连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书Word格式文档下载.docx
- 文档编号:21293251
- 上传时间:2023-01-29
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:166.93KB
连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书Word格式文档下载.docx
《连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书Word格式文档下载.docx(36页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
1.1.3主要损坏形式
连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。
通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。
连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能;
又要求具有足够的钢性和韧性。
统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢,硬度更高,因此,以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。
合金钢虽具有很高强度,但对应力集中很敏感。
所以,在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求,还应注意表面加工质量以提高疲劳强度,否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。
1.2连杆的材料和发展趋势
连杆作为车用空压机能量转换的主要运动部件,承受着较高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力,这就要求连杆除具有足够的强度和刚度外,还应具有尽可能小的质量,以适应轻量化设计及空压机性能的要求。
1.2.1传统材料
1.2.1.1可锻铸铁和球墨铸铁
可锻铸铁和球墨铸铁为空压机连杆的传统用材。
由于珠光体可锻铸铁连杆成本相对较低,因此较早地被国外所采用,且成功地取代了部分锻钢连杆。
此后,随着球铁技术的发展及其在汽车零部件上的广泛应用,珠光体可锻铸铁连杆又被球墨铸铁连杆所替代。
但无论是哪种铸铁连杆,在浇铸过程中都易产生夹渣、气孔和疏松等铸造缺陷,这也是造成铸铁连杆失效的主要原因。
因此,为确保铸铁连杆的质量,需严控铁水的温度、纯度和化学成分,采取加压排气精炼、强力喷丸处理等特殊工艺和措施。
1.2.1.2碳素钢和合金钢
碳素钢、合金钢也是空压机连杆的传统用材(如40、45、40Cr钢等)。
通常较小排量的空压机采用正火或调质的碳素钢连杆,其硬度可达229~269HBS,抗拉强度可达800N/mm2以上,冲击韧度也在60J/cm2以上。
而较大排量的空压机则采用调质的合金钢连杆,其硬度可达300HBS,抗拉强度可达900N/mm2以上,冲击韧度也在80J/cm2以上。
这样,可保证其具有足够的强度和塑性,获得良好的综合力学性能,见表1。
表1-1空压机连杆材料与性能
材料牌号
热处理方式
硬度HBS
40
正火
229~269
调质
45
40Cr
233~280
1.2.2新型材料
1.2.2.1非调质结构钢
空压机非调质钢连杆多用于排量较大的空压机,其连杆用非调质钢分为微合金非调质结构钢和高碳非调质结构钢两大类。
其中,微合金非调质结构钢多采(或托氏体)+铁素体组织,具有很高的疲劳寿命。
实测微合金非调质结构钢连杆化学成分见表2。
而高碳非调质结构钢为新型高碳钢,可适用于空压机连杆裂解,进而减少了生产工序,节省了能源、降低了成本,同时也避免了热处理过程中产生的淬火裂纹、变形等质量缺陷,保证了产品质量。
目前,空压机连杆用高碳非调质结构钢主要有德国的高碳微合金非调质钢C70、C70S6及法国的高碳微合金非调质钢C70E3等,其化学成分见表3,连杆的力学性能见表4。
表1-2实测微合金非调质钢连杆化学成分(%)
牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
V
40MnV
0.41
