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寧波大紅鷹學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 ： 柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝及
工裝設(shè)計(jì)
所在學(xué)院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院
班 級(jí)： 10機(jī)自4班
姓 名： 陳晨
學(xué) 號(hào)： 1021080405
指導(dǎo)教師： 賈建軍
合作導(dǎo)師：
日期： 2013 年 11 月 13 日
文獻(xiàn)綜述
一、前言
通過(guò)對(duì)各文獻(xiàn)的查閱，使自己懂得了柴油機(jī)連桿機(jī)械加工工藝技術(shù)對(duì)于整個(gè)柴油機(jī)的重要性，一個(gè)精度高、質(zhì)量可靠且穩(wěn)定的連桿有助于降低柴油機(jī)的能源和噪聲。
連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件鉸接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件。例如在往復(fù)活塞式動(dòng)力機(jī)械和壓縮機(jī)中，用連桿來(lái)連接活塞與曲柄。連桿多為鋼件，其主體部分的截面多為圓形或工字形，兩端有孔，孔內(nèi)裝有青銅襯套或滾針軸承，供裝入軸銷(xiāo)而構(gòu)成鉸接。連桿是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要零件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率連桿在工作中，除承受燃燒室燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的慣性力。因此，連桿在一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下工作。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力。連桿的主要損壞形式是疲勞斷裂和過(guò)量變形。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。
二、柴油機(jī)連桿各工藝分析
1、加工工藝分析
連桿是柴油機(jī)的主要傳動(dòng)構(gòu)件之一，其作用是把活塞和曲軸連接起來(lái)，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，連桿的加工精度直接影響柴油機(jī)的性能。
反映連桿精度的參數(shù)主要有五個(gè)：（1）.連桿大端中心面和小端中心面相對(duì)于連桿身中心面的對(duì)稱(chēng)（2）.連桿大小頭孔中心距尺寸精度（3）.連桿大小頭孔平行度;（4）.連桿大小頭孔的 尺寸精度、形狀精度;（5）.連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。
1.1加工工藝路線：
原加工工序。毛坯鍛造——粗磨斷面——鉆小頭孔——鉆大頭孔——車(chē)大頭外圓——粗鏜小頭孔——粗鏜大頭孔——半精鏜小頭孔——半精鏜大頭孔——鐵切連桿大頭分開(kāi)面─—粗銑連桿蓋接合面─—鉆擴(kuò)鉸螺栓孔─—精銑接合面─—精磨端而─—壓人銅套─—精鏜大頭孔─—精鏜銅套孔─—磨大頭孔─—大頭銑矮。
改進(jìn)后加工工序。毛坯鍛造─—粗銑兩端而─—鉆大小頭孔─—次銑兩端而─—粗磨兩端而─—粗鏜大小頭孔─—車(chē)大頭外圓─—半精鏜大小頭孔─—銑連桿大頭分開(kāi)而─—粗銑連桿蓋接合而─—鉆擴(kuò)鉸螺栓孔─—精銑接合面─—精磨兩端面——壓入套筒——精鏜大頭孔、銅套孔——滾壓銅套孔——衍磨大頭孔——大頭銑矮。
1.2加工工藝分析
提高了連桿兩孔中心距尺寸精度。工藝改進(jìn)前，大頭孔與小頭孔的鉆、粗鏜以及精鏜均分開(kāi)為兩道工序、兩次裝夾，故兩孔中心距尺寸公差分布范圍較大；工藝改進(jìn)后，一次裝夾鉆或鏜兩孔，能夠?qū)⑦B桿兩孔中心距的尺寸誤差控制在很小的范圍內(nèi)，車(chē)大頭外圓位于粗鏜大小孔后，更有利于后續(xù)工序回旋自由度限制的一致性與穩(wěn)定性。
保證了兩孔的平行度。改進(jìn)前由于孔的加工余量大，內(nèi)應(yīng)力變形大，因此改進(jìn)后的工藝，先鉆兩孔，后粗磨端面。避免了連桿在鉆孔工序時(shí)，其孔端面平面度、平行度被破壞。改進(jìn)前的連桿加工工藝，磨削兩端均直接將工件置于轉(zhuǎn)盤(pán)磨床的磁力吸盤(pán)上。這樣，在加工第一面時(shí)，有一下因素影響精度：一方面由于連桿剛性不足，若定位面存在彎曲度，直接置于磁力吸盤(pán)上；雖吸平，但加工后彈性恢復(fù)，導(dǎo)致已加工的第一面不平；另一面，整個(gè)定位面不平整，定位不穩(wěn)定。改進(jìn)后的加工方案，采用磨第一面時(shí)，工件置于夾具上，定位面采用三點(diǎn)定位（保證了定位的穩(wěn)定性）。而夾具置于磁力吸盤(pán)上，磁力吸盤(pán)對(duì)工件不起加緊作用。磨第二面時(shí)，因第一面已磨完，表面平整光潔，故可直接置于磁力吸盤(pán)上。改進(jìn)后的加工工藝，以連桿整個(gè)端面而定位，同時(shí)鏜兩孔，保證連桿兩孔的平行度。提高了大小頭孔精度。改后，連桿小頭銅套孔在精鏜后進(jìn)行滾壓加工，有利于提高潔度、尺寸精度，并能產(chǎn)生有利的殘余壓應(yīng)力；而大頭孔采用衍磨加工，衍磨頭與機(jī)床主軸浮動(dòng)連接，有利于減少主軸回轉(zhuǎn)中心與被加工孔的同軸度誤差的影響。
