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发动机连杆机械加工工艺设计

毕业设计（论文）

题 目:发动机连杆机械加工工艺研究

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摘 要
连杆是汽车发动机中重要的组成部分，本文主要论述了发动机连杆的机械加工工艺。连杆主要是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动转换为曲轴的旋转运动。连杆承受的是冲击动载荷，因此要求连杆刚度和强度。由于连杆既是传动零件又是运动件，须综合材料选用、结构设计。在对其设计中我们先对连杆工艺过程分析，联系实际通过对其具体设计的了解进行连杆机械加工工艺过程分析与其机械加工余量、工序尺寸的确定。

关键词：连杆；工艺设计；加工余量；工序尺寸
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Abstract
Automotive engine connecting rod is an important part of this paper discusses the machining process of engine connecting rod. The main link is connected to the piston and the crankshaft, so that the reciprocating linear motion of the piston is converted to rotary motion of the crankshaft. Link to withstand the impact of dynamic load, thus requiring the link stiffness and strength. Since both the transmission link is part of moving parts, must be integrated material selection, structural design. In its design, we first link process analysis, and practice by conducting rod machining process analysis and mechanical allowance, the process to determine the size of their understanding of the specific design.
Keywords: Link; Process design; Allowance
目 录
摘 要 I
目 录 I
1绪 论 1
1.1 设计的主要研究内容 1
1.2 加工工艺设计的目的与意义 1
2 汽车连杆机械加工工艺设计 2
2.1 连杆的结构特点与作用 2
2.2 连杆的主要技术要求 3
2.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 3
2.2.2 大、小头孔中心距 4
2.3 连杆的材料和毛坯 4
2.4 连杆的机械加工工艺过程分析 5
2.4.1 工艺过程的安排 5
2.4.2 定位基准的选择 5
2.4.3 连杆两端面的加工 5
2.4.4 大头侧面的加工 5
3 连杆加工工艺卡片与工序卡片的填写 5
3.1 连杆加工工艺卡片与工序卡片的填写 5
4 装配 6
4.1 安装活塞环 6
4.2 将活塞连杆组装入汽缸内 7
结 论 1
致 谢 1
参考文献 1

