【文章內(nèi)容簡介】 如圖 ），從零件圖的分析可以知道，零件的表面大都由一系列的規(guī)則的直線和圓弧組成，因此選擇通用的加工方法即可。為了減少連桿的慣性力，要求連桿的質(zhì)量要盡可能的輕，所以連桿采用“工字形”截面，以便保證有較高的強度和剛度，又能夠減輕連桿的質(zhì)量。各部分的精度都要求比較高,在加工大、小頭孔時，都有圓柱度和互相的平行度要求，加工時必須加以注意。兩端面的加工有垂直度的要求，加工過程中可考慮設(shè)計專用夾具來適合加工需要。加工時根據(jù)尺寸精度選擇合理的機床設(shè)備型號。 零件加工表面及其加工要求零件主要尺寸及精度要求如圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院12 圖 Φ65（未裝軸瓦）大頭孔上要裝軸瓦，通過瓦與曲軸配合，配合間隙為 ～，為了保證良好的配合精度，減少沖擊力的影響，大頭孔的加工精度為 IT6，圓柱度為 ，表面粗糙度 Ra 為 。 Φ28（未裝銅套） 小頭孔是與活塞銷配合的表面，加工尺寸精度要求為 IT5，圓柱度誤差為 、表面粗糙度 。小頭孔與活塞銷的配合精度要求較高，如果配合間隙過小，會影響連桿與活塞銷之間的運動傳力效果，如果配合間隙過大，又會晃動，使得發(fā)動機在運行過程中發(fā)出敲擊聲，考慮到工作后的磨損量 ，因此，安裝時必須保證連桿小頭孔與活塞銷之間的配合間隙為 ～。 大、小頭孔兩端面與曲軸軸承座端面配合，其精度影響到安裝和磨損，端面厚度公差為 ，它與孔的垂直度誤差為 。厚度尺寸為 33mm04.? 大、小頭孔的中心距影響到發(fā)動機的壓縮比，即發(fā)動機的工作效率，河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院13所以規(guī)定了較高的要求，中心距為 190+，大、小頭孔的中心線的平行度誤差會使活塞在汽缸中傾斜，造成汽缸壁磨損不均勻，同時使曲軸的連桿頸產(chǎn)生邊緣磨損，縮短發(fā)動機的使用壽命，所以規(guī)定平行度公差為。大、小頭孔中心線的扭曲對不均勻磨損的影響較小，一般規(guī)定扭曲度不大于 。這兩項技術(shù)要求，對于結(jié)構(gòu)剛性較差的連桿來說，加工可能有些困難，但是為了保證發(fā)動機的使用壽命，必須達到這些要求，加工中應(yīng)特別注意。連桿在工作過程中，受到急劇的動載荷的作用，這一作用又傳遞到連桿和蓋的兩個連接螺母上。因此，除了對螺栓及螺母提出較高的技術(shù)要求外，對螺栓孔及兩螺栓孔端面也有一定的要求，兩螺栓孔在互相垂直的方向的平行度公差 ，兩螺栓孔與結(jié)合面的垂直度 ，兩螺栓孔的尺寸公差為 。 零件材料的選擇 考慮到在該工藝方案中采用脹斷工藝，那么選擇材料也是很重要的。在過去其發(fā)動機連桿多采用中碳鋼或者中碳合金鋼，經(jīng)過淬火和高溫回火處理，處理后一般硬度在 HBS288～HBS269 與生產(chǎn)，在鍛造后空冷，通過析出強化得到與淬火高溫回火一樣的力學(xué)性能，省去了淬火和高溫回火，從而降低了成本。后來為了減少機加工，更進一步降低成本，于是開發(fā)了用粉末冶金的方法來制造連桿，大大減少了機加工。而且粉末冶金連桿的質(zhì)量公差小，更適合用于發(fā)動機連桿是的制造。美國就廣泛的運用粉末冶金的方法來生產(chǎn)連桿。在 20 世紀 90 年代中葉，鋼廠與汽車廠合作開發(fā)了裂解連桿用鋼，實際上它是一種含 %左右的高碳鋼。能用于脹斷連桿的主要材料為粉末燒結(jié)材料、高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵，其中C70S6 高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼和粉末燒結(jié)材料應(yīng)用最廣。那么在這種情況之下該如何來選擇材料呢？在粉末冶金和C70S6之間做出一個選擇。