連桿的機械加工工藝規(guī)程

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1、下面以CA6102發(fā)動機為例，對其連桿和曲軸的加工工藝及發(fā)動機總成進行分析。 1.1 連桿加工工藝 1.1.1 連桿的功用、結(jié)構(gòu)特點及工作條件 連桿是汽車發(fā)動機主要的傳動構(gòu)件之一，它是把作用于活塞頂部的膨脹氣體壓力傳給曲軸，使活塞的往復直線運動變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運動，以輸出功率。CA6102發(fā)動機連桿采用直剖式結(jié)構(gòu)，它由從大頭到小頭逐步變小的工字形截面的連桿體及連桿蓋、螺栓、螺母等組成。由以上部分合在一起形成連桿的大、小頭及桿身。 連桿大頭孔套在曲軸的連桿軸頸上，與曲軸相連，內(nèi)裝有軸瓦。為了便于安裝，大頭設(shè)計成兩半，然后用連桿螺栓連接。連桿小頭與活塞銷相連，小頭壓人耐磨的銅襯套，孔內(nèi)設(shè)

2、有油槽。小頭頂部有油孔，以便使曲軸轉(zhuǎn)動時飛濺的潤滑油能流到活塞銷的表面上，起到潤滑作用。為了減少慣性力，連桿桿身部位的金屬重量應(yīng)當減少并且要有一定的剛度，所以桿身采用工字形斷面。連桿桿身部位是不加工的。在毛坯制造時，桿身的一側(cè)作出定位標記，作為加工及裝配基準。 連桿在工作中主要承受著以下三種動載荷： ① 氣缸內(nèi)的燃燒壓力（連桿受壓）； ② 活塞連桿組的往復運動慣性力（連桿受拉）； ③ 連桿高速擺動時產(chǎn)生的橫向慣性力（連桿受彎曲應(yīng)力）； 為了保證工作時連桿的一些危險點（螺栓、桿身或大端蓋等）不發(fā)生斷裂，將其設(shè)計成如圖1.1.1所示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅重量輕、剛度大，而且具有足夠的疲勞強度

3、和沖擊韌性。 圖1.1.1 連桿零件圖 1.1.2 連桿材料及毛坯制造方法 由于連桿在工作中承受多種急劇變化的動載荷，所以不僅要求其材料具有足夠的疲勞強度及結(jié)構(gòu)剛度，而且還要使其縱剖面的金屬宏觀組織纖維方向應(yīng)沿著連桿中心線并與連桿外形相符，不得有扭曲、斷裂、裂紋、疏松、氣泡、分層、氣孔和夾雜等缺陷。連桿成品的金相顯微組織應(yīng)為均勻的細晶結(jié)構(gòu)，不允許有片狀鐵素體。 CA6102發(fā)動機連桿材料采用 55#或 35MnVs，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度為 226－271 HBS。采用整體模鍛的加工方式，具有勞動生產(chǎn)率高、鍛件質(zhì)量好、材料利用率高、成本低等優(yōu)點。另外，為避免毛坯出現(xiàn)缺陷（疲勞

4、源），要求對其進行 100％的硬度測量和探傷。圖1.1.2為連桿毛坯圖。 1.1.3 連桿的主要加工表面及技術(shù)要求 如圖1.1.1所示，連桿的主要加工表面有：大小端孔、上下端面、大端蓋、體結(jié)合面以及連桿螺栓孔等。主要技術(shù)要求為： 1．大小端孔的精度：為了使大端孔與軸瓦及曲軸小端孔與活塞銷能密切配合，減少沖擊的不良影響和便于傳熱，大端孔尺寸為，小端孔尺寸為。大端孔及小端襯套孔粗糙度均為，大端孔的圓柱度公差為，小端襯套孔的圓柱度公差為，且采用分組裝配。 圖1.1.2 連桿毛坯圖 2．大小端孔軸心線在兩個互相垂直方向的平行度；兩孔軸心線在連桿軸線方向的平行度誤差會使活塞在氣缸中傾斜，

5、增加活塞與氣缸的摩擦力，從而造成氣缸壁磨損加劇。 CA6102連桿兩軸孔在連桿軸線方向上的平行度公差為0.04mm／100mm，在垂直于連桿軸線方向的平行度公差為0.06 mm／100mm。 3．大小端孔的中心距：大小端孔的中心距影響氣缸的壓縮比，所以對其要求較高，即中心距為（1900.05）mm。 4．大端孔兩端面對大端孔軸線的垂直度：此參數(shù)影響軸瓦的安裝和磨損，故要求其公差為0.1mm／100mm。 5．連桿螺栓孔：螺栓孔中心線對蓋體接合面與螺栓及螺母座面的垂直度誤差，會增加連桿螺栓的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，并影響螺栓伸長量而削弱螺栓強度，因此要求螺栓孔與蓋體接合面、螺栓及螺母座面垂直度

