3083 連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)
3083 連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì),連桿,加工,工藝,關(guān)鍵,癥結(jié),樞紐,工序,工裝,設(shè)計(jì)
南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué) 生 姓 名 : 趙彧 學(xué) 號(hào): 05010150專 業(yè) : 機(jī)械工程及自動(dòng)化設(shè)計(jì) (論文 )題目 : 連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì)指 導(dǎo) 教 師 : 王栓虎2009 年 3 月 22 日畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報(bào) 告1.結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料,每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述:文 獻(xiàn) 綜 述摘要 連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳動(dòng)件之一,本文主要論述了連桿的作用,連桿的材料,連桿的制造過程等的國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢(shì)。雖然目前來說連桿的制造還是鑄、鍛,但已有極大的改進(jìn),新技術(shù)的應(yīng)用,高制造精度,降低生產(chǎn)成本,節(jié)約材料成為主流。連桿材料的選擇上,傳統(tǒng)的碳鋼已不滿足需求,新材料的運(yùn)用必將給連桿帶來更廣的前景。關(guān)鍵詞 連桿 材料 制造 1 連桿連桿的功用是將活塞承受的力傳給曲軸,從而使得活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。連桿承受活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動(dòng)和活塞組往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此,連桿受到的是壓縮、拉伸和彎曲等交變載荷。這就要求連桿在質(zhì)量盡可能小的條件下,有足夠的剛度和強(qiáng)度。若連桿的剛度不夠,則可能產(chǎn)生的后果是:其大頭孔失圓,導(dǎo)致連桿大頭軸瓦因油膜破壞而燒損;連桿桿身彎曲,造成活塞與汽缸偏磨、活塞環(huán)漏氣和竄油等 ???。2 連桿的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀高強(qiáng)度、輕量化、低成本是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料的發(fā)展趨勢(shì),我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)鍛鋼連桿制造技術(shù)與國(guó)外差距不大,但在連桿輕量化方面還相當(dāng)落后。在滿足性能指標(biāo)的前提下,連桿的材料和制造技術(shù)關(guān)聯(lián)很大,非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用就是考慮節(jié)省調(diào)質(zhì)工序。近年來,采取裂解連桿體和連桿蓋分界面技術(shù)可以大幅度地減少機(jī)械加工工序,由此開發(fā)了高強(qiáng)度低韌性的高碳非調(diào)質(zhì)鋼和粉末冶金鍛件,以滿足工藝的需要 ???。2.1.1 連桿的材料多年來高速柴油機(jī)連桿一直以優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼為主。如45、40Cr、35CrMo、42CrMo 和 40MnB。結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)熱模鍛后調(diào)質(zhì)處理,獲得良好的綜合力學(xué)性能。近年采用的新型柴油機(jī)連桿材料有 2 類。第 1 類為微合金非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼,如中國(guó)一汽的 6DL 柴油機(jī)。第 2 類為高碳非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼,為適應(yīng)連桿體一蓋“裂解”加工技術(shù)的需要而迅速發(fā)展 ???。2.1.2 連桿的制造目前,連桿生產(chǎn)中有模鑄工藝、模鍛工藝、粉末鍛造工藝、常規(guī)粉末冶金工藝、粉末熱擠壓一鍛造工藝、碳纖維強(qiáng)化工藝等。由于模鍛成形具有接近最終產(chǎn)品的幾何形狀和尺寸精度,并同時(shí)改善其組織,能獲得更高的力學(xué)性能;模鍛鋼連桿的疲勞強(qiáng)度和可靠性高,適用于負(fù)荷大、轉(zhuǎn)速高的汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī),因此,在連桿制造中占據(jù)主導(dǎo)地位。