河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院14據(jù)相關(guān)資料報道，我國粉末冶金行業(yè)與國外相比有如下差距：（1）產(chǎn)品水平低 在產(chǎn)品精度方面，少數(shù)企業(yè)尺寸精度可達IT7—8級，形位公差可達8—9級，與國外水平相比低1—2級，但一般企業(yè)約相差2—3級。在產(chǎn)品質(zhì)量方面，最大的問題是質(zhì)量不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品內(nèi)在重量和外觀質(zhì)量均有較大的差距。而且高檔粉末冶金零件國內(nèi)還沒有辦法生產(chǎn)出來，即使生產(chǎn)出來，也是質(zhì)量很差，所以很多高檔的粉末冶金零件還需要進口。（2）工藝裝備落后在粉末冶金設(shè)備方面，主要是通過企業(yè)引進，購置國外粉末成形壓機、燒結(jié)爐、模具加工和測試設(shè)備及消化吸收、改造設(shè)備的使用來提高產(chǎn)品質(zhì)量。粉末冶金行業(yè)除少數(shù)企業(yè)引進了國外先進的專用壓機外，大多數(shù)企業(yè)仍采用通用壓機、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定，由于壓機功能少，不能生產(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，后續(xù)加工量較大。在燒結(jié)爐方面也如此，多數(shù)企業(yè)仍采用性能較差的設(shè)備、能耗大、效率低、爐溫均勻性差，質(zhì)量不穩(wěn)定。目前，國內(nèi)雖有少數(shù)設(shè)備制造企業(yè)在生產(chǎn)粉末冶金專用設(shè)備，但在性能及質(zhì)量可靠性上與國外先進設(shè)備相比仍有較大差距，還不能完全滿足企業(yè)的要求。另外，模具、模架的設(shè)計制造力量較弱，目前國內(nèi)還沒有形成一個專業(yè)生產(chǎn)粉末冶金模具、模架的企業(yè)，這導(dǎo)致粉末冶金新產(chǎn)品開發(fā)速度較慢，不能滿足需要。（3）買方市場下的產(chǎn)需矛盾 受粉末冶金企業(yè)技術(shù)、設(shè)備及規(guī)模等諸方面的影響，目前的情況是，低檔產(chǎn)品多、生產(chǎn)過剩、市場競爭激烈，紛紛降低促銷，嚴重影響整個行業(yè)的經(jīng)濟效益，而高檔產(chǎn)品上不去雖有市場，能夠勝任的廠家太少，市場供不應(yīng)求，不能滿足主機配套要求。 （4）科研跟不上產(chǎn)品發(fā)展需要 粉末冶金制品技術(shù)含量高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品。大量的共性技術(shù)和新材料、新產(chǎn)品需要進行試驗。如模具、模架的設(shè)計與制造、高性能、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成形工藝、后續(xù)處理工藝、粉末熱鍛、溫壓、注射成形等工藝的研究等。由于企業(yè)技術(shù)力量薄弱及忙于應(yīng)付日常生產(chǎn)、經(jīng)營等工作，無力研究，而研究單位科研經(jīng)費緊張，自顧尚有問題，這種局面嚴重影響著粉末冶金技術(shù)的提高與發(fā)展。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院15（5）出口產(chǎn)品創(chuàng)匯方面 粉末冶金制品企業(yè)主要為國內(nèi)主機配套，能夠出口創(chuàng)匯的企業(yè)較少。