连杆盖制造说明书

汽车制造工艺学
课程设计说明书
***名：***
学号：**********
院系：机械与能源工程系
专业：车辆工程
***师：***
2012年9 月25 日
目录
一、序言 (2)
二、设计任务书 (3)
三．连杆盖加工工艺及分析 (5)
3.1连杆盖的用途及其特点 (5)
3.2连杆盖的的材料及毛坯制造 (6)
3.3连杆盖的加工工艺过程和工艺分析 (6)
3.4工序的设计 (9)
3.5工艺过程卡和工序卡 (10)
四、连杆盖钻孔夹具设计 (16)
4.1、对专用夹具的基本要求 (16)
4.2、专用夹具设计步骤 (17)
4.2、工件的加工工艺分析 (18)
4.4、确定夹具的结构方案 (18)
4.5、夹紧装置的设计 (19)
4.6、钻套钻模版的设计 (20)
4.7、绘制总图及确定主要尺寸和技术要求 (22)
五、设计小结 (22)
六参考文献 (23)
一、序言
机械制造技术课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行课程设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年大学生活中占有重要的地位，本次课程设计旨在培养学生设计机械加工工艺规程的工程实践能力，通过这次设计我将使我们获得综合运用过去所学全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为学生搞好毕业设计、走上工作岗位打下坚实基础。

本次课程设计的目的在于：
1.培养学生解决机械加工工艺问题的能力。

通过课程设计，熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸的确定等问题，保证零件的加工质量，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。

2.提高结构设计能力。

学生通过训练，能根据被加工零件的加工要求，选择高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具，提高结构设计能力。

3.培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

4.进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。

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锻炼。

此次课程设计对给定的零件图分析并进行工艺规程设计，其中考察了定位基准的选择，零件表面加工方法的选择，加工工艺路线的拟订及工序加工余量，工序尺寸，公差等相关知识，历时两个星期的设计加深了对所学知识的理解，有助于今后能够熟练地运用于工作中。

设计过程中遇到一些疑问经过老师的悉心指导都得以解决，在此对老师表示忠心地感谢。

适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后工作打下一个良好的基础。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。

二、设计任务书
邵阳学院课程设计（论文）任务书
注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

指导教师（签字）：学生（签字）：
三．连杆盖加工工艺及分析
图3-1
3.1连杆盖的用途及其特点
连杆盖主要和连杆组合成一体，作为组合机件来使用，连杆是发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，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。

连杆盖是其中一个重要的部分，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。

轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。

连杆盖的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。

反映连杆精度的参数主要有5个：（1）连杆盖的圆柱度，粗糙度；（2）两个Φ12.5孔中心距尺寸
精度；（3）平面台的尺寸精度，粗糙度等。

3.2连杆盖的的材料及毛坯制造
连杆盖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很有发展前途的制造方法。

连杆盖毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。

根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。

连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成—体。

整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。

相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形式。

总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。

3.3连杆盖的加工工艺过程和工艺分析
由上述技术条件的分析可知，连杆盖的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆盖的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。

(连杆盖机械加工工艺过程见加工工艺卡片)
连杆盖的主要加工表面为Φ90头孔和两端面及长为32mm的平面，较重要的加工为Φ12孔，及的槽，还有Φ90圆孔内德槽。

连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。

连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。

第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的
其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三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及大、小头孔的精加工。

如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属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。

1、定位基准的选择
在连杆盖机械加工工艺过程中，首先以Φ90的外圆表面为粗基准，加工前后端面，为后续加工提供基准，这是由于端面的面积大，定位比较稳定，之后加工边缘的上下平面，也为后续的工艺提供精基准，这样整工序加工过程中就主要以这样两个精基准为定位基准，把基准统一起来，减少了定位误差。

为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加孔时，粗铣端面，在精镗孔前，精铣端面。

在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。

因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。

在连杆盖加工工艺路线中，在精加工主要表面前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。

因此，粗铣就是关键工序。

在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。

但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。

另一方面是以连杆盖的对称面定位。

这种定位方法使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。

同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。

2、加工阶段的划分和加工顺序的安排
由于连杆盖本身的刚性差，切削加工时产生的残余应力，易产生变形。

因此，在安排工艺过程时，应把各主要表面的的粗，精加工工序分开。

这样，粗加工产生的变形就可以在半精加工中得到修；半精加工中产生的形变可以在精加工中得到修正，最终达到零件的技术要求。

工序安排上先加工定位基准，如端面加工的铣，然后再加工孔，符合符合先面后孔的加工工序安装原则。

连杆盖工艺加工过程可分为以下几个方面：
1）粗加工阶段
粗加工阶段也是连杆体和连杆盖合之前的加工阶段：基准面的加工，包括辅助基准面加工。

2）半精加工阶段
半精加工阶段也是连杆盖进一步加工阶段，为精加工阶段准备。

3）精加工阶段
精加工阶段主要是最终保证连杆盖的尺寸精度，加工精度，形状精度，以达到图纸的要求。

3 、确定合理的夹紧方法
既然连杆盖是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。

在夹具体的设计中必须注意夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。

4、连杆主要面的加工方法
采用粗铣、精铣工序，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，这种方法的生产率较高。

