1、柴油机连杆先进制造工艺探讨 第 27 页摘 要连杆是柴油机的主要传动件之一，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。本文介绍了柴油机连杆制造工艺目前在国内的现状，阐述了柴油机连杆的结构特点，主要技术要求、材料及毛坯，机械加工工艺规程等传统工艺以及连杆的先进制造工艺。分析了我国柴油机连杆现阶段存在的问题，提出了连杆涨断加工技术的应用，通过对比连杆传统加工工艺与涨断工艺流程，发现连杆张断工艺简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、产品质量高、生产成本低等优点。同时还探讨了应用涨断工艺应该考虑的几个问
2、题。关键词: 连杆 加工工艺 涨断技术 裂解AbstractConnecting rod was one of the main driving a diesel engine , it was an important role in the Diesel engine. It is used to the inflation pressure piston top transfer to the crankshaft and driven by the crankshaft driver and the gas piston compressor cylinder. This paper
3、introduces the diesel engine connecting rod manufacturing process is currently in the domestic present situation, expounds the structure characteristics of the connecting rod, The main technical requirements，materials and blank ,the traditional craft and of connecting rod advanced manufacturing tech
4、nology. Analyzes the present existing problems of diesel engine connecting rods rise, By comparing with the traditional processing connecting up broken process,found that connecting rod broken process simplified the connecting rod zhang the structure design and bolt hole processing technology, has t
5、he whole processing operations, less finish machining equipment and materials saving energy, high quality products, the production cost etc. Also discusses the application of cut craft up several problems should be considered.Keywords: Connecting rod Rise broken technology Processing technology Crac
6、king目录1 前言11.1 课题背景及现状11.2 课题的目的意义12 连杆传统工艺22.1 连杆的结构特点22.2 连杆的主要技术要求42.3连杆的材料和毛坯42.4连杆的机械加工工艺过程62.5 连杆的机械加工工艺过程分析112.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题122.7 切削用量的选择原则122.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差142.9 连杆的检验153连杆先进制造工艺173.1 连杆涨断加工技术原理及特点173.2 裂解工艺与核心设备203.3 连杆涨断工艺应考虑的问题23结束语25参考文献:26致谢271 前言1.1 课题背景及现状近百年来，柴油机因其功率范围大、效率