2、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的粉末鍛造
主要介紹粉末鍛造工藝的技術(shù)特點(diǎn)、制造工藝流程、主要制造工藝參數(shù)、主要生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)等；國(guó)外采用連桿脹斷工藝的公司有哪些
1、 特點(diǎn)
粉末冶金燒結(jié)件作鍛造毛坯可一次鍛造成形，無(wú)飛邊，節(jié)省加工工時(shí)和設(shè)備。具有粉末冶金和機(jī)械精鍛的優(yōu)點(diǎn)。粉末鍛造可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)材料的高密度化，是材料具有高強(qiáng)度和無(wú)明顯各向異性。a.避免不必要的機(jī)械加工，如模鍛連桿早熱處理前需要經(jīng)過(guò)幾到機(jī)加工，而粉鍛連桿僅需一道機(jī)加工。b.質(zhì)量偏差小，模鍛3%-5%，粉鍛連桿僅0.5%。c.疲勞輕度高d.零件致密、輕量，密度≥7.8g/cm3,形狀及尺寸經(jīng)一次性鍛造即可達(dá)到最終產(chǎn)品要求。e.節(jié)約能源50%，節(jié)約材料40%，有利于環(huán)境保護(hù)。
2、 制造工藝流程
預(yù)合金鋼粉→配料機(jī)混料→ 壓制成預(yù)制坯→ 燒結(jié)成鍛坯→ 快速送入預(yù)熱的鍛?！?致密化閉模鍛造→ 鍛件脫?！?在可控氣氛中冷至室溫→ 熱處理→ 噴丸強(qiáng)化
3、 原料參數(shù)
德國(guó)寶馬生產(chǎn)V8發(fā)動(dòng)機(jī)連桿所用預(yù)合金鋼粉成分為w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余為Fe.
4、 主要工藝參數(shù)
4.1、配料及混料，經(jīng)配料計(jì)算和準(zhǔn)確稱(chēng)取粉重后置于混料機(jī)混合20—30分鐘至分布均勻；
4.2、壓制預(yù)制坯，要對(duì)預(yù)制坯的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，對(duì)其密度、質(zhì)量、質(zhì)量變化和尺寸要求精確控制，避免過(guò)負(fù)荷損壞模具；
4.3、燒結(jié)預(yù)制坯，在通有還原保護(hù)氣體的專(zhuān)用燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度1120—1130℃，至完全合金化，后移至無(wú)氧化性氣體的溫飽爐中于1000℃左右保溫；
4.4、鍛造有兩種，利用燒結(jié)體預(yù)熱保溫至鍛造溫度時(shí)立即進(jìn)行鍛造，以節(jié)省能源。二是在燒結(jié)體冷卻至室溫后，經(jīng)高頻或真空加熱進(jìn)行鍛造，其消耗能源較大。燒結(jié)體在1000℃時(shí)，迅速送入預(yù)熱至300℃的鍛模中進(jìn)行致密化封閉鍛造，可將80%理論密度的燒結(jié)體至100%理論密度。燒結(jié)坯在出爐時(shí)應(yīng)盡量縮短停留時(shí)間，立即送入鍛造工序，若鍛造溫度過(guò)低，在連桿表層殘留微孔隙增多，使連桿密度下降；若停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)連桿內(nèi)部易被氧化，均會(huì)導(dǎo)致連桿沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度下降。
在熱處理時(shí)在惰性氣體（如氬等）中加熱至淬火溫度870℃時(shí)，立即在油中淬火，后進(jìn)行570℃回火。
3、連桿大頭脹斷工藝
隨著汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展,發(fā)動(dòng)機(jī)里脹斷連桿的使用越來(lái)越多。脹斷連桿是一種裂斷加工工藝,精加工成本低(節(jié)省加工費(fèi)約35%),生產(chǎn)效率高,由于脹斷后蓋和體又原配在一起,實(shí)現(xiàn)了蓋和體的無(wú)縫連接,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,因此,越來(lái)越受到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家的重視
1、 脹斷工藝概念
對(duì)連桿大頭孔的斷裂線處預(yù)先加工出兩條V型應(yīng)力集中槽或在毛坯加工時(shí)就做出溝槽，然后對(duì)其側(cè)面施加徑向力，使其在槽處出現(xiàn)裂縫，在徑向力的繼續(xù)作用之下，裂縫繼續(xù)擴(kuò)散，最終達(dá)到連桿蓋從連桿體上分離下來(lái)。
據(jù)德國(guó)Krebsoege公司研究結(jié)果，燒結(jié)粉末金屬連桿的可脹斷性較好，鑄鐵連桿材料最宜使用GTS65-70，鍛鋼連桿材料是70號(hào)鋼，但70號(hào)鋼鍛造連桿在脹斷時(shí)如何保證不帶塑性變形的脆性斷裂以及其切削加工是該工藝的難點(diǎn)。
