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发动机连杆加工工艺简介摘要：连杆是发动机五大件之一，是发动机重要的安全件。连杆的质量直接影响发动机的使用性能和安全。连杆从结构上看并不复杂，但连杆属于典型的不规则件且连杆精度要求高，加工工艺比较复杂。本文通过对连杆加工工艺的介绍，并有针对性的对连杆撑断新工艺和新材料进行具体工艺分析，以了解其在连杆加工发展中的先进性。连杆加工工艺一、连杆的功用、结构特点连杆加工工艺●连杆是传递动力的重要运动部件，它的小头随活塞作往复运动，大头随曲轴作回转运动，杆身在大小头运动的合成下作摆动。除承受周期性变化的气体冲击外，还要承受较大的惯性力。这就要求连杆耐疲劳、抗冲击，并具有足够的强度、刚度及较好的韧性。●由于发动机的结构不同，连杆结构略有差异。但其基本上由活塞销孔端（小头端），曲轴销孔端（大头端）及杆身三部分组成。曲轴销孔端为分开式结构，体和盖用螺栓连接。连杆大小头端高度根据结构的不同，有等高和不等高两种，在V型发动机中，为了使结构紧凑，连杆经常采用不等高的结构。连杆的发展方向●现代的高性能发动机对连杆的要求是重量轻、强度高、刚度好、惯性力小，尽量采用强化工艺等。发展趋势是采用短连杆结构。发动机运动部件重量的减轻，有助于降低能耗和噪声；可以改善发动机的排放。对短连杆的需求是因为发动机正朝着体积小和功率大的方向发展。连杆加工工艺连杆机械加工的主要技术要求连杆小头底孔IT7，圆柱度0.01mm，表面粗糙度Ra1.6um连杆大头孔IT5~IT6，表面粗糙度Ra0.8um连杆大小头孔中心距±0.03~0.05mm连杆大小头孔平行度0.02~0.06/100mm连杆大头两端面对大头孔的垂直度0.06~0.1/100mm，厚度公差（）0.05~0.08mm，表面粗糙度Ra0.8um。连杆重量公差±3~±8克连杆加工工艺二、连杆材料及毛坯连杆加工工艺连杆在工作中承受多向的交变载荷，要求有很高的强度，毛坯大都采用高强度碳钢和中碳合金钢模锻而成。近年来，由于在连杆加工中采用撑断新工艺和粉末冶金技术的发展，高碳钢、可锻铸铁和粉末冶金材料也被广泛应用。另外，一些具有新型组成或微观结构的材料，如复合材料、铝纤维增强合金材料等也有应用。三、连杆的机械加工概况连杆加工工艺尽量减少毛坯余量，提高毛坯精度，从而降低切削力和提高加工效率。每车数量多，生产节拍短，要求机床的加工效率和精度高。由于连杆本身刚性差，在定位和夹紧点选择时需要特别注意，避免在定位时产生较大的误差和不稳定，在夹紧时产生变形而影响加工精度。连杆加工工艺应遵循基准统一原则，尽量避免基准的更换，以减少定位误差。由于连杆重量在装配时有特殊要求，所以要妥善安排称重、去重、重量分组等工序。要求较高的表面加工，按照粗、半精、精加工分阶段进行，在粗精加工之间可安排次要表面（如大小头油孔、轴瓦锁口槽）的加工，使工件有充分的变形时间，以消除内应力，保证加工的精度。连杆加工典型工艺路线（一）连杆加工工艺1、分体式毛坯：a.连杆体：粗磨大小头两平面钻铰小头孔及倒角拉半圆、结合面、两侧面及倒角拉螺栓座面、去重面钻铰连杆体的螺栓孔、铣轴瓦锁口槽、精铣结合面以及钻油道阶梯孔清理毛刺清洗。b.连杆盖：拉连杆盖两平面、半圆、结合面、两侧面及倒角拉螺母座面及去重块三面钻铰螺栓孔、铣轴瓦锁口槽、精铣结合面清理毛刺清洗。C、连杆总成：装配连杆体及盖拧紧连杆螺栓精磨大小头两平面粗镗大头孔大头孔倒角半精镗、精镗大小头孔并倒角清理毛刺称重、精铣连杆大小端凸台至规定重量清理毛刺零件清洗珩磨连杆大小头孔零件清洗最终检查连杆加工典型工艺路线(二）连杆加工工艺2、整体式毛坯●粗磨大小头两平面粗拉两侧面、螺栓座面、大头凸台面、拉断拉连杆体（盖）结合面、半圆、两侧面及倒角钻、倒角、铰连杆体小头孔钻、倒角、铰、攻连杆体的螺栓孔，钻、倒角、铰连杆体的定位销孔，铣轴瓦锁口槽，钻油溅孔；钻、倒角、铰连杆盖的螺栓孔和定位销孔精磨连杆体（盖）结合面清洗装配连杆体及盖拧紧连杆螺栓精磨大小头两平面半精镗大头孔并倒角两侧称重、精铣连杆大小端凸台至规定重量精镗大小头孔并倒角小头孔一侧清理毛刺(零件清洗)珩磨连杆大小头孔零件清洗最终检查四、连杆主要加工工艺分析连杆加工工艺1.