6、公差為0.25mm／100mm，螺栓孔孔徑為12.22+0.027mm．粗糙度為。 6．連桿螺栓預緊力要求：連桿螺栓裝配時的預緊力如果過小，工作時一旦脫開，則交變載荷能迅速導致螺栓斷裂。一般采用扭矩法，要求連桿螺母的預緊力為100～120 Nm。 7．對連桿重量的要求：為了保證發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連桿大、小頭重量和整臺發(fā)動機上的一組連桿的重量按圖紙的規(guī)定嚴格要求。 1.1.4 連桿的機械加工工藝過程 l．連桿機械加工工藝過程的擬定： ① 連桿兩平面：粗磨一半精磨—精磨。 ② 連桿小端孔：鉆孔一拉孔一精鏜底孔—壓入襯套一精鏜。 ③ 連桿大端孔：擴孔—拉扎—擴孔—粗鏜—半精鏜—精鏜—

7、珩磨。 ④ 連桿螺栓孔：鉆孔—擴孔—鉸孔。 ⑤ 螺栓座面及螺母座面：粗锪—精銑。 ⑥ 連桿接合面：拉平面—精磨平面。 ⑦ 檢驗：連桿體和連桿蓋最終加工之后、連桿總成的關(guān)鍵工序和最終加工之后，均應(yīng)安排檢驗工序。 ⑧ 去毛刺：在精銑螺栓座面和螺母座面、銑大小端去重凸塊、鉆大端油孔、銑連桿體和連桿蓋鎖瓦槽工序時，均應(yīng)安排去毛刺工序。 2．連桿機械加工的主要工序： CA6102連桿加工生產(chǎn)線共 56道工序，46臺設(shè)備。表 1.1.1為其主要加工工序。 表1.1.1 連桿主要加工工序 工序號 工序名稱 工序簡圖 設(shè)備 1 粗磨兩平面 雙軸立式圓臺平面磨床 2 鉆

8、小端孔 立式六軸組合機床 續(xù)表 1.1.1 工序號 工序名稱 工序簡圖 設(shè)備 9 拉連桿兩側(cè)面、結(jié)合面、半圓面 坦克拉床 16 精磨結(jié)合面 雙軸立式圓臺平面磨床 1 （總成） 鉆、擴、鉸螺栓孔 臥式組合機床 12 （總成） 精磨兩平面 雙軸立式圓臺平面磨床 續(xù)表 1.1.1 工序號 工序名稱 工序簡圖 設(shè)備 13 （總成） 粗鏜大端孔 雙面金剛鏜床 25 （總成） 精鏜大端孔及小端銅套孔 英國精密鏜床 28 （總成） 珩磨大端孔 日本珩磨機床 1.1.5 連桿機械加工工藝過程分析及典

9、型夾具 1．定位基準的選擇：在選擇粗基準時，應(yīng)滿足以下要求： ① 連桿大小端孔圓柱面及兩端面應(yīng)與桿身縱向中心線對稱； ② 連桿大小端孔及兩端面應(yīng)有足夠而且盡量均勻的加工余量； ③ 連桿大小端外形分別與大小端孔中心線對稱； ④ 保證作為精基準的端面有較好的表面質(zhì)量。 為此，第一道工序為粗磨兩平面，為保證兩平面有均勻的加工余量．采用互為基準，如圖1.1.3所示。先選取沒有凸起標記一側(cè)的端面為粗基準來加工另一個端面．然后以加工過的端面為基準加工沒有凸起標記一側(cè)的端而，并在以后的大部分工序中以此端面作為精基準來定位．這樣，作為精基準的端面有較好的表面質(zhì)量。 圖1.1.3 連桿磨兩平

