淺析脹斷連桿脹開面的偏斜控制

馮書華

(南宮市精強連桿有限公司,河北省 南宮市 055750)

0 前言

由于脹斷連桿的質量、性能顯著優于平切連桿,所以自2004年以后國內各發動機企業大力推廣和應用脹斷連桿,但脹斷連桿結構、形狀的設計規范、國家標準和行業標準未能及時跟上發展需求,這就給控制連桿脹開面的偏斜帶來了一定的挑戰。連桿脹開面的偏斜與連桿的形狀設計、材質有著直接關系,但目前連桿的形狀、材質已經確定且不可隨意改變,因此,只能從脹開設備及生產工藝上進行分析解決。目前,國內連桿的結構形狀大致分為6種(圖1)[1-4]。

圖1 國內連桿的結構形狀

如圖1中的(a)、(b)、(f)這幾種連桿設計,鍛件毛坯會出現脹開槽,加工脹開后就很容易達到質量要求。而如圖1中的(c)、(d)、(e)這幾種未設計脹開槽的連桿,脹開后就很難達到圖紙規定的質量要求。如果遇到這種情況,只能后期通過設備和工藝進行解決。

1 從脹開設備上分析解決

為了達到連桿脹開面的設計要求,脹斷機的精度、性能就要嚴格控制,主要從以下幾個方面著手。

(1)首先,要確認脹頭外徑與連桿大孔的間隙、連桿小孔與拖板定位銷的間隙是否合理。連桿大、小孔與脹斷機關聯件的間隙是導致脹開面偏斜的關鍵指標。大孔間隙一般控制在0.05～0.06 mm較為適宜,間隙過大容易產生脹開面上翹的現象,見圖2。間隙過小低于0.04 mm以下時,不僅引起偏斜,而且會增大掉渣的機率。小孔間隙一般控制在0.08～0.10 mm,較大的間隙是為了使連桿能夠自動調正中心線,有利于脹開面不產生歪斜。

圖2 脹開面上翹現象

(2)其次,脹頭外圓母線與底面的垂直度是否存在超差問題。脹頭外圓母線與底面垂直度過大,容易導致連桿脹開的受力集中到一點,而不是整條母線受力,會導致脹開面發生偏斜,垂直度一般控制在0.01 mm以內較為適宜,見圖3。

(3)再次,脹頭與拉桿的接觸面要求。活動脹頭與拉桿滑動面的接觸點要均勻且接觸點數(經刮研處理)不得少于20點/英寸,這樣才能使脹頭受力均勻且不產生偏斜力。當接觸不良時就會出現以下歪斜現象,包括：當拉桿斜面與活動脹頭上半部分接觸點數較多時,這時脹頭上半部分受力較大,會出現歪斜狀況(圖4(a));當拉桿斜面與活動脹頭下半部分接觸面較大時,脹頭下半部分受力較大,也會出現歪斜狀況(圖4(b)),且偏斜方向與上半部分接觸正好相反。

圖4 脹頭與拉桿的接觸面

根據以上連桿脹開面出現的現象,去修正拉桿與脹頭的接觸面,就能杜絕脹開面的錯臺歪斜,掉渣現象也會隨之減少。

(4)連桿蓋端兩頂塊的頂緊壓力要一致,接觸面要確保良好,在頂緊缸處于非工作的狀態時頂塊A和頂塊B到連桿螺栓座面的距離要保持一致,這樣才能保證工作時2個頂塊同時頂緊連桿,壓力一般控制在2～2.5 MPa,見圖5。

圖5 連桿蓋端2個頂塊的頂緊壓力

2個頂塊油缸的壓力需實現分別控制,以便于調整(脹斷機出廠時是2個油缸由1個閥控制,為此應進行改造)。當脹開面總朝一個方向歪斜時,可調整其中一個缸壓力的大小,使其達到控制的目的。2個頂塊頂端端面與連桿座面的接觸面要均勻一致,否則會造成受力不均勻引起脹開面的歪斜。