0.53
1.46
0.024
0.037
0.195
0.08
38MnV
0.37
0.58
1.33
0.013
0.025
0.109
35MnVS
0.36
0.48
0.13
0.018
0.359
0.09
表1-3空压机连杆用高碳非调质钢化学成分参考值(%)
Ni
Mo
Cu
Al
C70
0.67~0.73
0.15~
0.40
0.52~
0.72
≤0.045
0.06~
≤0.20
≤0.05
0.03~0.06
≤0.01
C70S6
0.25
0.45~
0.55
0.07
0.10~
0.20
≤0.03
0.03~0.04
表1-4空压机连杆用高碳非调质钢的力学性能
Rp0.2/N·
mm-2
Rm
/N·
A
/%
Z
αK
/J·
cm-2
国外连杆
570
920
11
21
30
270
TL1470规范指标
>520
900~1050
>10
0~40
263~310
1.2.2.2铝合金
空压机铝合金连杆属厚壁件,采用压铸工艺难以获得质量优良的毛坯,而采用锻造工艺其生产成本较高,且可供选用的锻造铝合金耐磨性较差,无法满足无轴瓦、轴套铝合金连杆的使用要求。
在这种情况下,只有挤压铸造工艺才是较为理想的工艺方案。
目前,空压机铝合金连杆主要采用ZL108、ZL202等材料,应用挤压铸造工艺,将液态铝合金材料在压力作用下结晶凝固,可获得组织致密均匀、晶粒细化、力学性能良好、表面光洁、机械加工量少的优质连杆,符合轻量化设计的要求,有利于空压机性能的提高,且不受合金牌号的限制。
其连杆的力学性能见表5。
表1-5空压机铝合金连杆的力学性能
生产方式
合金种类
Rm/N·
A/%
挤压铸造
ZL108
265~315
1.5~4.0
≥100
ZL202
≥400
≥8
金属型铸造
235~275
≥80
锻造
LD2
295
12
≥85
1.2.2.3粉末冶金
用粉末锻造法生产粉末锻造连杆或烧结锻造连杆起源于20世纪70年代,该法是将常规粉末冶金工艺与精锻工艺相结合,既具有粉末冶金的特性又具有机械精锻的优点。
用该法生产的连杆具有精度高、质量轻、密度大、偏差小、力学性能好等特点,且工艺
流程短、生产工序少,从而降低了生产成本。
与锻钢连杆相比,可节省材料约40%,可降低生产成本约10%,可节约能源消耗约50%。
空压机粉末锻造连杆的力学性能见表6。
表1-6空压机粉末锻造连杆的力学性能
ρ
/kg·
m-3
Rp0.2
7800
540
780~1000
15
35
目前,日本丰田汽车公司采用成分为Fe-2Cu-0.55C-0.1S合金粉末生产的汽车发动机连杆已商品化,且与锻钢连杆具有等同的疲劳性能。
德国也采用成分为Fe-(0.35~0.45)C-(0.3~0.4)Mn-(0.1~0.25)Cr-(0.2~0.3)Ni的粉末冶金连杆装配于Porsche928高性能发动机上,且效果良好。
到目前为止,国外还没有将粉末锻造连杆批量应用到空压机上的先例。
而我国烧结锻造技术比较落后,专用的粉末冶金设备及粉末品种较少,烧结锻造质量差且不稳定,烧结保护气体还需进一步研究改进,这些都将制约着粉末锻造空压机连杆的研究,是今后亟待解决的课题。
1.2.2.4塑料
塑料可使空压机连杆显著轻量化,在空压机上最多可减少40%的摆动质量,其机理是采用碳纤维强化用以制造塑料连杆(CFRP)。
但目前仍未获得令人满意的疲劳强度,况且纤维材料价格昂贵,布放工艺复杂,成本居高不下,严重制约了其研发,因而在近
期难以大量应用。
1.2.3空压机连杆材料展望
传统可锻铸铁、球墨铸铁材料生产的空压机连杆具有价格优势,一些低端空压机仍将采用,但却面临着粉末锻造连杆的挑战。
碳素钢、合金钢模锻生产的空压机连杆虽然仍占有一席之地,却大有被铝合金连杆、粉末锻造连杆、非调质结构钢裂解连杆所替代的趋势,并将随着挤压铸造、粉末锻造及裂解技术的不断提高,终将被替代。
尤其是铝合金挤压铸造连杆,其符合轻量化设计的理念,可改善空压机的工况,提高空压机的可靠性,延长空压机的使用寿命。
目前,国外匹配铝合金挤压铸造连杆的高端空压机已大批量装车,并已打入国内市场。
国内虽也有一些铝合金空压机连杆生产厂家,但与国外相比,存在着材料、工艺等诸多问题,亟待解决。
碳纤维强化塑料空压机连杆是目前空压机连杆中质量最轻的,但存在技术和经济方面的诸多问题,需在技术上有重大突破,方可批量生产应用。
第2章连杆的加工工艺
2.1连杆的结构工艺性分析
2.1.1连杆结构
