连杆盖机械课程设计工艺说明书 (1)

目录

第一章连杆盖的加工工艺

1.1 连杆盖的用途及其特点 (2)

1.2 连杆盖的的材料及毛坯制造 (2)

1.3 连杆盖的加工工艺过程 (3)

1.4 连杆盖的加工工艺过程分析 (3)

1.4.1 定位基准的选择 (4)

1.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排 (4)

1.4.3 确定合理的夹紧方法 (4)

1.4.4 连杆盖主要面的加工方法 (4)

1.4.5 连杆盖主要孔的加工方法 (4)

1.4.6 连杆盖的铣开工序 (5)

1.5夹具使用与设计 (5)

1.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差.. 5

1.6.1 确定加工余量 (5)

1.6.2确定工序尺寸及其公差 (6)

1.7 各项加工数据的计算 (6)

1.8 连杆的检验 (8)

1.8.1检查主要表面的尺寸精度 (8)

1.8.2检验主要表面的位置精度 (8)

第二章工装设计 (9)

2.1 铣削夹具设计 (9)

2.1.1夹具的问题注意 (9)

2.1.2 夹具设计 (9)

2.2 铣槽夹具设计 (10)

2.2.1 夹具的注意问题 (10)

2.2.2 夹具设计 (10)

参考文献: (12)

第一章连杆盖的加工工艺

1.1 连杆盖的用途及其特点

连杆盖主要和连杆组合成一体，作为组合机件来使用，连杆是发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，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与曲轴装在一起。连杆盖是其中一个重要的部分，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轴瓦金属。连杆盖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）连杆盖的圆柱度，粗糙度；（2）两个Φ12.5孔中心距尺寸精度；（3）平面台的尺寸精度，粗糙度等

1.2连杆盖的的材料及毛坯制造

连杆盖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。

连杆盖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。

1.3连杆盖的加工工艺过程

由上述技术条件的分析可知，连杆盖的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆盖的刚性比较差，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。

(连杆盖机械加工工艺过程见加工工艺卡片)

连杆盖的主要加工表面为Φ81头孔和两端面及长为22mm的平面，较重要的加工为Φ12.5孔，及94mm的槽，还有Φ81圆孔内德槽。

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。

1.4 连杆盖的加工工艺过程分析

1.4.1 定位基准的选择

在连杆盖机械加工工艺过程中，首先以Φ101的外圆表面为粗基准，加工前后端面，为后续加工提供基准，这是由于端面的面积大，定位比较稳定，之后加工边缘的上下平面，也为后续的工艺提供精基准，这样整工序加工过程中就主要以这样两个精基准为定位基准，把基准统一起来，减少了定位误差。

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：即在粗加孔时，粗铣端面，在精镗孔前，精铣端面。

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。在连杆盖加工工艺路线中，在精加工主要表面前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。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。另一方面是以连杆盖的对称面定位。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。

1.4.2 加工阶段的划分和加工顺序的安排

由于连杆盖本身的刚性差，切削加工时产生的残余应力，易产生变形。因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的的粗，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；半精加工中产生的形变可以在精加工中得到修正，最终达到零件的技术要求。

工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣，然后再加工孔，符合符合先面后孔的加工工序安装原则。

连杆盖工艺加工过程可分为以下几个方面：

1）粗加工阶段

粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合之前的加工阶段：基准面的加工，包括辅助基准面加工。

2）半精加工阶段

半精加工阶段也是连杆盖进一步加工阶段，为精加工阶段准备。

3）精加工阶段

精加工阶段主要是最终保证连杆盖的尺寸精度，加工精度，形状精度，以达到图纸的要求。

1.4.3 确定合理的夹紧方法

既然连杆盖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。在夹具体的设计中必须注意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。

1.4.4 连杆主要面的加工方法

采用粗铣、精铣工序，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，这种方法的生产率较高。以保证精度要求。

1.4.5 连杆盖主要孔的加工方法

连杆盖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。

大头孔经过扩、粗镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为1.6μm，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。

1.4.6 连杆盖的铣削工序

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0.03mm ，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0.02 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。

1.5夹具使用及设计

应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。注意定位夹具过程中的过约束，欠约束等影响加工的原因。

1.6 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差

1.6.1 确定加工余量

用查表法确定机械加工余量：

（根据《机械加工工艺手册》第一卷表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27）（1）、平面加工的工序余量（mm）

