴油发动机连杆工艺规程设计

姓名：黄超群

学号：1311113011

班级：机电（1）班

届别：2013

指导教师：林碧

2016 年7月

目录

第一章工艺规程设计

1．1 连杆功用和受力分析 (3)

1．2连杆主要技术要求 (4)

1．3 选择毛坯制造方法 (6)

1.4拟定零件加工的工艺路线 (7)

1．4．1 拟定工艺方案原则 (7)

1.4.2 加工方法的选择 (8)

1.4.3加工顺序的安排 (8)

1.4.4 定位基准的选择 (9)

第二章机械加工工艺卡片的设计

2. 1 工艺方案的拟定 (11)

2. 2 机械加工余量的确定 (11)

2. 3 确定时间定额 (12)

总结 (14)

参考文献 (15)

第一章工艺规程设计

1．1 连杆功用，受力分析,工艺特点。

连杆是发动机的主要零件之一。连杆的功用是将活塞承受的力传给曲轴，从而使得活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。

连杆承受活塞销穿来的气体作用力及其本身摆动和活塞组成往复运动是的惯性力，这些力的大小和方向都是周期性变化的。因此，连杆受到的是压缩，拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆在质量尽可能小的情况下，有足够的强度和刚度。如果连杆的刚度不够，则可能产生的后果是：其大头孔失圆，导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；连杆杆身弯曲，造成活塞与气缸偏磨。活塞环漏气和窜油等。连杆一般用中碳钢或合金钢经模锻或锟锻而成，然后经过机械加工和热处理。

本次设计的为295柴油机的连杆，它是有连杆体、连杆盖、定位套、活塞销轴承和螺钉等组成。它的大头孔与曲轴的曲轴颈配合，小头孔与活塞销配合。在小头孔的顶端有一个油孔，依靠飞溅润滑把润滑油注入小头孔内。工作时，连杆小头与销之间有相对转动，因此小头孔中一般压入减摩的青铜衬套。有的连杆在连杆体内钻通一个连接大小头孔的深油孔，把由曲轴颈来的润滑油强制通过深油孔注入小头孔内，但这种深油孔加工较困难，因此不被采用。

为了减少惯性力的影响，在保证连杆具有足够的强度的前提下，要尽可能减轻其重量，所以连杆采用了从大头孔到小头孔逐步变小的“工”字型截面形状。

连杆大头按剖分面的方向可分为平切口和斜切口两种。平切口连杆的剖分面垂直与连杆轴线。一般汽油机连杆大头尺寸都小于气缸直径。可以采用平切口。柴油机的连杆，由于受力比较大，其打头的尺寸往往超过气缸直径，为使大头能通过气缸。便于拆卸，一般采用斜切口连杆，斜切口连杆的大头剖分面与连杆轴线成30?~60?夹角。

斜切口连杆在工作中受惯性力的拉伸，在切口方向有一个较大的横向分力。因此在斜切口连杆上必须采用可靠的定位措施。斜切口连杆常用的定位方法有：

1）止口定位，2）套筒定位，3）锯齿定位。在295柴油机连杆采用的是套筒定位。

他是在连杆盖的每一个螺栓孔中压配一个刚度大，而且剪切强度高的短套筒。他与连杆大头

有精度很高的配合间隙，故装拆连杆也很方便。他的缺点是定位套筒的工艺要求高，若孔距不够准确，则可能因为过定位而造成大头孔严重失圆，此外，连杆大头的横向尺寸也必然因此而加大。

1．2连杆主要技术要求

连杆机械加工的主要表面有大、小头孔及端面，结合面，工艺凸台面，螺栓孔等。

连杆主要精度的技术要求：

1.大小头孔的精度

为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能紧密的配合，减少冲击的不良影响、便于传热，大头孔的尺寸为φ70H6（+0.018/0）mm ,小头孔的尺寸为φ39H7（+0 .027/0）mm，大头孔表面粗糙为Ra=1.6um,小头孔表面粗糙为Ra=1.6um，大头端面的圆柱度公差为0.08mm，小头端面的圆柱度公差为0.06mm。

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，将使活塞在气缸中倾斜，增加活塞与气缸的摩擦力，加剧气缸壁的磨损，缩短柴油机的使用寿命，同时也会造成曲轴的曲轴颈边缘的磨损。在垂直连杆轴线方向上的平行度为100：0.01 5 mm。

