【正文】 圖 12 連桿的工作狀態(tài)圖 連桿的 工藝分析 連桿的主 要損壞形式 連桿在工作中，除承受燃?xì)猱a(chǎn)生的壓力外，還要承受縱向和橫向的 慣性力 。它既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 3 應(yīng)力。通常疲勞斷裂的部位是在連桿上的三個(gè)高應(yīng)力區(qū)域。 傳統(tǒng)連桿加工工藝中其材料一般采用 45 鋼、 40Cr 或 40MnB 等 調(diào)質(zhì)鋼 ，但現(xiàn)在國(guó)外所廣泛采用的先進(jìn) 連桿裂解的加工技術(shù)要求其脆性較大，硬度更高，因此，以德國(guó) 汽車 企業(yè)生產(chǎn)的新型連桿材料如 C70S6 高碳微合金 非調(diào)質(zhì)鋼 、 SPLITASCO 系列鍛鋼、 FRACTIM 鍛鋼和 S53CVFS 鍛鋼等 (以上均為德國(guó) din 標(biāo)準(zhǔn) )。所以，在連桿外形、過(guò)度圓角等方面需嚴(yán)格要求，還應(yīng)注意表面加工質(zhì)量以提高疲勞強(qiáng)度，否則高強(qiáng)度合金鋼的應(yīng)用并不能達(dá)到預(yù)期果。近年來(lái)也有采用球墨鑄鐵的。 為了 減少磨損和磨損后便于修理，在連桿小頭孔沖壓入青銅襯套，大頭孔中裝有薄壁金屬軸瓦。連桿在傳遞力的過(guò)程中，承受著很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力。同時(shí)，因其是發(fā)動(dòng)機(jī)重要的運(yùn)動(dòng)部件，故要求很高的重量精度。為了保證與活塞銷的精密裝配間隙，小 頭襯套孔在加工后，以每組間隔為 分組，便于分組裝配 ,保證良好的配合。因同組零件具有互換性，也稱此法為分組互換法。 2．大頭孔鑲有薄壁剖分軸瓦，底孔尺寸公差為 IT6 級(jí)，粗糙度 。 ，滿足氣缸的壓縮比；大小頭孔對(duì)端面的垂直度允差為每 100mm 長(zhǎng)度上不大于 ，減少曲軸頸邊緣的磨損； 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 4 5．兩螺孔（定位孔）的位置精度，在兩個(gè)垂直方向上的平行度為 ～ :100,對(duì)接合面的垂直度為 ～ :100，目的為保證正常承載能力和大頭孔軸瓦與曲軸頸的良好配合； 6．為保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對(duì)于連桿的重量及裝于同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一組連桿重量都有要求 , 連桿組內(nèi)的質(zhì)量差為177。對(duì)連桿大頭重量和小頭重量都分別規(guī)定、涂色分組，供選擇裝配。 表 1 45 鋼、 40Cr 和 45Mn2 化學(xué)成分 表 2 45 鋼、 40Cr 和 45Mn2 力學(xué)性能 文獻(xiàn) 《機(jī)械工程材料成形及應(yīng)用》 中指出： 45 鋼屬于優(yōu)質(zhì)非合金結(jié)構(gòu)鋼（中碳鋼），具有一定的塑性和韌性，較高的強(qiáng)度，切削性能良好。 綜上，此次設(shè)計(jì)連桿材料選用 45 鋼，毛坯尺寸精度要求為 IT11～ IT12 級(jí)?？紤]其生產(chǎn)類型、經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)工藝性，整體鍛造較好。 圖21是某型號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿 二維 組合件圖。在鍛造過(guò)程中，由于金屬塑性變形的結(jié)果，使毛坯金屬獲得較細(xì)的晶粒，同時(shí)能壓合組織內(nèi)部的缺陷，因而提高了金屬的力學(xué)性能和使用中的可靠性，一般可使強(qiáng)度提高 20%、韌性提高一倍左右。與自由鍛相比：模鍛鍛件的尺寸和精度比較 高，機(jī)械加工余量較小，材料利用率高。 材料的可鍛性 可鍛性是指金屬在受到鍛壓后，可改變自己的形狀而又不產(chǎn)生破裂的性能。 45 鋼的含碳量在 ～ 之間，其熱鍛工藝特性：塑性高，變形抗力比較低，鍛造溫度范圍寬。中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 7 連桿的 加工 工藝設(shè)計(jì) 零 件的加工工藝過(guò)程及工藝方案 連桿的尺寸精度、形狀精度和位置精度的要求都很高，但剛度又較差容易產(chǎn)生變形。還有稱重、去重、檢驗(yàn)、清洗和去毛刺等工序。 加工工藝過(guò)程的安排 連桿的加工順序大致如下：粗磨（銑）上下端面 —— 鉆、拉小頭孔 —— 拉大孔兩側(cè)面 —— 切開 —— 磨接合面 —— 配對(duì)加工螺栓孔 —— 裝配合件 —— 精加工合件 ——大小孔光整加工 — — 稱重去重 —— 檢驗(yàn)，標(biāo)記分組 —— 成品入庫(kù) 連桿小頭孔壓入襯套后常以金剛鏜孔作為最后精加工工序，大頭孔常以珩磨作為底孔的最后精加工工序。