连杆小头多为薄壁圆环形结构,为减少与活塞销之间的磨损,在小头孔内压入薄壁青铜衬套。在小头和衬套上钻孔或铣槽,以使飞溅的油沫进入润滑衬套与活塞销的配合表面。连杆轴瓦安装在连杆大头孔座中,与曲轴上得连杆轴颈装和在一起,是发动机中最重要的配合副之一。常用减磨合金主要有白合金、铜铅合金和铝基合金。
连杆杆身是一个长杆件,在工作中受力也较大,为防止其弯曲变形,杆身必须要具有足够的刚度。为此,车用发动机的连杆杆身大都采用Ⅰ形断面, Ⅰ形断面可以在刚度与强度都足够的情况下使质量最小,高强化发动机有采用H形断面的。有的发动机采用连杆小头喷射机油冷却活塞,须在杆身纵向钻通孔。为避免应力集中,连杆杆身与小头、大头连接处均采用大圆弧光滑过渡。
为降低发动机的振动,必须把各缸连杆的质量差限制在最小范围内,在工厂装配发动机时,一般都以克为计量单位按连杆的大、小头质量分组,同一台发动机选用同一组连杆。
V型发动机上,其左、右两列的相应气缸共用一个曲柄销,连杆有并列连杆、叉形连杆及主副连杆三种型式。
2.3 连杆工艺过程分析
连杆材料一般采用45钢或40cr 、45Mn2等优质钢或合金钢。
钢制连杆都用模锻制造毛坯。连杆毛坯的锻造工艺有两种方案:将连杆体和盖分开锻造;连杆体和盖整体锻造。整体锻造或分开锻造的选择决定于锻造设备的能力,显然整体锻造需要有大的锻造设备。
从锻造后材料的组织来看,分开锻造的连杆盖金属纤维是连续的,因此具有较高的强度,而整体锻造的连杆,铣切后,连杆盖的金属纤维是断裂的,因而削弱了强度。整体锻造要增加切开连杆的工序,但整体锻造可以提高材料利用率,减少结合面的加工余量。加工时装夹也比较方便。工厂中连杆的材料是40cr,调质处理,整体锻造,只需要一套锻模,一次便可锻成,也有利于组织和管理生产。
锻造时表面冷却速度快,对内产生压应力,表面应力是平衡的,但铣分开面后应力不平衡,易变形,所以要增加校力这一工序。 曲轴连杆厂的连杆加工属于大批量生产,而连杆刚性差,因此工艺路线多为工序分散,大部分工序用高生产的组合机床和专用机床,并广泛地使用气动、液动夹具、以提高生产率。
在加工过程中,连杆毛坯件的大头孔是椭圆的,沿椭圆短轴铣分开面,去掉加工余量,正好是一个圆与曲轴相配合,毛坯锻造后要进行磁场探伤,检验裂纹,并校直保证直线度。在车间,连杆的工艺过程卡把工序排为40多个,主要分为粗加工,半精加工和精加工三个阶段。
首先进行两端面加工。连杆的两端面是连杆加工过程中最主要的定位基准面,而且在许多工序中使用,所以应先加工它,且随着工艺过程的进行要逐渐精化其基准,以提高其定位精度。
连杆大小头端面对称分布在杆身的两侧,由于大小头孔厚度不等,所以大头端面与同侧小头端面不在一个平面上,用这样不等高面作定位基准,必定会产生定位误差。因大小头厚度公差要求不高,工厂在制定工艺时采用最经济的方法加工成一样的厚度。这样,以任一端面、小头孔及工艺凸台作为大部分工序的统一定位基准,有利于保证连杆的加工精度,而且端面面积大,定位也比较稳定。 连杆大小头孔的加工时是连杆加工中的关键工序,尤其大头孔的加工时连杆各部位加工中要求最高的部位,直接影响连杆成品的质量。 一般先加工小头孔,加工方案多为:钻--扩(拉)--镗(铰),然后加工大头孔,加工方案为粗镗--半精镗--精镗。采用整体锻造大头孔在半精镗之后将连杆身盖铣开,并以分开面定位钻螺纹出孔,斜剖式结构连杆刚性不足,设计时加浮动支撑,然后合钻扩,攻螺纹保证同轴度,修正螺纹孔时,可用铣刀扩孔,不用钻头,以消除向下的力。这一工序主要保证螺纹孔的垂直度,可将垂直度转化为平行度进行检验。 组装后精镗大小头孔,在专用双轴镗床上同时进行。