连杆加工工艺及夹具设计.docx

《连杆加工工艺及夹具设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《连杆加工工艺及夹具设计.docx（38页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。连杆也是有些设备中所不可缺少的，我们应该了解连杆的机械制造工艺过程才能把产品制造出来。连杆广泛运用于汽车、压缩机中，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。在设计连杆机械加工工艺过程时要合理选择加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩提高加工精度，来提连杆加工精度

2、，保证加工质量。第1章零件的分析1.1 零件的结构特点及其材料1.1.1 连杆的工作条件(1)运动连杆是柴油机以及空压机等机器的主要传动构件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。(2)受力工作时,连杆承受大小、方向为周期性变化的动载荷.在做功冲程,燃气压力在连杆轴线上的分力S产生压缩应力;在进气冲程上止点,活塞组和连杆本身的惯性力在横断面内造成拉伸应力;燃气压力在水平方向的分力引起纵向弯曲应力;摆动时的横向惯性力造成横向弯曲应力.而且,交变应力值在很宽的范围内急剧变化,弯曲应力引起弯曲变形,导致产生疲劳破坏。(3)连杆的结构特点连杆由连杆体及连

3、杆盖两部分组成。杆身多为工字形断面,大头孔用连杆螺母和螺栓与曲柄轴颈装配在一起,孔内装有薄壁轴瓦。钢质瓦背表面浇有一层耐磨合金;大头结合面多为平切口,为便于从汽缸中装卸,大头结合面也有做成斜切口的。定位方式有销钉定位、套筒定位、齿形定位和凸肩定位。小头孔一内般压入铜套,用以补偿磨损,以便更换,也有压装轴瓦的。小头、大头与杆身采用较大圆弧过度,逐渐变化,以获得足够的强度和刚度。1.1.2 连杆的材料(1)对连杆材料的要求具有较高的机械强度和刚度具有较高的抗疲劳强度为减小惯性力,尽量减轻杆身重量材料通常采用相同的材料,对于本连杆采用45号钢,毛坯整体模锻,正火处理,加工中间采用调质处理,提高强度和

4、抗冲击能力。1.2 零件的工艺分析连杆的加工精度将直接影响柴油机等的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因数，反映连杆精度的参数主要有5个：1 .连杆大端中心面和小端中心面相对与连杆杆身中心面的对称度。2 .连杆大小头孔中心距尺寸精度。3 .连杆大小头孔平行度。4 .连杆大小头孔尺寸精度、形状精度。5 .连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。13连杆裂纹主要原因剖析连杆是柴油机、压缩机等的主要零件，所选用的材质为45#钢。它的工艺流程为：锻造成型一正火一粗加工一调质处理一精加工一组装。为了保证连杆的使用性能，要求它具有较高的强度，较好的耐磨性，足够的塑性、韧性以及相应的抗疲劳性等。多年实践表明，

5、通过调质处理，可以满足以上的要求。因为调质处理可以细化晶粒，获得均匀的具有一定弥散度和综合机械性能的细密球状珠光体一回火索氏体。但是，连杆在调质过程中，有时产生裂纹，其废品率最多可达12%,裂纹的位置分别在小头部、杆侧面、槽内圆角处。为了保证连杆的质量，下面从热处理工艺的选择和钢的原材料等几个方面进行剖析。1.3.1 技术要求化学成份C0420.50%;SiO170.37%;Mn:0.500.80%;PW0.04%;SW0.04%；CrW0.25%;NiWO.25%机械性能HB217293金相组织为较均匀的索氏体，允许有少量断续、网状分布的铁素体。1.3.2 热处理工艺参数的影响在现实生产中，

6、选择连杆的调质工艺如图1所示。83010550 10 5T- 120.珈 7 空冷图145#钢连杆调质工艺曲线（1）加热温度45#钢是低淬透性钢，且由于它的MS点较高，淬火后，组织应力很大。而且，淬火时片状马氏体也占了相当的数量，所以，很容易淬裂。如果热处理不当，极易有裂纹产生。但是，淬火开裂的原因是多种多样的，过热是主要原因之一，所以选择淬火温度很主要。制定淬火加热规范的主要依据是材料的AC3点温度。我们将热处理手册第四分册中各中碳钢的AC3点联成曲线，即AC3线如图2所示。我们又选用了35钢、40钢、45钢、50钢、55钢加热，510%盐水淬火做试验，然后用金相法结合硬度值确定相应钢种的A