這些表面在加工過(guò)程中不斷地轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)，由粗到精，逐步形成。 連桿加工中精基準(zhǔn)的選擇，要保證其對(duì)稱性和 孔的壁厚均勻。 連桿的檢驗(yàn) 桿加工工序長(zhǎng)，中間又插入質(zhì)檢處理工序，因而需經(jīng)多次中間檢驗(yàn)、最終檢驗(yàn)項(xiàng)目和其它零件一樣，包括尺寸精度，形狀精度和位置精度以及表面粗糙度的檢驗(yàn)，只不過(guò)連桿某些要求較高而已。如大頭孔軸心線在兩個(gè)相互垂直方向上的平行度，可采用圖 31所示的方法進(jìn)行。將連桿置于直立位置時(shí)中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 9 （ a） ,在小頭孔心軸上距離為 100mm 處測(cè)量高度的讀數(shù)差，即為大小頭孔在連桿軸心線方向的平行度誤差值；工件置于水平位置時(shí)（ b）同樣方法測(cè)出來(lái)的讀數(shù)差值，即為大小孔在垂直連桿軸心線方向的平行度誤差值。 圖 31 連桿大小頭孔在兩個(gè)相互垂直方向平行度的檢驗(yàn) 加工設(shè)備及工藝裝備的選擇 機(jī)床設(shè)備與工藝裝備是零件加工的物質(zhì)基礎(chǔ)，是加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要保障?？偟脑瓌t是根據(jù)零件的生產(chǎn)類型與加工要求，使所選擇的加工設(shè)備及工藝裝備既能保證加工質(zhì)量，又經(jīng)濟(jì)合理。 文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》中指出： 組合機(jī)床是按系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化原則設(shè)計(jì)的通用部件，以及按被加工工件形狀和加工工藝要求而設(shè)計(jì)的專用部件所組成的高效專用機(jī)床。 加工連桿 連桿兩端面的加工 如果毛坯精度高，可以不經(jīng)粗銑而直接粗磨。粗磨和精磨應(yīng)在不同的機(jī)床上進(jìn)行。磨床上有兩根主軸，分別裝有高速旋轉(zhuǎn)的砂輪 1和 2，砂輪 2 比砂輪 1略低一些，可分別調(diào)整磨削深度，磨削連桿的不同端面。 圖 32 磨削連桿兩端面示意圖 連桿大、小頭孔的加工 大小頭孔加工既要保證本身的精度、表面粗糙度要求，還要保證相互位置和孔與端面垂直度要求。鉆孔用外圓定位、心夾具，以保證壁厚均勻。如工藝路線方案中：工序 26 加工過(guò)程中定位加緊方式為鏜孔前大頭孔以內(nèi)漲心軸定位，小孔插入菱形假銷 ，并使端面緊貼支承面后將工件夾緊。大頭孔經(jīng)切開后，這時(shí)連桿體和連桿蓋的圓弧均不成半圓，故在工藝路線方案中：工序 7精拉連桿體和連桿蓋的側(cè)面及接口面時(shí)，同時(shí)拉出圓弧面。 螺栓孔的加工 對(duì)于整體鍛造的連桿，螺栓孔的加工是在切開后，接合面經(jīng)精加工后進(jìn)行的。因其精度要求較高，一般需要經(jīng)鉆 —— 擴(kuò) ——鏜 —— 鉸等加工工序。中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 11 確定 機(jī)械加工余量、切削用量、工序尺寸及毛坯尺寸 加工余量是指加工過(guò)程中的加工表面切去的材料層厚度，主要分為工序余量和加工總余量?jī)煞N。 切削用量是切削加工過(guò)程中切削速度、進(jìn)給量和切削深度的總稱。在選擇切削量時(shí) ，應(yīng)考慮的側(cè)重點(diǎn)不同：粗加工時(shí)，應(yīng)盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般選用盡可能大的切削深度和進(jìn)給量。 工件從毛坯加工至成品的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)多道工序，每道工序都將得到相應(yīng)的工序尺寸。制定合理的工序尺寸及其公差是確保加工工藝規(guī)程、 加工精度和加工質(zhì)量的重要內(nèi)容。由于產(chǎn)品的形狀結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)的變截面非圓形桿件，生產(chǎn)類型是大批量生產(chǎn)，所以毛坯選用模鍛整體鍛造成形。故取 CT為 IT11 級(jí)。 現(xiàn)將調(diào)整后的毛坯主要尺寸及公差如表 3所示： 表 3 連桿 毛坯 主要尺寸 及公差（ mm） 中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目 12 粗磨連桿大小兩端面 該 工序選用雙軸立式平面磨床對(duì)連桿大小兩端面進(jìn)行粗磨。