广东技术师范学院天河学院
课题：
汽车制造工艺学
课程设计说明书
姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师：
二〇 年 月
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汽车制造工艺学课程设计任务书 1．课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术和工作要求等） 发动机连杆零件的年产量为30000件，选发动机连杆作为本次课程设计的机械加工工艺规程制定的零件。在教师的指导下，独立完成发动机连杆零件的工艺路线制订以及该零件指定工序的专用机床夹具的设计。 在对零件进行技术分析的基础上，合理制定零件机械加工工艺路线，决定其加工表面的加工方法及其工艺过程，工序的组成、数目及其工序顺序；根据零件的加工要求，设计出能保证加工质量、一定生产率及经济型号的专用机床夹具的方法；同时编写设计说明书，作为设计者在设计中考虑问题、计算过程和记录设计数据的依据；学会正确使用设计资料、图册、手册等。 2．对课程设计成果的要求（包括图表、实物等硬件要求） 绘制产品零件图 1张， 编制机械加工工艺规程（含工艺过程卡片和工序卡片）1套； 绘制夹具设计装配图 1 张； 编写设计说明书1份（内容包括工艺规程、夹具）。 3．课程设计（两周）工作进度计划 序号 1 2 3 4 5
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起 止 日 期 11月14日 11月15日 11月16日-11月18日 11月21日-11月23日 11月24日-11月25日 工 作 内 容 收集资料、熟悉工艺设计的过程 零件图的分析、绘制 机械加工工艺规程的制定、工序卡的填写 指定工序专用机床夹具的设计、绘图 整理设计说明书、答辩 目 录
序言 ………………………………………………………… 1 一、生产纲领及零件说明 ………………………………… 2 二、材料与毛坯 …………………………………………… 3 三、连杆的技术要求 ……………………………………… 4 四、加工工艺路线 ………………………………………… 5 五、指定工序加工余量、计算工序尺寸及公差 ………… 6 六、指定工序切削用量和工时定额 ……………………… 6 七、指定工序专用夹具设计 …………………………… 7 参考文献 ………………………………………………… 9
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序 言?
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《汽车制造工艺学课程设计》是我们学习完大学阶段的汽车类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合的课程设计，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段汽车制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。
对于本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的汽车制造业相对落后的局面探索可能的途径。但由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。
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一．生产纲领及零件说明
1. 生产纲领
发动机连杆零件，年产量为30000件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系查阅参考文献，确定其生产类型为大批量生产。
大批量生产的工艺特征：
（1）零件的互换性：具有广泛的互换性，少数装配精度较高处，采用分组装配法和调整法。毛坯的制造方法和加工余：广泛采用金属模机器造型，模锻或其他商效方法。毛坯精度高，加工余量小。
（2）机床设备及其布置形式：广泛采用商效专用机床及自动机床，按流水线和自动排列设备。
（3）工艺装备：广泛采用高效夹具，复合刀具，专用量具或自动检验装置，靠调整法达到精度要求。
（4）对工人的技术要求：对调整工的技术水平要求高，对操作工的技术水平要求较低。
（5）工艺文件：有工艺过程卡或工序卡，关键工序要调整卡和检验卡。 （6）成本：较低。 （7）生产率：高。 2. 零件说明
连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一，它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。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。在连杆体大头和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。
在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。为了保证发动机运转平衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大。考虑到装夹、安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。 零件要求总结：足够的强度，刚度，较好的抗冲击能力，尽量小的自身质量。