7、高、能耗低，在各型名用船舶和中小型舰艇推荐装置中确立了其主导地位。新材料、新工艺、新技术的不断开发使用，为柴油机注入了新的活力，使其在动力机械，尤其是船舶动力方面依然发挥着无法替代的作用。据统计，在2000吨以上的船舶中，柴油机作为动力的超过95%，预计这一情况仍将持续下去.受油价的影响，以及一些柴油机的缺点（比如烟度和噪声）被一一克服，现在在乘用车市场，柴油机动力开始渐渐显示其独特的魅力。但是，由于受到各种因素的影响，我国的柴油机研究还是落后于世界水平。随着我国船舶事业的进一步发展，作为船舶配套中最重要的一个环节，柴油机技术的发展瓶颈已日益凸显。1.2 课题的目的意义柴油机是船舶的心脏，而柴
8、油机连杆则是承受强烈冲击力和动态应力最高的动力学负荷部件，其在工作中承受着急剧变化的动载荷，再加上连杆的高频摆动产生的惯性力，会使连杆杆身发生形变，轻则会影响曲柄连杆机构的正常工作，使机械效率下降。重则会破坏活塞的密封性能，是排放恶化，甚至造成活塞拉缸，拉瓦，使柴油机无法正常工作。因此对连杆的制造工艺提出了更高的要求。2 柴油机连杆传统加工工艺2.1 连杆的结构特点连杆是柴油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
9、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。在柴油机工作过程中，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。为了保证柴油机运转均衡，同一柴油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
10、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
11、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合面的垂直度。2.2 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图2.1如下。图2.1 连杆总成图2.2.1 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应不大于0.4m；大头孔的圆柱度公差为0.012 mm，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度Ra应不大于3.2m。小头压衬套的底孔的圆柱度公
12、差为0.0025 mm，素线平行度公差为0.04/100 mm。2.2.2 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0.04 mm；在垂直与连杆轴心线方向的平行度在100 mm长度上公差为0.06 mm。2.2.3 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，
13、所以规定了比较高的要求：1900.05 mm。2.2.4 连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度，影响到轴瓦的安装和磨损，甚至引起烧伤；所以对它也提出了一定的要求：规定其垂直度公差等级应不低于IT9（大头孔两端面对大头孔的轴心线的垂直度在100 mm长度上公差为0.08 mm）。2.2.5 大、小头孔两端面的技术要求连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，但从技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8m, 小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3m。这是因为连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两轴肩端面间
14、有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间没有配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面间距离尺寸的公差带中，这给连杆的加工带来许多方便。2.2.6 螺栓孔的技术要求在前面已经说过，连杆在工作过程中受到急剧的动载荷的作用。这一动载荷又传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓及螺母上。因此除了对螺栓及螺母要提出高的技术要求外，对于安装这两个动力螺栓孔及端面也提出了一定的要求。规定：螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度Ra应不大于6.3m加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为0.25 mm。2.2.7 有关结合面的技术要求在连杆受动载荷时，接合面的歪斜使连杆盖及连杆体沿着剖分面产
