连杆螺钉加工工艺及钻夹具的设计

毕业设计说明书课题名称：连杆螺钉加工工艺及钻夹具的设计

学生姓名 QQ 925408982

提供夹具图、工艺卡

学号

所在学院机械工程学院

专业机械制造及自动化

班级

指导教师

起讫时间：2013 年3 月25 日～2013 年 5 月17 日

摘要

连杆螺钉是典型的尺寸小重量轻而且性能要求又很高的汽车发动机零件，其作用是将连杆轴承盖紧固在连杆体上，保证两者的可靠的连接以及正确的工作定位。本文分析了连杆螺钉的零件图的技术要求，计算锻造毛坯尺寸，重点分析和制定合理的加工工艺路线，同时设计了钻削Φ6孔的专用夹具。

关键词：机械设计；工艺路线；钻夹具设计；连杆螺钉

目录

摘要 ........................................................................................................................... I 目录 .......................................................................................................................... I I 第1章零件的工艺分析 . (1)

1.1 零件的作用 (1)

1.2 零件的结构及工艺分析 (1)

第2章设计毛坯 (3)

2.1 选择毛坯 (3)

2.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸 (3)

2.2.1 确定机械加工余量 (3)

2.2.2 确定毛坯尺寸 (3)

2.2.3 设计毛坯尺寸公差 (4)

2.2.4 设计毛坯图 (4)

第3章制定工艺路线 (6)

3.1 定位基准的选择 (6)

3.2 零件表面加工方法的选择 (6)

3.3 制定工艺路线 (6)

第4章工序设计 (9)

4.1 选择加工设备与工艺装备 (9)

4.1.1 选择机床 (9)

4.1.2 选择刀具 (9)

4.1.3 选择量具 (10)

4.2 确定工序尺寸 (10)

4.2.1 圆柱面工序尺寸 (10)

4.2.2 确定轴向工序尺寸 (11)

第5章确定切削用量及基本时间 (12)

5.1 工序60切削用量及基本时间的确定 (12)

5.2 工序80切削用量及基本时间的确定 (15)

5.3 工序90切削用量及基本时间的确定 (17)

5.4 工序100切削用量及基本时间的确定 (19)

5.5 工序110切削用量及基本时间的确定 (21)

5.6 工序120切削用量及基本时间的确定 (22)

5.7 工序130切削用量及基本时间的确定 (23)

5.8 工序140切削用量及基本时间的确定 (23)

第6章夹具设计 (25)

6.1 定位方案 (25)

6.2 夹紧机构 (26)

6.3 钻模板的设计 (27)

6.3.1 钻模板类型的选用 (27)

6.3.2 钻套的选用 (28)

6.4 使用说明 (28)

6.5 结构分析 (29)

参考文献 (30)

致谢 (31)

第1章零件的工艺分析

1.1 零件的作用

连杆螺钉是典型的尺寸小重量轻而且性能要求又很高的汽车发动机零件，其作用是将连杆轴承盖紧固在连杆体上，保证两者的可靠的连接以及正确的工作定位。在工作中，连杆螺钉不仅承受静载荷,而且承受着交变载荷,连杆螺钉一旦断裂将酿成严重的机破事故,造成连杆弯曲、活塞破碎、曲轴断裂等。由于位置所限，为保证曲轴直径足够大，连杆螺钉的直径只能较小。为保证连杆螺钉足够的强度及抗疲劳特性，必须综合材料选用、结构设计和加工工艺等因素来确保连杆的可靠性。其中，加工工艺对产品的质量和加工效率有重要的影响，必须予以重视，优化加工工艺，提高生产力。

