汽車連桿加工工藝的設(shè)計(jì)

張紹杰，冀永曼

（1.鄭州煤炭工業(yè)技師學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的主要傳動(dòng)部件之一，它在柴油機(jī)中，把作用于活塞頂面的膨脹的壓力傳遞給曲軸，又受曲軸的驅(qū)動(dòng)而帶動(dòng)活塞壓縮氣缸中的氣體。連桿在工作中承受著急劇變化的動(dòng)載荷。連桿由連桿體及連桿蓋兩部分組成。連桿體及連桿蓋上的大頭孔用螺栓和螺母與曲軸裝在一起。為了減少磨損和便于維修，連桿的大頭孔內(nèi)裝有薄壁金屬軸瓦。軸瓦有鋼質(zhì)的底，底的內(nèi)表面澆有一層耐磨巴氏合金軸瓦金屬。在連桿體大頭和連桿蓋之間有一組墊片，可以用來(lái)補(bǔ)償軸瓦的磨損。連桿小頭用活塞銷與活塞連接。小頭孔內(nèi)壓入青銅襯套，以減少小頭孔與活塞銷的磨損，同時(shí)便于在磨損后進(jìn)行修理和更換。

連桿的作用是把活塞和曲軸聯(lián)接起來(lái)，使活塞的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍幕剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出動(dòng)力。因此，連桿的加工精度將直接影響柴油機(jī)的性能，而工藝的選擇又是直接影響精度的主要因素。反映連桿精度的參數(shù)主要有5個(gè)：①連桿大端中心面和小端中心面相對(duì)連桿桿身中心面的對(duì)稱度；②連桿大、小頭孔中心距尺寸精度；③連桿大、小頭孔平行度；④連桿大、小頭孔尺寸精度、形狀精度；⑤連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。

1 連桿的主要技術(shù)要求

連桿上需進(jìn)行機(jī)械加工的主要表面為：大、小頭孔及其兩端面，連桿體與連桿蓋的結(jié)合面及連桿螺栓定位孔等。連桿總成的主要技術(shù)要求（圖1）如下。

為了使大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能密切配合，減少?zèng)_擊的不良影響和便于傳熱。大頭孔公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于0.4μm；大頭孔的圓柱度公差為0.012mm，小頭孔公差等級(jí)為IT8，表面粗糙度Ra應(yīng)不大于3.2μm。小頭壓襯套的底孔的圓柱度公差為0.0025mm，素線平行度公差為0.04/100mm。

兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會(huì)使活塞在汽缸中傾斜，從而造成汽缸壁磨損不均勻，同時(shí)使曲軸的連桿軸頸產(chǎn)生邊緣磨損，所以兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度公差較小；而兩孔軸心線在垂直于連桿軸線方向的平行度誤差對(duì)不均勻磨損影響較小，因而其公差值較大。兩孔軸心線在連桿的軸線方向的平行度在100mm長(zhǎng)度上公差為0.04mm；在垂直與連桿軸心線方向的平行度在100mm長(zhǎng)度上公差為0.06mm。

連桿大頭孔兩端面對(duì)大頭孔中心線的垂直度，影響到軸瓦的安裝和磨損，甚至引起燒傷；所以對(duì)它也提出了一定的要求：規(guī)定其垂直度公差等級(jí)應(yīng)不低于IT9（大頭孔兩端面對(duì)大頭孔的軸心線的垂直度在100mm長(zhǎng)度上公差為0.08mm）。

連桿在工作過(guò)程中受到急劇的動(dòng)載荷的作用。這一動(dòng)載荷又傳遞到連桿體和連桿蓋的兩個(gè)螺栓及螺母上。因此除了對(duì)螺栓及螺母要提出高的技術(shù)要求外，對(duì)于安裝這兩個(gè)動(dòng)力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。規(guī)定：螺栓孔按IT8級(jí)公差等級(jí)和表面粗糙度Ra應(yīng)不大于6.3μm加工；兩螺栓孔在大頭孔剖分面的對(duì)稱度公差為0.25mm。

2 連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程

由上述技術(shù)條件的分析可知，連桿的尺寸精度、形狀精度以及位置精度的要求都很高，但是連桿的剛性比較差，容易產(chǎn)生變形，這就給連桿的機(jī)械加工帶來(lái)了很多困難，必須充分重視。