发动机连杆机械加工工艺研究
1 绪论
1. 1 设计的主要研究内容
近年来，随着汽车工业的快速发展和竞争的日益激烈，汽车生产企业对汽车零部件设计与制造的要求越来越高，只有高质量、高效率、低成本、低能耗的产品才能在市场竞争中立足。许多采用原本的加工技术加工的产品已经难以在市场中生存，对传统加工技术的变革成为汽车工业未来的发展趋势与发展方向。传统的加工工艺随着工业生产水平的提高，尤其是加工工艺和材料的不断革新，得以深入发展。并且，一些能够打破常规的新工艺为现代企业提供了更多的加工方案。
发动机作为汽车的重要的组成部分，其设计制造水平是衡量一个国家的汽车工业水平。当代汽车工业的发展需要高效率、低排放的发动机，这就意味着发动机内部的每一个零件都要在满足机械性能的条件下尽量减轻自身重量[1]。连杆作为发动机关键运动、受力部件，其设计制造也必然向着重量轻、疲劳强度大的趋势发展。
连杆作为发动机关键运动、受力部件，其设计制造也必然向着重量轻、疲劳强度大的趋势发展。
连杆是发动机中重要的零部件，是将活塞的直线往复运动转化为曲轴旋转运动的纽带。连杆在发动机工作过程中既要承受装配载荷，同时需要将活塞所受到气体爆发的压力传递给曲轴。活塞作往复直线运动，曲轴作旋转运动，处于两者之间的连杆的运动状态比较复杂，承受着拉伸、压缩、弯曲等交变载荷。为了保证发动机能够长期稳定的运转，对连杆的性能要求比较苛刻，连杆在质量小的情况下，必须有足够的强度和刚度。如果连杆刚度不够，可能会产生连杆大头孔失圆，进而导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；连杆刚度不够，可能造成连杆杆身弯曲变形，造成活塞与气缸偏磨，活塞环漏气、窜油等现象。随着人类对汽车需求量的不断增加，连杆的数量是随着发动机缸数决定，因此连杆的需求量随着汽车增加量呈数倍增长。因此，在加工技术方面就需要很大的发展。
此设计主要是对传统的汽车连杆的机械加工工艺设计。。
此设计主要是对传统的汽车连杆的机械加工工艺设计。
1.2 加工工艺设计的目的与意义
在加工工艺方面，国内外连杆生产方式大致有：锻造、铸造、粉末冶金等，传统锻造有将连杆体和盖分开锻造、连杆体和连杆盖的整体锻造两种。60年代中期粉末热锻技术开始发展起来，从上世纪80年代以来，粉末冶金注射成型（PIM）得到应用，大多数连杆制造中使用的中碳钢和低合金钢逐步由新钢种和粉末冶金的锻造材料所代替【2】。
在连杆体与连杆盖分离工艺方面，国内外连杆的加工工艺大部分采取的方法有锯断、铣断等工艺；最新工艺是使用断裂分开，即胀断工艺（或者裂解工艺），该工艺是用切口(或用机械方法或用激光束制造预裂纹) 断裂,使大端连杆盖从连杆体移去。国内部分汽车工业制造厂与设备制造厂如一汽大众、上海大众和上海通用等公司都采用了该技术【3】。
连杆属于典型的“杂件”类零件，不但精度要求高，形状复杂，制造难度大，而且生产批量大，连杆的质量直接影响发动机质量。本设计详细介绍了连杆的加工方法的拟订和确立，并对连杆加工工序进行设计。从零件加工工艺的方向进行了一定的探讨。
2 汽车连杆机械加工工艺设计
2.1 连杆的结构特点与作用
连杆是汽车发动机重要组成部分，连杆位于活塞与曲轴之间。连杆的作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。在发动机中，把作用与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。
连杆由大头、小头和杆身等部分组成。连杆体与连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。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。大头孔和小头孔内分别安装了轴瓦和衬套。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。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。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。连杆在质量减小的情况下，就必须有足够的强度和刚度，所以连杆杆身的截面多为“工”字型。如图（图2-1）所示。
图2-1连杆组
连杆体与连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。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。大头孔和小头孔内分别安装了轴瓦和衬套。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。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。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。连杆在质量减小的情况下，就必须有足够的强度和刚度，所以连杆杆身的截面多为“工”字型。
2.2 连杆的主要技术要求
连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔与其两端面，连杆体与连杆盖的结合面与连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求（图2-2）如下。

