汽车连杆加工工艺及夹具设计

毕业设计（论文）开题报告（含文献综述、外文翻译）题目汽车连杆加工工艺及夹具设计Designofthemachiningtechnologyandfixtureforautomotiveconnectingrod姓名周群峰学号3070611160专业班级07机制(4)班指导教师郑泽文分院机电与能源分院开题日期2011年2月19日宁波理工学院2文献综述1、汽车连杆概述连杆是汽车发动机上的关键零部件，也是典型的、重要的、复杂系数最高的模锻件。连杆的制造精度、产品的内在和外在质量都将直接影响发动机的整机性能和水平。而连杆在发动机的高速运转过程中致使连杆内部产生高频交变应力，它要承受缸内气体爆破的冲击压力和曲轴扭转时的惯性拉力，每个循环中拉力和压力两次交替。当汽车发动机转速为3000～5000r／min时，其承受力频率是非常高的。由于连杆是在高速转动的疲劳载荷下工作，因此对连杆的强度要求相当高。另外，由于要保持曲轴在高速运转时始终保持平衡状态，为此，对连杆的重量公差要求也要控制在一定范围内。由干连杆的锻造工艺和切削加工过程都是很困难的，为此在锻造生产和金属切削加工过程中，很容易出现质量问题，而这些问题的发生，也是由于各种综合或某个因素造成的，而产生问题的原因又很多，所以长期以来，连杆行业对连杆的材料、锻造工艺和金属切削加工制造工艺一直在不断地进行革新、改进和研讨。同时对在生产制造整个过程中容易出现的问题也在进行着深入的研究，其目的就是既满足产品技术性能和使用要求，又能够降低成本、提高效率和最大程度地增加经济效益2、连杆模锻件及总成加工现状与发展前景近年来，随着机械工业尤其是汽车工业的飞速发展，各类系列汽油发动机和柴油发动机的需求量愈来愈大，由此而带来的是发动机内部关键零部件——连杆精锻件和连杆总成相当大的需求和发展空间。而激烈的市场竞争，要求生产连杆精锻件和连杆总成的生产厂家必须把生产技术向着精密、高效、节材、节能和生产自动化与专业化、系列化方向发展，目的是提高产品质量，提高产品制造精度，降低生产成本，提高市场竞争力和占有率，增加经济效益，并走品牌化道路。另外，由于发动机类型和档次的不同，对连杆的精锻件、连杆金属切削加工总成有不同的技术、质量要求。随着各种类型发动机的设计水平、使用条件的需要以及制造水平的提高，尤其是发动机转数的提高，动平衡要求的提高，为此对3连杆精锻件的重量公差、尺寸公差、产品精度、表面质量、内在质量、力学性能和所使用的原材料的要求也越来越高，轿车连杆重量公差国际上通用的标准为产品重量的2％～3％，当然，一般内燃机的连杆重量公差要求在3％～5％范围内。要满足和适应不同连杆模锻件的生产，就要选择不同的模锻生产工艺和方法。与此同时，机械制造加工的方法也在不断地改变，过去只有金属切削加工，而现在又增加了裂解(涨断、撑断、断裂刻分)加工新技术。这种技术从根本上改变了传统的连杆加工方法，是对传统连杆加工的一种重大变革，也是连杆金属切削加工的发展趋势。而裂解连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好等等。3、生产过程3.1下料工艺方法：带锯机和棒料剪床下料均被广泛采用。带锯机下料的优点是劳动条件好，坯料两端面平整无缺陷，缺点是生产效率偏低，有锯口消耗。棒料剪床下料的优点是生产效率高、无锯口消耗，缺点是端部轴向产生压扁、马蹄形、心部开裂、端面毛刺和应力集中等。3.2加热工序(1)工艺方法由于连杆模锻件质量要求高，对加热质量要求也高，同时还为了改变作业环境，目前普遍采用中频感应加热方式，这种方式也易于实现自动化。根据原材料的不同，加热温度有一定的变化。目前常用的40Cr、45Mn、35Mn2等材料的加热温度很多厂家基本上规定在(1230±20)℃范围内。德国“胀断连杆材料及毛坯技术规范”中规定的热成形时的锻压温度：锻压初始温度(感应加热)为1220～1290℃。