1.2 零件的结构及工艺分析

1）连杆螺钉在整个连杆组件中是非常重要的零件，其承受交变载荷作用，易产生疲劳断裂，所以本身要有较高的强度，在结构上，各变径的地方均以圆

角过渡，以减少应力集中。在定位尺寸φ340016

mm两边均为φ30mm尺寸，主要

.0

是为了装配方便。在φ45mm圆柱头部分铣一平面（尺寸42mm），是为了防止在拧紧螺钉时转动。

2）毛坯材料为40Cr锻件，根据加工数量的不同，可以采用自由锻或模锻，锻造后要进行正火。锻造的目的是为了改善材料的性能。

3）图样要求的调质处理应安排在粗加工后进行，为了保证调质变形后的加工余量，粗加工时就留有3mm的加工余量。

4）连杆螺钉上不允许留有中心孔，在锻造时就留下工艺留量，两边留有φ25mm×7.5mm工艺凸台，中心孔钻在凸台上，中心孔为A2.5。

5）M30×2-6g螺纹的加工，不宜采用板牙套螺纹的方法（因为这种方法

达不到精度要求）。应采用螺纹车刀，车削螺纹。表面粗糙度值为Ra3.2μm，半精车外圆后车螺纹。

6）热处理时，要注意连杆螺钉的码放、不允许交叉放置，以减小连杆螺钉的变形。

7）为保证连杆螺钉头部支撑面（即靠近φ30mm杆径一端）对连杆螺钉轴

心线的垂直度要求，在磨削φ340

016

.0

mm外圆时，一定要用砂轮靠端面的方法，

加工出支撑面来，磨削前应先修整砂轮，保证砂轮的圆角及垂直度。

8）连杆螺钉体承受交变载荷作用，不允许材料有裂纹，夹渣等影响螺纹及整体强度的缺陷存在，因此，对每一根螺钉都要进行磁粉探伤检验。

总体而言，这个零件的工艺性较好。

第2章设计毛坯

2.1 选择毛坯

根据零件的工作情况，零件的材料为40Cr，要承受较大的循环载荷、冲击载荷等，所以毛坯形式采用锻件，其晶粒细小，较均匀、致密，可以保证零件的工作可靠，由于零件为大批生产，为了提高生产率，保证加工质量，故采用模锻成型。

2.2 确定机械加工余量及毛坯尺寸

根据上述原始资料及加工工艺，用查表法分别确定各加工表面的机械加工余量。为简化模锻毛坯的外形，取直径为Φ30的各段的毛坯尺寸与Φ34相同。

2.2.1 确定机械加工余量

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-9，以下简称参考[1]，可得锻件各外径的单面余量为3.0~3.2，轴向余量为2.0~2.2。考虑到要粗加工后要进行调质处理，单边余量可适量增大。

2.2.2 确定毛坯尺寸

根据零件的表面粗糙度值，在余量范围内取值。Φ45外圆Ra为3.2，需要粗车和半精车，可取余量2.0。而φ34外圆Ra为0.8，需要精车工序，则余量取大值2.2。综合所述，根据零件的工艺要求，确定毛坯尺寸，如表2.1所示。

表2.1 毛坯尺寸

2.2.3 设计毛坯尺寸公差

查参考[1]表5-6和表5-7可得锻件毛坯允许的偏差，如表2.2所示。

表2.2 毛坯尺寸允许偏差

2.2.4 设计毛坯图

毛坯为轴状结构，以轴的径向为分模面。查参考[1]表5-12确定锻件外圆角为为mm r 3=。毛坯经锻造后应安排正火，以消除参与的锻造应力，并使不均

匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。图2.1为本零件的毛坯图。

图 2.1 连杆螺钉毛坯图

第3章制定工艺路线

3.1 定位基准的选择

根据零件图纸及零件的使用情况分析：

1.粗基准的选择：由于该零件为普通的轴类零件，按照粗基准的选择原则，应该选次要的加工表面为粗基准，故选外圆为粗基准。

2.精基准的选择：按照基准重合的原则及加工表面要求，应选轴心线为精基准，可先加工中心孔，用于后续的加工的精基准。

3.2 零件表面加工方法的选择

根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，选定如下加工方法：

M30×2-6g螺纹的加工，应采用螺纹车刀，车削螺纹；

Φ34的外圆粗糙度的加工，应采用粗车、半精车和精车，考虑到垂直度的要求，需要进行磨削加工。

Φ45的外圆粗糙度的加工，可采用粗车和半精车加工。

各阶梯面的加工根据粗糙度的要求，选择粗车和半精车加工。

Φ6孔要求不高，可一次钻削成型。

轴两端面由于设置了工艺凸台，可用粗铣加工。

3.3 制定工艺路线

连杆螺钉的加工工艺路线一般是先进行外形的加工，再进行孔、槽等加工。连杆的加工包括各侧面和端面的加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，其加工可按下面工艺路线进行。又因为此零件要求批量生产，所以工序安排要求较集中以提高生产率。除此之外，还应该考虑经济成果，以便使生产成本尽量下降。

