目 录
摘 要 ........................................................................................................................................... III ABSTRACT .................................................................................................................................. IV 目 录 ............................................................................................................................................ V 1 绪论 ............................................................................................................................................. 1
1.1 本课题的研究内容和意义 ............................................................................................... 1 1.2 国内外的发展概况 ........................................................................................................... 1 1.3 本课题应达到的要求 ....................................................................................................... 3 2 连杆的分析 ................................................................................................................................. 4
2.1 连杆的作用 ....................................................................................................................... 4 2.2 连杆的机械分析 ............................................................................................................... 4 2.3 连杆的结构特点 ............................................................................................................... 4 2.4连杆的主要技术要求 ........................................................................................................ 5
2.4.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度 ..................................................................... 5 2.4.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度 ............................................. 5 2.4.3 大、小头孔中心距 ................................................................................................. 5 2.4.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度 ..................................................... 5 2.4.5 大、小头孔两端面的技术要求 ............................................................................. 5 2.4.6 有关结合面的技术要求 ......................................................................................... 5 2.5 连杆的材料和毛坯分析 ................................................................................................... 5 3 连杆的加工工艺规程的制定 ..................................................................................................... 7
3.1 加工工艺的基本概念 ....................................................................................................... 7 3.2 选择定位基准 ................................................................................................................... 7 3.3 确定加工余量 ................................................................................................................... 8 3.4 拟订机械加工工艺路线 ................................................................................................... 8 3.5 连杆工艺计算 ................................................................................................................. 10
3.5.1 粗铣两平面 ........................................................................................................... 10 3.5.2 粗磨两平面 ........................................................................................................... 11 3.5.3 钻小头小孔 ........................................................................................................... 13 3.5.4 粗镗小头孔 ........................................................................................................... 14 3.5.5 车大头外圆 ........................................................................................................... 15 3.5.6 粗镗大头孔 ........................................................................................................... 17 3.5.7 粗铣螺栓孔端平面 ............................................................................................... 17 3.5.8 精铣螺栓孔端平面 ............................................................................................... 17 3.5.9 铣开连杆大头 ....................................................................................................... 18 3.5.10 精铣体盖分开面 ................................................................................................. 18 3.5.11 钻扩铰螺栓孔 ..................................................................................................... 18 3.5.12 精磨体盖分开面 ................................................................................................. 20
