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1、机械制造课程设计设计说明书学院： 工程学院 专业： 机械设计制造及其自动化 姓名： 学号： 课题零件：连杆，活塞，销 指导教师： 时间： 2013年9月12日 目录目录1前言2一、设计任务31、总体任务32、具体要求3二、零件简要分析41、活塞产品开发制造介绍42.连杆开发制造现状介绍5三、 毛坯选择51、 连杆毛坯制造方法52、活塞毛坯制造方法63、 活塞销毛坯选择7四、零件技术分析71、 连杆技术分析72、 活塞技术分析83、 活塞销技术分析9五、 工艺路线设计91、 基准选择的标准92、工艺路线设计102.1、连杆工艺路线102.2、活塞工艺路线112.3、活塞销工艺路线12六、 夹具设
2、计131、夹具方案的设计13七、设计总结14八、参考文献15前言 机械制造课程设计是修完机械制造技术基础及其他大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这一次设计使我们能综合运用机械制造工艺中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度的零件的工艺规程的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践，可为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。 一、设计任务1、总体任务 根据设计任务分组进行设计，按照所给机构进行分析，确定各零部件设计方案、设计出其中的重要工序的专用夹具或模具，并绘制相应
3、机械设计图。具体内容如下：1）对机构进行结构分析，确定由哪些零件组成，并对各零件进行测绘；2）明确零件在整个机构上的作用、零件的材质、要求，分析零件结构的工艺性，完成总装配图及各零件的设计图。3）拟定工艺方案，确定毛坯种类及制造方法。4）拟定零件的模具加工或机械加工工艺过程，设计重要工序中的一种专用夹具或模具，绘制装配图或大件零件图。5）撰写设计说明书。一份完整的说明书一般包括以下一些项目：(1)目录。(2)绪论或前言。(3)对机构的整体分析，各零部件分析说明(4)对零件的工艺分析，如关键表面的技术要求分析等。(5)工艺设计，如毛坯选择与说明，工艺路线的确定，工序顺序的安排，加工设备与工艺装备
4、的选择等；(6)模具或夹具设计，如设计思想，夹具操作动作说明等。(7)设计总结或心得体会。(8)参考文献书目(书目前排列序号，以便于正文引用)。2、具体要求（1）、中小批量生产连杆、活塞、活塞销（2）、零件放大十倍设计（3）、活塞材料铝A00、其他为20Cr（4）、连杆毛坯图一份、三个零件二维三维图各一份（5）、夹具及总装图一份（6）、各零件加工工艺过程卡一份（7）、各零件加工工序卡片一份（8）、设计任务说明书一份二、零件简要分析1、活塞产品开发制造介绍 内燃机活塞制造技术在我国已有四十多年的发展，已经具有一定的基础，近年来通过不断的技术改造和技术合作，活塞制造技术发展很快，活塞产品质量不断提
5、高，并且，新产品的比重逐渐加大。但是，内燃机活塞机械加工工艺过程还是存在一定的差别，并且活塞类型和加工要求也有较大差别。 现在国内大多数活塞生产企业多采用专用机床和改装的普通车床、专用工装和夹具组成的单机流水线的加工方式生产。流水线设备排列为一机一序或一机多序，流程较长。典型的汽油机活塞加工工艺过程如：粗车外圆平顶面车止口、打中心孔粗镗销孔半精车外圆、顶面粗、精切环槽精车外圆、顶面精镗销孔车卡环槽检验。上述加工工艺过程以止口、中心孔作为精基准，以活塞头部外圆、活塞裙部、销孔表面以及活塞顶面等为主要加工面。这种传统工艺过程的主要优势有以下几点：第一，一次装夹可车削外圆、活塞顶面和环槽等工作面，加
6、工方便；第二，沿活塞轴向夹紧可进行多刀切削。同时，这种传统加工工艺过程也存在一下几方面主要问题：第一，以活塞止口为工艺基准，加工流程较长；第二，环槽的位置精度低；第三，采用轴向夹紧，该夹紧方式对活塞的加工精度，特别是对薄壁活塞裙部外圆的加工精度会产生较大的影响。活塞连杆组主要有活塞、活塞环、活塞销和连杆等零件组成。活塞的主要作用是与汽缸盖、气缸共同构成燃烧室，将做功行程所承受的燃气压力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。要求活塞具有：(1)足够的强度、刚度和韧性；(2)良好的导热性和极小的热膨胀性；(3)很小的重量，以保持很小的惯性力；(4)良好的润滑性和耐磨性，以提高寿命。现代汽车发动机不论是
7、汽油机还是柴油机都广泛采用铝合金活塞，只在极少数发动机上采用铸铁或耐热钢活塞。目前铝合金活塞多用含硅12%左右的共晶铝硅合金和含硅18%23%的过共晶铝硅合金制造，外加镍、铜和镁，以提高热稳定性和高温机械性能。含硅量越高，材料的膨胀系数越小，耐磨性愈好，但制造工艺较差。2.连杆开发制造现状介绍 连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，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。连杆一般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。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
