連桿制造加工工藝概述

鄒潤湘

摘要：連桿作為汽車發(fā)動機(jī)的主要傳力部件之一，必須能承受很大的載荷，同時具有很高的疲勞強(qiáng)度，其制造加工過程除了在使用材料上要下功夫以外，還要在加工方法以及熱處理上達(dá)到理想的要求。為加深對連桿制造工藝過程的理解，簡要說明連桿零件加工制造過程，本文就連桿作用及結(jié)構(gòu)特點展開，概述了連桿加工工藝中連桿材料的選擇、毛胚制造方法及其加工工藝規(guī)程規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：連桿;連桿小頭;連桿大頭;毛胚制造;加工工藝過程規(guī)劃

正文：

一、連桿的功用及其組成

連桿是汽車發(fā)動機(jī)中的主要傳力部件之一，其功用主要有兩點：一是實現(xiàn)運動的轉(zhuǎn)換;二是實現(xiàn)能量的傳遞。連桿的一端通過活塞銷把活塞和連桿小頭孔連接，另一端連桿大頭孔和曲軸連桿軸頸相連。連桿由連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分組成。

二、連桿結(jié)構(gòu)特點[1]

連桿小頭與活塞銷有相對轉(zhuǎn)動，小頭孔中一般壓入巴氏合金襯套或青銅襯套，提高耐磨性。襯套與小頭孔的配合一般為過盈配合。由于采用過盈配合就需要采用外力，如壓裝進(jìn)行襯套安裝。在小頭和襯套上鉆出集油孔，襯套上有集油槽，用來收集發(fā)動機(jī)運動旋轉(zhuǎn)時飛濺上來的機(jī)油，以便潤滑。有的連桿小頭采用壓力潤滑，有一縱貫桿身的油道與小端襯套上的小孔相連。

連桿大頭和曲軸連桿軸徑相連并且也有相對高速運動，因此需要在連桿大頭孔中安裝軸瓦，提高耐磨性。為便于安裝，軸瓦不是一個整體，而是分為兩半，一片為上瓦、一片為下瓦。兩個瓦片在獨立的生產(chǎn)線上進(jìn)行加工。加工完后，在發(fā)動機(jī)連桿分裝線上進(jìn)行裝配。為了便于正確在大頭孔中安裝軸瓦，需要在大頭孔上銑一個瓦槽對軸瓦進(jìn)行定位。

連桿桿身不需要加工，直接由毛坯鍛造而成，一般采用工字形斷面，以便在剛度和強(qiáng)度足夠的前提下減小質(zhì)量。對于一些用于汽油發(fā)動機(jī)中小型連桿桿身中有一個貫通連桿大頭孔和小頭孔的長油孔，這個油孔的作用是：進(jìn)入連桿大頭孔的潤滑液可以通過這個桿身上的油孔進(jìn)入到連桿小頭，從而實現(xiàn)對小頭孔的潤滑。而連桿大頭孔的潤滑液來自曲軸連桿軸徑上的油孔。曲軸連桿軸徑上的油孔又與曲軸主軸頸上的油孔相連。曲軸主軸頸上的油孔又與發(fā)動機(jī)缸體曲軸支撐座相連，最終與發(fā)動機(jī)缸體的潤滑系統(tǒng)連接。

三、連桿加工材料

工業(yè)上連桿的材料一般有以下三類傳統(tǒng)材料：

①碳素調(diào)質(zhì)鋼：通過調(diào)質(zhì)來滿足材料的力學(xué)性能，調(diào)質(zhì)硬度達(dá)到220—260HBS，主要用于小功率發(fā)動機(jī)連桿，如45、55鋼調(diào)質(zhì)。

②合金調(diào)質(zhì)鋼：加入鉻、錳、鉬、硼元素，調(diào)質(zhì)硬度增加可達(dá)到300HBS，主要用于大功率發(fā)動機(jī)連桿。如40Mn、40Mn2S、40MnB等。