热切飞边以及热校正时的温度大干或等于950~C。(2)加热过程中易出现的问题一是料温过高产生过烧；二是坯料温低。(3)预防措施中频加热炉需温度控制装置，其作用是保证坯料的加热温度在规定范围内，另外，不易把坯料烧化在炉瞠里，也避免加热炉的损坏。加热炉必须具备：高温、正常温度、低温的三个通道，并能自动分料。在加热炉出FI处，把过热和低温的坯料区分并分别放置。对温度高和温度低的坯料的处理：低温料可直接返回炉后重新使用；高温料必须进行分选，把过烧的坯料分选排除，其余的料再返回炉后重新投人生产使用。有的厂家还进行抛丸处理后再返回炉后4重新投入生产。3.3辊锻(1)辊锻工艺具有材料利用率高，劳动条件好，便于实现机械化和自动化，投资少，生产效率高，生产成本低等特点。辊锻的作用主要是制坯，进行金属体积的合理分配，使之与预锻模膛相匹配。辊锻工步在连杆模锻生产中具有重要作用，是保证连杆锻件质量的第一关。为此，要高度重视辊锻制坯工艺的制定和模具设计。突出强调的是保证在辊锻过程中每道辊坯都不出现折迭或毛刺。(2)辊锻过程中易出现的问题杆部出现折迭；各道次辊锻咬入点不一致，过渡段尺太小；杆部与小头过渡段，杆部与小头过渡段出现花瓣形状；辊坯表面粗糙，凸凹不平，划伤；辊坯出现麻花状或局部产生小耳朵；辊锻模由于寿命较长，经过长期使用，必定产生磨损，此时辊坯长度将缩短，分料就会不均匀，中间料增多，而头部料不足，会影响锻件的充满；机械手夹钳对坯料的夹伤。由于在辊锻过程中会出现上述的主要问题，必然要造成连杆产品的折迭、折纹和充不满等缺陷。(3)对辊锻工序上述常发生问题采取相应对策在辊锻模具设计中要合理确定各道次辊坯的形状与尺寸；合理分配各道次的延伸系数，确定理想的型槽系；合理确定各道次的前滑值前滑；准确计算各道辊坯截面尺寸和型槽尺寸；提高模具加工水平和模具制造精度，保证设计尺寸和重复制造精度；无论是自动辊锻机还是人工操作，一定要提高和保证纵、横两方向的定位精度。尤其是每道次翻转90度。必须要保证。也就是要保证辊锻机和机械手必须始终处在完好状态之中。这一条是相当重要的，因为很多废品和不良品都是因此原因而发生的。生产过程要勤观察辊锻模表面的变化，并要经常进行修整，在修整中，要注意各道次的协调一致，使用过程中的修磨原则上只是型腔表面的修整，型腔不要发生很大变化，如需大变化时，应进行模具翻新。还要经常检查辊坯质量和锻件质量，来验证辊锻工序质量和辊锻模的质量。在型槽磨损变大后，必须及时调整辊锻机辊距，以保证辊坯长度。3.4模锻成形(1)热模锻压力机上模锻工艺特点由于设备钢性好，锻件精度高，锻压机具有滑块调节装置，可以调节滑块高度，即设备的闭合高度。设备有上下顶出装置，5可以减小拔模角斜度。热模锻压力机工作台面大，能承受较大的偏载，所以，可以进行多模膛锻造。滑块行程一定，封闭高度一定。各工步是一次成形，预锻模膛的设计要求高。锻压机模具不需要承击面，为此，模块小，而且寿命较长。机锻模是分体的，而各工步可以根据产品的特点设计成镶块式的，较大幅度的降低了模具材料的消耗。(2)电液锤工艺特点设备钢性好，锻件精度高，设备有顶出装置。可多次打击，打击能量可任意设定。可一模多件和多工步模锻。设备频率高，生产效率高。锻模可设计为镶块式。(3)模锻操作规范工作前锻造模具必须预热，预热温度在150～250℃范围。每锻一件必须对模具进行一次润滑，目前，润滑剂多采用水剂石墨润滑剂。润滑剂与水的比例为1：5～1：10，可调整比例。预锻后平移或翻转到终锻模膛内均可。但翻转移动去除氧化皮效果明显。辊坯未参加变形部分要压扁，容易定位，并能去除氧化皮，在压扁的同时，吹去坯料和存在型槽中的残余氧化皮。大程度保持一致，这样能够保证切边后的锻件温度，有利于后续工序的质量控制，以提高产品质量。(4)选择模锻工艺分析和工步简介模锻工艺一般设压扁、预锻、终锻三个工步。