15、生相对错位，影响到曲轴的连杆轴颈和轴瓦结合不良，从而产生不均匀磨损。结合面的平行度将影响到连杆体、连杆盖和垫片贴合的紧密程度，因而也影响到螺栓的受力情况和曲轴、轴瓦的磨损。对于本连杆，要求结合面的平面度的公差为0.025 mm。2.3连杆的材料和毛坯连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来也有采用球墨铸铁的，粉末冶金零件的尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，使粉末冶金件的密度和强度大为提高。因此，采用粉末冶金的办法制造连杆是一个很有发展前途的制造方法。连杆
16、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。整体锻造的毛坯，需要在以后的机械加工过程中将其切开，为保证切开后粗镗孔余量的均匀，最好将整体连杆大头孔锻成椭圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造存在所需锻造设备动力大和金属纤维被切断等问题，但由于整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、锻造工时少、模具少等优点，故用得越来越多，成为连杆毛坯的一种主要形
17、式。总之，毛坯的种类和制造方法的选择应使零件总的生产成本降低，性能提高。目前我国有些生产连杆的工厂，采用了连杆辊锻工艺。图2.2为连杆辊锻示意图毛坯加热后，通过上锻辊模具2和下锻辊模具4的型槽，毛坏产生塑性变形，从而得到所需要的形状。用辊锻法生产的连杆锻件，在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向以及机械强度等方面都可达到模锻水平，并且设备简单，劳动条件好，生产率较高，便于实现机械化、自动化，适于在大批大量生产中应用。辊锻需经多次逐渐成形。图2.2 连杆辊锻示意图图2.3、图2.4给出了连杆的锻造工艺过程，将棒料在炉中加热至11401200C0，先在辊锻机上通过四个型槽进行辊锻制坯见图2.2，然
18、后在锻压机上进行预锻和终锻，再在压床上冲连杆大头孔并切除飞边见图2.3。锻好后的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，以改善性能，减少毛坯内应力。为了提高毛坯精度，连杆的毛坯尚需进行热校正。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。图2.3连杆辊锻制坯示意图图 2.4连杆预锻、终锻、冲孔示意图2.4连杆的机械加工工艺过程由上述技术条件的分析可知，连杆的尺寸精度、形状精度以及位置精度的要求都很高，但是连杆的刚性比较差，容易产生变形，这就给连杆的机械加工带来了很多困难，必须充分的重视。连杆机械加工工艺过程如下表2.1所示： 表2.1连杆加
19、工工艺工序工序名称工序内容工艺装备1铣铣连杆大、小头两平面,每面留磨量0.5mmX52K2粗磨以一大平面定位，磨另一大平面，保证中心线对称，无标记面称基面。（下同）M73503钻与基面定位，钻、扩、铰小头孔Z30804铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件铣尺寸mm两侧面，保证对称（此平面为工艺用基准面）X62W组合机床或专用工装5扩以基面定位，以小头孔定位，扩大头孔为60mmZ30806铣以基面及大、小头孔定位，装夹工件，切开工件，编号杆身及上盖分别打标记。X62W组合机床或专用工装锯片铣刀厚2mm7铣以基面和一侧面定位装夹工件，铣连杆体和盖结合面，保直径方向测量深度为27.5mmX62组合夹具
20、或专用工装8磨以基面和一侧面定位装夹工件，磨连杆体和盖的结合面M73509铣以基面及结合面定位装夹工件，铣连杆体和盖mm8mm斜槽X62组合夹具或专用工装10锪以基面、结合面和一侧面定位，装夹工件，锪两螺栓座面mm,R11mm,保证尺寸mmX62W11钻钻210mm螺栓孔Z305012扩先扩212mm螺栓孔，再扩213mm深19mm螺栓孔并倒角Z305013铰铰212.2mm螺栓孔Z305014钳用专用螺钉，将连杆体和连杆盖装成连杆组件，其扭力矩为100120N.m15镗粗镗大头孔T6 816倒角大头孔两端倒角X62W17磨精磨大小头两端面，保证大端面厚度为mmM713018镗以基面、一侧面定