3．大小头孔的中心距

由于大小头孔的中心距影响到气缸的压缩比，即影响到发动机的效率，因此，规定了比较高的要求：210±0.05 mm。

4．大头两端面对大头孔轴心线的垂直度

大头孔两端面对其轴线垂直度误差也会使曲轴的曲颈产生边缘磨损，所以对它也提出了一定的要求：大头孔端面对大头孔单位轴心线的垂直度为100：0.08 mm，小头孔端面对小头孔单位轴心线的垂直度为100：0.06mm。

5．两螺栓孔（定位孔）在两个互相垂直方向上的平行度及对结合面的垂直度

连杆在工作中受到急剧变化的动载荷作用，这一动载荷又传递到螺栓（螺钉）上，因此除了对螺钉提出高的技术要求外，对螺栓孔（定位孔）也提出了一定的要求。上述平行度和垂直

度误差会使连杆体和盖的结合面结合不良，影响螺栓的承载能力，并引起大头孔轴瓦与曲轴的轴颈配合不良，而产生不均匀磨损。

6．连杆的重量

为了保证柴油机的运转平稳，连杆的重量差别不能超过一定的范围。

7．连杆螺栓的预紧力的要求

连杆螺栓装配时的预紧力很重要，如预紧力过小，螺栓一旦在工作时松开，则变载荷迅速地使螺栓断裂，因此要求连杆螺母有一定的扭紧力矩。

8．其它技术要求：

a)连杆应经调质处理,硬度为HB223~280同一付连杆上的硬度差不大于40单位,在H处检验。

b)纵剖面金属宏观组织其纤维方向应沿着连杆中心线并与连杆外形相符，不得有环曲及断

裂，不允许有裂纹缩松气泡分层及夹渣。

c).显微组织应为均匀的细晶粒结构，铁素体只允许呈细小夹杂物状存在

d)未注锻造拔模斜度不大于7°，未标注圆角半径R≤3毫米

e)锻件毛坯经喷砂处理不加工表面应光洁，不允许有裂缝，折痕结疤，发裂，氧化度等缺陷，

不允许用补焊的方法来修补缺陷。

f)螺纹应有完满的形状，不得有裂纹。

g)每付连杆重量对名义重量之偏差不大于10克重，在所指QS处调整大小头重量。

h)去尖角毛刺。

i)连杆应经磁力探伤检验，探伤后作退磁处理。

j)在N处打厂标，7号字体GB126-74在M处打成对标记3.5号字体GB126-74。

k)连杆衬套两端与小头两端面切平，内孔两端倒角0.5×45°，光洁度12.5um。

1．3 选择毛坯制造方法

连杆材料一般采用45钢或40Cr钢，近内来也有采用球墨铸铁。此次材料采用45钢。

因为连杆的生产类型为大批生产。故采用模锻锻造毛坯模锻是由毛坯经加热后在锻模中锻制而成的。因而其轮廓尺寸接近零件的尺寸，加工余量及材料消耗均大大减少。由于模锻件的尺寸比较精确，模锻件有可能免去以后的机械加工。又由于模锻件的成本较自由锻件为低，模锻件制造过程远较自由锻造的过程为短，所要求的工人熟练程度也较低。所以采用模锻锻造连杆毛坯.

连杆毛坯的锻造工艺有两种方案：将连杆体和盖分开锻造或整体锻造。采用整体锻造或分开锻造还决定于锻造设备的能力，显然整体锻造需要有大的锻造设备。从锻造后的材料组织来看，分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的，因此具有较高的强度，而整体锻造的连杆，经切开后，连杆盖的金属纤维是断裂的，因而削弱了强度。当然整体锻造要增加切开连杆的工序。但是，整体锻造可以提高材料的利用率，减少结合面的加工余量。机械加工的装夹比较方便，而且只需要一套模锻，一次便可锻成，毛坯也只有一只，便于组织和管理生产。所以一般只要不受连杆盖形状和锻造设备的限制，尽可能采用连杆的整体锻造工艺。但是本次加工的零件连杆的连杆盖中间有凹坑，这样就不能采用整体锻造工艺。因为整体锻造时总以杆身的对称面为分模面，此时连杆盖两端的筋就无法锻出，所以必须分开锻造。

锻造包括自由锻造、模锻和顶锻，使用于不同的生产批量和毛坯形状尺寸的要求。而不同的锻造方法对零件的结构形状的要求也不同。一般来说应考虑下述各项原则；

（1）锻造毛坯形状应简单、对称，避免在柱体部分交贯和主要表面上有不规则的徒台。毛坯形状应允许有水平分模面，最大尺寸在分模面上，以简化锻模的结构。

（2）模锻毛坯应有拔模斜度和圆角，槽和凹口只允许模具运动方向分布，以便于毛坯从模具中取出，防止锻造缺陷并延长模具的使用寿命。

（3）毛坯的形状不应引起模具的侧向优点，使得上下错位。

（4）零件的壁厚不能太大，因为薄壁冷却较快，会阻止金属的流动，降低模具的寿命。

为了保证连杆具有足够的疲劳强度及结构刚度，毛坯需经过模锻、机械加工、调质处理、喷丸强化等；硬度为HB223~280 ，同一付连杆上的硬度差不大于40单位毛坯不允许有裂纹、