8、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。在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中
9、截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。三、 毛坯选择1、 连杆毛坯制造方法 连杆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
10、很有发展前途的制造方法。 本次设计中，采用的是20Cr的材料。根据生产纲领为中小批量生产，采用模锻制造毛坯。采用整体模锻，利用中频感应加热钢棒，经过初锻、成型、终锻等过程，将连杆的毛坯制造出来。经过去毛边以及修整外圆及内圆，将得到一个合格的毛坯件送到机加工车间加工。2、活塞毛坯制造方法 活塞的材料除少数采用铸铁外，大部分采用导热系数高、热膨胀系数较底的硅铝合金。铝活塞除了导热性能好外，还具有重量轻、易加工等特点。所以目前中小型发动机的活塞大部分采用铝合金材料。由于铝合金和铸铁材料的不同，造成线膨胀系数不一样，亦可能出现广泛选用铸铁活塞的趋势，用以取代铝活塞。一般的铝活塞大多采用金属模浇铸，这样
11、不仅可以获得较高精度的毛坯，减少机械加工余量，同时还可以保证活塞间较小的重量差。我们采用铸造的方法利用模具对原铝熔融后加工获得。铸造出来的毛坯还要进行去毛刺去飞边处理才能得到合格的毛坯。3、 活塞销毛坯选择活塞销的工作条件为周期性强烈冲击和弯曲、剪切作用；销表面承受较大的摩擦磨损。因此对活塞销材料的要求具有足够的强度、刚度，表面具有较高的硬度和较高的耐磨性；具有足够的冲击韧性；具有较高的疲劳强度。常用材料为15、20或l5Cr、2OCr、2OCrMnTi等。强载柴油机多选用合金渗碳钢。根据本设计的要求，采用20Cr的材料进行加工，使用的是外直径70mm的钢棒进行下料取得毛坯。 四、零件技术分析
12、1、 连杆技术分析1. 连杆表面镀铜，用来防锈、防渗、美观。2. 1800+0.04mm和1400+0.04mm以及650.015、6050.15中的上下偏差、公差根据加工到七级精度来确定。3. 表面粗糙度由表面的加工精度来取合理的推荐值，比如Ra3.2和Ra1.6分别是粗铣和精铣得到连杆端面的粗糙度。4. 两个内孔渗碳后淬火、低温回火，渗碳的厚度为2mm-3mm(与渗碳时间有关、一般7-8小时)，回火温度在150-200，硬度可达5864HRC,增加孔的表面质量和耐磨性。5. 连杆尽量的对称和平行，这样能减少震动，延长机器寿命，根据加工的精度查表得，两个端面的平行度公差值为0.06mm，两端
13、面相对于中心平面对称度公差值0.15mm.6. 为了保证连杆能正常运转，连杆与销轴的垂直度有一定的要求：公差值为0.03mm。2、 活塞技术分析1、4000-0.057（根据加工等级和公差确定上下偏差）外圆由于对耐磨性有很高的要求，故表面Ra1.6，圆度公差值根据推荐值选0.04mm。2、环槽与活塞环配合，所以对环槽的要求为垂直度0.08和圆跳动度0.04。3、销孔与活塞销有配合，所以销孔的尺寸要求按照七级加工精度为650+0.03，垂直度公差值为0.08mm，圆度公差值为0.025mm。4、活塞顶面由于直接和燃烧室接触，故表面的质量要求高，用微弧氧化技术氧化顶面，微弧氧化膜层与基体结合牢固，
14、结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。3、 活塞销技术分析1、根据活塞销两个端面的加工精度等级为十二级，故公差为0.57mm，为3270-0.57（根据最小入体原则）。2、为了减轻活塞销的重量，在保证强度的情况下打孔，孔直径为35mm,经计算强度足够。3、精磨外圆的目的是为了保证销与轴承和活塞能配合，取Ra1.6，取圆度公差值为0.09mm.五、 工艺路线设计1、 基准选择的标准 正确选择定位基准是制定机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。基准的选择是工艺规程设计中的重要问题，基准的选择是否合理影响到加工质星、生产率和加工成本。定位基准的选择合理与否，会直接影响所
15、制定的零件加工工艺规程的质量基准选择不当，会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计团难，甚至达不到工件的加工精度要求。在设计工艺规程的过程中，当根据零件工件图先选择精基准，后选料精基准。结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序序要为后续工序创造条件。（1）粗基准的选择粗准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工 ，可选轴的外圆表而面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要
