行业综合 一国外发动机连杆生产现状机械部第三设计研究院何约洁目前连杆毛坯主要的制造方法有铸造、模锻 和粉末冶金,并研制和 开发复合材料连杆等1铸造连杆铸造连杆材料多为珠光体可锻铸铁其化学成分大致 为:2.6%C、1.4%i S,0.4 2%Mn,其余为e F热处 理后的机械性能:最小屈服强度为5 51N/m m,,最小 抗 拉强度为689N/mm,、硬度为H B249~269,延伸率为2%在质量和强度相同时,铸造连杆的横截面 比模锻连杆大2 0 %左右,如铸造连杆质量为7 45 9时,其体积为9 8.g cm,,而质量相 同的模锻连杆体积则为9 4.c 4m3为提高连杆疲劳强度,要对铸造连杆表面进行喷丸处理采用C A D对轿车发动机连杆形状和质量进行优化设计,可在连杆应力比较小的部位减薄铸件,而在应力比较大的区域增厚铸件,从而减轻连杆质量另外,使连杆杆身的工字截面带有一定斜度,以此获得需要的凝固顺序,即远离冒口的部位先凝固,使受力最大部位的金相组织最佳并尽量保持铸件截面的厚度均匀采取冒口补缩和冷却筋可提高铸造性能并保证铸件的内在质量铸造连杆生产中采用常温下无屑分开法(Fra ctu r e一SplittingVerfahr en),可减少工序和降低成本。
图1为无屑分开连杆大头示意图常温下无屑分开法:连杆粗加工后,在连杆大头孔规定的分割位置上拉削 出一道沟槽,然后在大头孔内放入两块半圆形成型件,最后用一楔形件使连杆盖和体分开见图1.在断开前,先加工出螺栓通孔,以便分开后连杆可直接用螺栓精确固定,而不必用配合螺栓用该方法 生产连杆,其大头孔的椭圆度粗加工后约12拼m,分开后约4 0拌m,精加工后约3拜m,多次拆开再合并约3.5拜m这些数值均在规定公差范围内为此,取消了昂贵的接合面加工,其分开处组织顺粒粗大使连杆合并最佳化,也不会产生裂纹和发生断裂.实践证明,连杆常温 下无屑分开法可进行批量生产,G T S6 0~7 0可锻铸铁连杆的分开效果比粉末冶金的效果更佳如德国阿达姆、奥佩尔公司(A damQperA G)1993年春推出的2.SL新型V发动机上的连杆首次采用了无屑分开法生产的可锻铸铁连杆与模锻连杆相比,铸造连杆具有设计灵活,尺寸接近连杆成品尺寸,加工性能好,工作可靠以及成本低等优点.自19 65年可锻铸铁连杆首次装机以来,随着铸造水平 的日益提高和成本的不断降低,铸造连杆已在大型汽车上得到了广泛的应用如 通用 汽车公旬中心铸 造厂生产 了50 0 0万支铸造连杆。
目前已有n种不同发图1无屑分开连杆大头内招机1 9 9 4年第6期行业综合一动机铸造连杆实现 了标准化,且排量小于7 L的汽车发动机连杆已由铸造连杆代替2模锻连杆模锻连杆性能可靠,检验手段比铸造连杆简单现 在,模锻连杆可在 自动模锻线上进行大批量生产毛坯棒料感应加热到模锻温度再在模锻机上进行制坯、预锻、粗锻和精锻、并由步进式输送机输送完成各个成型工序按模锻要求,可使用大型 压力机或楔式压力机使用楔式压力可使成型力大面积传递这种压力机的楔式结构 的优点:回弹力小,横向刚性高,翻转稳定可靠,导向装置负荷小模锻连杆尺寸规格较多,如 德国普勒滕具格的Bo rc khau s厂家生产的模锻连杆就有:质量为10 09的连杆,总长12 5m m,两孔中心距为9 0mm;质量为8.k 7g的连杆,总长4som m,两孔中心距30 0mm,主要材 料 为AF P钢德国阿伦的阿尔芬、克斯勒机器厂(D ieMasehinenfabrikA lfingKe s s e r·Aa len)为新研制的大功率船用柴油机生产的连杆,其毛 坯质量为l lo okg,总长Z1 5om m,连杆最大宽度670m m,厚2 87m m,大、小头孔直 径分 别为30 0m m和20 0m m,材料 为42CrMo4钢,方头钢锭每边尺寸为36omm。