（6）企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟效益與國外同類企業(yè)相比差距較大 與粉末冶金連桿相比，C70S6 鋼在成本和使用性能上都具有一定優(yōu)越性，首先鍛造后空冷不需要熱處理，脹斷后連桿與連桿蓋接觸面不無需機械加工，省去了機械加工費用，裝配后連桿體與連桿蓋的裂解面能緊密地接觸并相互鎖定，使其不產(chǎn)生錯位和移動，提高了與曲軸零件的配合，同時也提高了曲軸的剛度，大大地改善了發(fā)動機的性能。減輕連桿的重量一直都是連桿制造上討論的一個主題，如果采用粉末冶金技術(shù)，在不改變連桿形狀結(jié)構(gòu)的前提之下會導(dǎo)致連桿的重量增加15%～30%，這樣使得連桿得重量有了很大的增加，那么發(fā)動機的重量也會在一定程度的增加，會影響其使用性能。如果用粉末冶金制造連桿，就必須重新設(shè)計連桿的形狀結(jié)構(gòu)，以減輕連桿的重量。綜上所述，考慮了各種因素，并經(jīng)過組內(nèi)成員的共同討論，最后決定采用C70S6鋼作為本次設(shè)計中連桿的材料。 C70S6 鋼的成分和力學(xué)性能C70S6 材料中主要各化學(xué)成分質(zhì)量百分比分別為：C為0. 72 % ，Mn 為0. 5 % ，S為0. 06 % ， P為0. 009 % ，V為0. 04 %；其金相組織為珠光體加斷續(xù)的鐵素體，抗拉強度為：900MPa～1 050 MPa，屈服極限為520 MPa，最大延伸率為10 %。其中 Mn作為強化項而存在，用以提高材料的強度。脹斷工藝要求連桿裂解后的塑性變形最小，又要保證材料有良好的可切削加工性能。C70S6為高碳鋼，含 C量提高后，便增加了鋼材的淬透性能，假如保持含Mn 量不變，連桿鍛造空冷后硬度會提高，而且金相組織中可能會出現(xiàn)貝氏體，惡化可切削加工性能，須通過適當途徑降低含Mn量。為了改善可切削加工性，提高了含S量，鋼中的Mn和S的親和力大于Fe和S的親和力，優(yōu)先形成MnS ，從而降低鋼的塑性，防止金相組織中可能會出現(xiàn)的貝氏體；另外FeS 會引起鋼的 “熱脆” ，促進了裂解時的斷裂。Mn 和S結(jié)合時含Mn量又不能過低，至少要高于S三 倍的含量。河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院16C70S6材料的力學(xué)性能:極限抗拉強度/MPa屈服強度/MPa伸長率（% ）壓縮屈服強度/MPa剪切強度/MPa990 580 14 610 655 毛坯的制造方法 由于連桿在發(fā)動機工作中要承受交變載荷以及沖擊性載荷，一次應(yīng)選用鍛造，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證連桿可靠地工作。而且該零件的年產(chǎn)量是6000，已經(jīng)達到了大量生產(chǎn)的水平，要求其生產(chǎn)率比較高，零件尺寸不是很大，再者為了保證它的尺寸精度、加工精度，故選擇模鍛。脹斷工藝要求連桿鍛件在脹斷過程之中不能有過大的塑性變形，因此模鍛連桿性能的合格就是保證連桿達到理想的脆性斷裂的因素。用于脹斷工藝的C70S6系列高碳非調(diào)質(zhì)鋼，它的成分特點是低硅，低錳及添加了微量合金元素釩和易切削的S元素，范圍窄，純度高。 工藝規(guī)程的定制 定位基準的分析連桿工藝的基準選擇連桿件外形復(fù)雜而剛性較差,它的技術(shù)要求又很高,故恰當?shù)剡x擇機械加工中的定位基準是能否保證連桿技術(shù)要求的重要問題之一。 選用連桿的端面和小頭孔作為定位基準,不僅便于在加工中實現(xiàn)基準統(tǒng)一,更重要的是使連桿的重要技術(shù)要求中加工過程中實現(xiàn)基準重合,以減小定位誤差。 對于一些要求高或加工中不易保證的技術(shù)要求,在精加工時也可以采用自為基準的原則進行加工,或采用互為基準的原則進行加工,或由機床精度直接保證。在制造連桿毛坯時,在桿身一側(cè)作出定位標記, 在對大小頭端面進行粗加工時,選取沒有凸起標記的一側(cè)為粗基準來加工。