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1、柴油机连杆加工机自 84 陆天驰 08012016机自 84 李建 08095015陆天驰负责：搜集资料 编写文档 计算编排工序 制作工艺卡片李建负责：设计夹具装配三维图 二维图一 柴油机连杆加工工艺1.1 连杆的结构特点连杆是柴油发动机中的主要传动部件之一，它在柴油机中，把作用于活塞顶面的膨胀的压力传递给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞压缩气缸中的气体。连杆在工作中承受着急剧变化的动载荷。连杆由连杆体及连杆盖两部分组成。连杆体及连杆盖上的大头孔用螺栓和螺母与曲轴装在一起。为了减少磨损和便于维修，连杆的大头孔内装有薄壁金属轴瓦。轴瓦有钢质的底，底的内表面浇有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。在连杆体大头
2、和连杆盖之间有一组垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆小头用活塞销与活塞连接。小头孔内压入青铜衬套，以减少小头孔与活塞销的磨损，同时便于在磨损后进行修理和更换。1.1.1 连杆各部件的结构特点在发动机工作过程中，连杆受膨胀气体交变压力的作用和惯性力的作用，连杆除应具有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的质量，以减小惯性力的作用。连杆杆身一般都采用从大头到小头逐步变小的工字型截面形状。为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差太大，因此，在连杆部件的大、小头两端设置了去不平衡质量的凸块，以便在称量后切除不平衡质量。连杆大、小头两端对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、安放、搬
3、运等要求，连杆大、小头的厚度相等(基本尺寸相同)。在连杆小头的顶端设有油孔(或油槽)，发动机工作时，依靠曲轴的高速转动，把气缸体下部的润滑油飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。连杆的作用是把活塞和曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择又是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的参数主要有 5 个：（1）连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；（2）连杆大、小头孔中心距尺寸精度；（3）连杆大、小头孔平行度；（4）连杆大、小头孔尺寸精度、形状精度；（5）连杆大头螺栓孔与接
4、合面的垂直度。1.1.2 连杆加工的工艺对比传统的整体锻造或铸造连杆加工采用分体加工工艺：用铣、拉、磨等方法分别加工连杆体和连杆盖的结合面，粗加工及半精加工连杆体、大头孔、小头孔;精加工连杆盖的定位销孔及连杆体的螺栓孔，装配连杆体与连杆盖,精加工大头孔和小头孔。连杆涨断加工技术具体工艺过程是:1)在连杆毛坯大头孔的断裂线处预先加工出两条对称 V 型裂解槽，形成初始断裂源;2)在裂解专用设备上对连杆大头内孔侧面施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展直至完全裂解，最终把连杆盖从连杆本体上涨断而分离出来;3)在裂解专用设备上，再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位，最后在断裂面完全啮合的条件下，完成螺栓
5、工序及其他后续加工工序。连杆传统加工与涨断加工对比示意如图 1-1 所示。与拉、磨等加工方法相比，大头空的铣加工工艺具有机床设备投资少、设备占地面积小、加工速度快、工艺成熟、产品质量高、生产成本低等优点。传统铣加工方法的缺点是：连杆盖、杆接合面不具有完全啮合的交错结构，需要改善接合面的结合质量,需要进行接合面的加工，进行分离面的拉削与磨削等工序。图 1-1 连杆铣加工与激光涨断加工对比示意图采用激光切割连杆裂解具有切缝窄、裂解槽均匀、加工速度快、无刀具磨损、易裂解、大头孔裂解变形小,连杆裂解质量高等优点。同时简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺,降低了螺栓孔的加工精度要求。此外,减少了连杆