压扁：因通常采用圆钢，为此应将辊坯压扁，第一是防止内孔的折迭；第二是便于预锻的平稳摆放。压扁厚度要根据连杆的厚度和宽度来确定。另外必须注意的是压扁时必须把辊坯在辊锻时出现的小飞刺水平放置，以免出现折迭。预锻：将压扁后的辊坯放置在预锻模膛，长度方向应覆盖模膛，防止摆放不正而导致端面缺陷压入模膛形成折迭或因缺料而造成锻件充不满。终锻：终锻时，按终热锻件图控制厚度尺寸，热模锻压力机调整滑块高度，控制终锻温度。电液锤调整打击能量，并控制终锻温度。(5)模锻过程易产生的问题和对策。连杆模锻件要求锻件表面不得有裂纹、折迭和氧化皮，错差、表面缺陷、残余飞边高度也都有严格要求。同时有连杆锻件质量公差要求，尤其是轿车连杆对于质量公差要求更为严格。而连杆的裂纹、折纹、折迭、残余飞边、重量超差是模锻工序的几个最容易出现的问题，解决这些问题的具体措施如下：6(1)针对不同连杆的模锻工艺和特点，合理设计连杆预热锻件、预锻模膛，使之和终锻模膛达到最佳匹配。(2)重视连杆工字形杆部的参数选取与模膛设计。(3)合理设计预锻大头孔劈料凸台的形状与尺寸，尤其是只锻连杆的杆体时(连杆锻件杆和盖分开锻造)，其属于又I形的锻件。如预锻件劈料设计不当，坯料金属流动不合理，则在叉口部位容易出现局部充不满，造成废品。(4)辊坯大头辊锻时在夹钳中，不参与变形，为此，在模锻时压扁，既去除大头部分的氧化皮，又有利于在预锻模膛中的定位。(5)在模具设计中要充分考虑模具的调整要方便、可靠。在生产过程中要及时调整。(6)锻造模膛要及时修整，抛光并要注意匹配。(7)模具制造时，要提高模具表面粗糙度和制造精度。(8)生产节拍要相对稳定，要控制住终锻温度和设备的打击力。涨断连杆必须注意保证切边后的温度在900～950℃以上。(9)提高操作者的操作技能和业务素质，不定期进行培训。(10)注意控制润滑剂的喷涂量。(11)设备一定要处于完好状态中。设备导轨间隙大是造成锻件折纹和错差、啃伤等缺陷的最主要的直接原因，设备连击直接造成锻打过程中锻件磕伤。3.5冲孔切边连杆在模锻成型结束后都有连皮和飞边，为了得到合格的锻件，必须去除飞边和连皮。连杆锻件的冲孔和切边通常在切边压力机上进行，均在热态下进行，即模锻成型后利用锻件的余热。切边机须在模锻生产线之内。(1)切边冲孔的方式复合切边模：即切边冲孔在一套切边模具内一次行程中完成。联合切边冲孔模：在切边机上的切边时有两道工序，第一是切边，第二是冲孔，即一个连杆锻件被连续放在两个模具中分别进行切边和冲孔。在连杆锻压机全自动生产线中：切边和冲孔工序均在热模锻压力机上进行的。速度快、效率高、质量稳定。(2)切边冲孔工序常见问题和对策残余飞边不均：是因凸凹模不匹配造成的7间隙太大和凹模刃1：1磨损。切边变形原因和上述原因基本相同。锻模和切边模不匹配也是重要原因之一。大小头都冲孔时易造成大小头孔的中心距和锻件中心距有偏差，小头壁厚差大；连杆小头产生冲孔变形，小头孔上下两面孔径不一致。对于精度要求高的锻件，一般小头是不冲孔的。如果必须在锻件做出小头孔，可采用盲孔或钻床加工方法完成。3.6连杆锻造模锻生产过程中常见质量问题连杆锻造模锻生产过程中经常出现的问题有：材料裂纹，材料淬透性、力学性能不合格；加热温度范围大，产生过热或过烧；辊坯表面质量不合格，辊坯出毛边，有龟裂纹；辊坯几何形状不符合设计尺寸，锻件错差、充不满、氧化坑；锻件表面有各种类型的折迭和折纹；厚度超差，切边变形，残余飞刺超差，硬度超差，金相不合格；重量超差，各种类型的磕、碰伤。4、连杆的机械加工工艺过程连杆的尺寸精度、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。连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。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