疏松、气泡、分层、气孔等缺陷，连杆的金相显微组织应为均匀的细晶粒结构；不允许有片状的铁素体。且为了保证连杆足够的强度和避免缺陷，要求连杆毛坯100%的的测量硬度和磁性探伤。

1.4拟定零件加工的工艺路线

1．4．1 拟定工艺方案原则

设计机械加工工艺规程应遵循如下原则：

a)必须可靠地保证零件图纸上所有技术要求的实现。在设计机械加工工艺规程时，如果发现

某一技术要求规定得不适当，只能向有关部门提出建议，不得擅自修改图纸或不按图纸要求去做。

b)在规定的生产纲领和生产批量下，一般要求工艺成本最低。

c)要充分利用现有生产条件，少花钱，多办事。

d)尽量减轻工人的劳动强度，保证生产安全，创造良好，文明的劳动条件。

设计机械加工工艺规程的步骤和内容;

a)阅读装配图和零件图了解产品的用途，性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作

用。

b)工艺审查审查图纸上的尺寸，视图和技术条件是否完整，正确，统一；找出主要技术要

求和分析关键的技术问题，审查零件的结构工艺性。所谓零件的结构工艺性时指在满足使用要求的前提下，制造盖零件的可行性和经济性。功能相同的零件，其结构工艺性可以有很大的差异。所谓结果工艺性好，时指在现有工艺条件下既能方便制造，又有较低的制造成本。

c)熟悉毛坯确定毛坯的主要依据时零件在产品中的作用和生产纲领以及零件本身的结

构。工艺人员在设计机械加工工艺规程之前，首先要熟悉毛坯的特点。

d)拟定机械加工工艺路线这是制定机械加工工艺规程的核心。其主要内容有：选择定位基

准，确定加工方法，安排加工顺序，以及安排热处理、检验和其它工序等。机械加工工艺路线的最终确定，一般要通过一定范围的论证，即通过对几条工艺路线的分析与比较，从中选出一条确保加工质量，高效＆低成本的最佳工艺路线

e)确定满足各工序要求的工艺装备（包括机床，夹具，刀具和量具等等

f)确定各主要工序的技术要求和检验方法。

g)确定各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差。

h)确定切削用量，目前，在单件小批量生产中，切削用量多由操作者自行决定，

机械加工工艺过程卡中一般不做明确规定，在中批，特别是在大批大量生产中，为了保证生产的合理性和节奏均衡，则要求必需规定切削用量，并不得随意改动。

i) 确定时间定额。

j) 填写工艺文件。

1.4.2 加工方法的选择

一般情况下，根据零件的精度（包括尺寸精度，形状精度和位置精度以及表面粗糙度）要求，考虑本车间现有工艺条件，考虑教你跟经济精度的因素选择加工方法，在选择加工方法时应考虑的主要问题有：

a)所选择的加工方法能否达到零件精度的要求；

b)零件材料的可加工性能如何。例如有色金属宜采用切削加工方法，不宜采用磨削加工

方法，以为有色金属易堵塞砂轮工作面。

c)生产率对加工方法有无特殊要求，例如为满足大批大量生产的需要，齿轮内孔通常多

采用拉削加工方法加工。

根据以上的几点。考虑到连杆的加工主要是孔加工和面加工，故主要选取以下的加工路线

a)钻――扩――铰

b)钻――粗蹚――精蹚

c)粗铣――半精铣――粗磨－精磨－研磨

1.4.3加工顺序的安排

零件上的全部加工表面应安排在一个合理的加工顺序中加工顺序中加工，这对保证零件质量，提高生产率，降低加工成本都至关重要。工序顺序的安排主要遵循以下几条原则：

1．先加工基准面，再加工其它表面，这条原则有两个含义：①工艺路线开始安排的加工面应该是选做定位基准的精基准面，然后再以精基准定位，加工其它面。、②为保证一定的定位精度，当加工面的精度要求很高时，精加工前一般应先精修一下精基准。