普通模鍛連桿需要在鍛后進(jìn)行全身銑削加工,以消除鍛造過程中產(chǎn)生的脫碳層、氧化坑、裂紋、折疊等表面缺陷,通過這一銑削加工,會(huì)使連桿表層的纖維組織受到破壞,強(qiáng)度大幅度降低 ???。在多年探索的基礎(chǔ)上,國(guó)內(nèi)形成了精密輥鍛—液壓模鍛錘模鍛復(fù)合工藝 ???和連桿精鍛工藝等較為先進(jìn)的工藝 ???。鑄造連桿工藝也是一種常用的工藝方法。采用鑄造連桿有 4 個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)與鍛造連桿相比設(shè)計(jì)的靈活性比較大;(2)改善丁連桿的機(jī)加工性能;(3)鑄造連桿的尺寸比較接近連桿的成品尺寸 ;(4)在使用上能夠滿足可靠性要求 ???。常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車連桿已有十幾年,粉末鍛造工藝使用最廣。粉末鍛造工藝比較昂貴,較適合于小批量生產(chǎn).或制造高負(fù)荷與高速發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿。對(duì)于大批量生產(chǎn)的.速度不高于 7000rpm 的 2.0L 下的發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿,可用較經(jīng)濟(jì)的壓制—燒結(jié)—精整—熱處理工藝扣“斷裂剖分法”制造 ???。傳統(tǒng)的普通模鍛和機(jī)械加工方法已難以滿足當(dāng)今汽車、摩托車等工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)品高質(zhì)量、高精度、高效率、低消耗、低成本的要求。粉末鍛造技術(shù)是常規(guī)的粉末冶金工藝和精密鍛造有機(jī)結(jié)臺(tái)而發(fā)展起來的一項(xiàng)頗具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的少、無切削金屬加工方法。該方法以金屬粉末為原料,經(jīng)過預(yù)成形壓制,在保護(hù)氣體中進(jìn)行加熱燒結(jié)及作為鍛造毛坯,然后在壓力機(jī)上一次鍛造威形和實(shí)現(xiàn)無飛邊精密模鍛,從而獲得了與普通模鍛件質(zhì)量密度相同、形狀復(fù)雜的精密鍛件。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿是承受強(qiáng)烈沖擊及動(dòng)態(tài)應(yīng)力最高的典型動(dòng)力學(xué)負(fù)荷零件,其負(fù)荷與其自身質(zhì)量成比例,因此連桿的輕量化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有特別的重要意義。由于粉末鍛造采用粉末坯料的稱量法,使每根連桿得到同一質(zhì)量。因此,連桿聯(lián)接曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí),明顯減輕了動(dòng)平衡所引起的影響 ???。 2.2 國(guó)外現(xiàn)狀2.2.1 連桿的材料鋁基復(fù)合材料,密度低、比強(qiáng)度和比模量高、抗熱疲勞性能好,但在汽車上的應(yīng)用受到價(jià)格及生產(chǎn)質(zhì)量控制等方面的制約,還沒有形成很大的規(guī)模。目前,鋁基復(fù)合材料在連桿零件上的試驗(yàn)或使用顯示出了卓越的性能,如本田公司開發(fā)成功的由不秀鋼絲增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料連桿比鋼制連桿降重 30%,對(duì) 1.2L 的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可提高燃料經(jīng)濟(jì)性 5%????。以鈦為基加入其他合金元素組成的合金稱作鈦合金 ????。鈦有兩種同質(zhì)異晶體:882℃以下為密排六方結(jié)構(gòu) α 鈦,882℃以上為體心立方的 β 鈦。 ????鈦合金具有比強(qiáng)度高、高溫強(qiáng)度高和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。例如用 α+β 系鈦合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿,強(qiáng)度相當(dāng)于 45 鋼調(diào)質(zhì)的水平,而重量可以降低 30%。鈦合金應(yīng)用的最大阻力來自其高價(jià)格,豐田中央研究所開發(fā)了一種成本較低的鈦基復(fù)合材料。該復(fù)合材料以 Ti-6Al-4V 合金為基體,以 TiB 為增強(qiáng)體,用粉末冶金法生產(chǎn),已在發(fā)動(dòng)機(jī)連桿上應(yīng)用 ????。奧貝球鐵具有優(yōu)越的耐磨性,極好的耐疲勞性,優(yōu)越的斷裂韌性,低成本,很高的強(qiáng)度和韌塑性,按美國(guó)和德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制造的奧貝球鐵牌號(hào),其最高強(qiáng)度級(jí)別達(dá)到1400MPa,超過了調(diào)質(zhì)鋼和滲碳鋼的強(qiáng)度水平 ??????梢杂?ADI 代替鋼制造汽車輪轂、全輪驅(qū)動(dòng)雙聯(lián)桿、轉(zhuǎn)向節(jié)臂、發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)齒輪、曲軸和連桿等。