7、C3温度，见图2。从图2中看出：含碳量从0.450.50%范围内出现了一个陡降的低谷，最低点在0.48%C处。此时，AC3约为750760,而0.42%C钢AC3=780C,所以45#钢含碳量在下限时选用840加热淬火，而含碳量在上限时仍选用840加热淬火，就容易因过热而产生淬火裂纹。温度Aa铁手冽窦/Ar手册数据7IU).30.350.40,450.55C%图2部分钢的仆线加热温度过低，奥氏体晶粒均匀化程度不好，而且部分铁素体不能溶解于奥氏体，淬火后得到马氏体加块状铁素体混合组织，硬度不高，机械性能不好，达不到淬火的目的。由以上分析我们可以看出，同样是45#钢，由于批次不同，其含碳量有差异。

8、所以,同为45#钢的零部件，在淬火前要进行化学成份分析，根据其变化，选择最为适当的加热温度。我们把这种做法称之为连杆淬火工艺的跟踪分析，通过采用这种方法，使连杆的裂纹大大减少。(2)保温时间淬火是为了得到均匀一致的组织和所要求的机械性能，除了严格控制加热温度外，正确地确定保温时间也是一个极为重要的问题，它取决于工件的大小、形状、钢的化学成份，原始组织及装炉情况等，但保温时间的选择应能保证组织转变的完成并能使奥氏体成份均匀。因此，保温时间要足够长，保温时间过短，奥氏体晶粒均匀化程度不好，影响淬火质量。不过，保温时间又不能过长，否则，零件表面氧化脱碳程度加大，同样影响了淬火质量。实际生产中，连杆保

9、温时间我们选择为6090min0(3)冷却速度热处理工序有两个重要的组成环节，即加热与冷却。工件冷却时所采用的冷却介质及冷却方式对热处理后的工件质量起着重要作用。许多热处理缺陷如：变形、开裂、硬度不足等，往往因冷却介质和冷却方式选择不当所致。因此，冷却介质的选择也是连杆产生裂纹的重要因素。由于加热至奥氏体状态的工件必须在冷速大于临界淬火速度情况下，才能得到预期马氏体组织，即希望在C曲线鼻子附近的冷速越大越好。但在MS点以下，为了减少因马氏体形成而造成组织应力，又希望冷却小些，图3为几个淬火介质的淬火冷却曲线，其中A为理想淬火冷却曲线，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的变形，能减少淬火裂纹的

10、产生。IlTlriJ图3几种介质淬火冷却曲线A为理想淬火介质冷却曲线；B为水的淬火冷却曲线；C为油的淬火冷却曲线在连杆调质处理中我们选用的是40,510%的盐水溶液，这种淬火介质，在鼻子附近的冷却速度较大，完全满足理想要求。但在低温2OO3OOC之间的冷速大些（大于理想要求），由于实际生产的一些原因，没有改变。在此，建议用114淬火剂为宜。1.3.3 原材料的影响为了分析原材料的影响，我们首先回顾一下淬透性的内容，所谓钢的淬透性，是钢经过加热奥氏体化后，接受淬火的能力，它表示钢淬火后从表面到心部的硬度分布情况,钢的淬透性是钢本身所固有的属性，它与钢的化学成份、原始组织、晶粒度以及零件的尺寸等有

11、关，但主要与钢的化学成份有关。钢的淬透性已成为选用钢材及生产上制订工艺规程的主要依据之一，这是因为钢淬火时完全淬透，则沿其截面的性能将是一致的，如果淬火时不能完全淬透则自表面向中心的性能就会不同，但是钢的淬透性愈大，转变为马氏体的体积变化也愈大，即在淬火时工件发生的变形及应力也愈大。当淬火应力超过其断裂极限时，就会产生裂纹。（1）化学成份的影响我们生产的L195柴油机连杆的材质为45#钢、45#钢属优质碳素结构钢，实际生产中，化学成份超标现象也偶有发生，其中起主要作用的元素有Si.Mn.PS.Cr.Ni。合金元素基本上不影响马氏体的硬度，对于强度的影响也不大，合金元素对马氏体的主要作用是明显地