两端平面的加工●连杆平面是连杆其它表面加工时的定位基准和连杆在一些自动线中的自动输送的基面。其两端平面之间和两端面与曲轴销孔间有着相互位置精度的要求。连杆加工的首道工序就是加工两端平面。在大小头孔精加工前，往往还要对此两平面进行精加工。连杆端面加工一般采用磨削工艺。在连杆毛坯锻造时，对这两端面进行精压，尺寸精度可达±0.15～±0.20mm。精压的目的就是提高毛坯精度，减少余量，使其不再经过车、铣粗加工就可直接磨削。磨削的方式有两种：1).在立轴多砂轮圆台平面磨床上磨削，这是最常用的一种方式，在机床的圆形工作台上，相邻布置着磨削两端面的夹具，连杆以一端面及小头外圆以及大头一侧面定位，磨削一端面后，工件翻面放置在另一个夹具上，磨削另一端面，工件通过两次安装，并随工作台旋转两圈，经一次翻转，完成两面磨削，在机床的一个工作台上可装多个夹具，且装卸等辅助时间与加工时间重合，因此这是一种高效的加工方法。一般大小头等高的连杆，多用立式双轴或多轴圆台平面磨床，对大小头不等高的连杆，则采用立式五轴圆台平面磨床加工。大小头不等高的连杆现在大多采用在孔精加工前采用面车的方式加工或在最终清洗采用卧式双端面磨。2).采用卧式双砂轮对置磨床磨削，这种磨削与立轴多砂轮磨床磨削类似，在一大直径鼓轮的转盘上，装有多个夹具，毛坯在夹具中定位，两边对置的卧轴砂轮同时对装于夹具中的工件两端面磨削，这种方式效率也很高，也具有辅助时间与加工时间重合的特点。由于两个端面同时被磨削，不再需要翻面二次安装。连杆加工工艺2、体盖分合面及其它平面的加工●连杆除了两端面以外的其它平面，包括体盖分合面及作定位用的大小头侧面，以及整体连杆毛坯的体盖切开和切开后的半圆面，大多在连续式拉床上拉削。连续式拉削具有下列的特点：1)多件同时拉削。在一条大型的传动链上，依次装若干个夹具，夹具带着被拉削工件通过拉削区域的各段，进行拉削。这些夹具类型可以不同，因而可以将一般需在两台拉床上完成的拉削工序，通过将工件装于不同种类的夹具上的方法，组合在一台机床上实现。2)在拉削中没有刀具空程损失，因拉削时刀具不动，夹具通过拉削区，自动卸下工件后，随链条经床身下部返回上料端。3)机动时间与辅助时间重合。连续式拉削具有很高的生产率，通常每小时为200－300件，有的可达700件以上。此外还可以多面拉削，加工精度稳定，尺寸公差可达0.05mm，刀具寿命长。体盖切开也可用这种方法。连续拉削法在连杆加工中用得最广泛。连杆加工工艺3、螺栓孔的加工●连杆螺栓孔一般分为定位部分和紧固部分，定位部分为光孔，紧固部分为螺孔，因此，螺栓孔的尺寸和位置精度要求都比较高。作为定位的光孔，在钻孔后还要进行铰孔。为了提高尺寸精度，螺栓孔采用枪钻和枪铰加工。在大规模自动化生产及近年来所建立的自动系统中，组合机床自动线用得越来越多，并且作为整个综合加工系统的一部分，纳入一条组合自动线中，或成为一条长自动线中的组合部分。采用组合机床自动线更便于多件多面加工，有利提高生产率。连杆加工工艺4、大小头孔的加工●连杆大小头孔是连杆的主要加工部位，精度和光洁度要求都很高，其精度范围为：大小头公差：-0.01～0.01mm大小头孔距离公差:±0.02～±0.05mm大小头孔锥度及椭圆度：0.002～0.005mm大小头孔轴线平行度：0.03/100mm大小头孔轴线扭曲度：0.05mm●连杆大小头孔的加工可分为三个阶段：粗加工、半精加工、精加工。第一阶段在体盖装配前进行，后面两个阶段则放在体盖装配之后，粗加工阶段一般在连杆两端面加工后紧接着就开始。连杆小头孔由于作为其后工序的定位基准，在粗加工阶段就应加工到比较精确的尺寸，而大头孔则不必加工得很精密。