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二．连杆的材料和毛坯
锻压件是汽车零件制造业中常用的一种毛坯。它是材料塑性变形的结果，因此晶粒较细，力学性能较好，强度较高，耐冲击性、抗疲劳性好。模锻是制造锻压件的一种方法，模锻有生产效率高，模锻件尺寸相对精确，加工余量小，节省材料，操作简单等特点。适合大批量生产，易于实现自动化生产，有效降低成本，但需要较大的锻造设备。由于零件是大批量生产故选用模锻制造连杆毛坯。
连杆的材料选用35CrMo。35CrMo是中淬透性调制钢，其主要化学成分为：～%C, ～%Mn, ～%Si, ～%Cr, ～%Mo。35CrMo的淬透性较好，调质后综合力学性能较好，能够承受较大载荷，还能承受一定的冲击。
毛坯的与零件的综合生产工序： 1.下料。 2.锻造：
使用模锻锻造零件毛坯，毛坯的各个加工面的余量为4mm 3.退火：
使用低温退火，消除锻造时的残余应力，降低硬度改善切削性能。减轻淬火时变形开裂的倾向为最终热处理做准备。把毛坯随炉缓慢(100～~150℃/h)加热到500～650℃,保温一段时间后随炉缓慢(50～100℃/h)冷却到200～300℃。 4.粗机加工。 5.调制处理：
把毛坯加热到850℃左右保温，然后放入油中冷却淬火。再采用500～650℃的高温回火处理。 6.精机加工。
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三．连杆的技术要求
1.连杆的小头孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra<，圆柱度公差等级不低于7级。
2.连杆大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra应不大于μm；圆柱度公差等级不低于6级。
3．连杆小头孔对大头孔轴线的平行度：在大、小头孔轴所决定的平面的平行方向上，平行度公差值不应大于100：；垂直于上述平面的方向上，平行度公差应不大于100：。
4.连杆大、小头孔中心距的极限偏差通常为±0.05mm；连杆大头两端面对连杆大头孔轴线的垂直度公差不低于8级。两端面表面粗糙度Ra值不大于。
5.在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于μm加工；
6.在连杆受动载荷时，对口面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。
四．连杆的机械加工工艺路线以及加工设备与工艺装备
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（表1）
工序号 01 02 03 04 05 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 工序名 粗铣大头，小头两端面 精铣大头，小头两端面 铣开连杆体与连杆盖 粗铣，半精铣、精铣接合面 钻螺栓孔 铰螺栓孔 钻小头孔 扩小头孔 粗镗小头孔 半精镗大头孔 调制处理 精磨小头孔 精磨大头孔 锁口槽加工 钻小头油孔 清洁，去毛刺 终检 机床 立式铣床X5020 数控立式铣床XK5012 立式铣床X5020 数控立式铣床XK5012 摇臂钻床Z3050×16/2 摇臂钻床Z3050×16/2 摇臂钻床Z3050×16/2 摇臂钻床Z3050×16/2 卧式镗床T612 卧式镗床T612 数控内圆磨床MK2110 数控内圆磨床MK2110 数控立式铣床XK5012 摇臂钻床Z3050×16/2 刀具 夹具类型 Φ100硬质合金面铣刀 自定心虎钳 Φ10高速钢立铣刀 细牙锯片铣刀 自定心虎钳 自定心虎钳 Φ100硬质合金面铣刀 自定心虎钳 Φ6莫氏锥柄麻花钻 Φ8直柄机用铰刀 Φ15莫氏锥柄麻花钻 Φ30,Φ40硬质合金锥柄扩孔钻 L40硬质合金通单刃镗刀 L60硬质合金普通单刃镗刀 珩磨条 珩磨条 成型铣刀 Φ12莫氏锥柄麻花钻 平口虎钳 平口虎钳 平口虎钳 平口虎钳 专用夹具 专用夹具 电永磁吸盘 电永磁吸盘 自定心虎钳 平口虎钳
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五. 小头孔粗镗工序的相关加工余量，工序尺寸和公差
（根据文献3《切削加工简明实用手册》表8-21）
工序前尺寸 Φ40 mm 小头孔标注尺寸 Φ43mm 加工余量 2 mm 加工公差
0.052H9(0)+
工序尺寸 Φ42 mm
六．小头孔粗镗工序的切削用量和工时定额
（根据文献4《实用机械制造工艺设计手册》表8-15,8-25）
背吃刀量ap =2 mm 切削速度V = m/s 进给量f = mm/r
工额定时：
主轴转速 按机床选取 n = 800r/min，
实际切削速度v=Dn/（1000×60）= m/s 镗削工时
L = 40mm L1 = 3 mm L2 = 3 mm 基本时间Tj= 4*(L+L1+L2) / (f*n) = min
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七．小头孔粗镗工序专用夹具设计