(5)改變連桿脹開方式,增大拖板導軌調整量。國產第一代脹斷機,連桿脹開時連桿蓋端移動分開,見圖6,而進口的第二代脹斷機則改為連桿桿端移動分開,見圖7,而且同時減少了2個桿端頂緊油缸,不僅簡化了結構,而且使用效果更好。為此,把第一代脹斷機的結構也進行了改造。在改造的同時增大了脹斷機移動脹頭拖板導軌的調整量。過去由于受托板后推油缸的制約,調整范圍一直較小。這次改變了油缸與拖板的連接結構,使其有足夠的調整范圍,能夠滿足多品種連桿的脹開需要。

圖6 連桿蓋端移動分開

圖7 連桿桿端移動分開

在正常情況下,脹斷機拖板導軌的中心線與連桿的中心線運動時要保持重合一致,才能保證脹開不歪斜,但在脹開面總朝一個方向偏斜時,就要調整拖板中心線的運動方向,才能達到糾正的目的。

(6)脹頭與拉桿的強度的匹配。對于1.5 L左右的汽油機連桿,大孔直徑在43～50 mm,如果此時在設計脹頭時只考慮減小脹頭的外圓尺寸,不改變拉桿的寬度尺寸,就會造成脹頭外圓壁厚偏薄,強度降低(圖8),連桿脹開時就容易產生彈性變形,而使脹開面歪斜。因此,在拉桿強度允許的情況下,盡量縮小拉桿尺寸,加大脹頭壁厚,這樣有利于連桿脹開面的質量達標。

圖8 脹開面歪斜

(7)連桿大、小頭端面下墊片的厚度適當。連桿放入脹頭內未脹開時,小頭端應略低于大頭端,一般應確保小頭墊比大頭墊薄0.1～0.13 mm較為適宜,否則會引起脹斷機工作時抖動,增加掉渣概率(圖9)。

圖9 脹斷機抖動

(8)脹斷油缸的下拉速度、壓力與連桿的匹配度。脹斷機的下拉速度、壓力也是保證連桿脹開面合格的關鍵指標,連桿大小不同,需要的下拉速度和壓力也不相同,越是容易歪斜的連桿對下拉速度和壓力越敏感,一般9 L以上的連桿,下拉速度控制在100 mm/s左右,下拉油缸的壓力控制在12 MPa左右。1.5～4.0 L的小連桿下拉速度控制在125 mm/s左右,下拉油缸的壓力控制在9 MPa左右較為適宜。

2 從割槽設備上分析解決

脹開連桿的割槽設備一般都采用激光機,它的優點是操作簡單、方便,生產效率較高,缺點是割槽深度有限、設備價格昂貴、生產成本高。對于部分沒有設計脹開槽的連桿,利用激光割槽無論如何調整脹斷機都難以達到圖紙要求,因為激光機的割槽深度受限,最深不超過1.0 mm。這種脹開面容易歪斜的連桿經過多次反復試驗,只有通過增加割槽深度才是最佳的解決方案。因此,只有通過更換設備的方法進行解決。個別難以達標的連桿,試用線切割增加割槽深度后,達到了脹開面的質量要求。

由于線切割每割1支連桿就要進行1次穿線,生產效率較低,為此將通用型線切割進行了結構改造,達到不用穿線就能割槽的效果,這項改造也獲得了國家授予的發明專利權。圖10是線切割改造后的結構示意圖。

圖10 線切割改造后結構示意圖

3 從加工工藝上解決

更換割槽設備后,根據不同形狀的連桿情況,割槽深度也不相同,一般控制在1.2～1.4 mm,基本就能達到脹開面的質量要求。割槽深度增加后,連桿精鏜前的加工余量就要作相應的調整,預留加工余量的大小,以確保精鏜后不留割槽痕跡。

4 結束語

通過采取以上一系列的措施,基本解決了毛坯件上沒有設計脹開槽導致的連桿脹開面的偏斜問題,采用以上工藝后脹開面不歪斜,同時脹開面的掉渣率也相應地隨之減少,取得了較好的經濟效益。