③非調(diào)質(zhì)合金鋼：加入釩、鈦、鈮微合金元素，通過一定的過程控制，不經(jīng)過調(diào)質(zhì)，力學(xué)性能即可滿足要求，鍛造成本較低等。如：35MnVS、48MnV等。

四、連桿毛胚制造

目前連桿毛坯主要的制造方法有鑄造、模鍛和粉末冶金。

連桿對力學(xué)要求很高，其毛胚一般所以采用的制造方法是模鍛。模鍛是指在模鍛錘或壓力機(jī)上用鍛模將金屬坯料鍛壓加工成形的工藝。模鍛工藝生產(chǎn)效率高，勞動強(qiáng)度低，尺寸精確，加工余量小，并可鍛制形狀復(fù)雜的鍛件;適用于批量生產(chǎn)。但模具成本高，需有專用的模鍛設(shè)備，不適合于單件或小批量生產(chǎn)。模鍛連桿性能可靠，檢驗手段比較簡單。

鑄造連桿材料多為珠光體可鍛鑄鐵。與模鍛連桿相比，鑄造連桿具有設(shè)計靈活，尺寸接近連桿成品尺寸，加工性能好，工作可靠以及成本低等優(yōu)點。[2]

在各種材料的連桿中，粉末冶金連桿在硬度、耐磨性和強(qiáng)度等方面居于優(yōu)勢。如質(zhì)量為400g，材料為SintF30的粉末冶金連桿，由于精度高，質(zhì)量誤差小，后續(xù)加工比傳統(tǒng)的鑄造連桿或模鍛連桿少50%以上。[3]

五、連桿加工工藝過程規(guī)劃

1.連桿加工部位規(guī)劃

①連桿上下端面，連桿小頭兩個斜面加工，該端面是連桿加工的一個重要的定位基準(zhǔn)面。

②連桿大小頭側(cè)外型面加工，包括：大頭7個側(cè)外形面，小頭5個側(cè)外形面，其中大頭7個外形面包括：4個螺栓螺母窩座面，一個去重凸臺面（用于當(dāng)零件鑄造重量超重時在此處去重），兩個側(cè)外型面。螺栓螺母窩座面是螺栓螺母安裝面。去重凸臺面用于連桿去重。小頭5個外形面包括2個油孔面，用于油孔加工，是油孔的預(yù)加工面。

③大小頭孔加工，包括大頭孔底孔加工、小頭孔底孔加工、小頭襯套孔加工。

④對口面加工。由于對口面是平切口，因此加工比較簡單。

⑤螺栓孔加工。

⑥瓦槽和油孔的加工。

2. 連桿加工工藝過程安排[4]

連桿的加工工藝過程安排遵循先面后孔，先基準(zhǔn)后其它，基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。根據(jù)連桿零件設(shè)計圖及產(chǎn)品特點，連桿加工一般先加工兩端面，然后以大小頭孔和端面為基準(zhǔn)拉削側(cè)外形。加工完畢后主要采用端面和外形六點定位法（即端面3個自由度，大小頭三個側(cè)面3個自由度）加工大小頭孔。在小頭孔加工后采用連桿底面、小頭孔、大頭一側(cè)面定位加工其它部位。大小頭孔同時加工，以保證大小頭孔中心距精度。先加工對口面，再加工螺栓孔。

參考文獻(xiàn)：

[1]漫天飛舞.發(fā)動機(jī)基本知識（八）[OL].新浪博客，2008-02-24.

[2]閻洪濤.發(fā)動機(jī)連桿裂解工藝參數(shù)確定及數(shù)值模擬[D].燕山大學(xué)，2006-03-01.

[3]鄧玉萍.楔橫軋多楔成形鋁合金連桿坯料的數(shù)值模擬分析[D].廣西大學(xué) 2016-06-01.

[4]馮之敬.制造工程與技術(shù)原理第3版[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019.