加工工艺路线如下：

工序10 ：下料。棒料尺寸为φ60mm×125mm。

工序20：锻造。自由锻造成形，锻件尺寸：连杆螺钉头部为φ52mm×27mm，杆部为φ41mm×183mm，零件总长为210mm（留有工艺余量）。

工序90：精车。以两中心孔定位，卡环夹紧φ45mm外圆，其中φ34mm处，车至φ34.5mm，留磨量0.5mm，车轴段φ31mm部分至φ30mm。车螺纹退刀槽。

工序100：车螺纹。夹紧φ34.5mm外圆（垫上铜皮），并以外圆找正，车螺纹M30×2-6g，倒角1×45°。

工序110：磨削。以两中心孔定位装夹，磨φ34.5mm尺寸至图样要求φ34mm，同时磨削φ45mm右端面，保证尺寸15mm。

工序120：铣削。用V形块或组合夹具装夹工作，铣螺纹一端中心孔工艺凸台，与螺纹端面平齐即可。注意不可碰伤螺纹部分。用V形块或组合夹具装夹工作，铣另一端工艺凸台，与φ45mm端面平齐即可。注意不可碰伤倒角部分。

工序130：铣削。用V形块或组合夹具装夹工作，铣φ45mm处42mm尺寸为（42±0.1mm）。

工序140：用专用钻模或组合夹具装夹工件，钻2×φ6mm孔（以（42±0.1）

mm尺寸定位）。

工序150：检验。按图样要求检验各部，并进行磁粉探伤检查。

工序160：入库。涂防锈油、包装入库。

第4章 工序设计

4.1 选择加工设备与工艺装备

4.1.1 选择机床

根据不同的工序选择机床。

工序10是下料，直径为φ60，选择普通锯床G4025D 卧式锯床。

工序50、60、80是粗车和半精车，选择普通车床C620-1即可（查参考[1]表5-55）。

工序90是精车，选择精度较高的车床，可选用C616A 型车床（查参考[1]表5-55）。

工序110是磨削，参考《机械加工工艺师手册》（以下简称参考[2]），选择M1420磨床。

工序120、130、140是铣削，选择X62型铣床（查参考[1]表5-74）。

工序150是钻孔。选择Z525型钻床（查参考[1]表5-64）。

4.1.2 选择刀具

根据不同的工序选择刀具。

在车床上加工的工序，选择硬质合金车刀。选择YT 类硬质合金刀具，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30。切槽刀选用高速钢刀具，刀具宽度=b 3mm 。

铣刀根据参考[1]表5-105选镶齿三面刃铣刀（JB/T 7953-1999）。铣刀直径=d 80mm ，齿数为10即可。

钻φ6孔，由于孔的质量要求不高，可一次钻孔，选用莫式锥炳麻花钻，麻花钻直径=d 6mm ，总长138=l mm ，沟槽长度mm l 571=。

4.1.3 选择量具

1）外圆面的量具选用两用游标卡尺，读数值为0.02mm，测量范围为0~300mm。

2）对连杆螺钉头部支撑面(即靠近φ30mm杆径一端)对中心线垂直度的检验，可采用专用检具配合涂色法检查

3）连杆螺钉M30×2-6g螺纹部分对φ340

016

.0

-

mm定位直径的同轴度的检验，可采用专用检具图和标准V形块配合进行。

4.2 确定工序尺寸

4.2.1 圆柱面工序尺寸

（1）、螺纹外圆表面（M30×2—6g）

考虑其加工长度为40mm(含退刀槽)，与其联结的非加工外圆表面直径为φ41mm，为简化锻件毛坯的外形，考虑其加工工序以及外表有螺纹配合精度要求，因此，其工序尺寸和加工余量为：