2、 脹斷工藝的優(yōu)點(diǎn)
2.1、簡(jiǎn)化了連桿設(shè)計(jì)要求，采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無(wú)需再進(jìn)行機(jī)加工，省略了分離面的磨削加工；連桿體與連桿蓋裝配時(shí)無(wú)需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。
2.2、改善了連桿總成的大頭孔變形，為采用前分離面以及螺栓孔加工誤差以0.01mm單位來(lái)計(jì)算；而采用脹斷工藝之后其誤差是以0.001mm單位來(lái)計(jì)算的.德國(guó)Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel兩位工程師的研究確定：在粗加工后連桿大頭孔不圓都約在12μm左右，在脹斷后約在40μm左右，其變形量約為28μm。又據(jù)美國(guó)Gidding & Lewis Co.的研究：測(cè)試50個(gè)零件的分析結(jié)果，；連桿大頭孔的平均直徑在脹斷前與后的平均變形僅為23μm。
2.3、減少了連桿生產(chǎn)的設(shè)備、生產(chǎn)面積以及制造費(fèi)用，省掉連桿蓋與連桿分離面的磨削加工和螺栓孔經(jīng)加工的設(shè)備投資和這些機(jī)床占地面積以及制造費(fèi)用，在傳統(tǒng)工藝中切斷后的連桿蓋需要單獨(dú)自動(dòng)運(yùn)輸裝配，而采用脹斷工藝后可立即裝配。
3、 熱擴(kuò)散涂層可提高工具的使用壽命
熱擴(kuò)散工藝可顯著硬化材料表面，其硬化層厚度為0.02-0.2mm，該層十分緊密地與基體結(jié)成一體，可顯著地延長(zhǎng)工具的使用壽命，如落料模、沖模、鍛模、拉伸模、冷鐓模、折彎模和沖頭模等。其處理是把零件浸入鹽浴里，加熱到899-1056℃，加熱1-8小時(shí)。
3、 總結(jié)
通過(guò)掌握有關(guān)機(jī)械制造工藝的基本理論知識(shí)，學(xué)會(huì)分析連桿機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因，對(duì)具體的工藝問(wèn)題進(jìn)行分析，并能提出改進(jìn)質(zhì)量、提高效率、降低成本的工藝途徑。通過(guò)研究與分析得出以下結(jié)論：
1．選擇連桿的粗基準(zhǔn)時(shí)，要保證大小端孔及兩端面在后序加工余量的均勻性以及加工后這些部位對(duì)桿身的對(duì)稱(chēng)度，在選擇工裝結(jié)構(gòu)方案時(shí)必須考慮。
2．連桿加工的精基準(zhǔn)要遵循“基準(zhǔn)統(tǒng)一”和“基準(zhǔn)重合”的原則，一般將一側(cè)端面、小端孔和大端一側(cè)面作為大多數(shù)工序的定位精基準(zhǔn)。
3．在選擇連桿的定位基準(zhǔn)的同時(shí)，必須正確確定夾緊力的方向和著力點(diǎn)，注意防止連桿的夾緊變形和轉(zhuǎn)動(dòng)，本著“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)"原則，不允許在桿部夾緊。
4．連桿的各種表面加工方法的選擇，應(yīng)主要根據(jù)加工面的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)類(lèi)型，從生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，并參考有關(guān)各種表面加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度及表面粗糙度等資料來(lái)初步確定的。加工方法選定之后，就可進(jìn)一步確定該表面須經(jīng)過(guò)幾次加工才能最終達(dá)到要求。因?yàn)檫@些表面的加工精度和表面粗糙度要求較嚴(yán)，往往要經(jīng)過(guò)粗加工——半精加工——精加工——細(xì)加工等幾個(gè)階段。在安排機(jī)械加工工藝過(guò)程時(shí)，應(yīng)盡量將連桿上的這些重要表面的粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行。我們?cè)谶x擇加工方法和確定工藝流程時(shí)可以將國(guó)內(nèi)外同行的經(jīng)驗(yàn)與自身的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)加以綜合考慮。
5．脹斷工藝是連桿加工工藝的發(fā)展方向。由于一次性投資、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、毛坯材料國(guó)產(chǎn)化等因素，目前在國(guó)內(nèi)大功率卡車(chē)連桿方面，脹斷工藝尚屬空白，但該項(xiàng)技術(shù)在歐美等國(guó)的應(yīng)用日趨廣泛。脹斷工藝不但縮短了連桿加工的工藝流程，同時(shí)可顯著提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師：
年 月 日
專(zhuān)業(yè)教研室審查意見(jiàn)
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
9