磨第一面至尺寸 39+0 +，磨第二面至尺寸 +0 ，表面粗糙度到 。 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 3355， 取平面磨削砂輪速度為 vs =20 sm ； 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 3358， 選取工作臺(tái)縱向進(jìn)給量 fa =2 stmm ，磨削深度 ap = dstmm 。在加工過(guò)程中鉆孔用外 圓定心夾具，保證小頭孔壁厚均勻，孔經(jīng)倒棱后在立式拉床上拉孔。 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 2810， 取鉆孔時(shí)的進(jìn)給量 fa = rmm ；鉆削深度 ap = ； 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 3201，可得拉削時(shí)切削厚度為 ，拉削深度 vc=5 minm ； 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 2813， 取鉆孔時(shí)的切削速度 vc=,20 minm ； 由此計(jì)算出轉(zhuǎn)速為： n=d 1000?Vc= 202000?? =225 minr 按鉆床的實(shí)際轉(zhuǎn)速取： n=275 minr ,則實(shí)際切削速度為： vc=24 minm 。 切斷整體鍛件 該工序選用雙面臥式組合銑床對(duì)整體鍛件進(jìn)行切斷加工，加工過(guò)程中由大頭側(cè)面定位基準(zhǔn)，選用高速鋼鋸片切斷刀加工工件。 拉削： 工序尺寸及公差為 —— 大頭兩側(cè)寬 1080 ；兩孔 中心距 + mm；連桿蓋高度 + mm；兩圓弧面 Φ +0 1 mm。 連桿體：窩座尺寸Φ 25mm 。 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 2834， 取锪孔加工的切削用 量為 :進(jìn)給量fa= rmm ； 切削速度為： vc=24 minm ； 由此可計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速： n = = =306 minr 精加工螺栓孔 該工序采用五工位組合機(jī)床對(duì)連桿體和連桿蓋的螺栓孔進(jìn)行精加工，選用Φ 、Φ 、Φ 13的 高速鋼鉆頭， YT30 鏜刀，Φ H7mm 的機(jī)用鉸刀對(duì)尺寸要求不同的孔進(jìn)行加工： 第一工位：將連桿體和連桿蓋在夾具中定位并夾緊 (標(biāo)記向上 )放在工作臺(tái)指定位置； 第二工位：擴(kuò)連桿蓋上螺栓孔Φ 深度 19mm ； 第三工位：階梯擴(kuò)連桿體和連桿蓋的螺栓孔，尺寸分別為Φ 13mm 深度 19mm；Φ ； 第四工位：鏜連桿體和連桿蓋的螺栓孔Φ 12H10 mm； 第五工位：鉸連桿體和連桿蓋的螺栓孔Φ mm。 由此可計(jì)算出主軸轉(zhuǎn)速 n=477 minr ，可取機(jī)床實(shí)際主軸轉(zhuǎn)速 n=530 minr ?？色@得較高的尺寸精度（ ～ ）和很 高的表面質(zhì)量（表面粗糙度一般為 Ra=～ ）。 加工中應(yīng)保證孔間距及孔徑的尺寸公差，孔內(nèi)表面質(zhì)量。 兩孔中心距： 190 ? mm。 由文獻(xiàn) 《機(jī)械加工工藝師手冊(cè)》 表 2915，取鏜孔時(shí) 的切削用量為：鏜刀進(jìn)給量為 mm/r；鏜削深度為 。 由以上數(shù)據(jù)可利用公式計(jì)算出鏜削時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速 n=778r/min。 精鏜小頭青銅襯套孔 該工序采用金剛鏜床對(duì)連桿小頭青銅襯套孔進(jìn)行精鏜加工，以大頭孔中心軸定位，保證兩孔中心間距，小頭青銅套孔的最終尺寸公差為： Φ 28+ mm， 表面粗糙度 Ra=。 經(jīng)尺寸計(jì)算可知，鏜孔時(shí)的加工余量為 。 切削速度為： vc=120 minm 。實(shí)際生產(chǎn)中參照機(jī)車主軸轉(zhuǎn)速具體設(shè)定。目前國(guó)內(nèi)有上百家鍛造廠擁有連桿生產(chǎn)線，專業(yè)連桿廠也有幾十家，如廣東四會(huì)、吉林白城、山東博山等。連桿屬于大批量需求產(chǎn)品，因此，一些專業(yè)的連桿生產(chǎn)線生產(chǎn)率極高，達(dá)到 300件 /天。 材質(zhì)主要有： 1）調(diào)質(zhì)鋼，如 42CrMo、 35CrMo、 4等； 2）非調(diào)質(zhì)鋼，如 C70S6（一種裂解材料）等； 3）鋁合金材質(zhì)； 4）粉末冶金材質(zhì)等。 其中絕大多數(shù)廠家是以壓力機(jī)成型為主，其工藝流程主要有以