21、位，半精镗大头孔，精镗小头孔至图纸尺寸，中心距为mm可调双轴镗19镗精镗大头孔至尺寸T211520称重称量不平衡质量弹簧称21钳按规定值去重量22钻钻连杆体小头油孔6.5mm,10mmZ302523压铜套双面气动压床24挤压铜套孔压床25倒角小头孔两端倒角Z305026镗半精镗、精镗小头铜套孔T211527珩磨珩磨大头孔珩磨机床28检检查各部尺寸及精度29探伤无损探伤及检验硬度30入库连杆的主要加工表面为大、小头孔和两端面，较重要的加工表面为连杆体和盖的结合面及连杆螺栓孔定位面，次要加工表面为轴瓦锁口槽、油孔、大头两侧面及体和盖上的螺栓座面等。连杆的机械加工路线是围绕着主要表面的加工来安排的。
22、连杆的加工路线按连杆的分合可分为三个阶段：第一阶段为连杆体和盖切开之前的加工；第二阶段为连杆体和盖切开后的加工；第三阶段为连杆体和盖合装后的加工。第一阶段的加工主要是为其后续加工准备精基准（端面、小头孔和大头外侧面）；第二阶段主要是加工除精基准以外的其它表面，包括大头孔的粗加工，为合装做准备的螺栓孔和结合面的粗加工，以及轴瓦锁口槽的加工等；第三阶段则主要是最终保证连杆各项技术要求的加工，包括连杆合装后大头孔的半精加工和端面的精加工及大、小头孔的精加工。如果按连杆合装前后来分，合装之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，合装之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工阶段。2.5 连杆的机械加工工
23、艺过程分析2.5.1 工艺过程的安排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
24、后达到零件的技术条件。各主要表面的工序安排如下：（1）两端面：粗铣、精铣、粗磨、精磨（2）小头孔：钻孔、扩孔、铰孔、精镗、压入衬套后再精镗（3）大头孔：扩孔、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗、珩磨一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。2.5.2 定位基准的选择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。具体的办法是，如图2.5所示：在安装工件时，注意将成套编号标记的一面
25、不图2.5连杆的定位方向与夹具的定位元件接触（在设计夹具时亦作相应的考虑）。在精镗小头孔（及精镗小头衬套孔）时，也用小头孔（及衬套孔）作为基面，这时将定位销做成活动的称“假销”。当连杆用小头孔（及衬套孔）定位夹紧后，再从小头孔中抽出假销进行加工。为了不断改善基面的精度，基面的加工与主要表面的加工要适当配合：即在粗加工大、小头孔前，粗磨端面，在精镗大、小头孔前，精磨端面。由于用小头孔和大头孔外侧面作基面，所以这些表面的加工安排得比较早。在小头孔作为定位基面前的加工工序是钻孔、扩孔和铰孔，这些工序对于铰后的孔与端面的垂直度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度。在第一道工序中，工件的各个表面都是
26、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。在粗铣中工件如何定位呢？一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。但是由于毛坯面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后，端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。另一方面是以连
27、杆的大头外形及连杆身的对称面定位。这种定位方法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。2.5.3 确定合理的夹紧方法既然连杆是一个刚性比较差的工件，就应该十分注意夹紧力的大小，作用力的方向及着力点的选择，避免因受夹紧力的作用而产生变形，以影响加工精度。在加工连杆的夹具中，可以看出设计人员注意了夹紧力的作用方向和着力点的选择。在粗铣两端面的夹具中，夹紧力的方向与端面平行，在夹紧力的作用方向上，大头端部与小头端部的刚性高，变形小，既使有一些变形，亦产生在平行于端面的方向上，很少或不会
28、影响端面的平面度。夹紧力通过工件直接作用在定位元件上，可避免工件产生弯曲或扭转变形。在加工大小头孔工序中，主要夹紧力垂直作用于大头端面上，并由定位元件承受，以保证所加工孔的圆度。在精镗大小头孔时，只以大平面（基面）定位，并且只夹紧大头这一端。小头一端以假销定位后，用螺钉在另一侧面夹紧。小头一端不在端面上定位夹紧，避免可能产生的变形。2.5.4 连杆两端面的加工采用粗铣、精铣、粗磨、精磨四道工序，并将精磨工序安排在精加工大、小头孔之前，以便改善基面的平面度，提高孔的加工精度。粗磨在转盘磨床上，使用砂瓦拼成的砂轮端面磨削。这种方法的生产率较高。精磨在M7130型平面磨床上用砂轮的周边磨削，这种办法