連桿的主要加工表面為大、小頭孔和兩端面，較重要的加工表面為連桿體和蓋的結(jié)合面及連桿螺栓孔定位面，次要加工表面為軸瓦鎖口槽、油孔、大頭兩側(cè)面及體和蓋上的螺栓座面等。

連桿的機(jī)械加工路線是圍繞著主要表面的加工來(lái)安排的。連桿的加工路線按連桿的分合可分為三個(gè)階段：第一階段為連桿體和蓋切開之前的加工；第二階段為連桿體和蓋切開后的加工；第三階段為連桿體和蓋合裝后的加工。第一階段的加工主要是為其后續(xù)加工準(zhǔn)備精基準(zhǔn)（端面、小頭孔和大頭外側(cè)面）；第二階段主要是加工除精基準(zhǔn)以外的其它表面，包括大頭孔的粗加工，為合裝做準(zhǔn)備的螺栓孔和結(jié)合面的粗加工，以及軸瓦鎖口槽的加工等；第三階段則主要是最終保證連桿各項(xiàng)技術(shù)要求的加工，包括連桿合裝后大頭孔的半精加工和端面的精加工及大、小頭孔的精加工。如果按連桿合裝前后來(lái)分，合裝之前的工藝路線屬主要表面的粗加工階段，合裝之后的工藝路線則為主要表面的半精加工、精加工階段。

在連桿加工中有兩個(gè)主要因素影響加工精度：

（1）連桿本身的剛度比較低，在外力（切削力、夾緊力）的作用下容易變形。

（2）連桿是模鍛件，孔的加工余量大，切削時(shí)將產(chǎn)生較大的殘余內(nèi)應(yīng)力，并引起內(nèi)應(yīng)力重新分布。

因此，在安排工藝進(jìn)程時(shí)，就要把各主要表面的粗、精加工工序分開，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中間，精加工安排在后面。這是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夾緊力必然大，加工后容易產(chǎn)生變形。粗、精加工分開后，粗加工產(chǎn)生的變形可以在半精加工中修正；半精加工中產(chǎn)生的變形可以在精加工中修正。這樣逐步減少加工余量，切削力及內(nèi)應(yīng)力的作用，逐步修正加工后的變形，就能最后達(dá)到零件的技術(shù)條件。

3 定位基準(zhǔn)的選擇

在連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程中，大部分工序選用連桿的一個(gè)指定的端面和小頭孔作為主要基面，并用大頭處指定一側(cè)的外表面作為另一基面。這是由于：端面的面積大，定位比較穩(wěn)定，用小頭孔定位可直接控制大、小頭孔的中心距。這樣就使各工序中的定位基準(zhǔn)統(tǒng)一起來(lái)，減少了定位誤差。具體的辦法是，在安裝工件時(shí)，注意將成套編號(hào)標(biāo)記的一面不與夾具的定位元件接觸（在設(shè)計(jì)夾具時(shí)亦作相應(yīng)的考慮）。在精鏜小頭孔（及精鏜小頭襯套孔）時(shí)，也用小頭孔（及襯套孔）作為基面，這時(shí)將定位銷做成活動(dòng)的稱“假銷”。當(dāng)連桿用小頭孔（及襯套孔）定位夾緊后，再?gòu)男☆^孔中抽出假銷進(jìn)行加工。

為了不斷改善基面的精度，基面的加工與主要表面的加工要適當(dāng)配合：即在粗加工大、小頭孔前，粗磨端面，在精鏜大、小頭孔前，精磨端面。

由于用小頭孔和大頭孔外側(cè)面作基面，所以這些表面的加工安排得比較早。在小頭孔作為定位基面前的加工工序是鉆孔、擴(kuò)孔和鉸孔，這些工序?qū)τ阢q后的孔與端面的垂直度不易保證，有時(shí)會(huì)影響到后續(xù)工序的加工精度。

4 結(jié)論

連桿件外形較復(fù)雜，而剛性較差。且其技術(shù)要求很高，所以適當(dāng)?shù)倪x擇機(jī)械加工中的定位基準(zhǔn),是能否保證連桿技術(shù)要求的重要問(wèn)題之一。在連桿的實(shí)際加工過(guò)程中，選用連桿的大小頭端面及小頭孔作為主要定位基面，同時(shí)選用大頭孔兩側(cè)面作為一般定位基準(zhǔn)。為保證小頭孔尺寸精度和形狀精度，可采用自為基準(zhǔn)的加工原則；保證大小頭孔的中心距精度要求，可采用互為基準(zhǔn)原則加工。