經(jīng)實(shí)物測(cè)量,代替鍛鋼制造曲軸可以降重 10%,代替鋁合金制造載貨車輪轂每只可降重 0.5kg????。2.2.2 連桿的制造粉末鍛造連桿已經(jīng)成功應(yīng)用,近年開發(fā)的一次燒結(jié)粉末冶金連桿技術(shù)的生產(chǎn)成本較低,可實(shí)現(xiàn) 11%的輕量化。德國(guó) Opel 公司裝在 2.0L 的 OHC 發(fā)動(dòng)機(jī)上行駛 30萬 km 的效果未見異常 ????。國(guó)外粉末冶金燒結(jié)鍛造技術(shù)有較大發(fā)展,粉末鍛造連桿重量精度可達(dá) 1%????。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工技術(shù)是目前國(guó)際上連桿生產(chǎn)的最新技術(shù),具有傳統(tǒng)連桿加工方法無可比擬的優(yōu)越性,其加工工序少、節(jié)省精加工設(shè)備、節(jié)材節(jié)能、生產(chǎn)成本低。此外,連桿裂解加工技術(shù)還可使連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質(zhì)量大幅度提高,對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平和整機(jī)性能具有重要作用。其原理是通過在連桿大頭孔中心處設(shè)計(jì)并預(yù)制缺口(預(yù)制裂紋槽),形成應(yīng)力集中,再主動(dòng)施加垂直預(yù)定斷裂面的載荷進(jìn)行引裂,在幾乎不發(fā)生變形的情況下,在缺口處斷裂,實(shí)現(xiàn)連桿體與連桿蓋的無屑斷裂剖分 ????。通過國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀比較之后可以看到,高強(qiáng)度、輕量化、低成本是連桿的趨勢(shì)。制造技術(shù)水品方面,國(guó)內(nèi)和國(guó)外相當(dāng),工藝方面,國(guó)內(nèi)和國(guó)外都有新的進(jìn)展,但國(guó)內(nèi)制造連桿的材料主要還是鋼,對(duì)于鈦合金材料、鋁基復(fù)合材料等材料的應(yīng)用遜于國(guó)外。3 發(fā)展趨勢(shì)節(jié)約材料,減少加工,提高制造精度,降低生產(chǎn)成本,這是國(guó)內(nèi)外連桿加工未來的理念和趨勢(shì)。就材料而言,輕質(zhì)、高耐疲勞性、斷裂韌性、較低成本及較高耐磨性的材料將會(huì)廣泛地應(yīng)用,如奧貝球鐵、鋁基復(fù)合材料等。就加工技術(shù)而言,少機(jī)械加工、高制造精度、降低生產(chǎn)成本的加工技術(shù)成為主流,如粉末鍛造、連桿裂解等加工技術(shù)。4 組合機(jī)床現(xiàn)狀組合機(jī)床是根據(jù)工件加工需要,以大量系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件為基礎(chǔ),配以少量專用部件,對(duì)一種或數(shù)種工件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的高效專用機(jī)床。組合機(jī)床能對(duì)工件進(jìn)行多刀、多軸、多面、多工位同時(shí)加工。組合機(jī)床可分為具有固定夾具的單工位組合機(jī)床、具有移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床三類。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,組合機(jī)床有了新的進(jìn)展,進(jìn)展綜述如下:高效柔性化(模塊化)如可更換多軸箱的雙坐標(biāo)或三坐標(biāo)加工模塊以及既可換箱(多鈾或單鈾)、可換刀(在單主鈾箱時(shí))的加工模塊,這樣既有較高的生產(chǎn)率,又有較高的柔性;為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高效加工,進(jìn)—步提高通用部件的快速性能和可靠性,采用新刀具材抖和新穎刀具;為了提高工作的可靠性和可利用率,在原有的三坐標(biāo)加工模塊上設(shè)打監(jiān)視主袖進(jìn)給力、功率、刀具振動(dòng)及軸承溫度的多種傳感器,顯示其工作狀況,在出現(xiàn)異常時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),以便采取措施;提高加工精度。我國(guó)組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線總體技術(shù)水平較發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后,國(guó)內(nèi)所需的一些高水平組合機(jī)床及自動(dòng)線幾乎全都從國(guó)外進(jìn)口。高精度、高生產(chǎn)率、柔性化、多品種、短周期、數(shù)控組合機(jī)床及其自動(dòng)線正在沖擊著傳統(tǒng)的組合機(jī)床,因此提高組合機(jī)床加工精度、組合機(jī)床柔性、組合機(jī)床工作可靠性和組合機(jī)床技術(shù)的成套性為我國(guó)組合機(jī)床的主攻方向。參 考 文 獻(xiàn)[1] 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[3] 王秋冰,馬鳴,盧震鳴,來建剛,李光瑾,等. 