论文部分内容阅读
摘要：连杆作为汽车发动机的主要传力部件之一，必须能承受很大的载荷，同时具有很高的疲劳强度，其制造加工过程除了在使用材料上要下功夫以外，还要在加工方法以及热处理上达到理想的要求。为加深对连杆制造工艺过程的理解，简要说明连杆零件加工制造过程，本文就连杆作用及结构特点展开，概述了连杆加工工艺中连杆材料的选择、毛胚制造方法及其加工工艺规程规划。
关键词：连杆;连杆小头;连杆大头;毛胚制造;加工工艺过程规划
正文：
一、连杆的功用及其组成
连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其功用主要有两点：一是实现运动的转换;二是实现能量的传递。连杆的一端通过活塞销把活塞和连杆小头孔连接，另一端连杆大头孔和曲轴连杆轴颈相连。连杆由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。
二、连杆结构特点[1]
连杆小头与活塞销有相对转动，小头孔中一般压入巴氏合金衬套或青铜衬套，提高耐磨性。衬套与小头孔的配合一般为过盈配合。由于采用过盈配合就需要采用外力，如压装进行衬套安装。在小头和衬套上钻出集油孔，衬套上有集油槽，用来收集发动机运动旋转时飞溅上来的机油，以便润滑。有的连杆小头采用压力润滑，有一纵贯杆身的油道与小端衬套上的小孔相连。
连杆大头和曲轴连杆轴径相连并且也有相对高速运动，因此需要在连杆大头孔中安装轴瓦，提高耐磨性。为便于安装，轴瓦不是一个整体，而是分为两半，一片为上瓦、一片为下瓦。两个瓦片在独立的生产线上进行加工。加工完后，在发动机连杆分装线上进行装配。为了便于正确在大头孔中安装轴瓦，需要在大头孔上铣一个瓦槽对轴瓦进行定位。
连杆杆身不需要加工，直接由毛坯锻造而成，一般采用工字形断面，以便在刚度和强度足够的前提下减小质量。对于一些用于汽油发动机中小型连杆杆身中有一个贯通连杆大头孔和小头孔的长油孔，这个油孔的作用是：进入连杆大头孔的润滑液可以通过这个杆身上的油孔进入到连杆小头，从而实现对小头孔的润滑。而连杆大头孔的润滑液来自曲轴连杆轴径上的油孔。曲轴连杆轴径上的油孔又与曲轴主轴颈上的油孔相连。曲轴主轴颈上的油孔又与发动机缸体曲轴支撑座相连，最终与发动机缸体的润滑系统连接。
三、连杆加工材料
工业上连杆的材料一般有以下三类传统材料：
①碳素调质钢：通过调质来满足材料的力学性能，调质硬度达到220—260HBS，主要用于小功率发动机连杆，如45、55钢调质。
②合金调质钢：加入铬、锰、钼、硼元素，调质硬度增加可达到300HBS，主要用于大功率发动机连杆。如40Mn、40Mn2S、40MnB等。
③非调质合金钢：加入钒、钛、铌微合金元素，通过一定的过程控制，不经过调质，力学性能即可满足要求，锻造成本较低等。如：35MnVS、48MnV等。
四、连杆毛胚制造
目前连杆毛坯主要的制造方法有铸造、模锻和粉末冶金。
连杆对力学要求很高，其毛胚一般所以采用的制造方法是模锻。模锻是指在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工藝。模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件;适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。模锻连杆性能可靠，检验手段比较简单。
铸造连杆材料多为珠光体可锻铸铁。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。[2]
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400g，材料为SintF30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50%以上。[3]
五、连杆加工工艺过程规划
1.连杆加工部位规划
①连杆上下端面，连杆小头两个斜面加工，该端面是连杆加工的一个重要的定位基准面。
②连杆大小头侧外型面加工，包括：大头7个侧外形面，小头5个侧外形面，其中大头7个外形面包括：4个螺栓螺母窝座面，一个去重凸台面（用于当零件铸造重量超重时在此处去重），两个侧外型面。螺栓螺母窝座面是螺栓螺母安装面。去重凸台面用于连杆去重。小头5个外形面包括2个油孔面，用于油孔加工，是油孔的预加工面。
③大小头孔加工，包括大头孔底孔加工、小头孔底孔加工、小头衬套孔加工。
④对口面加工。由于对口面是平切口，因此加工比较简单。
⑤螺栓孔加工。
⑥瓦槽和油孔的加工。
2. 连杆加工工艺过程安排[4]
连杆的加工工艺过程安排遵循先面后孔，先基准后其它，基准统一原则。根据连杆零件设计图及产品特点，连杆加工一般先加工两端面，然后以大小头孔和端面为基准拉削侧外形。加工完毕后主要采用端面和外形六点定位法（即端面3个自由度，大小头三个侧面3个自由度）加工大小头孔。在小头孔加工后采用连杆底面、小头孔、大头一侧面定位加工其它部位。大小头孔同时加工，以保证大小头孔中心距精度。先加工对口面，再加工螺栓孔。
参考文献：
[1]漫天飞舞.发动机基本知识（八）[OL].新浪博客，2008-02-24.
[2]阎洪涛.发动机连杆裂解工艺参数确定及数值模拟[D].燕山大学，2006-03-01.