粗加工阶段的连杆大头孔，大多是在体盖切开后采用连续式拉削工艺对体盖上半圆孔进行拉削。优点是生产率高，采用拉削后的半圆孔精度也较高，还可以与结合等其它表面组合在一台机床上同时进行加工。故这种工艺广泛为各厂采用。小头孔在体盖装配前一般都经钻、扩、铰或镗削和倒角等粗加工工序，使小头孔精度满足作定位基准的要求。大小头孔的半精及精加工是在连杆螺栓孔加工和体盖装配以后进行的，而小头孔因在体盖装配前就加工到一定的精度，可不必经过半精加工。为了给大小头孔加工提供精确的定位基准，在进行半精加工阶段之前，两端面需经精磨。连杆大头孔半精镗和孔两端倒角往往组合在一条自动线上完成，但是有的厂采用中心带液压推杆或其它结构形式的镗杆，使刀具能向外进给，同时对孔的两端面倒角，使倒角与镗孔合并在一道工序进行。大头孔的精镗一般都和小头孔的精镗同时进行，以保证大小头孔的距离尺寸公差。为保证精镗孔的尺寸稳定，精镗机床基本上都采用刀具自动补偿装置。大小头孔在精镗之后，还要经过最后的精整加工，其方法各有不同，有些厂在大小头孔精镗后不再进行精加工。另外一些厂小头孔在压衬套精镗后，不再进行最后精加工，而大头孔还需珩磨，但为了进一步提高大小头孔的精度与光洁度，近来不少厂在大小头孔精镗之后均进行珩磨。这些珩磨工序大都纳入自动线，珩磨头上也设有自动测量和补偿机构。尽管大小头孔的精加工方法各有不同，是否采用最后的精整加工也各有所异，但是随着产品精度要求的提高，大小头孔都采用精整加工的厂越来越多。连杆加工工艺5、连杆体、盖的装配●在体盖装配时，要控制螺栓的压紧力，以此来控制体盖的变形并使连杆加工完后，经多次拆卸，均能保持主要加工表面的精度稳定。为此，在各装配厂均采用定扭矩扳手。随着加工过程自动化程度的体盖，体盖装配采用自动、半自动装配机已很普遍，有的装配机已纳入自动线。连杆加工工艺6、称重和去重●为了使发动机在工作过程中平稳，各缸连杆在往复运动中惯性大致相同，对连杆大小头重量及总重都有严格要求。一般发动机连杆大小头重量允差为±1.5g，总重量为±3g。为此，必须逐个进行称重、分级，去掉多余的重量，使之达到所要求的重量公差。连杆的称重、去重工序，一般都安排在整个加工工序的后部，大都安排在大小头孔最后精加工之前，也有在全部加工工序都完毕以后再进行称重。半自动和全自动称重装置的共同特点都是将称重出来的重量，变成与之成正比的电讯号，将电讯号控制在去重的铣削头的进给，自动在大小端头铣去多余的重量，使之达到所要求的总重。自动线或单机的称量平衡精度都很高，总重平衡精度可达±2～2.5g，两端称量平衡精度可达±1～1.5g。五、连杆撑断加工新工艺1、裂解槽加工方式●用一拉刀在连杆大头孔的剖分面上加工一个V形凹槽，如右图所示：连杆加工工艺连杆加工工艺●激光割槽：通过调节激光的脉冲频率和脉冲强度来控制裂解槽的深度及宽度，从而避免了因拉刀磨损造成的V形槽深浅不一的问题。用下图所示的装置对大头孔施加一个撑开的力，这样在V形凹槽处将形成应力集中，从而将连杆体和连杆盖撑断，由于是在凹槽处的应力集中，使断裂沿着V形槽准确断裂，断裂面的特性可使连杆体和连杆盖装配时处于最佳吻合。连杆加工工艺可以采用撑断工艺的材料目前能够采用连杆撑断工艺的连杆毛坯材料有四种，高碳钢；可锻铸铁；球墨铸铁；烧结材料。一汽－大众发动机连杆采用的是材料牌号为C70S6BY的高碳钢，由于高碳钢的机械加工性不好，在材料中加入千分之六的硫，以改善其切削加工性。连杆加工工艺冲断工艺和传统工艺比较主要区别：大头孔的粗加工连杆体、盖分离方法结合面的加工螺栓孔加工采用撑断工艺加工的优点1)由于结合面的特殊形状，使连杆盖的定位准确，可保证连杆在使用过程中的精度，而且不需要高精度的定位螺栓，只使用普通螺栓，并省去了螺母，降低了连杆零件的总成本。2)连杆毛坯的大头孔为圆形，不像传统工艺那样大头孔为椭圆形，降低了毛坯金属材料消耗和模具费用，而且使连杆大头孔的粗加工也变得更为简单。3)省去了切断及结合面