V
3.5.13 精磨两端平面 ..................................................................................................... 21
3.5.14 精镗小头孔 ......................................................................................................... 21 3.5.15 粗镗大头孔 ......................................................................................................... 22 3.5.16 精镗大头孔 ......................................................................................................... 22 3.5.17 精镗小头孔 ......................................................................................................... 22
4 夹具设计 ................................................................................................................................... 23
4.1 机床夹具的分类 ............................................................................................................. 23 4.2 工件的加工工艺分析 ..................................................................................................... 23 4.3 确定定位方案 ................................................................................................................. 24 4.4 夹具的机构设计 ............................................................................................................. 24 4.5 夹具的使用 ..................................................................................................................... 26 5 结论与展望 ............................................................................................................................... 28 6 致谢 ........................................................................................................................................... 29 7.参考文献 .................................................................................................................................... 30
VI
内燃机连杆加工工艺及夹具设计
1 绪论
1.1 本课题的研究内容和意义
本课题研究的内容是：K2500内燃机车发动机NDS5主连杆工艺规程设计和系列夹具设计，其中包括了工艺流程的设计、工序的编写、系列夹具的设计，并有相关计算和说明书。
连杆的作用是将活塞承受的力传给曲轴，并使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。连杆由连杆体、连杆盖、连杆螺栓和连杆轴瓦等零件组成，连杆体与连杆盖为连杆小头、杆身和连杆大头。连杆小头用来安装活塞销，以链接活塞。连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连。一般做成分开式，与杆身切开的一半称为连杆盖，二者靠连杆螺栓链接为一题。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中，与曲轴上的连杆轴颈装和在一起，是发动机中最重要的配合副之一。常用的减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。
不难看出，连杆对于内燃机来说是不可或缺并且起到关键性作用的零件。所以本课题的研究对于生产出优秀耐用的连杆起到至关重要的作用。同时对内燃机的安全性也起到关键作用。
1.2 国内外的发展概况
从80年代以来粉末冶金注射成型(PIM)成功的得到应用,大多数连杆制造使用中碳钢和低合金钢。国内传统工艺连杆毛坯材料一般采用 42CrMo,35CrMo,40MnVB,45CrMnB,40Cr,40CrMnBS40C等调质钢[11]和S43CVS1(进
口),35MnV,40MnS等非调质钢。康明斯生产线采用调质钢毛坯40MnBH(GB5216-85),1995年全面转用非调质钢材料毛坯38MnV。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,进入90年代后,90%以上的连杆制造都采用了模锻工艺。
中国汽车产业在“十五”期间发生了天翻地覆的变化，汽车产量5年翻了一番多，汽车市场由卖方市场转为买方市场，一举由2001年的世界第七大汽车生产国跃升为世界第三大汽车生产国和消费国。
随着汽车产业的快速发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要，因此国内外各大汽车公司对发动机连杆用材料及制造技术的研究都非常重视。
十五期间，国内企业普遍采取裂解连杆体和连杆盖分界面技术，可以大幅度地减少机械加工工序，由此开发了高强度低韧性的高碳非调质钢和粉末冶金锻件，以满足工艺的需要。中国在调质钢应用方面与国外差距不大，但在锻造技术方面与国外比还有一些差距。
表1-1 中国发动机连杆材料及热处理硬度 材料 45 55 40Cr 40MnB 53CaS 45Mn2 42CrMo
热处理 调质 余热淬火 调质 调质 调质 调质 调质 1 1
硬度 229-255HBS 226-271HBS 229-269HBS 223-262HBS 229-269HBS 229-269HBS 28-2HRCHBS 无锡太湖学院学士学位论文
国外连杆毛坯的加热大多采用电加热或感应加热，加热时间短，加热温度控制稳定，采用辊锻制坯，液压模锻成形，锻件尺寸精度高，避免了锻件表面的脱碳。国内多数连杆生产厂采用的是空气锤制坯，蒸汽锤成形，连杆锻件普遍存在的问题是尺寸精度差、锻件表面状态不好、锻件表面脱碳严重等问题。
“十一五”期间，国内很多企业与外国合资采用裂解连杆大头接合面（裂解法）的生产技术。设计出强度均在900MPa以上的发动机连杆，代表企业有一汽与德国合资生产的捷达轿车发动机连杆、上海与德国合资生产的桑塔纳轿车发动机连杆、一汽技术引进的道依兹柴油机连杆和开发的CA6DL系列柴油机连杆。
裂解法工艺要求连杆锻件在裂解的过程不能有过大的塑性变形，因此对连杆材料的要求是，在保证其强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使其断口呈脆性断裂状态。材料多是从德国进口的C70S6系列高碳非调质钢。
国内发动机连杆制造企业在锻造加热和锻后控制方面近年已经取得长足的进步，具备了应用非调质钢生产连杆的条件。
国内烧结锻造技术还很落后，专用的粉末冶金压机及烧结炉的应用还不普遍。金属粉末的品种少，质量差且不稳定。另外，烧结保护气体还需进一步地研究改进，这些都影响着国内超高密度粉末冶金零件的发展。
“十一五”期间，国内大多数连杆生产厂家仍沿用传统的连杆加工工艺,其加工精度及加工后装配质量难以控制,生产效率低,制造成本高,是阻碍中国高速、高精度、高性能发动机制造的“技术瓶颈”之一。一汽大众公司耗资亿元以上引进了德国EX-CELL-O Machine Tools公司生产的一条连杆裂解自动化生产线,现正用于捷达轿车门多点电控燃油喷射发动机连杆的批量生产；上海大众公司引进德国Alfing公司生产的连杆裂解自动化生产线,用于帕萨特轿车发动机连杆的生产；上海通用公司也引进了连杆裂解自动化生产线,用于粉末锻造连杆的生产。目前国内还有许多家连杆生产企业都在积极准备采用连杆裂解技术对原有的传统连杆生产线进行技术改造。
表1-2 国外部分厂家发动机连杆剖析结果
生产厂家 日本丰田
钢号 S53C S55C S58C
波罗乃兹 太脱拉 斯柯达 福特300
SAE1141
相当国内牌号
55 55 60 45 45 40Mn 40Mn2
处理工艺 正火 调质 锻造控冷 调质 调质 调质 调质
硬度 229HBS 29-30HRC 235HBS 207HBS 229-252HBS 263-269HBS 223HBS
2