29、的生产率低一些，但精度较高。2.5.5 连杆大、小头孔的加工连杆大、小头孔的加工是连杆机械加工的重要工序，它的加工精度对连杆质量有较大的影响。小头孔是定位基面，在用作定位基面之前，它经过了钻、扩、铰三道工序。钻时以小头孔外形定位，这样可以保证加工后的孔与外圆的同轴度误差较小。小头孔在钻、扩、铰后，在金刚镗床上与大头孔同时精镗，达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。由于衬套的内孔与外圆存在同轴度误差，这种定位方法有可能使精镗后的衬套孔与大头孔的中心距超差。大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。表面粗糙度Ra 为0.4m，大头孔的加工方法是在
30、铣开工序后，将连杆与连杆体组合在一起，然后进行精镗大头孔的工序。这样，在铣开以后可能产生的变形，可以在最后精镗工序中得到修正，以保证孔的形状精度。2.5.6 连杆螺栓孔的加工连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。加工时以大头端面、小头孔及大头一侧面定位。为了使两螺栓孔在两个互相垂直方向平行度保持在公差范围内，在扩和铰两个工步中用上下双导向套导向。从而达到所需要的技术要求。粗铣螺栓孔端面采用工件翻身的方法，这样铣夹具没有活动部分，能保证承受较大的铣削力。精铣时，为了保证螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直，使用两工位夹具。连杆在夹具的工位上铣完一个螺栓孔的两端面后，夹具上的定位板带着工件旋转1800 ，
31、铣另一个螺栓孔的两端面。这样，螺栓孔两端面与大头孔端面的垂直度就由夹具保证。2.5.7 连杆体与连杆盖的铣开工序剖分面（亦称结合面）的尺寸精度和位置精度由夹具本身的制造精度及对刀精度来保证。为了保证铣开后的剖分面的平面度不超过规定的公差0.03mm ，并且剖分面与大头孔端面保证一定的垂直度，除夹具本身要保证精度外，锯片的安装精度的影响也很大。如果锯片的端面圆跳动不超过0.02 mm,则铣开的剖分面能达到图纸的要求，否则可能超差。但剖分面本身的平面度、粗糙度对连杆盖、连杆体装配后的结合强度有较大的影响。因此，在剖分面铣开以后再经过磨削加工。2.5.8 大头侧面的加工以基面及小头孔定位，它用一个圆
32、销（小头孔）。装夹工件铣两侧面至尺寸，保证对称（此对称平面为工艺用基准面）。2.6 连杆加工工艺设计应考虑的问题2.6.1工序安排连杆加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（1）连杆的刚度比较低，在外力作用下容易变形；（2）连杆是模锻件，孔的加工余量大，切削时会产生较大的残余内应力。因此在连杆加工工艺中，各主要表面的粗精加工工序一定要分开。2.6.2定位基准精基准：以杆身对称面定位，便于保证对称度的要求，而且采用双面铣，可使部分切削力抵消。统一精基准：以大小头端面，小头孔、大头孔一侧面定位。因为端面的面积大，定位稳定可靠；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。2.6.3夹具使用应具备适应“一
33、面一孔一凸台”的统一精基准。而大小头定位销是一次装夹中镗出，故须考虑“自为基准”情况，这时小头定位销应做成活动的，当连杆定位装夹后，再抽出定位销进行加工。保证螺栓孔与螺栓端面的垂直度。为此，精铣端面时，夹具可考虑重复定位情况，如采用夹具限制7个自由度（其是长圆柱销限制4个，长菱形销限制2个）。长销定位目的就在于保证垂直度。但由于重复定位装御有困难，因此要求夹具制造精度较高，且采取一定措施，一方面长圆柱销削去一边，另一方面设计顶出工件的装置。2.7 切削用量的选择原则正确地选择切削用量，对提高切削效率，保证必要的刀具耐用度和经济性，保证加工质量，具有重要的作用。2.7.1 粗加工时切削用量的选择
34、原则粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，以提高生产效率和降低加工成本。金属切除率可以用下式计算：Zw V.f.ap.1000式中：Zw单位时间内的金属切除量（mm3/s）V切削速度（m/s）f 进给量（mm/r）ap切削深度（mm） 提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。但是，在这三个因素中，影响刀具耐用度最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是：首先考虑选择一个尽可能大的吃刀深度ap,其次选择一个较大的进给量度f，最