连杆是较细长的变截面非圆形杆件,其杆身截面从大头孔到小头孔逐渐变小,以适应在工作承受的急剧变化的动载荷,连杆多数为整体结构,为了减少磨损和磨损后便于修理,在连杆小头空中压入青铜衬套,大头孔中装有薄壁巴氏合金轴瓦。
2.1.2连杆的材料
连杆通常选用45钢,硬度HBS229~269,质量为2.2Kg。
2.1.3连杆的工艺分析
2.1.3.1连杆的作用
把活塞和曲轴联接起来,是活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动,以便输出动力。
2.1.3.2反映连杆精度的5个参数
连杆大头螺栓孔与结合面的垂直度
连杆大头螺栓孔两中心线的平行度
连杆大、小头孔中心距尺寸精度
连杆大、小头孔关于大头孔侧面的平行度
连杆大、小头孔的圆柱度
2.2毛坯的选择
毛坯是根据零件所要求的形状、尺寸等制成的供进一步加工用的生产对象,毛坯的种类、形状、尺寸及精度对机械加工工艺过程、产品质量、材料消耗和生产成本有着直接的影响。
2.2.1确定毛坯的种类
机械零件常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及粉末冶金件和工程塑料件等。
由于连杆零件选用45钢,且要求机械性能要求高,固采用锻件。
然后在根据生产类型选择,因为连杆的生产批量为中批量生产,固采用段建中的模锻件。
查《机械制造工艺设计简明手册》(后面简称《设计简明手册》)表1.3-1得到毛坯制造方法
表2-1毛坯制造参数
毛坯制作方法
最大质量(kg)
最小壁厚(mm)
形状复杂程度
试用材料
模锻
至100
2.5
由锻造难易而定
碳素钢、合金钢
生产类型
精度等级
毛坯尺寸公差(mm)
表面粗糙度(mm)
生产率
成批、中批量生产
12-14
0.2-2
Ra12.5
高
其他
锻件力学性能好,强度高
2.2.2确定毛坯的形状
为了减少机械加工工作量和节约金属材料,毛坯应尽可能接近零件形状。
然后根据《机械制造技术基础》P185确定毛坯的要求,大致确定毛坯图。
图2-1毛坯图
2.3机械加工工艺路线的制定
2.3.1定位基准的选择
2.3.1.1粗基准的选择
粗基准选择遵循的原则:
以不需要加工表面作为粗基准
以工件上要求余量均匀的重要表面作为粗基准
以平整且面积大的表面作为粗基准
粗基准一般只能使用一次
根据上述的原则,我选择大头孔端面为粗基准。
具体的原因有2点:
该加工表面为连杆的重要表面,为保证其余量均匀;
毛坯的大头孔端面较为光洁。
2.3.1.2精基准的选择
因尽量遵守基准重合原则,以减少因基准不重合而引起的定位误差,应尽量选择工序基准,因此,选择半精加工后的小头孔、大、小头孔端面为精基准。
2.3.2制定工艺路线
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度和位置精度等技术要求能得到合理的保证。
既要保证零件的加工力量,又要使加工成本最低,而且要注意加工表面的精度和粗糙度要求、零件的材料和热处理要求、零件的生产类型,更加要考虑本厂现有技术水平、生产条件等。
工艺路线方案一:
连杆体的加工工艺过程
工序10粗、精铣两端面
工序20粗磨两端面
工序30粗镗小头孔及倒角
工序40粗、精铣工艺凸台
工序50半精镗小头孔
工序60粗、精铣结合面
工序70钻、扩螺纹孔及孔口倒角
工序80粗镗大头孔
工序90粗磨结合面
工序100中间检验
工序110攻丝
连杆盖的加工工艺过程
工序10粗、精铣端面
工序20粗、精铣结合面
工序30粗铣螺栓孔平面
工序40粗磨端面
工序50粗镗内半圆面
工序60钻、扩螺纹孔及孔口倒角
工序70粗磨结合面
工序80中间检查
连杆合体加工加工工艺过程
工序10连杆体和连杆盖打号、装配、清洗、紧固螺栓
工序30精磨两端面
工序40精镗小头孔
工序50粗镗大头孔
工序60半精镗大头孔及孔口倒角
工序70精镗大头孔
工序80钻小头油孔及倒角
工序90铣落差及孔口倒角
工序100珩磨大头孔
工艺路线方案二
工序10正火
工序20粗铣两端面
工序30半精铣两端面
工序40粗铣工艺凸台
工序50粗铣螺栓孔平面
工序60钻螺栓孔
工序70扩、铰孔及倒角
工序80攻丝
工序90切断
工序100粗铣结合面
工序110粗镗小头孔
工序120粗镗大头孔
工序130粗铣螺栓孔平面
工序140钻螺栓孔
工序150扩、铰孔及倒角
工序160粗磨结合面
工序170精铣两端面
工序180连杆体与盖装配
工序190钻小头油孔及孔口倒角
工序200半精镗小头孔
工序210半精镗大头孔
工序220粗磨大头孔
工序230精磨大头孔