该连杆生产时,首先进行质量分配、预锻、再精锻、经过调质和喷丸处理后,要进行多次检验,然后再进行其它加工模锻连杆的生产方法有:a.大连杆的单件模锻大件小批量生产连杆时,连杆可作为单件进行轧制,然后进行锻造大连杆经过4次轧制阶段,在40MN压力机上进行两次预压、精压、冲孔和去毛刺b.双件直线布置连杆 的整体或分体模锻分体连杆(如柴油机连杆)经过4次轧制预成型,然后在3 1.SMN的压力机 上进行初压、预挤压、精压和 去飞边整体连杆首先进行4次轧制,然后在20MN压力机上进行两次预压、精压、冲孔,最后去飞边双件并列布置的整体或分体模锻双件并列布置模锻连 杆可省去轧制成型,但其飞边损失比直线布置的模锻连杆要多,纤维分布也差些早在1987年,铸造连杆因其工作性能和价格在应用上还占有一定优势但是,由于模锻设备的自动化,模锻连杆又有所发展现在,在大型高速汽油机和柴油机中,模锻连杆已占统治地位据伦敦的P R S(PlaningRe-s e a r ehsystem )调查分析,全 世界汽车连 杆8 7.4%为模锻生产的,到 9 0年代初,这个数字达到8 8.7%3粉末冶金连杆在各种材料的连杆中,粉末冶金连杆在硬度、耐磨性和强度等方面居 于优势。
如质量为40 09,材料为iSn tF3 0的粉末冶金连杆,由于精度高,质量误差小,后续加工比传统的铸造连杆或模锻连杆少 5 0 %以上图2为粉末冶金连杆生产流程图粉末冶金连杆生产的工艺过程大致如下:预成型图2粉末冶金连杆生产流程图内姗机1994年第6期二二二二二二二二二行业综合在1005一1 30 0℃的输送带式炉里烧结后,在立 式感应 加热设备上重新加热进行模锻,然后在通保护气氛的冷却段 上冷却预成型质量即烧结毛坯质量决定 了产品质量,这就 要求预成型的质量误差为士5%乃 至更小,在预成型时,对质量进行10 0%的控制锻造过程 的密度值应达9 9.7%以上用有限元法评价悉知,粉末冶金 空 心矩形杆身的连杆有良好的强度和压 延性德国发 动 机和传 动 装 置 零 部件专家sMK,r Keb sog e公布一项柴油机 和汽油机连杆 生产技术—无屑分开法( Fa rctu reSpi l t-tingve rfahr en),其方法是在连杆预成型时,在连杆盖和体的分割位置上 留一道沟槽;锻造时,沟槽形成闭合缝隙,随后 沿这条沟槽将连杆盖从连杆体上分开 见图3使用该工艺,连杆盖和体的结合面不需加工便可实现精密结合,并相应提高了承载能力,连杆可 自动装配。
Ke rbs oge称,用 无屑分开法生产连杆,不需对基本形状进行精加工,也不需热处 理,零 件 质量公差为士1 9 9 2年,德国BMW公司首次在新研制的4气门3一4L轻合金VS发动 机上使用 了分开 法生产的粉末冶金连杆图3粉末冶金连杆盖和体无屑分开工艺a.在连杆盖和体分割的最佳位置上预 留一条沟槽,如可用拉削方法加工出沟槽b.锻造时,沟槽形成闭合缝隙c.沿沟槽将连杆盖从连杆体上分开4复合材料连杆由于现有的连杆材料难以满足现代发动机的更高要求,开发研制新材料已成为发展趋势,其中复合材料是研究的重点,目前研究开发的复合材料连杆有:钢纤维增强铝连杆—F RM连杆该连杆以铝合金为基体,不锈钢纤维用于增加强度,即把不锈钢纤维预制件压铸到以铝合金为基体的连杆杆部,使其成为连杆毛坯,通过纤维强化,可大大提高高温强度特性在2 00℃时,可提高疲劳强度 4 7%和纵弯强度3 6 %与钢连杆相比,在强度和刚性相同时,质量轻3 0 %左右b.陶瓷纤维(F P)增 强铝(镁)连杆陶瓷纤维材料是 由9 9%氧化铝(A12O3)组成用这种材料增强的铝(镁)连杆,要比钢质连杆轻,并具有较高的强度、刚度和疲劳强度,可降低惯性力。