35、后确定一个合适的切削速度V.选用较大的ap和f以后，刀具耐用度t 显然也会下降，但要比V对t的影响小得多，只要稍微降低一下V便可以使t回升到规定的合理数值，因此，能使V、f、ap的乘积较大，从而保证较高的金属切除率。此外，增大ap可使走刀次数减少，增大f又有利于断屑。因此，根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是比较有利的。1）切削深度的选择：粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。2）进
36、给量的选择：粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。3）切削速度的选择：粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。2.7.2 精加工时切削用量的选择原则精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切
37、削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率。1）切削深度的选择：精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。2）进给量的选择：精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。3）切削速度的选择：切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。由此可
38、见，精加工时选用较小的吃刀深度ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度V，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。2.8 确定各工序的加工余量、计算工序尺寸及公差2.8.1 确定加工余量 用查表法确定机械加工余量：（1）、平面加工的工序余量（mm） 表2.2平面加工的工序余量单面加工方法单面余量经济精度工序尺寸表面粗糙度毛坯4312.5粗铣1.5IT12()40()12.5精铣0.6IT10()38.8()3.2粗磨0.3IT8()38.2()1.6 精磨0.1IT7()38()0.8 则连杆两端面总的加工余量为：A总= =（A粗铣+A精铣+A粗磨+A精磨
39、）2=（1.5+0.6+0.3+0.1）2=mm（2）、连杆铸造出来的总的厚度为H=38+=mm2.8.2 确定工序尺寸及其公差1）、大头孔各工序尺寸及其公差（铸造出来的大头孔为55 mm）工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度珩磨0.0865.565.50.4精镗0.465.465.40.8半精镗165651.6二次粗镗264646.3一次粗镗2626212.5扩孔560592）、小头孔各工序尺寸及其公差工序名称工序基本余量工序经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗0.21.6铰0.26.4扩912.5钻钻至12.52.9 连杆的检验连杆在机械加工中要进行中间检验
40、，加工完毕后要进行最终检验，检验项目按图纸上的技术要求进行。2.9.1 观察外表缺陷及目测表面粗糙度;用量缸表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。2.9.2 连杆大头孔圆柱度的检验用量缸表，在大头孔内分三个断面测量其内径，每个断面测量两个方向，三个断面测量的最大值与最小值之差的一半即圆柱度。2.9.3 连杆体、连杆上盖对大头孔中心线的对称度的检验图2.6 连杆体对大头孔中心纹对称度的检验采用图2.6所示专用检具（用一平尺安装上百分表）。用结合面为定位基准分别测量连杆体、连杆上盖两个半圆的半径值，其差为对称度误差。2.9.4 连