则连杆两端面总的加工余量为：

A 总= 21?∑=n i i A

=（A 粗铣+A 精铣+A 粗磨+A 精磨）?2

=（1.5+0.6+0.3+0.1）?2

=0

55.05-mm

（2）、连杆盖铸造出来的总的厚度为H=43+0.5=43.5mm

1.6.2确定工序尺寸及其公差

（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2—29 表2—34）

1）、大头孔各工序尺寸及其公差（锻造出来的大头孔为Φ81 mm ）

1.7 各项加工数据的计算

1 、铣大头两侧面

选用铣床X62W

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—77(88)选取数据

铣刀直径D = 20 mm 切削速度V = 0.64 m/s

铣刀齿数Z = 3 切削深度a p = 2.5 mm a f = 0.10 mm/r

则主轴转速n = 1000v/πD = 611 r/min

根据表3.1—74 按机床选取n=750 r/min

则实际切削速度V = πDn/（1000×60） = 0.78 m/s

2 、铣开连杆体和盖

选用铣床X62W

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—79(90)选取数据

铣刀直径D = 63 mm 切削速度V = 0.34 m/s 切削宽度a

e

= 3 mm 铣刀齿数Z = 24

切削深度a

p = 2 mm a

f

= 0.015 mm/r d = 40 mm

则主轴转速n = 1000v/πD = 103 r/min

根据表3.1—74 按机床选取n=750 r/min 则实际切削速度V = πDn/（1000×60）= 2.47 m/s

3 铣15槽选用铣床X62W

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—90选取数据

铣刀直径D = 63 mm 切削速度V = 0.31 m/s 铣刀齿数Z = 24 切削深度a

p

= 2 mm

切削宽度a

e = 0.5 mm a

f

= 0.02 mm/r

则主轴转速n = 1000v/πD = 94 r/min

根据表3.1—74 按机床选取n=100 r/min 则实际切削速度V = πDn/（1000×60）= 0.33 m/s

4、磨连杆盖结合面选用磨床M7350

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—170选取数据

砂轮直径D = 40 mm 切削速度V = 0.330 m/s

切削深度a

p = 0.1 mm 进给量f

r0

= 0.006 mm/r

则主轴转速n = 1000v/πD = 157 r/min

根据表3.1—48 按机床选取n = 100 r/min

则实际切削速度V = πDn/（1000×60）= 0.20 m/s

5 钻铰Φ12.5孔

选用钻床Z3025

a)钻铰螺栓孔

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—38（41）选取数据

切削速度V = 0.99 m/s 切削深度a

p

= 5 mm

进给量f = 0.08 mm/r 钻头直径D = 11.8 mm 则主轴转速n = 1000v/πD = 1910 r/min

根据表3.1—30 按机床选取n = 910 r/min 则实际切削速度V = πDn/（1000×60）= 0.99 m/s

b）铰螺栓孔

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—81选取数据

铰刀直径D = 12 mm 切削速度V = 0.22 m/s

切削深度a

= 0.10 mm 进给量f = 0.2 mm/r

p

则主轴转速n = 1000v/πD = 140 r/min

根据表3.1—31 按机床选取n = 200 r/min 则实际切削速度V =πDn/（1000×60） = 0.127 m/s

(3) 从连杆盖上方给螺栓孔口倒角

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—67选取数据

= 3 mm

切削速度V = 0.2 m/s 切削深度a

p

进给量f = 0.10 mm/r Z = 8

根据表3.1—30 按机床选取n = 750 r/min

6、粗镗大头孔

选用镗床T618

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—66选取数据

镗刀直径D = 80.6 mm 切削速度V = 0.16 m/s

进给量f = 0.30 mm/r 切削深度a

= 3.0 mm

p

则主轴转速n = 000v/πD = 47 r/min

根据表3.1—41 按机床选取n = 800 r/min

则实际切削速度V = πDn/（1000×60）= 2.72 m/s

7、大头孔两端倒角

选用机床X62W

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—67选取数据