12、提高马氏体的塑性。实践表明，碳钢马氏体中碳的分布是不均匀的，这会引起应力的不均匀分布，从而降低塑性，加入合金元素以后，可以使马氏体中的碳分布均匀化，因此，改善塑性。但大多数合金元素（Cr.Mn.Si）只是在含量不超过一定的极限时，才增加马氏体的塑性,超过极限后，将降低马氏体的均匀性，使塑性和断裂强度降低1,所以我们既希望钢中有合金元素，但又不可过多。Si.Mn.Cr.Ni都能增加钢的淬透性，对淬透性的作用依次为：Mn.Cr.Si.Ni。不过，越提高钢的淬透性，钢的淬裂危险性越大，并且，当合金元素含量超过一定量时，则会降低钢的淬透性。S.P是钢中有害杂质，钢中含有这两种元素要尽可能降低。(2)显

13、微组织的影响这里主要探讨钢的晶粒度、魏氏组织及带状组织的影响。从马氏体形成原理看出，显微裂纹主要是在粗大的马氏体中形成的，而当马氏体非常细小时，则很少出现显微裂纹，细小奥氏体晶粒可减少钢的显微裂纹。在奥氏体比较均匀的情况下，初期形成的马氏体片的长度和奥氏体的晶粒大小有关，粗大的奥氏体晶粒形成粗大马氏体，易促成显微裂纹形成。生产中，我们要求连杆在调质处理之前的预备处理为正火，这样做的目的是在调质处理前获得比较均匀、细小的原始组织，减少甚至避免显微裂纹的产生。在亚共析钢中分布特殊而呈片状的铁素体称为魏氏组织，魏氏组织及与其伴生的粗晶组织会使钢的机械性能，尤其是塑性和冲击韧性显著降低，所以我们要求魏

14、氏组织不大于2级。另外，钢中显微缺陷一带状组织、非金属夹杂物的存在是淬火裂纹的根源，所以生产中连杆调质之前，不希望存在这些缺陷。(3)宏观缺陷的影响工艺要求连杆纵剖面的宏观组织中，纤维方向应沿着连杆中心线并与外形相符，不得有紊乱及间断，但实际生产中，有许多连杆从杆侧面形成横向裂纹，出现这种裂纹的连杆其落刺量很大。正常正火、淬火后，落刺部位的纤维流向出现的紊乱、间断不能消除。以此可见淬火过程中，有较大应力而产生裂纹。因此，工艺上要求连杆的纤维流向外，还不允许连杆有折叠、裂纹、分层、夹渣等缺陷，以消除淬火裂纹源。(4)外观形状的影响连杆槽内圆角要求为R5,但我们对产生裂纹的连杆进行实际检测，槽内有

15、裂纹的连杆，其圆角基本不符合要求，也就是说，外形槽内无圆滑过渡的圆角，在淬火中，产生很大的淬火应力，而易产生淬火裂纹。这是由于外形尺寸影响钢的淬透性。棱角、无圆滑过渡圆角的零件，淬火后淬火应力增强，故易在槽内圆角处出现裂纹。1.3.4 结论连杆的调质处理在淬火过程中，产生裂纹主要因素有：加热温度、材料的晶粒度、纤维流向、外形尺寸等。防止措施为：(1)45#钢，当含碳量0.48%时，AC3陡降现象，我们根据每批连杆的化学成份不同,制定不同的加热温度。(2)确保连杆在调质前的供货组织为正火组织，晶粒度不大于3级。(3)确保连杆纤维方向沿着连杆中心线并与外形相符，不得有紊乱及间断，不允许有折叠、裂纹、分层、夹渣等缺陷。第2章工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢，考虑到连杆在工作过程中经常受到交变载荷及冲击载荷等，因此应该选用锻件以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。2.2基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出。更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。对于连杆来说，粗基准及精基准都是连杆的端面。2.3工艺路线制定2.3.1工艺特点分析制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要