16、保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。（2）精基准的选择根据活塞杆的技术要求和装配要求，应选择活塞杆的左右端面和两端面的中心孔作为精基准。零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。两端的中心轴线是设计基准。选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。2、工艺路线设计2.1、连杆工艺路线中国海洋大学工程学院机械加工工艺过程卡零件名称发动机连杆材料牌号20Cr年产量毛坯种类批量每毛坯件数工序号工序名称工序内容机床刀具模锻整体模锻修磨外圆钳工去毛刺和飞边镀铜电镀铜用于防渗粗铣端面粗铣大小头端面均留余量1m
17、m，以大头外轮廓小头孔壁定位立式铣床平面铣刀精铣端面粗铣大小头端面均留余量0.4mm，以大头外轮廓小头孔壁定位立式铣床平面铣刀粗镗内孔粗镗大小内孔均留余量1.5mm，以端面、大头外轮廓定位加工小孔，后以小孔壁为定位加工大孔。卧式镗床镗刀半精镗内孔粗镗大小内孔均留余量0.7mm，以端面、大头外轮廓定位加工小孔，后以小孔壁为定位加工大孔。卧式镗床镗刀铣油槽铣油槽，以孔壁定位立式铣床油槽铣刀钻油孔钻小头油孔，孔壁与端面定位摇臂钻床钻头倒角钻出两孔倒角摇臂钻床钻头热处理对工件进行碳氮共渗、淬火、回火处理，增加其表面硬度精镗两孔精镗大小孔余量为0.1mm，卧式镗床镗刀珩磨两孔珩磨两孔内壁达到图纸要求珩磨
18、机砂轮清洗检查各部分尺寸及精度入库设计者设计日期指导教师日期2.2、活塞工艺路线中国海洋大学工程学院机械加工工艺过程卡零件名称活塞材料牌号A00原铝年产量毛坯种类批量每毛坯件数工序号工序名称工序内容机床刀具铸造模具铸造车底面止口、下端面车直径为380mm距离顶面357mm的止口车距离顶面397mm的下端面车床车刀打中心孔顶面圆心处打一定位中心孔打中心孔自动车床顶针粗车外圆环槽粗车外圆至403mm，粗车两个宽度为20mm的环槽至 366mm距离顶面分别为72mm、92mm车床车刀切刀半精车外圆、环槽半精车外圆至400.7mm，半精车两个宽度为20mm的环槽至363.7mm距离顶面分别为72mm、
19、92mm车床车刀切刀粗镗销孔粗镗销孔至66.4mm镗床镗刀半精镗销孔半精镗销孔至65.4mm镗床镗刀车挡圈槽车直径为72mm宽度为10mm距离活塞外圆32.5mm的挡圈槽车床车刀销孔倒角铣1mm的45倒角铣床45铣刀精车外圆、环槽精车外圆至400mm，精车两个宽度为20mm的环槽至363mm距离顶面分别为72mm、92mm车床车刀切刀精磨销孔精磨销孔至65mm磨床珩磨刀具铣顶铣顶至最高点距离止口355mm，最低点距离止口325mm铣床球头铣刀微弧氧化微弧氧化顶面设计者设计日期指导教师日期2.3、活塞销工艺路线中国海洋大学工程学院机械加工工艺过程卡零件名称活塞销材料牌号20Cr年产量毛坯种类批量
20、每毛坯件数工序号工序名称工序内容机床刀具下料用直径为70mm的20Cr切下长度为330mm的毛坯件锯床锯刀车端面粗车两端面各2 mm车床车刀钻孔钻直径为35mm的孔立式钻床麻花钻粗车外圆粗车外圆2.5mm车床车刀半精车外圆半精车外圆1.7mm车床车刀粗磨端面粗磨两端面各0.5mm磨床砂轮半精磨端面半精磨两端面各0.5mm磨床砂轮倒角倒外圆角1mm车床车刀热处理渗炭、淬火精磨外圆精磨外圆0.8mm磨床砂轮设计者设计日期指导教师日期六、 夹具设计1、夹具方案的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要用专用夹具。由于连杆的1800+0.04mm和1400+0.04mm两孔的精度要求高
21、，现设计V型块式的专用夹具来保证精度。说明：夹具底座，厚度100+70mm，宽度400mm，长度1200mm。用一对V型块固定连杆，其中一端用弹簧支撑。夹具底座用螺栓与机床固定。七、设计总结这次设计和以往的设计不一样，以往的设计都是给我们一些抽象的，或者实验室的零件，而这一次，很贴近实际，这些零件来自工厂，并且我们生产实习所接触的零件就是这些零件，切身体会的了解了汽油机的这些零件详细的生产过程。我们小组设计的是汽油机的活塞，连杆和销轴的工艺生产过程。我们在车间里详细的了解了它的生产工艺过程，然后我们以此为参考，又参考了一些资料，最后制定了我们自己的生产工艺。生产工艺的流程制定好之后，最麻烦的就是查表，查公差，刀具进给量，切削速度，被吃刀量。在努力了大半个月之后，还是完成了三个零件的生产工艺设计任务。通过这次设计，我对生产工艺有了比较深的了解，也发现了一些自己的不足，会继续努力。八、参考文献机械制造技术基础 卢秉恒 主编 机械工业出版社机械制造基础课程设计 柯建宏 主编 华中科技大学出版社互换性与技术测量 韩进宏 主编 机械工业出版社机械设计课程设计 吴宗泽 主编 高等教育出版社工程材料及成形技术基础 吕广庶 主编 高等教育出版社
