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1、连杆大头孔精度分析与对策7 1 连杆大头孑L 精度分析与对策 朱海丽纪有君韩常勇王海渊 ( 济南柴油机股份有限公司山东济南2 5 0 3 0 6 ) 摘要：连杆是柴油机的主要传力构件之一，其作用是把活塞和曲轴连接起来，将作用在燃烧室中的燃气爆发压力 传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。一般连杆多采用分体式，通过螺栓将连杆体、连杆盖及 连杆轴瓦联结起来。本文主要就连杆在加工过程中影响连杆大孔精度的诸多因素进行了深入地分析，并提出了 尽量减少这些因素的措施。 关健字：连杆：形状精度；圆柱度 T h eA n a l y s i sa n dT h eM e a s u r e so
2、nt h eP r e c i s i o n o ft h eC o n n e c t i n g r o d SB o t t o m e n dH o l e A b s t r a c t ：C o n n e c t i n gR o di so n eo ft h ec r i t i c a lc o m p o n e n t st h a td i r e c t l yt r a n s f e rt h ep o w e rt ot h ec r a n k s h a f t G e n e r a l l y ， t h ec o n n e c t i n gr
3、o di sd i v i d e di n t ot w op a r t s c o n n e c t i n gr o da n dc o n n e c t i n gr o db e a r i n gc a p T h i sp a p e ra n a l y z e st h e f a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ep r e c i s i o no ft h ec o n n e c t i n g r o d Sb o t t o m e n dh o l ea n ds i v e sU Ss o m ew a y so
4、 fr e d u c i n gt h e s ef a c t o t S K e y w o r d s ：C o n n e c t i n gR o d ，p r e c i s i o no fs h a p e ，p r e c i s i o no fc o l u m n 连杆是柴油机中的重要零件，柴油机工作时 燃油点燃爆发所作的功通过连杆传递给曲轴，而 连杆大孑L 通过轴瓦直接和曲轴相配合，虽然中间 有轴瓦衬填，但由于轴瓦是薄壁件，它很容易将连 杆大孔精度误差复印到轴瓦内孔。所以对连杆大 孔的精度要求相对比较高。从结构上看，由于连 杆要穿过汽缸才能往曲轴上安装，所以连杆大头
5、 的体积紧凑，结构比较单薄，连杆大孔采用半圆开 式结构更使连杆大头的刚度大大地削弱。 连杆大孔的精度有尺寸精度、形状精度和位 置精度。尺寸精度通过精心调整刀具就可以解 决，位置精度可用机床和夹具的精度来保证，本文 主要对连杆大头的形状精度进行探讨。 连杆大孔形状精度用圆柱度来表示。我公司 生产的多种连杆大孔的圆柱度均为0 0 0 8m m 。 这个圆柱度0 0 0 8m m 不是加工完后圆柱度要达 到0 0 0 8m m 的概念，而是将连杆多次拆开再合装 上后圆柱度的重复精度要稳定的达到0 0 0 8m m 的概念。这个精度要求是相当高的，因为它和多 种因素有关。下面浅谈圆柱度误差产生的原因和
