连杆BW250040202的工艺过程及其夹具的设计.docx
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连杆BW250040202的工艺过程及其夹具的设计
摘要
连杆是注浆泵的主要传动件之一,其大头孔与曲轴连接,小头孔通过活塞销与活塞连接,它的作用是将活塞的气体压力传送给曲轴,又受曲轴驱动而带动活塞压缩汽缸中的气体。
本文主要对连杆的加工工艺进行了设计。
因为连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高,而连杆的刚性比较差,容易产生变形,所以在安排工艺过程时,需要把各主要表面的粗、精加工工序分开。
逐步减少加工余量、切削力及内应力的作用,并修正加工后的变形,最后达到零件的技术要求。
另外,本次设计还对部分夹具进行了设计,夹具的好坏直接影响工件加工表面精度,是加工过程中最活跃的因素。
夹具可以扩大机床的应用范围,降低加工成本,提高劳动生产率。
关键词:
连杆工艺精度工序
一.摘要3
二.绪论4
三.连杆零件的工艺规程设计5
1、连杆零件的分析5
2、确定毛坯类型及制造方法10
3、工艺规程的定制10
(1)定位基准的分析10
(2)热处理工序的安排11
(3)加工工艺路线的拟定11
4、确定加工余量及生产设备15
(1)确定机械加工余量15
四.专用夹具的设计20
(1)铣床夹具定位方案的确定20
(2)定位误差的分析21
(3)夹具设计及操作的简要说明21
五.小结22
六.致谢23
七.参考文献24
绪论
毕业设计是在学完了机械制造工艺学、机械制造基础、机械设计基础等大学全部课程之后进行的一次全面的总结性的设计。
此次设计是培养我们理论联系实际,解决生产实际问题能力的重要步骤,要求我们将所学专业知识综合运用,充分利用图书馆、互联网等资源进行的设计。
此次设计的连杆是发动机的主要零件之一,发动机的可靠性在很大程度上取决于连杆的可靠程度,但由于连杆的外形比较复杂、容易变形、刚性差,尺寸精度、位置精度以及表面质量等要求较高,在制造上具有一定难度。
而其连杆制造技术的好坏直接影响着连杆的使用性能和经济性能,故设计时要求我们要将所学理论知识与实际生产相结合,锻炼自己的独立思考、自我创新的意识和能力。
三、连杆零件的工艺规程设计
1.连杆零件的分析
(1)连杆零件结构分析
本课题设计的零件是注浆泵连杆(零件图如图1),从零件图的分析可以知道,零件的表面大都由一系列的规则的直线和圆弧组成,因此选择通用的加工方法即可。
图1
为了减少连杆的惯性力,要求连杆的质量要尽可能的轻,所以连杆采用“工字形”截面,以便保证有较高的强度和刚度,又能够减轻连杆的质量。
各部分的精度都要求比较高,在加工大、小头孔时,都有圆柱度和互相的平行度要求,加工时必须加以注意。
两端面的加工有垂直度的要求,加工过程中可考虑设计专用夹具来适合加工需要。
加工时根据尺寸精度选择合理的机床设备型号。
(2)零件加工表面及其加工要求
零件主要加工表面
零件主要尺寸及精度要求如图2
图2
A.大头孔Φ80(未装轴瓦)
大头孔上要装轴瓦,通过瓦与曲轴配合,配合间隙为0.27~0.079mm,为了保证良好的配合精度,减少冲击力的影响,大头孔的加工精度为IT6,圆柱度为0.015,表面粗糙度Ra为0.8μm。
B.小头孔Φ34(未装铜套)
小头孔是与活塞销配合的表面,加工尺寸精度要求为IT5,圆柱度误差为0.011、表面粗糙度Ra0.8μm。
小头孔与活塞销的配合精度要求较高,如果配合间隙过小,会影响连杆与活塞销之间的运动传力效果,如果配合间隙过大,又会晃动,使得发动机在运行过程中发出敲击声,考虑到工作后的磨损量0.01mm,因此,安装时必须保证连杆小头孔与活塞销之间的配合间隙为0.0045~0.0095。
C.大小头孔端面
大、小头孔两端面与曲轴轴承座端面配合,其精度影响到安装和磨损,端面厚度公差为0.040mm,它与孔的垂直度误差为0.08。
D.大小头孔中心距及孔的中心线的平行度和扭曲变