（1）基准选择
在本工序之前小头孔已经进行了扩铰孔。此夹具装夹工件时先使用假销跟对小头孔进行定位，保证加工后的孔与外圆的同轴度误差。连杆的两个端面在之前也精加工完毕，端面跟支承板的精确贴合保证了小头孔轴线跟端面的垂直度。
（2）夹紧、定位方案的确定
此工序加工的孔为通孔，沿Z方向的位移自由度可不予限制，但实际上以工件的端面定位时，必须限制该方向上的自由度防止窜动。支承板基面跟上方的螺钉限制工件3个自由度，两个V形块限制3个自由度，属完全定位。前后2个紧固螺钉辅助夹紧。
（3）切削力及夹紧力的计算
由于夹具的大头孔有突台定位，故不需要计算转矩，只计算加工时的径向力跟轴向力。本工序是镗孔，使用硬质合金镗刀，由《现代机床夹具设计》表4-18的计算公式得
0.6
镗时的径向切削力：Fp = = 2380 * * 0.2* *
= N
0.5
镗时的轴向切削力：Ff = = 3326 * 2 * 0.2* *
= N
径向夹紧力为个螺栓的点接触夹紧力，轴向夹紧力为单个螺栓的面接触夹紧力。由《现代机床夹具设计》表4-23得
镗时的径向夹紧力：5000N 镗时的轴向夹紧力：3800N
（4）定位误差分析
加工时采用的定位基准为连杆两端面及小头孔，对小头孔进行粗镗。设计基准为小头孔轴线，此工序以假销对小头孔进行定位所以不存在基准不重合误差。
所以定位误差 ΔDw=δD+δd+Δmin
=δD+0+0 =0.033mm
课程设计总结
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通过为期两周的汽车制造工艺学课程设计中对汽车连杆的机械加工工艺及对粗加工小头孔夹具和铣结合面夹具的设计，使我学到了许多有关机械加工的知识,主要归纳为以下两个方面：
第一方面：连杆件外形较复杂，而刚性较差。且其技术要求很高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证连杆技术要求的重要问题之一。在连杆的实际加工过程中，选用连杆的大小头端面及小头孔作为主要定位基面，同时选用大头孔两侧面作为一般定位基准。为保证小头孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证大小头孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。
对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。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螺栓孔定位面，次要的加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及连杆体和盖上的螺栓座面等。
连杆机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。连杆加工路线按连杆的分合可以分为三个阶段：第一个阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二个阶段为连杆体和盖的切开加工；第三个阶段为连杆体和盖合装后的加工。
第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤。
（1）定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。
（2）导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是扩大头孔夹具和铣结合面夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定钻套和对刀块的位置尺寸及公差。
（3）夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用自动夹紧装置。
（4）夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。
（5）定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。
（6）绘制夹具装备图及夹具零件图。
在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力
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的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
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[1]汽车制造工艺学，曾东健主编，机械工业出版社，2005年。 [2]工程材料，徐自立等主编，华中科技大学出版社，2003年。
[3]切削加工简明实用手册，黄如林主编，化学工业出版社，2009年。 [4]实用机械制造工艺设计手册，王凡，机械工艺出版社，2008年 [5]现代机床夹具设计，吴拓主编，化学工业出版社，2009年
[6]机械制图，大连理工大学工程图教研室编，高等教育出版社，2007年
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