= 3 mm

切削速度V = 0.2 m/s 切削深度a

p

进给量f = 0.10 mm/r Z = 8

根据表3.1—30 按机床选取n = 750 r/min

8、精磨大头两平面（先标记朝上）

选用磨床M7130

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—170选取数据

= 0.10 mm

切削速度V = 0.413 m/s 切削深度a

p

进给量f = 0.006 mm/r

13 、精镗大头孔

选用镗床T2115

根据《机械制造工艺设计手册》表2.4—66选取数据

镗刀直径D = 65.4 mm 切削速度V = 0.20 m/s

进给量f = 0.2 mm/r 切削深度a

= 1 mm

p

根据表3.1—39 按机床选取n = 1000 r/min

1.8 连杆盖的检验

连杆在盖机械加工中要进行中间检验，加工完毕后要进行最终检验，检验项目按图纸上的技术要求进行。

1.8.1 检查主要表面的尺寸精度

用量缸表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。

1.8.2检验主要表面的位置精度

孔轴心线在两个互相平行垂直的方向的平行度用专用量具进行检测。

第二章工装设计

2.1 铣削分面夹具设计

由连杆工作图可知，工件材料为T450-10，年产量20万件。根据设计任务的要求，需设计一套铣剖分面夹具，刀具为硬质合金端铣刀。

2.1.1夹具的问题注意

本夹具主要作来铣剖分面，剖分面与孔轴心线有尺寸精度要求，剖分面与 12.5孔有垂直度要求和剖分面的平面度要求。由于本工序是粗加工，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

2.1.2 夹具设计

1) 定位基准的选择

由零件图可知，在铣剖分面之前，连杆的两个端面及孔都已加工，且表面粗糙要求较高。为了使定位误差为零，按基准重合原则连杆上盖以基面（无标记面）、凸台面及侧面定位。

2) 夹紧方案

由于零件小，所以采用压板压紧机构，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。

4) 切削力及夹紧力的计算

切削力的计算：，由《组合机床》（表7-24）得： P=242.02250a =242.022250

=1902.538N

夹紧力的计算：由《机床夹具设计手册》（表1-2-25）得：

用扳手的六角螺母的夹紧力：M=12mm, P=1.75mm ，L=140mm,作用力：F=70N ，夹紧力：W0=5380N

由于夹紧力大于切削力，即本夹具可安全使用。

5) 定位误差分析

①虽属“基准重合”，无基准不重合误差，但由于定位面与定位元件存在间隙造成基准位置误差即为定位误差，其值为ΔDw=δD+δd+Δmin

=0.033+0.012+0

=0.045 mm

ΔDw －－剖分面的定位误差

δD ――工件孔的直径公差

δd ――定位销的直径公差

Δmin ――孔和销的最小保证间隙

2.2铣槽夹具设计

本夹具主要用于铣宽度为8的槽。

连杆盖材料为Q450-10，年产量为20万件，根据指导老师的要求，需设计一套铣宽度为8的槽，为了提高生效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。

夹紧方案：

夹具体为铸造件，安装稳定，刚度好，但制造周期较长。

4) 铣削力及夹紧力的计算

由于本工序主要是铣槽，所以只对夹具的定位稳定性进行计算，及夹紧力和铣削力的计算。

扩孔时的切削力计算：

铣槽时的切削力为：

F k f d F 7.002.6181.9?= 2.13.162.6181.97.0????=

136.5194=N.m

夹紧力的计算：

根据（《机床夹具设计手册》

4/200p d Q π=

4/306214.32??=

=90526 N

在计算切削力时，必须考虑安全系数。

安全系数 4321K K K K K =

式中：1K —基本安全系数；取1.5

2K —加工性质系数；取1.1

3K —刀具钝化系数；取1.1

K—断续切削系数；取1.1

4

'

则KF

F=

?

?

=

5.1?

?

1.1

.

5194

1.1

1.1

136

10370

= N

093

.

Q，所以该夹紧装置可靠。

铣削力'F小于夹紧力

5) 定位误差分析

由于基准重合，无基准不重合误差，但是由于定位面与定位件存在间隙，造成的基准位置误差即为定位误差，其值为：

ΔDw=δD+δd+Δmin

=0.033+0.012+0

=0.045 mm

ΔDw－－剖分面的定位误差

δD――工件孔的直径公差

δd――定位销的直径公差

Δmin――孔和销的最小保证间隙

此项中心距加工允差为0.2mm,因此工件在加工过程中能够保证加工精度要求。

参考文献:

[1] 机械制造工艺学. 郑本修主编机械工业出版社，

[2] 先进制造技术王隆太主编机械工业出版社

[3] 机械制造工艺设计简明手册李益民主编机械工业出版社

[4] 机械设计制造技术基础吕明主编武汉理工大学出版社``