10、面采用互為基準方法 因為加工是在同一臺磨床，通過工作臺回轉(zhuǎn)完成加工的，故調(diào)整h = A（h——夾具定位面高度差；A——加工余量）。這樣既能保證兩平面有足夠的加工余量（不出黑皮），又能很好地保證兩端面與連桿桿身縱向中心對稱。 在加工連桿小端孔時以其外表面定位，這樣可以保證加工后的孔與其外表面的同軸度誤差較小。 由于大、小端端面面積大、精度高、定位準確、夾緊可靠，所以大部分工序選用其一個指定的端面（消除三個自由度）和小端孔（消除兩個自由度），以及大端孔處指定的一個側(cè)面作為情基準。這不僅使基準統(tǒng)一而且還減少了定位誤差（基準重合）。 2．關(guān)鍵工序及典型夾具； ① 連桿大小端孔的鏜削加工：

11、CA6102連桿加工大小端孔的工藝方案（國內(nèi)很多廠家采用）如圖1.1.4所示。它是以珩磨后的大端孔定位（塑料脹胎心軸夾緊定位），小端孔（襯套孔）用活動定位銷定位。加工時活動定位銷退出，工作臺進給，對小端襯套孔加工，以此來保證大小端孔中心距和兩孔在兩個相互垂直方向的平行度。這樣加工出來的零件很難保證兩孔的位置精度要求。因為： 第一，兩孔中心距是靠夾具與鏜頭的相互位置保證的，當機床未達到熱平衡狀態(tài)時，因夾具與鏜頭受熱變形不一樣．導致大小端孔中心距變化很大。 第二，以大端孔定位時（長銷定位），心軸的軸心線與連桿大端孔軸心線一致（理想狀態(tài)）。當心軸與鏜桿不平行時，小端襯套孔就與大端孔不平行。因是大

12、批大量生產(chǎn)，要在一個夾具上分別安裝兩個連桿，調(diào)整時分別進行，難度很大。另外大端孔在珩磨后有幾何形狀誤差，故心軸與大端孔不能很好貼合，使加工后平行度誤差的方向無規(guī)律。其次，在小端襯套孔加工前，其底孔與大端孔中心距有誤差，小端孔與定位端面有垂直度誤差等，將造成襯套孔鏜削余量不夠。 圖1.1.4 鏜連桿小端孔 1-調(diào)整螺釘；2-塑料；3-心軸；4-油缸；5-夾具體；6-削邊銷； 7-夾爪；8-工件；9-鏜刀桿；10-鏜頭；11-墊鐵；12-支座 CA6102連桿加工大小端孔的工藝方案。采用其上備有刀具（鏜大孔）自動補償裝置的英國精密鏜床對大小孔同時加工的新工藝，它可完全消除上述

13、的定位誤差，只要保證兩鏜頭中心距，兩孔中心距及在兩個相互垂直方向的平行度即可保證。 ② 連桿大端孔的最終加工：大端孔在最終的珩磨加工中是以大端孔（加工時定位銷退出）和一端面定位。所用設(shè)備為日本馬自達公司的T311—2珩磨機。其特點是油石擴張采用定壓、定速擴張方式，最后進入無火花磨削來完成其加工過程。其擴張原理如圖1.1.5所示。 珩磨頭帶有八塊細粒度的金剛石珩磨條，靠液壓擴張壓力的作用漲緊，在工件表面施加一定壓力，再靠壓力鎖死，然后由步進電動機實現(xiàn)定速珩磨條擴張磨削，最后定速進給停止，靠擴張壓力進行無火花磨削。珩磨余量一般為0.02 ～ 0.03mm，珩磨后的表面粗糙度可達，大頭孔的形狀精

14、度可達0.006mm。 另外，此設(shè)備還備有自動測量自動補償裝置。 ③ 連桿平面的加工：連桿平面是主要定位基準面（指一平面），它的加工精度（平面度、表面粗糙度）將直接影響每道工序的加工精度。其工藝安排：粗加工一半精加工一精加工。粗加工后作為連桿粗加工階段的定位基準，精加工后作為連桿精加工階段的定位基準。 連桿平面的粗精加工均采用雙軸立式圓臺平面磨床，可獲得較高的平面度。在機床的圓形工作臺上，相鄰布置著磨削兩個端面的夾具，磨削一端面后，工件翻轉(zhuǎn)放置在另一夾具上，磨削另一端面，工件通過兩次安裝，并隨工作臺旋轉(zhuǎn)兩圈后，完成兩面磨削。在機床的一個工作臺上可裝多個夾具，且裝卸等輔助時間與加工時間重合，提高了工作效率。同時采用如圖1.1.6所示的裝夾方式。其特點是夾緊力與端面平行，在其作用的方向上，即使有一些變形，因為是在非誤差敏感方向上，所以對端面的平面度影響很小。另外，夾緊力通過工件直接作用于定位元件上，可減少連桿的彎曲變形。 9