这种连杆可用在高性能发动机上,如日本丰田(TOYO T A)汽车公司把这种连杆装在赛车发动机 上纤维F P增强铝(镁)连杆是采用真空浇注法 生产的,铸造时,将会有2%i L的铝合金熔液浇入模型,纤维在模型内由溶化的金属进行渗透和定向凝固,然后从铸模中取出连杆浇注前,模型组件必须预热到 7 0℃碳纤维增强塑料连杆一一毛F K连杆内嫌机1 9 94年第6期行业综合塑料具有许多金 属材料不具备的优点,如C F K塑料连杆质量比钢连 杆轻6 0%左右,该连杆在发动机中的噪声比钢连杆低3~sdB(A)供试验研究的C F K连杆类型有:C F K压制连杆,用热压法制造,大、小头孔里的轴套直接粘结在连杆大、小头孔内C F K喷铸连杆,制造方法简单,它是用短纤维的硬塑料制成,连杆孔里的轴套直接压入模具里进行 围铸的C F K拉力环 圈连杆,用一 承受拉力负荷的C F K塑料带缠绕成拉力环 圈包容整 个杆身和大、小头孔里的钢制轴套,环 圈装在杆身凹处形成承受预应力结构杆身纤维体积为60%在6 30K时,抗压强度超过lo okN,拉力负荷由带树脂矩阵的碳纤维(CF K)环 圈承受拉力强度随温度变化在5 0一loo kN之间,所以杆身和 环 圈承受的负荷明显高于发动机最大负荷。
CF K拉力环 圈连杆制造工艺过程如下:拉力环圈制造工艺过程:单一方 向的C F K带缠绕成环圈~压制和硬化处理~ 退火~ 起模一水力喷射切出环 圈最终宽度尺寸杆身制造工艺过程:带入C F K带(纤维方向与连杆纵轴成士4 5)一e F K带定位一压制~硬化处理~ 退火~水力喷射切出杆身最终尺寸最 后CF K件与金属件装配由于CF K连杆成本高,疲劳强度还未达到要求,工艺 尚不成熟等原因,目前难以实用化到本世纪末,汽车发动机连杆 主 要采用铸造连杆和模锻连杆,而轿车发动机几乎全用模锻连杆在连杆研究方面,更加着重轻量化、高负荷、低成本、严格控制质量,在批量生产时质量差的应尽可能少,目前粉末冶金连杆质量差的为1%,模锻连杆质量差的为2.5%主要参考文献1.P is ehelH.Standund Entwieklu ngstendenz enbeimHer stellenvonPle u eln.Werkstattu ndl玉三-trieb,19 90;1 23(1 2):949一95 52.Walz e rP.Oet tingH·Alte rnativeWe rkstoffefurAutomobilantriebe.MT Z,1985;4 6(5):15 5一1603.Webe rM.VorteilederBru ehtren nungbeiPulve rsehmiedeple u eln.MTZ,1 993;5 4(7一8):48一494.O hrnbergerV.H应hnelM·Br u ehtr e n n e nvonPleu elnerlangtSe rie n r eife.We rkstat tunde B-tried,199 2;12 5(3):1 75一17 75.蔡堂贵.耿临庄.铸造连杆工艺.车用发动机,1992(3):52一5 3PM402 5裂内撰机转这表向世浙江省慈溪市浒山镇硅整流设备厂为配套慈溪动力机 总厂Z19oF、28 5F、290F型柴油机,于最近研制成功PM4 o2 5型内燃机转速表。
这种转 速表针对带飞轮式发电机的小型内燃机的工作特点和汽车内燃机发电机将采用同步带精确传动的技术发展趋势,采用 了一种不同于传统的及目前流行的转 速测量 方法,利用内燃机工作 时直接传动 的飞轮式 发电机和精确同步传动的交流发电机发出的交流电的频率严格与发 动机的转速成正比的原理,把频率信号送入频率表即测出相应的内燃机转速基于这种工作原理设计了一种用于隔离充电干扰信号及自带稳压电源的专用变换器和相应的专用数显频率表来测量 内燃机转速PM4 o25型转速表由于采用发电机作为传感器及 转速表工作 电源,因此与常规磁电式转速表相比省略了传感器 及其安装空间,与目前流行的柴油机高压油管夹持式转速表相比由于内燃机每一转 中包含了较多 的脉冲信号,具有测 量精度高、使用方。