6、总成的大头孔变形,使连杆承载能力、抗剪能力与装配质量大幅度提高。但该方法也有明显的缺点:激光采用的光源是不可见光,激光对焦繁琐、费时;激光加工过程中,在大头孔内表面靠近断裂槽处易粘附熔渣而形成表面硬质点,造成后续精镗加工时镗刀崩刃;当激光对焦不精确,使裂解槽深度变浅,涨断时会产生爆口缺陷;激光裂解槽加工设备价格昂贵,维护使用成本高。1.2 连杆的主要技术要求连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等。连杆总成的主要技术要求表 1-1 如下：组别材料 中心距 水平平行度垂直平行度小孔衬套尺寸小孔面粗糙度小孔尺寸小孔衬套面粗糙度大孔衬套尺寸大孔
7、面粗糙度大孔尺寸 大孔衬套面粗糙度大头厚度小头厚度端面落差1 45# 40.0.05/100 0.025/100 0.86Ra1.6 0.376Ra0.4 0.128Ra1.6 0.236Ra0.4 0.450.356.2图 1-2 连杆加工要求图 1-2 连杆总成图1.2.1 大、小头孔的尺寸精度、形状精度为了使大头孔与轴瓦及曲轴、小头孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热。大头孔公差等级为 IT6，表面粗糙度 Ra 值小于 1.6m；小头孔公差等级为 IT8，表面粗糙度 Ra 应不大于 1.6m。大头压衬套的底孔表面粗糙度 Ra 值为0.4m，小头压衬套的底孔表面粗糙度 Ra
8、值为 0.4m， 1.2.2 大、小头孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在汽缸中倾斜，从而造成汽缸壁磨损不均匀，同时使曲轴的连杆轴颈产生边缘磨损，所以两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度公差较小；而两孔轴心线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损影响较小，因而其公差值较大。两孔轴心线在连杆的轴线方向的平行度在 100 mm长度上公差为 0.025mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在 100 mm 长度上公差为0.05 mm。1.2.3 大、小头孔中心距大小头孔的中心距影响到汽缸的压缩比，即影响到发动机的效率，所以规定了比较高的要求：4000.04
9、 mm。1.3连杆的材料和毛坯由于连杆在上作过程中受交变负荷，尤其是高速大功率柴油机，其工作条件更为恶劣，因此，必须保证连杆具有足够的强度和刚度，且尽量减小重量，这就对连杆材料的选取提出较高的要求：一般中小功率柴油机连杆的材料多为优质中碳钢，而高速大功率柴油机则多采用高强度合金钢。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻形式有两种，一种是体和盖分开锻造，另一种是将体和盖锻成体。整体锻造
10、是把连杆体和连杆盖作为一个整体来模锻。整体式毛坯可提高材料利用率，但是所需锻造设备的吨位较大，锻模也比较复杂，并且机械加工需要增加连杆相连扦盖的切开工序。分开锻造是把连杆体和连杆盖分开来模锻、这种方法比整体锻造简单,但材料消耗较多且需要两套锻模，在机械加工中,结合面的加工余量较大，两平面在分别加工后合并,然后校正,也会增加一定的工作量。对大批量生产的中小功卒发动机连杆在模锻后可增加精压工序，以提高尺寸精度。大、小头端面可以直接进行磨削和拉削。连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸及质量等的全面检查，方能进入机械加工生产线。1.4连杆的机械加工工艺过程1.4.1 定位基准的选择定位基准的选择包