以保证精度要求。

5、连杆盖主要孔的加工方法
连杆盖孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。

大头孔经过扩、粗镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。

表面粗糙度Ra 为1.6μm，大头孔的加工方法是在铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。

这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。

6 、连杆盖的铣削工序
剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来
保证。

为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。

如果锯片的端面圆跳动不超过0.02 mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。

但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。

3.4工序的设计
应具备适应“一面一孔一凸台”的统一精基准。

注意定位夹具过程中的过约束，欠约束等影响加工的原因。

1 、确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差
1）确定加工余量
用查表法确定机械加工余量：
根据《机械加工工艺手册》第一卷 表3.2—25 表3.2—26 表3.2—27） （1）平面加工的工序余量（mm ）
则连杆两端面总的加工余量为：
A 总=
2
1
⨯∑=n
i i A
=（A 粗铣+A 精铣+A 粗磨+A 精磨）⨯2
=（1.5+0.6+0.3+0.1）⨯2 =055.05-mm
（2）连杆盖铸造出来的总的厚度为H=40+5=45mm
2确定工序尺寸及其公差
（根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》 表2—29 表2—34）大头孔各工序尺寸及其公差（锻造出来的大头孔为Φ90 mm ）
3.5工艺过程卡和工序卡
10
11
12
13
14
机械加工工序卡
产品型号 2-11303 零件图号 2-11303 产品名称
F175柴油
机
零件名称 连杆盖 共 2 页
第 2 页
车间 工序号 工序名称 材料牌号
100 粗铣螺母坐面
QT450-10
毛坯种类 毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件 120*45*53
1 1 设备名称
设备型号
设备编号
同时加工数
卧式组合机床
1
夹具编号
夹具名称 切削液 通用铣床夹具 乳化液 工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单间
工步号 工步内容 工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
背吃刀量/mm 工作行程次数
工步工时 机动 辅助 1 定位夹紧
2 钻上面孔至Φ14.0 Φ14.0麻花钻头
900 0.24 0.25 2 1
0.138
1.77 设计
审核
标准化
会签
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
15
机械加工工序卡
产品型号 2-11303 零件图号 2-11303 产品名称
F175柴油
机
零件名称 连杆盖 共 2 页
第 1 页
车间 工序号 工序名称 材料牌号
70
铣轴瓦锁口槽
QT450-10
毛坯种类 毛坯外形尺寸
每毛坯可制件数
每台件数
铸件 120*45*53
1 1 设备名称 设备型号
设备编号
同时加工数
铣槽机床
1
夹具编号
夹具名称 切削液 专用夹具 乳化液 工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单间
工步号 工步内容 工艺装备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
背吃刀量/mm 工作行程次数
工步工时 机动 辅助 1 定位夹紧
2 铣轴瓦槽口
Φ30槽口铣刀
100 0.33 0.12 2 1 2.21 0.41
设计
审核
标准化
会签
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
四、连杆盖钻孔夹具设计
设计连杆盖螺栓孔，钻2—Φ14.5钻床夹具，零件图如下：
图4-1
由于零件为大批量生产零件，故夹具设计可设计为专用夹具。

4.1、对专用夹具的基本要求
1.保证工件的加工精度专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺寸、公差和技术要求，并进行必要的精度分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。

2.提高生产效率应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。

3.工艺性好专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修。

专用夹具的制造属于单件生产。

当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修磨的垫片等。

4.使用性好专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构。

5.经济性好除考虑专用夹具本身结构简单、标准化程度高、成本低廉外。

还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。

4.2、专用夹具设计步骤
1.明确设计任务与收集设计资料夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。

2.拟订夹具结构方案与绘制夹具草图
1）确定工件的定位方案，设计定位装置。

2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。

3）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。

4）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。

5）确定和设计其它装置及元件的结构形式。

如分度装置、预定位装置及吊装元件等。

6）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。

7）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。

1. 进行必要的分析计算工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。

有动力装置的夹具，需计算夹紧力。

当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。

3.审查方案与改进设计夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。

4.绘制夹具装配总图夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。

绘图比例尽量采用1：1。

主视图按夹具面对操作者的方向绘制。

总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。

夹具总图绘制次序如下：
1）用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的
合适位置上。

在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。

2）依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。

3）标注必要的尺寸、公差和技术要求。

4）编制夹具明细表及标题栏。

完整的夹具装配总图的参阅“夹具图册”中的图。

5.绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。

4.2、工件的加工工艺分析
工件结构较规则对称，需要加工的两孔直径和表面粗糙度要求都不高，故在工艺规程中只需钻、扩（一般扩孔尺寸精度可达IT10-TI11级，表面粗糙度达R a6.3-3.2μm）就可达到零件要求。