6、 解决的方法。 1 粗加工过程中产生的应力造成的误差 当物体有足够的刚度能抵御应力的作用，则 物体暂时不会发生大的突然性的变形。但当其内 部存在有少量的残余应力时，物体的变形进行得 很缓慢，以致于合格的零件在经过一段时间后发 现精度超差了。 连杆在生产过程中会产生锻( 或铸) 造应力、 热处理应力和加工应力。在锻( 或铸) 造成件后均 要进行正火或时效处理以消除应力，但在正火或 时效不充分时，则有残余应力。 热处理淬火时会产生组织应力，但淬火后均要 进行回火，根据连杆的硬度要求，淬火后需进行高温 回火所以热处理后的连杆的残余应力就很小。 工件在粗加工时，主要是要尽快去除较大的 加工余量，所以采
7、用的切削用量是非常大的，工件 的装夹力也非常大，这时就会产生加工应力。以 1 2 V B 柴油机的连杆为例，连杆毛坯在经过粗铣 上、下两平面、粗镗大小头孔、套车外圆后，约9 0 的余量已在短时间内被切除。工件内部已产生很 大的应力，此时由于工件的刚度补偿能抵御应力 作者简介：朱海丽( 1 9 7 8 一) ，女，济南柴油机股份有限公司，工程师；从事内燃机机械制造工艺技术工作。 7 2中国内燃机学会2 0 0 8 年学术年会暨大功率柴油机分会六届二次联合学术年会论文集 的作用，所以看不出工件的变形。但当加工到切 开连杆大孑L 的工序时，由于随着切口的加长，工件 的刚度逐渐下降，下降到不能抵御应力
8、的作用时 产生工件的变形。工件的变形主要表现在大孑L 孔 径的收缩。收缩的结果使工件切口紧紧地夹住正 在旋转的锯片铣刀而使之破裂。当应力释放至与 工件刚度所产生的反作用力平衡时，工件变形暂 时停止。但残余应力仍在缓慢地起作用，工件也 在慢慢地变形与之平衡。 连杆在生产过程中所产生的三种应力对于连 杆大头孔圆柱度影响最大的是粗加工时产生的加 工应力。 对于因粗加工产生的应力，可以调整工艺路 线得到解决。原路线为：锻坯一调质一喷丸强 化一粗加工一精加工 调整为：锻坯一正火一粗加工一调质一喷丸 强化一精加工 或调整为：锻坯一调质一粗加工一去应力一 喷丸强化一精加工 这两种工艺调整方法以第一种更好些，
9、因为 正火后材料硬度较低，可以便于粗加工切削而提 高生产率。 2 精J j u r 大孔产生的圆柱度误差 由于和圆柱度有关的各部分均有允许的加工 误差，图纸所要求的圆柱度是一个合装后所得到 的稳定的圆柱度。但是，连杆大孔的精加工是连 杆大孔圆柱度的“诞生地”，所以，是和圆柱度有关 的各种因素中的一个最重要因素，大孔的加工圆 柱度的精度必须大大地高于图纸所要求的圆柱度 的精度。对于公差带为0 0 0 8m m 的圆柱度在精 加工时的精加工设备的加工圆柱度应控制在 0 0 0 3m m 以内。 精加工时的圆柱度误差主要由两方面的因素 造成。 一是机床本身主轴精度低阿0 性差所造成的。 主轴轴颈本身
10、的圆柱度误差较大或是主轴轴承的 精度低。加工时这些误差会复印到工件的加工面 上，当主轴刚性差时，传动时主轴发生微量变形产 生圆柱度误差。连杆大孔精加工一般都采用金刚 镗床进行精镗后珩磨，而保证连杆大孔圆柱度精 度的关键是精镗。珩磨主要是为了提高尺寸精度 和降低粗糙度，而对圆柱度提高不是主要目的，而 且如处理不当还会降低圆柱度。因为珩磨的原理 是三块平板互研，对于珩磨孔来说是孔壁和各条 油石互研，油石以原孔壁为基准，孔壁和油石之间 的压力是恒压力，这样孔的圆柱度误差就会从珩 磨前复印至珩磨后的新加工表面。连杆大孔精镗 所用的设备应是金刚镗，因为初期精镗使用金刚 石镗刀而得名，这种镗床的主轴精度和
11、刚度极高， 轴承一般采用高精度滑动轴承或静压轴承，其精 度等级一般用微米级来衡量。加工出来的孔的圆 柱度精度比一般普通镗床要提高2 3 倍。目前， 加工中心的发展很快，加工中心主轴的精度高，刚 性好。所以也有的工艺采用高精度加工中心来精 加工连杆大孔。但由于加工中心主轴轴承采用滚 动轴承，而且加工中心是钻、铣多工序加工，有的 还承担粗加工任务。所以这还需要从理论上进一 步探讨并从较长时间的实践中加以检验。 第二是夹具的误差，夹具所造成的误差主要 是夹具设计不合理，产生超定位或加压点选择不 当所至，因为超定位或加压点选择不当在加工过 程中就会使工件产生弹性变形，加工结束后卸下 工件又恢复原状以至