41、杆大小头孔平行度的检验如图2.7所示,将连杆大小头孔穿入专用心轴，在平台上用等高V形铁支撑连杆大头孔心轴，测量小头孔心轴在最高位置时两端面的差值，其差值的一半即为平行度。图2.7 大小头孔平行度的检验图2.9.5 连杆螺钉孔与结合面垂直度的检验制做专用垂直度检验心轴，其检测心轴直径公差，分三个尺寸段制做，配以不同公差的螺钉，检查其接触面积，一般在90%以上为合格，或配用塞尺检测，塞尺厚度的一半为垂直度公差值。3连杆先进制造工艺3.1 连杆涨断加工技术原理及特点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枰盖的结合面；粗加工及半精加工连杆体、大头孔、小头孔；
42、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3.1图3.1连杆传统加工与涨断加工对比示意图与传统加工方法相比较，涨断加工使裂解的连杆盖、接合面具有完全啮合的交错结构，改善了接
43、台面的结合质量，不需再进行接合面的加工，省去了分离面的拉削与磨削等工序。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，减少了连杆总成的大头孔变形，使连扦承载能力、抗剪能力与装配质量大幅度提高。因此，采用连杆断工艺具有加工工序少、机床设备投资少、设备占地面积小、刀具费用少、节省能源、产品质量高、生产成本低等优点。3.1.1 涨断工艺与传统工艺相比 与传统工艺不传统的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、杆接合面具有完全啮合的犬牙交错结构，以保证接合面精确相接、吻合，无需再
44、进行接合面的加工。同时简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、产品质量高、生产成本低等优点。(1)传统加工工艺流程；粗磨连杆体两侧面拉削连杆体分离面、大小头定位拉连杆体与盖半圆、侧定点、螺栓座面、分离面清洗粗加工连杆小头孔粗、半精、精加工螺栓孔、铣连杆体和盖得锁瓦槽磨分离面压衬套并精整倒角并铣平小头衬套钻油道孔清洗装配两侧面半精、精镗大小头孔珩磨大小头孔清洗终检(2)涨断加工工艺流程；粗磨连杆两侧面精镗大小头孔、半精镗小头孔钻、攻螺栓孔钻油道孔清洗拉裂解槽、裂解、装配、压衬套、精整衬套、倒角精磨两侧面半精镗、精镗大小头孔铰珩大小头孔清洗终检涨断工艺改
45、变了连杆加工的关键生产工序，以整体加工代替分体加工，省去分离面的拉削与磨削等工艺，降低螺栓孔的加工精度要求，从而显著地提高生产效率，降低生产成本，增加经济效益。据国外资料介绍，涨断加工技术的应用，可减少机加工工序60%，节省机床设备投资25%，减少刀具费用35%，节省能源40%，还可减少占地面积、减少废品率等等，其经济效益十分显著。 此外连杆涨断技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆、盖的定位精度、装配质量大幅度提高，对提高发动机生产技术水平具有重要作用。3.1.2 涨断工艺材料 与传统工艺不同，涨断连杆用材料、裂解槽加工和涨断裂解设备、以及定扭矩上螺栓是涨断技术的核心与关键，对连杆的加工质量起
46、决定性作用。 在室温下可实现脆性断裂的连杆材料主要有：粉末锻造、高碳钢、可锻铸铁、球墨铸铁。 粉末锻造是由粉末冶金与锻造相结合形成的一种新材料技术和新型金属成形工艺，粉末锻造连杆产业快速成长的关键因素在于1990年前后研发并得到成功应用的涨断工艺。由于采用这项新工艺，使得粉末锻造连杆具有省料、省工、制造成本低的优点，增强了粉末锻造连杆对锻钢连杆的价格竞争优势。为与粉末锻造连杆竞争，欧洲锻钢连杆生产厂家在二十世纪九十年代末期，开发了在室温下可断裂的高碳钢C70钢。这种高碳钢连杆锻造后直接空冷就可得到所需要的性能，省去了调质热处理工序。锻钢连杆尺寸精度高、组织结构与力学性能好，尤其适用于大负荷、高
47、转速的发动机，以及对连杆具有高疲劳强度和高可靠性要求的场合。 目前，日本、欧洲和北美很多连杆生产企业均开发出适用于涨断加工的锻钢连杆，应用较广泛的锻钢连杆材料主要有C70S6高碳微合金非调质钢、SPUTASC0系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CVFS锻钢等。可用于涨断工艺的连杆材料牌号如表l所示。常用可涨断连杆材料力学性能如表3.1所示。表3.1 可用于涨断工艺的连杆材料牌号表3.2 可涨断连杆材料力学性能表3.2 裂解工艺与核心设备 从工艺流程上可以看出，裂解加工与传统切削加工工艺的根本不同之处，在于裂解加工技术需有三道关键、核心工序：(1)加工大头孔初始断裂源工序；(2)施加径向力裂解