[3]邓玉萍.楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料的数值模拟分析[D].广西大学 2016-06-01.
[4]冯之敬.制造工程与技术原理第3版[M].北京：清华大学出版社，2019.
关键词：连杆;连杆小头;连杆大头;毛胚制造;加工工艺过程规划
正文：
一、连杆的功用及其组成
连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其功用主要有两点：一是实现运动的转换;二是实现能量的传递。连杆的一端通过活塞销把活塞和连杆小头孔连接，另一端连杆大头孔和曲轴连杆轴颈相连。连杆由连杆小头、杆身和连杆大头三部分组成。
二、连杆结构特点[1]
连杆小头与活塞销有相对转动，小头孔中一般压入巴氏合金衬套或青铜衬套，提高耐磨性。衬套与小头孔的配合一般为过盈配合。由于采用过盈配合就需要采用外力，如压装进行衬套安装。在小头和衬套上钻出集油孔，衬套上有集油槽，用来收集发动机运动旋转时飞溅上来的机油，以便润滑。有的连杆小头采用压力润滑，有一纵贯杆身的油道与小端衬套上的小孔相连。
连杆大头和曲轴连杆轴径相连并且也有相对高速运动，因此需要在连杆大头孔中安装轴瓦，提高耐磨性。为便于安装，轴瓦不是一个整体，而是分为两半，一片为上瓦、一片为下瓦。两个瓦片在独立的生产线上进行加工。加工完后，在发动机连杆分装线上进行装配。为了便于正确在大头孔中安装轴瓦，需要在大头孔上铣一个瓦槽对轴瓦进行定位。
连杆杆身不需要加工，直接由毛坯锻造而成，一般采用工字形断面，以便在刚度和强度足够的前提下减小质量。对于一些用于汽油发动机中小型连杆杆身中有一个贯通连杆大头孔和小头孔的长油孔，这个油孔的作用是：进入连杆大头孔的润滑液可以通过这个杆身上的油孔进入到连杆小头，从而实现对小头孔的润滑。而连杆大头孔的润滑液来自曲轴连杆轴径上的油孔。曲轴连杆轴径上的油孔又与曲轴主轴颈上的油孔相连。曲轴主轴颈上的油孔又与发动机缸体曲轴支撑座相连，最终与发动机缸体的润滑系统连接。
三、连杆加工材料
工业上连杆的材料一般有以下三类传统材料：
①碳素调质钢：通过调质来满足材料的力学性能，调质硬度达到220—260HBS，主要用于小功率发动机连杆，如45、55钢调质。
②合金调质钢：加入铬、锰、钼、硼元素，调质硬度增加可达到300HBS，主要用于大功率发动机连杆。如40Mn、40Mn2S、40MnB等。
③非调质合金钢：加入钒、钛、铌微合金元素，通过一定的过程控制，不经过调质，力学性能即可满足要求，锻造成本较低等。如：35MnVS、48MnV等。
四、连杆毛胚制造
目前连杆毛坯主要的制造方法有铸造、模锻和粉末冶金。
连杆对力学要求很高，其毛胚一般所以采用的制造方法是模锻。模锻是指在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工藝。模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件;适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。模锻连杆性能可靠，检验手段比较简单。
铸造连杆材料多为珠光体可锻铸铁。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。[2]
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400g，材料为SintF30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50%以上。[3]
五、连杆加工工艺过程规划
1.连杆加工部位规划
①连杆上下端面，连杆小头两个斜面加工，该端面是连杆加工的一个重要的定位基准面。
②连杆大小头侧外型面加工，包括：大头7个侧外形面，小头5个侧外形面，其中大头7个外形面包括：4个螺栓螺母窝座面，一个去重凸台面（用于当零件铸造重量超重时在此处去重），两个侧外型面。螺栓螺母窝座面是螺栓螺母安装面。去重凸台面用于连杆去重。小头5个外形面包括2个油孔面，用于油孔加工，是油孔的预加工面。
③大小头孔加工，包括大头孔底孔加工、小头孔底孔加工、小头衬套孔加工。
④对口面加工。由于对口面是平切口，因此加工比较简单。
⑤螺栓孔加工。
⑥瓦槽和油孔的加工。
2. 连杆加工工艺过程安排[4]
连杆的加工工艺过程安排遵循先面后孔，先基准后其它，基准统一原则。根据连杆零件设计图及产品特点，连杆加工一般先加工两端面，然后以大小头孔和端面为基准拉削侧外形。加工完毕后主要采用端面和外形六点定位法（即端面3个自由度，大小头三个侧面3个自由度）加工大小头孔。在小头孔加工后采用连杆底面、小头孔、大头一侧面定位加工其它部位。大小头孔同时加工，以保证大小头孔中心距精度。先加工对口面，再加工螺栓孔。
参考文献：
[1]漫天飞舞.发动机基本知识（八）[OL].新浪博客，2008-02-24.
[2]阎洪涛.发动机连杆裂解工艺参数确定及数值模拟[D].燕山大学，2006-03-01.
[3]邓玉萍.楔横轧多楔成形铝合金连杆坯料的数值模拟分析[D].广西大学 2016-06-01.
[4]冯之敬.制造工程与技术原理第3版[M].北京：清华大学出版社，2019.