图2-2 连杆总成图
2.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度
大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于0.4μm；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应不大于3.2μm。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。
2.2.2 大、小头孔中心距
大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率， 所以规定了比较高的要求：190±0.05 mm。
2.2.3 连杆的材料和毛坯
连杆材料一般采用45、40Cr、40CrMnB，经过处理提高强度和刚度。钢制连杆一般采用锻造球墨铸铁采用锻造。
目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。图（2-2）为连杆辊锻示意图．毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以与机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。
图2-2连杆辊锻示意图
图(2-2)给出了连杆的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至1140～1200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见，然后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见。锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。
2.2.4 连杆的机械加工工艺过程分析
（1）工艺过程的安排
两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨；
小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗；
大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨；
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
连杆外形复杂不易定位大、头是由细长的杆身连接，刚度差，易变形；保证大头孔与端面垂直，加工时，应以一端面为定位基准。同时保证两孔位置公差，加工一孔时，以另一孔作为定位基准（互为定位基准）。连杆加工中大多数以零件图中规定的工艺凸台为精基准。有的连杆在大、小头侧面有三个或四个中心孔作为辅助基准，实现大、小头孔同时加工。
2.2.5 连杆两端面的加工
采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，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。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。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。
2.2.6 大头侧面的加工
以基面与小头孔定位，它用一个圆销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。
3 连杆加工工艺卡片与工序卡片的填写
工艺卡是设计者与加工者之间最好的连接纽带，它能够直观的告诉加工者零件的加工工艺规程，需要多少个工部加工该零件。而工序卡是直接体现出每一个工部里面的细分 ，甚至体现到每一个工位需要怎样去加工。
下面是汽车发动机连杆加工工艺规程：
（1）毛坯辊锻；
（2）模锻成型，切边；
（3）热处理，HRB225~262，抛丸去除氧化皮；
（4）去毛刺；
（5）编号；
（6）自检；
（7）去毛刺飞边；
（8）清洗连杆体与连杆盖，与去毛刺；
（9）将配对的连杆体与连杆盖用工艺螺栓组配到一起，标记均朝，上，保证拧紧力矩100-120 N ×m；
（10）每装配20对工件检验力矩；
（11）称量大，小头重量，当大头重量小于 1160克时，小头重量，应小于460克；
（12）当大头重量大于1160克时，小头应小于510克；
（13）大头重量不大于1223克；
（14）按称重去除配重块材料；
（15）检验连杆各部位尺寸；
（16）磁粉探伤机检测连杆体是否有裂缝，裂纹气孔等缺陷；
（17）退磁；
（18）将连杆工艺螺栓拆卸，合格工件成对，存放指定地点；
4 装配
4.1 安装活塞环
1.用柴油清洁哥活塞环、活塞连杆总成。
2.用压缩空气吹净各活塞环、活塞连杆总成上的柴油。
3.用手安装油环。
4.使用活塞环拆装钳，将第二道气环装入活塞环槽内。
4.2 将活塞连杆组装入汽缸内
1.检查一缸的连杆轴颈是否处于活塞下止点位置。
2.清洁连杆轴颈和汽缸。
3.用机油润滑连杆轴颈和汽缸壁。
4.正确选择活塞组，润滑活塞总成，调整活塞环位置。
5.将活塞组轻放入汽缸内。
6.用活塞环卡箍将三道活塞环收紧，用木锤轻轻敲击卡箍边沿，使卡箍的下沿与缸体上平面完全贴合。
7.用木锤轻轻敲击活塞顶部，当活塞顶部刚进入汽缸时，停止敲击。
8.观察活塞顶部的标记方向和连杆落位情况。
9.两人配合将连杆顺利落位到连杆轴颈上。
10.润滑轴瓦和连杆轴承盖。
11.确认方向后选用将连杆轴承盖套入连杆大头，选用14套筒、短接杆，棘轮扳手对连杆固定螺母进行紧固。
12.选用预调式扭力扳手拧紧连杆螺栓。
13.使用转角器，再将螺母旋转90°。
14.转动皮带轮，检查曲轴的转动情况。
15.依次装入第四、第二、第三活塞连杆组。
16.整理工位、工具。
结 论
在设计的过程中，显示出以前自己对于基础知识没有很好的掌握，我遇到了很大的困难，每次改进我都收获很多。虽然我的设计作品还不是很完善，以与借鉴资料还有很多的不足，但我心里还是很高兴，因为我完成了一次设计，并且享受了每一个过程，在这次毕业设计的过程中我学到了很多东西，我认为
以后的日子自己应该更加努力认真,以冷静沉着的心态去办好每一件事情。希望这次经历让我以后的学习生活中不断的成长与进步。
致 谢
在这次毕业设计中，我的指导老师给予我很大的帮助，在整个论文写作过程中，他对我的启发和让我明确了设计内容。使我在学院所学的专业用于实践，在完成设计的过程中，有时会比较着急，容易犯错，而老师细心叮嘱，不要着急，一步一步来。同时感谢我的同学，在设计过程中帮助我搜集材料并一起探讨设计方案，在每次有关于毕业设计的通知或消息时，都与时的告诉我。同时感谢大学期间各位老师的悉心教导。
参考文献
[1] 王先逵编著. 机械制造工艺学. 第二版. 北京: 机械工业出版社,2006.1
[2] 李 洪编著. 机械加工工艺手册. 第一版. 北京: 北京出版社,1996.1
[3] 鞠鲁粤编著. 机械制造基础. 第四版. 上海: 上海交通大学出版社,2007.8
[4] 赵 程编著. 机械工程材料. 第二版. 北京: 机械工业出版社,2007.8
[5] 濮良贵编著. 机械设计. 第八版. 北京: 高等教育出版社,2006.5
[6] 曾东宪编著 汽车制造工艺学 北京 机械工业出版社 2005 9
[7] （美）Paul Kenneth Wrigh著. 21世纪制造. 冯常学等译. 北京: 北京大学出版社,2004
[8] （德）Bruno Lotter著. 西德工业产品装配技术. 傅参力等译. 沈阳: 沈阳冶金机械出版社,1990