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料與工藝的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造,2007,l5(1):40~41.[4] 國(guó)內(nèi)連桿模鍛加工技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[EB/OL].(2007-08-05)[2007-08-05].http://www.sigang.net/xinwenhy/jszl/20070805175139_1629.shtml.[5] 楊慎華,鄧春萍,金文明,等. 轎車連桿精密輥鍛-模鍛復(fù)合鍛造工藝[J]. 機(jī)械工人:熱加工,2003,4.[6] 辛世福. 風(fēng)冷連桿精鍛工藝綜述[J]. 金屬成形工藝,1994,12(3).[7] 蔡貴堂,耿臨莊,等. 鑄造連桿工藝[J]. 車用發(fā)動(dòng)機(jī),1992,3:52~53.[8] 韓鳳麟. 用常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車連桿[J]. 粉末冶金技術(shù),1996,14(3):214.[9] 洪慎章. 發(fā)展中的汽車連桿粉末鍛造技術(shù)[J]. 新材料產(chǎn)業(yè),2007,1:42.[10] 張英才. 符合汽車輕量化要求的金屬材料[EB/OL].(2006-01-06)[2006-01-06]http://cl.newmaker.com/art_13331.html.[11] 鈦合金[EB/OL].http://knology.chinaccm.com/phrase-2006031515422000374.html.[12] 鈦合金[EB/OL].(2006-04-27)[2009-03-13].http://baike.baidu.com/view/64612.htm.[13] ADI——奧貝球鐵[EB/OL].(2009-02-12)[2009-02-12].http://218.56.97.185:8081/Article_Show.asp?ArticleID=10838.[14] 我國(guó)汽車制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀[EB/OL].(2006-10-31)[2006-10-31].http://articles.e-works.net.cn/manufacturing/article41435.htm.[15] 楊慎華,張志強(qiáng),寇淑清,等. 關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工關(guān)鍵技術(shù)的研究 [EB/OL].(2006-11-28)[2006-11-28].http://www.autoinfo.gov.cn/autoinfo_cn/xwzx/jszz/webinfo/2006/11/28/1184034648362221.htm.2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):本課題是連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì),并在此基礎(chǔ)上,選擇關(guān)鍵工序之一進(jìn)行專用夾具及加工用組合機(jī)床設(shè)計(jì)。因此需要研究和解決的問題如下:(1)連桿合件加工工藝及關(guān)鍵工序工裝設(shè)計(jì);(2)關(guān)鍵工序之一的專用夾具設(shè)計(jì);(3)關(guān)鍵工序之一的加工用組合機(jī)床設(shè)計(jì)。針對(duì)第一個(gè)問題擬采用的研究手段如下:熟悉連桿合件的零件圖,依據(jù)“先加工基準(zhǔn)面,后加工其他表面” , “先加工平面,后加工孔” , “先加工主要平面,后加工次要平面” , “先安排粗加工,后精加工” ,再結(jié)合工件的實(shí)際情況來安排工藝路線。工藝裝備包含:刀具、量具、夾具、輔具。工藝裝備的選用及設(shè)計(jì)得依據(jù)工序及工件的實(shí)際情況。針對(duì)第二個(gè)問題擬采用的研究手段如下:熟悉本工序的內(nèi)容及要求及零件尺寸、表面粗糙度的要求和形位公差的要求,了解夾具設(shè)計(jì)的原則、夾具的構(gòu)成,依據(jù)工件的實(shí)際情況設(shè)計(jì)本工序的夾具。針對(duì)第三個(gè)問題擬采用的研究手段如下:了解機(jī)床的構(gòu)成,依據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)的原則,工件、夾具的具體情況,本工序的加工要求,查閱相關(guān)資料來設(shè)計(jì)機(jī)床,并完成三圖一卡的制作。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開 題 報(bào) 告指導(dǎo)教師意見:1.對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語:2.對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)果的預(yù)測(cè):指導(dǎo)教師: 年 月 日所在專業(yè)審查意見:負(fù)責(zé)人: 年 月 日
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