大、小头孔的中心距影响到发动机的压缩比,即发动机的工作效率,所以规定了较高的要求,中心距为250+0.105,大、小头孔的中心线的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜,造成汽缸壁磨损不均匀,同时使曲轴的连杆颈产生边缘磨损,缩短发动机的使用寿命,所以规定平行度公差为0.04/100mm。
大、小头孔中心线的扭曲对不均匀磨损的影响较小,一般规定扭曲度不大于0.03/100。
E.连杆连接螺栓孔
连杆在工作过程中,受到急剧的动载荷的作用,这一作用又传递到连杆和盖的两个连接螺母上。
因此,除了对螺栓及螺母提出较高的技术要求外,对螺栓孔及两螺栓孔端面也有一定的要求,两螺栓孔在互相垂直的方向的平行度公差0.15mm,两螺栓孔与结合面的垂直度0.12mm,两螺栓孔的尺寸公差为0.11mm。
(3)零件材料的选择
连杆是注浆泵的重要零件,其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。
其好坏与优劣直接影响注浆泵的整体性能在工作过程中,连杆受力较复杂:
一方面承受气体的压力和往复运动的惯性力所产生的冲击性拉压交变载荷;同时连杆摆动产生横向惯性力,导致其承受弯曲交变载荷。
因其较长,所以要求连杆有足够的强度和剐度。
因此材料选择的重要性显而易见。
本次毕业设计课题所采用的是40Cr。
并作调质处理,使硬度为HB230-300。
以提高强度和抗冲击能力。
(4)连杆的技术要求分析
连杆上需进行机械加工的主要表面为:
大,小头孔及其两端面,连杆与杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。
连杆总成的主要技术要求如下:
A、为了使连杆大,小头运动副之间配合良好,大头孔的尺寸公差等级取为IT6,表面粗糙度应不大于0.8μm。
小头孔的尺寸公差等级取为IT5,表面粗糙度不大于0.8μm。
对它们的圆柱度也相应规定了严格的要求。
连杆大小头端面间距离的基本尺寸相同,但技术要求不同。
大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面有配合要求,而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。
故此,大头两端面间的尺寸公差等级为IT9,表面粗糙度不大于3.2μm;小头两端面间的尺寸公差等级为IT12,表面粗糙度不大于12.5μm。
B、连杆大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比,故两孔中心距的尺寸公差等级应不低于IT6。
连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大,将加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损,一般规定其垂直度公差等级不低于9级。
C、为了使发动机在工作过程中运转平稳,各缸连杆在往复运动中的惯性力应大致相同。
因此对连杆大小头质量及总质量要求相当严格。
4、大端内径加工要领为:
粗加工前装配拧紧力矩为85.5+5N.M;松动装配螺栓并打配对记号;精加工前,再拧紧,拧紧力矩为85.5+5N.M。
装配螺栓时,装配扭矩85+5N.M,螺纹底面及螺纹部涂机油。
连杆及连杆盖结合处去毛吃刺。
装机时连杆及连杆盖打汽缸号。
对于连杆体和盖分开锻造的毛坯,锻造工艺较整体锻造要简单,金属纤维呈连续型式,使大头具有较高的强度,不易产生变形,但分开锻造使材料消耗增加,机械加工虽然省去了切开工序,但结合面加工余量较大,两侧平面加工也需要分开进行,故机械工艺较整体锻造复杂。
整体锻造在切开体和盖的工序之后,金属纤维呈断裂状,强度减弱,加工后变形较大,但比整体锻造节省材料,提高了金属的利用率,生产效率高,便于组织生产,特别适合于大批大量生产。
2.确定毛坯类型
零件加工过程中工序的内容或工序数目、材料消耗、热处理方法、零件制造费用等都与毛坯的材料、制造方法、毛坯的误差及其余量有关。
根据连杆零件本身的生产加工特点选择毛坯为模锻件。