11、括精基准和粗基准的选择:(1)精基准的选择 连杆的外形较为复杂，刚性差，但它的大小头孔精度、中心距、齿形结合面等技术要求又很高。其精基准的选择应遵循以下原则：连杆是细长杆件，刚性较差，基准选择不当，容易引起杆身变形，从而影响各加工表面之间相互位置精度。因此要选择支承面积大、精度高、定位准确，又能防止夹紧变形的表面作为精基准。(2)粗基准的选择 粗基准的选择应满足以下要求：1)连杆大、小头孔及两端面应有足够而且均匀的加工余量。2)连杆大、小头孔圆柱面及两端面与杆身纵向中心线对称。3)连杆大、小头外形应分别与两孔中心线对称。在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主
12、要基面，并用大头处指定一侧的外表面作为另一基面。这是由于：端面的面积大，定位比较稳定，用小头孔定位可直接控制大、小头孔的中心距。这样就使各工序中的定位基准统一起来，减少了定位误差。在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响。因此，第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。连杆的加工就是如此，在连杆加工工艺路线中，在精加工主要表面开始前，先粗铣两个端面，其中粗磨端面又是以毛坯端面定位。因此，粗铣就是关键工序，要以连杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法
13、使工件在夹紧时的变形较小，同时可以铣工件的端面，使一部分切削力互相抵消，易于得到平面度较好的平面。同时，由于是以对称面定位，毛坯在加工后的外形偏差也比较小。1.4.2 工艺过程的安排从零件结构特点和技术要求等方面考虑，连杆大小端面是不连续的平面，因此采用面铣刀作阶梯铣削较为适宜，但在大批量生产的中小功率柴油机行业中，为提高生产效率则多采用磨削两端面的加上方法。此时对连杆毛坯的精度要求较高，加工余量也适当缩小连杆的齿形结合面是保证大孔重复装配精度的重要结构要素，由于齿距误差、齿形角度误差和贴合度的要求都比较高，因此工艺难度较大。近年来在大功率柴油机连杆加工中多采用缓进强力磨削工艺。连杆大小头孔的
14、中心距和孔的尺寸精度、表面租糙度及位置精度要求都很高，为了保证上述要求应尽量采用双轴专用镗床加工。1.4.3 加工工序的安排对于整体锻造的连杆，机械加工工艺过程可分为以下三个阶段:1)连杆盖切开以前的加工 这个阶段主要是为以后的机械加工准备好基准和把一些加工表面切去大部分的余量，使工件内应力重新分布，以减少由于内应力引起的变形所产生的误差，为精加工作好准备。这个阶段包括粗铣大小端平面，粗镗大小孔，铣工艺侧边等工序。2)铣开连杆盖以后的加工 这个阶段主要是加工连杆体和连杆盖的结合面、螺栓面、螺栓孔、定位销孔、输油孔和结合面齿形，为连杆体相连杆盖的合并加工创造条件。3)连杆体和连杆盖合并以后的加工
15、 包括重新修整基准面，主要表面的半精加工和精加工以及装入大小端衬套的最后精加工。如精磨平面相加工和精加 T 以及装人大小端衬套的最后精加上。如精磨平面、半精镗、精镗大小头孔，磨大头孔及装入大小头衬套、精镗衬套孔等工序。在连杆加工中有两个主要因素影响加工精度：1）连杆本身的刚度比较低，在外力（切削力、夹紧力）的作用下容易变形。2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时将产生较大的残余内应力，并引起内应力重新分布。因此，在安排工艺进程时，就要把各主要表面的粗、精加工工序分开，即把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、夹紧力必然大，加工后容易
16、产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正加工后的变形，就能最后达到零件的技术条件。分析可知，各主要加工表面的加工方法和顺序分别为：1)两端面：粗铣、精铣、精磨。2)小头孔：钻孔、粗镗、半精镗、精镗。3)大头孔：粗铣(仿形)、粗镗、半精镗、精镗、珩磨。4)螺栓孔：钻孔、扩孔。5)定位销孔：钻孔、扩孔、铰扎。6)齿形：缓进给强力磨削(一次切入磨成)在安排连杆加工顺序时要注意影响其加工精度的两个主要因素：1)连杆杆身的刚性差，在外力作用下容易变形。2)孔的余量大，切削时会产生较大的残余应力，要考虑内应力重新分布引起的变形。因此，在考虑到各主要加工表面的加工方法和工序内容后，安排加工顺序时应将加工表面相应加工阶段的内容合理穿插。并将些次要表面的加工视需要和可能，安排在工艺过程的中间。连杆大、小头端面的加工通常是连杆加工过程的最初工序，因为