2．一般情况下，应该先加工平面，后加工孔。主要是因为①当零件上有较大的平面可做为定

位基准，可先加工出来作为定位面，以面定位，加工孔。②在毛坯面上钻孔，容易使钻头引偏，若盖平面需要加工，则应在钻孔之前先加工平面

3．先加工主要表面，后加工次要表面

4．先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

对于精度和表面质量要求较高的零件，其粗精加工应分开。

热处理工序及表面处理工序应安排

为了改善切削性能而进行的热处理工序，应在切削加工之前。

1.4.4 定位基准的选择（粗，精基准选择原则）

粗基准的选择对零件的加工会产生重要的影响，粗基准的选择将影响到加工面与不加工面的相互位置，或影响到加工余量的分配，在选择粗基准时，一般应遵守下列原则 1.保证相互位置要求的原则 2. 保证加工表面加工余量合理分配的原则 3.便于工件装夹的原则 4.粗基准一般不得重复使用的原则 ,上述选择粗基准的四个原则,每一原则都只说明一个方面的问题,在实际应用中,划线装夹有时可以兼顾这四条原则,而加剧装夹则不能同时兼顾,这就要根据具体情况,抓住主要矛盾,解决主要问题.

选择精基准时要考虑的主要问题时如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确,可靠,方便.为此,一般应遵循下列五条原则: 1.基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准为精基准.这称之为基准重合原则. 2.统一基准原则

当工件以某一精基准定位,可以比较方便地加工大多数其它表面,则应尽早地把这个基准加工出来,并达到一定精度,以后工序均一他为精基准加工其它表面。

3.互为基准原则某些位置度要求很高的表面,常采用互为基准反复加工的办法来达到位置度要求.这称为互为基准原则.

4.自为基准原则旨在减小表面粗糙度,减小加工余量＆保证加工余量均匀的工序,常以加工面本身为基准加工,称为自为基准原则.

5.便于装夹原则所选择的精基准,应能保证定位准确,可靠,夹紧机构简单,操作方便,这称为便于装夹原则.

连杆机械加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准——一个指定的端面，小头孔及工艺凸台。这样不仅有利于保证连杆的加工精度，特别是作为技术要求的关键项目——连杆大、小头孔的尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，而且端面的面积大，定位比较稳定。

由于连杆的外形不规则，为了定位销需要，在连杆大头处加工出工艺凸台，作为辅助基面。

连杆大、小头端面对对称分布在杆身的两侧，由于大、小头孔厚度不等，所以大头端面与

同侧小头端面不在一个平面上，这样的端面作为定位基准显然是不利的。为了避免阶梯面定位产生的定位误差，拟订工艺规则时，先把大、小头加工成同一的厚度，这样不仅避免了上述的缺点，而且增大了定位面积，增加了定位的稳定性。在加工的最后阶段才去铣出这个阶梯面。用端面定位安装工件时，注意将厂标号及件号标记的一面不与夹具的定位元件接触。

在精镗小头孔及小头活塞轴承孔时，也用小头孔（轴承孔）作为定位基准。这是精加工中自身定位的典型例子。需将定位销作成活动的，当连杆定位夹紧后，定位销从小头孔中抽出。精镗大、小头孔时，用大头端面起主要定位作用，有利于保证大头孔与端面的垂直度的要求，而精镗小头孔轴承孔时，大头孔可用涨心轴起主要定位作用，有利于保证大、小头孔轴线的平行度。

1．粗基准的选择

选择连杆的粗基准时，应满足如下要求：

（1）连杆大小端面孔圆柱面及两端面应与杆身纵向中心线对称；

（2）连杆大小端面孔及两端面应有足够的尽量均匀的加工余量；

（3）连杆大小端外形分别与大小端孔中心线对称。

为了保证满足上述要求，连杆机械加工的第一道工序为粗铣两平面，为了保证两平面有比较均匀的加工余量，采用两平面互为基准为定位的方案，这样可保证加工后的孔与外形的同轴度误差较小。

在加工连杆小头孔时以小头孔外形定位。这样可保证加工后的孔与外形同轴度误差较小。

2．精基准的选择

在设计295柴油机连杆机械加工工艺时，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的定位基面，并用大头孔处指定的工艺凸台作为另一定位基面。大、小端面的面积大，精度高，定位准确，夹紧可靠，作为主要定位定位基准，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。

第二章机械加工工艺卡片的设计

2.1 工艺方案的拟定

295柴油机连杆的生产类型是属于大批量生产，采用流水线加工。在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：1、如果连杆本身的刚度较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易产生变形；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，并引起内应力的重新分布。在安排工艺过程时，需要把各主要表面的粗精加工工序分开。这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中得到修正，最后达到零件的技术要求。在不同的锻造方案下，连杆的加工工艺是有所不同的。