3.工艺规程的制定
(1)定位基准的分析
连杆工艺的基准选择
在实际加工中,一般都对连杆进行完全定位,多数情况下,选用连杆大小头端面作为主要定位基准,使零件的支承面积大,定位稳定,装夹方便。
同时选择小头孔和大头连杆体的外侧面作为一般定位基准,从而限制了连杆的六个自由度。
选用连杆的端面和小头孔作为定位基准,不仅便于在加工中实现基准统一,更重要的是使连杆的重要技术要求中加工过程中实现基准重合,以减小定位误差。
在制造连杆毛坯时,在杆身一侧作出定位标记,在对大小头端面进行粗加工时,选取没有凸起标记的一侧为粗基准来加工。
紧接着以已加工过的端面为基准来加工第二个端面。
显然,第一个端面的精度(如平面度)要比第二个端面高,在以后的加工中,当然用第一个端面做精基准为好。
加工连杆时要保证小头孔的壁厚均匀,所以在拉小头孔时,选大、小头孔的两个端面作为基准。
在加工中,先加工出大、小头孔两端面,可以为后续的精加工做好准备,既满足加工要求,方便加工,又符合统一基准选择的要求,提高了加工精度。
(2)热处理工序的安排
加工过程中经常进行热处理,以改善其机械性能。
该零件的热处理主要是为了增加强度,所以为消除粗加工的内应力,降低粗加工的难度
本工艺中,在粗加工之前需要调质处理,硬度为H230-300,调质可以完全消除锻造带来的内应力,而且可以获得较高的综合机械性能。
(3)加工工艺路线的拟定
连杆主要表面的加工工序安排。
连杆的主要加工表面为大,小头孔和两端面,较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面,次要加工表面为、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。
连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
连杆的加工路线可分为三个阶段;第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准(两端面的加工);第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面,包括小头孔的加工,两侧面的加工,为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗精加工等;第三分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以及大头孔,小头孔的精加工。
如果按主要表面的粗,精加工来划分连杆的加工阶段的话,可以按连杆合装前后业分,合装之前的工艺路线属于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。
连杆加工工艺方案的选择
选择工艺为传统的生产工艺,即连杆分离面的加工“切断法”。
发动机连杆分离面加工的传统方法也称作有屑切削法.即在对整体毛坯连扦的两端面及大、小头孔进行加工之后。
用切削的方法(铣削或锯削)将整体连杆切断.分成连杆体和连杆盖两个零件。
然后再用拉削磨削或精铣的方法。
对连杆体及连扦盖这两个零件的分离面分别进行精加工,以满足设计的尺寸、表面粗糙度、平面度和垂直度的要求-----这是一种带切屑的切削加工方法,一般可称为切断法(CUTOFF)
根据前面的加工工序分析,这里对连杆的工艺,拟定了两条工艺路线进行分析比较,以便从中选择。
A、方案一:
B.方案二:
0
模锻毛坯
0
模锻毛坯
10
调质处理
10
调质处理
20
铣大小头两端面
20
拉小头孔
30
钻,拉小头孔
30
粗磨大小头两端面
40
拉大头孔两侧面
40
拉大头孔两侧面
50
打标记号
50
切断
60
钻螺栓孔
60
精拉大头孔半圆面及结合面
70
精加工螺栓孔
70
磨结合面
80
钻油孔
80
锪螺栓座面
90
切断
90
钻油孔
100
精拉结合面、半圆面
100
钻,扩,铰螺栓孔
110
磨结合面
110
去毛刺,清洗
120
锪螺栓孔窝座
120
装配螺栓并拧紧
130
清洗、合面
130
粗镗大头孔