粗车：φ41mm ，2Z=7 ，加工至φ34mm

半精车：φ36mm ，2Z=3 ，加工至φ33mm

精车：φ32mm ，2Z=1 ，加工至φ30mm

切退刀槽：φ30mm，退刀槽尺寸为：槽宽×槽深=5mm×4mm

车螺纹：M30×2—6g ，倒角1×45°

（2）、φ340

016

.0

-mm外圆表面

考虑其加工长度为60mm，与其联结的非加工外圆表面直径为φ41mm，为简化锻件毛坯的外形，考虑其作为定位基准尺寸，有圆度以及圆柱度精度要求，因此，其工序尺寸和加工余量为：

粗车：φ41mm ，2Z=5，加工至φ36mm

半精车：φ36mm，2Z=1，加工至φ35mm

精车：φ35mm ，2Z=0.5，加工至φ34.5mm

磨削：φ34.5mm，2Z=0.5，加工至φ34mm，使之满足φ340

016

.0

mm

（3）、φ30mm外圆表面

表面粗糙度Ra要求为3.2μm，因此，其工序尺寸和加工余量为：

粗车：φ41mm，Z=7 ，加工至φ34mm

半精车：φ34mm，2Z=3 ，加工至φ31mm

精车：φ31mm ，2Z=1，加工至φ30mm

（4）、φ45mm外圆表面及端面

粗车：φ52mm，2Z=4，加工至φ48mm

半精车：φ48mm，2Z=3，加工至φ45mm，倒角1x45°

4.2.2 确定轴向工序尺寸

铣削：φ45mm×15.1mm ，铣φ45mm处42mm尺寸为（42±0.1mm）

磨削：φ45mm右端面，即φ45mm×15.1mm，使之保证尺寸为15mm，表面粗糙度Ra要求为3.2μm。

第5章 确定切削用量及基本时间

切削用量包括背吃刀量p a ，进给量f 和切削速度v 。确定顺序是先确定

p a 、f ，最后是v 。

5.1 工序60切削用量及基本时间的确定

（1）切削用量 本工序为粗车（车端面、外圆）。加工毛坯为锻件，有外皮，

选用机床为C620-1型卧式车床。

①确定粗车外圆Φ48。

所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀。根据参考[1]表5-112，由于C620-1车床的中心高为200mm （参考[1]表5-55），故选刀杆尺寸B ×H=16×25，刀片厚度为4.5。根据参考[1]表5-113，选择车刀几何形状为卷屑槽倒棱形前刀面，前角12o ，后角6o ，主偏角90o ，副偏角10o ，刃倾角0o ，刀尖圆弧半径0.8。

Ⅰ. 确定背吃刀量p a 粗车双边余量为4mm ，显然p a 为单边余量，故p a =2

4=2mm 。 Ⅱ. 确定进给量f 根据参考[1]表5-114，查得进给量为f =0.5~0.7mm/r ，按照车床C620-1的进给量（参考[1]表5-57），选择f =0.65mm/r 。