依靠所设计的夹具来保证加工孔的位置精度：待加工左孔到零件对称中心线距离
45.5+
-0.1，待加工右孔到零件对称中心线距离45.5+
-
0.1。

4.4、确定夹具的结构方案
1.确定定位方案，设计定位元件
图4-2
如图二所示，工件上的两加工孔为通孔，沿Z方向的不定度可不予以限制。

但实际上以工件底面定位时，必定限制该方向的不定度，故按完全定位设计夹具。

观察零件图可知，在零件四角各有一个小凸台，故我们可选这四个小凸台与零件左右侧面作为零件的定位点。

如下图三所示：
图4-3
4.5、夹紧装置的设计
首先，夹紧装置的设计要求有以下几点：
1）夹紧力应有助于定位，不应破坏定位。

2）夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生移动和震动，并能在一定范围内调节。

3）公件夹紧后的变形和受压面的的损伤不应超过允许的范围。

4）应有足够的夹紧行程，手动时要有一定的自锁作用。

5）结构紧凑、动作灵活，制造、操作、维修方便，并省力、安全有足够的强度和刚度。

由零件的摆放可知孔是由上往下钻，所以夹紧装置的夹紧力也该向下。

由以上几点要求，故我们可选螺旋夹紧机构作为零件的夹紧机构。

如下图四所示：
图4-4
4.6、钻套钻模版的设计
在设计钻模板的结构时，主要要根据工件的外形大小、加工部位、结构特点和生产规模以及机床类型等条件而定。

要求所设计的钻模板结构简单、使用方便、制造容易。

由零件加工孔直径为Φ14.5有刀具直接保证，故钻套内孔直径也为Φ14.5，钻模版孔径为Φ
0.1，待加工右孔到零26。

由前面尺寸分析知：待加工左孔到零件对称中心线距离45.5+
-
件对称中心线距离45.5+
0.1。

要保证这些尺寸，我们只需保证夹具体中心线到钻模板、
-
0.1即可。

钻模板与夹具体的连接可选为铰链接，这样钻钻套孔中心线的距离均为45.5+
-
模板可绕铰链轴在夹具体上翻转，方便零件的安放与取出。

对该夹具所标注的技术要求分析如下：
影响工件定位误差的技术要求有：销轴直径及公差Φ8h6。

影响安装误差的技术要求有：销轴与钻模板、夹具体的间隙配合，配合精度Φ8H7/f6和8H7/f6。

由于该零件为大量生产的产品，且为粗钻孔，故我们可选固定钻套，该类钻套外圆以H7/n6或H7/r6配合，直接压入钻模板上的钻套底孔内，由于孔直径为Φ14.5，所以取钻套外圆直径为Φ26。

在使用过程中若不需要更换钻套（据经验统计，钻套一般可使用1000~12000次），则用固定钻套较为经济，钻孔的位置精度也较高。

如下图五所示：
图4-5
4.7、绘制总图及确定主要尺寸和技术要求
图4-6
五、设计小结
本次设计是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深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。

它在我们大学四年的大学生活中占有重要的地位，因此，我对本次课程设计非常重视。

我们这次的设计、学习是分阶段进行的，还不能做到全局把握，面面俱到，因而不可避免地会出现一些问题和缺点。

通过对本次课程设计过程及老师指点的回顾和总结，可以系统地分析一下整个设计、学习过程中所存在的问题。

通过总结，还可以把平时听课时还没有弄懂、弄透的问题加以学习巩固，以获得更多的收获，更好的达到课程设计的预期目的和意义。

虽然在课程设计中我遇到了不少困难，比如在加工顺序中我不
知应该先加工哪一步，还有加工刀具的选择不清楚等，然而还是最终确定了这次课程设计的工艺路线。

在工艺路线制作中，使我对机械制造工艺学、金属切削机床等相关专业知识的理解更加深入。

因此，在这次课程设计完成的过程中我学到了许多东西，并成功完成了这次课设。

此次课程设计对给定的零件图分析并进行工艺规程设计，其中考察了定位基准的选择，零件表面加工方法的选择，加工工艺路线的拟订及工序加工余量，工序尺寸，公差等相关知识，利用近两个星期的课程设计，加深了对所学知识的理解，有助于今后工作。

本次课程设计使我学会了解决机械加工工艺问题的能力，提高结构设计能力，熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力，同时还具备了识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。

六参考文献
[1] 机械制造工艺学. 郑本修机械工业出版社
[2] 先进制造技术王隆太机械工业出版社
[3] 机械制造工艺设计简明手册李益民机械工业出版社
[4] 机械设计制造技术基础吕明武汉理工大学出版社
[5] 机床夹具设计王启平修订版哈尔滨工业出版社
[6] 机械制造装备设计关慧贞冯幸安第三版机械工业出版社
[7] 机械加工工艺手册孟少龙第一卷机械工业出版社
[8] 汽车制造工艺学王宝玺贾庆祥第三版机械工业出版社。