140
粗磨大小头孔两端面
140
精磨大小头两端面
150
半精镗大头孔
150
半精镗,精镗大头孔及小头孔
160
挤压铜套
160
压铜套,倒角
170
倒角
170
精镗小头衬套孔
180
精磨两端面
180
去毛刺,清洗
190
精镗大头、铜套孔
190
终检
200
终检
200
称重分组
由上可知,两工艺都注重了工艺的可行性,可以达到工艺要求。
以下针对两方案进行比较分析:
方案A中考虑到了精基准选择时应遵循统一基准原则。
方案B先把孔加工出来,整体上也可以符合加工要求,但一般原则是按“先加工基准面,再加工其它表面”,“先加工平面,后加工孔”,两端面的接触面大,便于做粗基准,加工也方便,所以在粗基准的选择上还是A方案比较合适
方案B的镗削大头孔在同一道工序中完成,这使得零件不能充分变形。
而方案A也有些类似的方面,但是经过了几次反复的粗精加工,可以达到图纸要求。
综上所述,前种方案优势明显一点,方案A工序安排较为合理,故选择方案一作为该零件的加工路线,
4.确定加工余量及生产设备
(1)确定机械加工余量及生产设备
根据前面所述的加工方法及工艺路线的选择,查有关手册得出各面的加工余量如表2所示。
对表面只需粗加工的,取所查数据的小值;表面需经粗加工和半精加工时,可取较大值。
表2机械加工余量
加工
表面
加工方法
经济精度IT
余量a(mm)
Ra
(μm)
总加工余量(mm)
标志端面
粗铣
11
1.5
2.5-20
1.5
粗磨
8-9
0.3
0.63-10
1.8
精磨
7
0.3
0.16-1.25
2.1
另一端面
粗铣
11
1.5
2.5-20
3.6
粗磨
8-9
0.3
0.63-10
3.9
精磨
7
0.3
0.16-1.25
4.2
小头孔
拉削
10
1.5
0.32-2.5
0.8
大头孔
拉削
10
1.5
0.32-2.5
1.5
半精镗
11
1
2.5-10
2.5
精镗
磨
0.1
0.63-5
2.6
铜套孔
精镗
磨
0.1
0.63-5
0.1
结合面
拉削
10
1.5
0.32-2.5
1.5
精磨
7
0.3
0.16-1.25
4.2
侧面
拉削
10
1.5
0.32-2.5
1.5
确定毛坯尺寸
钢质模锻件的机械加工余量按JB3834—85确定,确定时根据估算的锻件质量,加工精度及锻件的形状复杂系数。
(1)锻件质量
根据零件成品重量1.1Kg,锻件估算为1.5Kg
(2)加工精度
各表面为一般加工精度F1
(3)锻件的形状复杂系数S:
S=m锻件/m外廓包容体
假设锻件的最大包容体为长220mm,宽90mm,高40mm.
m外廓包容体=220×90×40×7.85=6.22Kg
m锻件=1.5Kg
S=1.5/6.22=0.241
查表可知,锻件的形状复杂系数为S3,属于较复杂级别。
(4)根据锻件质量、F1、S3,查表可得:
厚度方向的单边余量为:
1.5~2.0mm
水平方向的单边余量为:
1.5~2.0mm
即锻件各端面的单面余量为:
1.5~2.0mm。
两孔的单向的余量为:
2.0mm
确定毛坯的尺寸
大头孔Φ84mm
小头孔Φ44mm
宽105mm
厚度68mm
确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从有关表中查得。
(2)选择机床设备及工艺设备
机床的选择:
机床的选择工件的对加工质量,生产率和经济性有很大的影响,为使所选的机床能满足工序的要求,必须综合考虑机床的工作精度、加工精度、功率、机床工作区的尺寸等因素。
各工序机床选择如表3所示:
表3
工序
工序名称
机床设备
切削刀具
量具
00
锻造
热模锻压机
——
10
铣削
X5012
端面铣刀
游标卡尺0~200/0.02
15
拉削
CS-503
拉刀
游标卡尺0~200/0.02
20
拉削
L4322-4
拉刀
游标卡尺0~200/0.02
30
钻孔
Z3050
麻花钻
游标卡尺0~200/0.02
35
钻孔
组合机床
麻花钻
塞规
40
钻孔
Z3050
麻花钻
游标卡尺0~200/0.02
45
切断
X6025