緊接著以已加工過的端面為河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院17基準來加工第二個端面。顯然,第一個端面的精度(如平面度)要比第二個端面高,在以后的加工中,當然用第一個端面做精基準為好。加工連桿時要保證小頭孔的壁厚均勻,所以在拉小頭孔時,選大、小頭孔的兩個端面作為基準。 在加工中，先加工出大、小頭孔兩端面，可以為后續(xù)的精加工做好準備，既滿足加工要求，方便加工，又符合統(tǒng)一基準選擇的要求，提高了加工精度。 加工工藝路線的擬定脹斷連桿工藝現(xiàn)有的模鍛工藝主要有以下三種：（1）輥鍛（楔橫軋）制坯——熱模鍛生產(chǎn)線 工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預(yù)鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。 設(shè)備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應(yīng)加熱爐（300KW)→輥鍛機（Φ460型）→熱模鍛壓力機（25000KN）→閉式單點壓力機→BY控冷設(shè)備→噴丸機→探傷機→精壓機 該生產(chǎn)線比較先進，以載貨車連桿為主導(dǎo)產(chǎn)品，其采用了中頻感應(yīng)加熱，輥鍛或楔模軋制坯，在國內(nèi)被廣泛采用。這種生產(chǎn)線便于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，具有噪聲小，勞動環(huán)境好等優(yōu)點?？缮a(chǎn)各種類型的發(fā)動機連桿。（2)輥鍛（楔橫軋）制坯——錘上模鍛生產(chǎn)線 工藝：下料→加熱→輥鍛→成型（預(yù)鍛，終鍛）→切邊沖孔→熱校正→BY處理→噴丸處理→探傷處理→精壓處理。 設(shè)備配置：下料機（帶鋸機或棒料剪切機床）→中頻感應(yīng)加熱爐（300KW）→ 輥鍛機（Φ370型）→液壓精鍛錘（25～50KJ）→開式壓力機（1000KN）→BY控冷設(shè)備→拋丸機（600～1200kg/h)→熒光探傷機600WE型）→電動螺旋壓力機（400KW） 該生產(chǎn)線主要轎車連桿為主，鍛件厚度公差基本在177。，錯差在，切邊模具沒有氮氣缸，可使模鍛件定位后再切邊，切邊變性很小，精壓尺寸精度可以控制在177。（3）輥鍛制坯——摩擦壓力機模鍛（高能螺旋壓力機）生產(chǎn)線河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院18 工藝：下料→加熱→輥鍛→預(yù)鍛→終鍛→切邊沖壓→熱校正→BY處理→拋丸處理→探傷處理→精壓處理。 設(shè)備配置：下料機（帶鋸機）→中頻感應(yīng)加熱爐（250W)→輥鍛機（Φ460型）→摩擦壓力機（630t）→摩擦壓力機（1000t）→閉式單點壓力機（250t）→摩擦壓力機。 該生產(chǎn)線以柴油機連桿為主，在摩擦壓力機上進行預(yù)鍛、終鍛、熱校正，其工藝過程較為穩(wěn)定，生產(chǎn)效率也比較高，適合中小型企業(yè)。根據(jù)所生產(chǎn)的連桿類型和實際情況，故選擇第二種模鍛方式，即輥鍛（楔橫軋）制坯——錘上模鍛生產(chǎn)線用于脹斷連桿制造的模鍛過程中應(yīng)注意以下幾個問題：，其中加熱溫度較高（1220～1290176。C） ，需注意生產(chǎn)節(jié)拍的控制，保證熱校正和去毛刺的溫度不低于950176。C 。，以保證鍛件力學(xué)性能和纖維組織符合工藝要求。屈服強度不低于550MPa,斷裂拉伸率不低于 10%，斷裂收縮率不低于20%。該工序直接影響著脹斷連桿的斷裂效果，所以應(yīng)該注意?！?10HBS ，冷校正的零件其硬度檢驗前應(yīng)去掉表面硬化層。，組織為珠光體＋鐵素體組織