12、加工合格的孔超差。 3 结合面齿形加工产生的误差 连杆大孔是由两个半圆孔合成的，其结合部 位采用9 0 0 齿形结合，图纸要求结合齿形的贴合部 分不少于8 0 ，如果贴合部分过少则在连杆和盖 用螺栓合装时至使工件变形过大导致连杆大孔圆 柱度超差。 加工齿形的夹具设计的注意点和刚才精镗大 孔夹具所述是一样的。 加工齿形的工艺与设备目前来说既能保证加 工精度又能满足生产量及经济性要求的是采用缓 进给蠕动成形磨削。缓进给蠕动成形磨削机床的 主轴精度、刚度要高，工作台进给要缓慢而平稳。 另外要注意的是用于修正砂轮的金刚滚轮齿形的 精度也是保证大孑L 圆柱度的关键。只有这些条件 都满足了，才能加工出合格
13、的结合齿形。 4 螺栓面加工和连杆螺栓产生的误差 有些连杆具有两对螺栓面( 如1 2 V B 柴油机 连杆) ，连杆螺栓和螺母形成螺纹副；有些连杆只 有连杆盖有螺栓面，连杆螺栓和连杆上的螺纹孔 形成螺纹副。 连杆的半圆孔在连杆螺纹副的压紧力下成为整 圆。从理论上说其圆柱度与螺纹副的压紧力的关系 不大。但由于在加工中不可避免地存在允许的加工 误差，所以只有在达到一定的压紧力下才能消除各部 连杆大头孔精度分析与对策 误差所造成的间隙而得到稳定的圆柱度。 具有两对螺栓面的连杆要求连杆和盖结合时 两对螺栓面分别平行，连杆螺栓和螺纹孔结合的 则要求螺栓面与结合齿形平行和螺纹孔与结合齿 形垂直。这样在拧紧
14、连杆螺栓时才能得到所需的 正向压紧力。 连杆螺栓螺纹和定位肩面的垂直度，连杆螺 母螺纹和定位平面的垂直度这些因素都会影响所 需的正向压紧力。定位肩面、定位平面、螺栓面及 螺纹、螺孔的粗糙度这些因素都会产生摩擦力而 影响拧紧连杆螺栓时在采用要求的扭矩时得到所 需的压紧力。 以上诸多因素均可依靠加工工艺及夹具来保证。 5 装配产生的误差 连杆大孑L 是由两个半圆孔经过装配，靠连杆 螺栓的压紧合成的。连杆大孔的圆柱度必然和连 杆螺栓的压紧力有关，连杆螺栓的压紧力产生予 连杆螺栓拉长时的弹性变形。所以要得到准确的 压紧力就必须控制连杆螺栓的伸长量。直接控制 螺栓的伸长量一般可采用螺栓液压拉伸法。但由
15、于连杆结构紧凑，比较难以实现。所以改为用控 制在螺栓上所施的扭矩这种方法来实现。但用扭 矩来控制螺栓的伸长量有许多制约因素，例如：螺 栓肩定位面的粗糙度所产生的摩擦力难以确定， 扭矩的正确测定困难等。所以，用扭矩法来控制 螺栓的伸长量的误差是比较大的。 有关资料介绍，用扭矩法拧紧螺栓时的扭矩 有9 0 左右是消耗在克服摩擦力上，其中螺纹副 的摩擦力约占4 0 ，螺栓定位肩面下的摩擦力约 占5 0 。只有1 0 的扭矩用于螺栓的伸长。人 们可以用很多办法来解决控制扭矩的准确性，但 对于控制克服摩擦力是个难题。因为此处的摩擦 力是个随扭矩的变大而变大的变量。 目前解决控制螺栓的伸长量的比较好的办法
16、 是采用扭矩转角法。其原理是，先控制扭矩消除 螺纹副和夹紧系统的间隙，使螺栓处于即将被拉 伸的状态，此时因为螺栓未被拉伸，所以摩擦力不 大，所施扭矩比较容易控制。然后将螺母( 或螺 栓) 转一个角度来控制螺栓的伸长量( 此时转 3 6 0 。即伸长一个螺矩的长度) 。这样螺栓的伸长 量在压紧力变化的情况下不再受摩擦力的牵制。 至于用多大的扭矩和转多大的转角可以经过计算 并经过工艺试验确定。目前很多厂家都采用这种 工艺方法。 综上所述，连杆大孔的圆柱度首先取决于连 杆大孔精加工设备，然后，各道工序的允许误差将 对该精度有所降低。降低后的结果即为实际要求 的连杆大孔的圆柱度。而实际的连杆大孔的圆柱 度只有0 0 0 81 , 1 , 1 m 的允差。要实现这个技术要求， 在工艺技术方面仍要做大量艰苦细致的工作。 参考文献 1 陈铁，张德顺，诸葛增钰，等世界内燃机材料与工艺 进展1 9 9 1 2 崔忠圻金属学与热处理北京：机械工业出版社， 1 9 9 9 3 谭正三内燃机构造