工序240精镗小头孔
工序250珩磨大头孔
工序260拆连杆体与盖
工序270检查
工艺方案的比较分析
上述两个工艺方案的特点在于:
方案一:
先加工两端面而且达到较高的精度,然后把大头孔加工到较高的精度,是先粗镗小头孔后在半精镗。
而方案二:
则没有把两端面和小头孔加工到较高的精度。
粗镗大头孔,放在钻、扩、铰螺纹孔及孔口倒角之后。
则是先粗镗大头孔后,钻、扩、铰螺纹孔。
两者相比较,可以看出方案二中的先以去除足够的余量为主,先不考虑是否能达到足够的要求。
因此方案二中将半粗镗小头孔放在连杆体与盖合并后加工,能更好地校正前面粗加工带来的误差,使精加工达到更高的要求,并且也能很好地保证其尺寸精度。
连杆体与盖的两端面是分开加工的,而方案二则是将连杆体与盖放在一道工序加工,首先能省工时和机床设备等资源,还有一个重要的问题是方案一种很多粗、精加工放在一道工序加工。
这样粗、精精加工的精度要求不同,对机床的精度和其他设备要求也不同,方案二则更加经济,其他加工工序大致相同。
方案一中是先加工完结合面后在加工螺栓孔平面。
而方案二则是采用互为基准的原则,先以结合面为粗基准加工螺栓平面,然后以螺栓孔平面加工结合面,这样交替加工可以是两端面达到一定的精度要求,因此相比之下选择方案二,然后在其中加入一些辅助工序,如去毛刺、检验、最后的加工路线确定如下:
工序70扩、铰螺栓孔及倒角
工序110精磨结合面
工序120清洗
工序130中间检查
工序140连杆体与盖装配
工序150精铣两端面
工序160粗镗小头孔
工序170粗镗大头孔
工序180钻小头油孔及孔口倒角
工序190半精镗大头孔
工序210调质
工序220精镗大头孔
工序230精镗小头孔
工序240去毛刺
工序270去全部毛刺
工序280清洗、吹净
工序290称重量
工序300检验
工序310连杆体与盖对号、装配
2.4工序设计
2.4.1机床的选择
工序2、3、4、5是粗铣平面,成批生产不是要求很高的生产率,固选择卧式铣床就能满足要求。
本零件的轮廓尺寸不是很大,加工精度要求不是很高,选用常用的立式铣床X51。
(查《设计简明手册》表4.2-35)
工序6、23是钻Ф15螺栓孔和Ф5小头油孔,根据钻孔的直径,可以选择摇臂钻床Z3025(查《设计简明手册》表4.2-14)
工序11、12是镗大头孔和小头孔,由于加工零件的尺寸不大,固宜在车床上镗孔。
由于要的精度高,表面粗糙度要求较低,固选用落地卧式车床C630(查《设计简明手册》表4.2-4)
工序18、27、30是磨削加工,因为这些工序里又有磨削端面又有磨削内圆,然后其粗糙度的要求,固选择万能外圆磨床(查《设计简明手册》表4.2-30)
2.4.2工艺装备的选择
2.4.2.1夹具的选择
本零件除了几个重要的加工部位的加工需要专用夹具以外,其他部分的加工按照加工要求选择通用夹具。
2.4.2.2刀具的选择
在机械加工中常用的金属切削刀具有车刀、中心钻、麻花钻、扩孔钻、铰刀、丝锥、铣刀和齿轮、花键刀具等。
在生产中,除了大批量生产和加工特殊形状零件有时采用高效专用刀具、组合刀具和特殊刀具外,一般采用标准刀具。
恰当合理地选用标准刀具是保持加工质量,提高生产率的一个重要问题。
2.4.2.2.1车刀的选择
在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀,根据连杆大、小头孔的余量比较大,而连杆的材料为45钢,固采用45度外圆车刀镗孔,而且其材料硬度HBS229~269。
根据《机械制造技术课程设计指导》(后面简称《设计指导》)表1-144选择刀具的材料为P类YT15。
2.4.2.2.2孔类加工刀具
根据连杆中螺栓孔和出油孔的尺寸和加工表面粗糙度Ra6.3,选择麻花钻,查《设计指导》表1-113直柄麻花钻(GB1436-85)选择直柄麻花钻,d取4.5,L取86,L1=52,尺寸参数图如下:
图2-2直柄麻花钻
2.4.2.2.3铰刀的选择
因为麻花钻钻螺栓孔只能粗糙度只能达到Ra6.3,固选用铰刀进行精加工,公差等级为IT6~IT8,加工表面的粗糙度能够达到Ra1.6~0.4mm。
由于为H7的孔,固采用手用铰刀进行铰孔。
查《设计指导》表1-135手用铰刀(GB/T1131-1984)得到L=87,l=44,а=4,d=5。
尺寸参数如下图:
图2-3手用铰刀
2.4.2.2.4铣刀
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 连杆 加工 工艺 及其 大头 夹具 设计 说明书