锯片铣刀
游标卡尺0~200/0.02
50
拉削
L4322-4
拉刀
游标卡尺~200/0.02
55
磨削
MS64100A
砂轮
游标卡尺0~200/0.02
60
锪窝座
组合机床
锪钻
游标卡尺0~200/0.02
70
磨削
MS74100A
砂轮
游标卡尺0~200/0.02
75
镗孔
T6112
镗刀
游标卡尺0~200/0.02
80
挤压
Y741-10
——
——
90
磨削
MS74100A
砂轮
游标卡尺0~200/0.02
四.专用夹具的设计
为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。
本次的夹具设计为工序10的——精铣大,小孔的两个端面的铣床夹具,本夹具将用于X5012立式铣床上进行加工,刀具为硬质合金端面铣刀,直径为20,对两个大,小孔的端面进行粗精铣削,达到图纸的要求。
1.铣床夹具定位方案的确定
本道工序加工时零件已经铸造出来,铣削端面是采取一面两孔定位,即以工件的一个较大平面和平面上相距较远的两个孔组合定位。
连杆底面用支承板定位限制三个自由度,大孔用一个短圆柱销定位,限制两个自由度,小孔用一个菱形销定位,限制一个自由度,为保证两孔的中心距,需以小孔和其轴线作为定位基准安装另外一个圆柱销,圆柱销与空的配合应为间隙配合,为保证工件能够顺利安装,第二个销通常采用削边销结构,削边销与空的最小配合间隙X可由下式计算:
X=b*(T+t)/D
式中b为削边销的宽度,T为两定位孔中心距的公差,t为两定位销中心距公差,D为削边销配合的孔的直径。
2.定位误差的分析
工件以一面两孔组合定位时的定位误差是由基准位移误差和基准不重合误差组成的。
主要有下面三种情况:
a平行于二定位孔连心线方向的△y(即工件X方向)b垂直于二定位孔连心线方向的△y(即工件的Y和Z方向)c转角误差取决于两孔和两销的最大配合间隙X和Y,中心距L以及工件的偏移方向,应该尽量减少转角误差,使两定位孔之间距离大些。
3.夹具设计及操作的简要说明
在设计夹具时,应该使零件的装夹快速和方便,有利于提高零件的加工精度,并且零件的加工精度在使用工装夹具之后是通过夹具来保零件的形位公差,本次的夹具使用的是一面两孔定位,夹具体上的两销与工件的两孔间隙配合,夹具体的定位准确,操作简单,适合大批量铣削加工。
小结
本次设计是在我们学完了大学的全部基础课,技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
因此,它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加工作打下一个良好的基础。
在这次设计中,我用了多种机床来加工这个连杆工件。
通过从零件的分析,知道了零件的作用,再分析他的工艺,来了解工件的加工,最后确定毛坯、画毛坯——零件合图。
然后开始工艺设计和分析,先选择好的定位基准、选择加工设备及刀、夹量具和加工工序设计以及夹具的设计。
最后完成连杆加工工艺分析与加工。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。
致谢
本次毕业设计感谢xxx老师和xxx老师的指导,才能顺利的完成设计。
在设计过程中,会遇到很多不明白的地方,老师会指导我去查找相关的资料书籍并给我讲解其中的优劣,能够更好的选用适当的设计。
在运用各种软件查资料或绘图设计时,会遇到不清楚操作的地方,老师和同学都能够及时的给予指导,保证设计的进度正常进行。
总之,本次设计是在老师和同学的帮助下完成的,在学院学习即将结束之际,我向各位老师和同学表示诚挚的谢意!
参考文献
1、李洪主编机械加工工艺手册
北京:
北京出版社,1990
2、刘力主编机械制图
北京:
高等教育出版社,2008.4
3、张龙勋主编机械制造工艺学课程设计指导书及习题
北京:
机械工业出版社,1999.11
4、曹岩白瑀主编机床夹具手册与三维图库
北京:
化学工业出版社,2010.3
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