Ⅲ. 确定切削速度v 根据参考[1]表5-120，σb=980MPa ，p a ≤3mm ，f ≤0.75mm/r 。切削速度为=v 86.4m/min 。

切削速度修正系数0.1,15.1,81.0,8.0,8.0======kv Mv Tv kTv tv sv k k k k k k （参考

[1]表2-9）。故

mi n /8.4115.181.065.08.04.86m v =????=

m i n /25552

π8.411000πd 1000r v n =??== 按C620-1车床的转速（参考[1]表5-56），取n =230min /r ，实际切削速

度为v =38m/min 。

Ⅳ. 校验机床功率 由参考[1]表5-125，当σb=980MPa ，HBS=207,查得kW P c 4.2=。

切削功率的修正系数为0.117.1====kPc MPc roPc krPc k k k k ，，13.1=kTrPc ，

8.0=SPc k ，65.0=tPc k （表2-9）

，故实际切削时的功率为： kW kW P c 65.14.265.08.013.117.1=????=

根据表5-59，当n =230min /r 时，机床主轴允许功率=E P 5.9kW 。c P

最后的φ48mm 外圆的切削用量为：

p a =2.5mm ，f =0.65mm/r ，n =230min /r ，v =38m/min 。

②确定粗车外圆φ36mm 及端面的切削用量

刀具与车φ48mm 所用刀具相同。加工余量可一次走刀。切削用量为：p a =5.22

5=mm ，其余参数与车φ48mm 一致，即f =0.65mm/r ，n =305min /r 。 台阶面的切削用量：p a =2mm ，f =0.52mm/r （查参考[1]表5-57），转速与

车φ36mm 外圆一致n =230min /r 。

③确定粗车外圆φ34mm 切削用量

刀具与车φ48mm 所用刀具相同。加工余量可一次走刀。即背吃刀量为p a =mm 22

4=。其余参数与车φ36mm 一致，即，f =0.65mm/r ，n =230min /r 。 ④确定车大端凸台的切削用量

刀具与车φ48mm 所用刀具相同。加工余量为11.5mm ，四次走刀。切削用

量为：p a =3mm ，其余参数与车φ48mm 一致，即f =0.65mm/r ，n =230min /r 。 ⑤确定车小端凸台的切削用量

刀具与车φ48mm 所用刀具相同。加工余量为5.5mm ，2次走刀。切削用

量为：p a =3mm ，其余参数与车φ48mm 一致，即f =0.65mm/r ，n =230min /r 。

（2）基本时间的确定

①确定粗车外圆φ48mm 的基本时间。根据参考[1]表2-24有：

i fn

l l l l T j 3211+++= 其中：l =27mm ，)3~2(tan 1+=r

p k a l ，o r k 90=，mm l 21=，032==l l ，r mm f /65.0=，m in /230r n =。则

s T j 12min 230

65.02271=?+= ②确定粗车外圆φ36mm 的基本时间。

i fn

l l l l T j 3212+++= 其中：l =185mm ，)3~2(tan 1+=r

p k a l ，o r k 90=，mm l 21=，0,232==l l ，r mm f /65.0=，m in /230r n =。则

s T j 76min 230

65.0221852=?++= ③确定粗车端面的基本时间。

i fn L T j =3，32112

l l l d d L +++-= 其中，mm d 48=，r mm f l mm l mm l d /52.0,03,4221361=====，，，1min,/230==i r n 。

代入得s T j 9min 230

52.042123=?++= ④确定粗车外圆φ34mm 的基本时间。

i fn

l l l l T j 3214+++= 其中：l =125mm ，)3~2(tan 1+=r

p k a l ，o r k 90=，mm l 21=，032==l l ，r mm f /65.0=，m in /230r n =。则

s T j 51min 230

65.021254=?+= ⑤确定车大端凸台基本时间

i fn

l l l l T j 3214+++= 其中：l =8mm ，)3~2(tan 1+=r

p k a l ，o r k 90=，mm l 21=，032==l l ，r mm f /65.0=，m in /230r n =。则

s T j 24min 5230

65.0284=??+= ⑥确定车小端凸台基本时间

i fn

l l l l T j 3214+++= 其中：l =8mm ，)3~2(tan 1+=r

p k a l ，o r k 90=，mm l 21=，032==l l ，r mm f /65.0=，m in /230r n =。则 s T j 10min 2230

65.0284=??+=

⑦确定工序的基本时间

∑=+++++==s T j i Tj 18210245197612

5.2 工序80切削用量及基本时间的确定

本工序为为半精加工。包括（车外圆和凸台）。已知条件与粗加工工序相同。

（1）切削用量

①确定半精车外圆φ45mm 的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转

位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。根据参考[1]表5-113，车刀几何形状为o o 12γ=，mm k k a o r o r o o 5.0γ,0λ,5,90,8εo s '=====。