48、与杆、盖精确复位序；(3)定扭矩上螺栓工序。此三道核心工序的自动化生产工艺与装备是实施连杆裂解技术、保障产品质量的基础与前提3.2.1 裂解槽加工 连杆裂解槽加工方法主要有：拉削加工和激光加工。在涨断加工早期应用中。采用了机械拉削工艺加工“V型”裂解槽。日本本田公司也提出了一种采用旋转切刀进行断裂狭槽的机械加工装置。机械拉削“V型”裂解槽的优点是设备投资少、加工成本低，缺点是刀具容易磨损，造成连杆加工质量不稳定。 1995年以来。德国Airing、Mauser公司、美国通用等公司研究开发了先进的激光加工裂解槽技术。德国Mauser公司专利提出一种激光加工裂解槽的方法，如图3.2(a)所示。采用
49、一个激光器，通过分配装置将一束激光束分配到两个聚光器上，两个聚光器头平行布置或交叉900布置，通过聚光器的上下运动同时对两个连杆加工，在大头孔柱面上加工出一系列沿直线排列的圆柱盲孔。瑞士LASAG公司专利提出了相类似的采用超大能量脉冲YAG激光器进行裂解槽加工的方法，如图3.2(b)所示。在这两种激光加工方法中，激光振荡器和应用管嘴不能插入到连杆大头孔内，激光束和孔的内壁面相倾斜。 日本本田公司专利提出一种较新颖的利用激光束加工槽的装置和方法，如图3.2(c)所示，从激光振荡器射出的激光束由安装在管状头部上的聚光透镜所会聚，一对倾斜成一定角度并相对轴线对称的反射镜将会聚射出的激光束分成两束，这
50、两柬激光束分别通过射出孔基本垂直地施加在连杆大头孔内圆柱面上，通过聚光器沿轴线向下移动同时在连杆内圆柱面上加工出两个V型裂解槽。在槽附近的上方设有两个供给辅助气体的气管，将激光束加热所产生的熔渣吹走。 与3.2(a)和3.2(b)相比较，这种加工方法激光会聚好，激光能量损失小，并且可以较精确地控制槽深和形状，但不太适合大头孔直径较小的连杆加工。 由于采用激光切割连杆裂解槽具有切缝窄、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，许多汽车公司倾向采用激光加工裂解槽。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
51、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。(a) 德国Mauser公司 (b) 瑞士LASAG公司 (c)日本本田公司图3.2 三种激光加工裂解槽装置示意图3.2.2 涨断裂解加工设备 归纳起来涨断裂解加工设备主要有以下两类：1)楔形块式其原理是利用液压活塞带动楔形块运动，推动放置在连杆大头孔内的动套，实现连杆裂解。日本YASUNAGA公司专利、日本本田公司专利及德国ALFING公司专利均采用“上压入式”结构对连杆进行裂解加工，如图3.3所示。其特点都是采用一个
52、对称的楔形块压入两块半圆动套中，推动动套实现连杆涨断裂解。日本本田公司专利、丰田公司专利则采用“下拉式”装置对连杆大头孔进行裂解加工的方法。如图3.4所示另外，德国ALFING公司又提出了两种不同结构形式的专利，一种是采用“水平力楔入式”的装置对连杆大头孔进行裂解加工，如图3.5(a)所示。另一种是采用“上拉式”的方法对连杆大头孔进行裂解加工，如图3.5(b)所示，该裂解装置自动化程度很高，通过转台将连杆输送到裂解工位，抬起装置将连杆抬起，大头孔进入裂解轴内，小头孔进入菱形销内。菱形销在滑台带动下移动， 图3.3上压入式连杆涨断加工方法与设备示意图 图3.4下拉式连杆涨断加工方法与设备示意图使
53、大头孔的一侧紧靠在固定的裂解轴面上，弹性压板将连杆压紧，液压缸带动楔形块向上移动，连杆大头孔瞬间被涨断，滑台带动菱形销同时回到原位。使裂开的连杆盖和连杆体迅速对齐，在裂解的同时打开压缩空气吹净裂解面。目前一汽大众汽车有限公司就是采用“上挂式”的方法进行生产加工。图3.5 “水平力楔入式”和“上拉式”连杆涨断加工方法与设备示意图 (2)活塞液压直接推动式把液压油缸及活塞产生的力施加在动套块上。通过活塞运动实现连杆涨断裂解。美国GIDDINGSLEWIS公司专利，德国宝马公司专利均采用“装有液压活塞的裂解块”进行裂解加工，如图7所示。这种方式涨断时所需的裂解力小，分离面质量高。上述两类连杆裂解加工
54、设备都各具特色，都可以通过调整机构和更换关键零件，实现不同中心距、不同大头孔尺寸连杆的涨断裂解加工。在现实生产中，由于楔形块与连杆大头孔内的动、静套及连杆大头孔内表面经常承受较大的冲击力、正压力和摩擦力，使得楔形块和动、静套相互接触的表面产生磨损和挤压变形，涨断时易产生连杆撕裂和爆口缺陷。严重时会造成楔形块的疲劳断裂。3.3 连杆涨断工艺应考虑的问题(1) 毛坯材料及毛坯工艺涨断连杆要求其材料塑性变形小，强度较好、脆性适中、工艺性好。主要采用的材料有：高碳钢、球墨铸铁、可锻铸铁、粉末烧结材料，这几种材质的毛坯，在室温下可实现脆性断裂，连杆大头孔不产生明显塑性变形。(2)涨断面分三区，由断裂源向外依次可分为纤