295柴油机的连杆的生产类型是属于大批生产，采用流水线加工，机床按连杆的机械加工工艺过程排列，多数是自行设计和制造的专用机床。

确定如下加工方案:

毛坯准备--调质--磁粉探伤--粗铣两端面--精铣两端面--磨两端面--钻、扩、铰小头孔，孔口倒角--粗精铣工艺凸台--粗精铣结合面--磨结合面--钻，扩螺栓孔，铰定位孔，孔口倒角--连杆体，盖结合--粗镗大头孔，大头孔孔口倒角--半精镗大头孔--精镗大小头孔--珩磨大头孔--连杆体，盖分离--铣大头孔轴瓦槽--钻小头孔处油孔--铣小头两端面--小头孔压入衬套--精镗小头孔衬套孔--退磁--清洗--终检。

2.2 机械加工余量的确定

连杆材料为45钢，硬度为226-271HBS，生产类型为大批生产，采用整体锻造毛坯．根据有关资料及制订的加工工艺，分别确定各工序尺寸如下：

(1).两端面间距离38mm

查《机械加工工艺设计实用手册》表8-31~表8-29得：

粗铣余量5mm，经济精度IT12，表面粗糙度12.5

精铣余量1.6mm，经济精度IT9，表面粗糙度3.2

磨削余量0.4mm，经济精度IT7，表面粗糙1.6

加工总余量7mm。

(2)大头孔Ф70mm

查手册表8-18~8-25,得

粗镗余量3.6mm，经济精度IT12，表面粗糙度12.5

半精镗余量1mm，经济精度IT10，表面粗糙度6.3

金刚镗余量0.4mm，经济精度IT8，表面粗糙度3.2

磨削余量0.1mm，经济精度IT6，表面粗糙度0.8

(3)小头孔Ф39mm

其锻造毛坯小头孔为实体,首先加工为钻孔,加工至尺寸为32mm, 扩孔余量4mm，经济精度IT10，表面粗糙度6.3

铰孔余量2mm，经济精度IT9，表面粗糙度3.2

精镗余量1mm，经济精度IT8，表面粗糙度1.6

加工总余量7mm。

2.3 确定时间定额

计算粗铣结合面的时间定额

1.基本时间的计算

1）选择刀具

刀具选取高速钢圆柱铣刀，

=4mm, D=40mm, v=80~130m/min, z=10.

a

p

2)铣削用量

1.每次进给量及切削速度

根据X60型铣床说明书，其功率为2.8KW，中等系统刚度。

=0.2mm/齿，则

根据表查出f

z

=1000v/πD=63.65~103.45r/min

n

s

选取n

w

=100r/min

v=πDn

w

/1000=125.6m/min

f M =f

z

zn

w

=0.2×10×100=200mm/min

2.计算工时

L=116mm,L1=22mm,L2=3mm

则t

j =（L1+L2+L3）/f

M

=0.705min=43.2s

2.辅助时间的计算

辅助时间一般按基本时间的15~20%估算。

t

f

=0.15×43.2=6.345s

3.布置工作地时间的计算

布置工作地时间一般按基本时间的2~7%估算

t

b

=0.05×43.2=2.16s

4.休息和生理需要时间的计算

休息和生理需要时间一般按基本时间的2~4%估算

t

x

=0.02×43.2=0.864s

5.准备与终结时间的计算

准备与终结时间一般按基本时间的3~5%估算

t

z

=0.05×43.2=2.16s

时间定额T=t

j + t

f

+ t

b

+ t

x

+t

z

=54.864s

总结

三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。三年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在毕业设计即将结束之际，思绪万千，心情久久不能平静。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢在毕业设计中给以我们辛勤指导的陈老师还有所有曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。在此，向你们致以崇高的敬意！

参考文献

[1].上海柴油机厂工艺设备研究所编.金属切削机床夹具设计手册. 北京：机械工业出版社

[2].吴佳常主编. 机械制造工艺学.中国标准出版社

[3].东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车工人大学编.机床夹具设计手册.上海：上海科技技术出版社

[4].叶顺利主编.机械制造工艺学.福建科学技术出版社

[5].如福主编.金属机械加工工艺人员手册.上海：上海科技出版社

[6].任嘉卉主编.公差与配合.北京：机械工业出版社

[7].徐圣群主编.简明机械加工工艺手册.上海：上海科学技术出版社

[8].徐圣群主编.简明机械加工工艺手册.上海：上海科学技术出版社

[9]. 哈尔滨工业大学编.机床夹具设计.上海：上海工业大学出版社，上海科学技术出版社