连杆的机械加工工艺规程

下面以CA6102发动机为例，对其连杆和曲轴的加工工艺及发动机总成进行分析。1.1 连杆加工工艺1.1.1 连杆的功用、结构特点及工作条件连杆是汽车发动机主要的传动构件之一，它是把作用于活塞顶部的膨胀气体压力传给曲轴，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出功率。CA6102发动机连杆采用直剖式结构，它由从大头到小头逐步变小的工字形截面的连杆体及连杆盖、螺栓、螺母等组成。由以上部分合在一起形成连杆的大、小头及杆身。连杆大头孔套在曲轴的连杆轴颈上，与曲轴相连，内装有轴瓦。为了便于安装，大头设计成两半，然后用连杆螺栓连接。连杆小头与活塞销相连，小头压人耐磨的铜衬套，孔内设有油槽。小头顶部有油孔，以便使曲轴转动时飞溅的润滑油能流到活塞销的表面上，起到润滑作用。为了减少惯性力，连杆杆身部位的金属重量应当减少并且要有一定的刚度，所以杆身采用工字形断面。连杆杆身部位是不加工的。在毛坯制造时，杆身的一侧作出定位标记，作为加工及装配基准。连杆在工作中主要承受着以下三种动载荷： 气缸内的燃烧压力（连杆受压）； 活塞连杆组的往复运动惯性力（连杆受拉）； 连杆高速摆动时产生的横向惯性力（连杆受弯曲应力）；为了保证工作时连杆的一些危险点（螺栓、杆身或大端盖等）不发生断裂，将其设计成如图1.1.1所示的结构。该结构不仅重量轻、刚度大，而且具有足够的疲劳强度和冲击韧性。图1.1.1 连杆零件图1.1.2 连杆材料及毛坯制造方法由于连杆在工作中承受多种急剧变化的动载荷，所以不仅要求其材料具有足够的疲劳强度及结构刚度，而且还要使其纵剖面的金属宏观组织纤维方向应沿着连杆中心线并与连杆外形相符，不得有扭曲、断裂、裂纹、疏松、气泡、分层、气孔和夹杂等缺陷。连杆成品的金相显微组织应为均匀的细晶结构，不允许有片状铁素体。CA6102发动机连杆材料采用 55#或 35MnVs，经调质处理后，硬度为 226271 HBS。采用整体模锻的加工方式，具有劳动生产率高、锻件质量好、材料利用率高、成本低等优点。另外，为避免毛坯出现缺陷（疲劳源），要求对其进行 100的硬度测量和探伤。图1.1.2为连杆毛坯图。1.1.3 连杆的主要加工表面及技术要求如图1.1.1所示，连杆的主要加工表面有：大小端孔、上下端面、大端盖、体结合面以及连杆螺栓孔等。主要技术要求为：1大小端孔的精度：为了使大端孔与轴瓦及曲轴小端孔与活塞销能密切配合，减少冲击的不良影响和便于传热，大端孔尺寸为，小端孔尺寸为。大端孔及小端衬套孔粗糙度均为，大端孔的圆柱度公差为，小端衬套孔的圆柱度公差为，且采用分组装配。图1.1.2 连杆毛坯图2大小端孔轴心线在两个互相垂直方向的平行度；两孔轴心线在连杆轴线方向的平行度误差会使活塞在气缸中倾斜，增加活塞与气缸的摩擦力，从而造成气缸壁磨损加剧。 CA6102连杆两轴孔在连杆轴线方向上的平行度公差为0.04mm100mm，在垂直于连杆轴线方向的平行度公差为0.06 mm100mm。3大小端孔的中心距：大小端孔的中心距影响气缸的压缩比，所以对其要求较高，即中心距为（1900.05）mm。4大端孔两端面对大端孔轴线的垂直度：此参数影响轴瓦的安装和磨损，故要求其公差为0.1mm100mm。5连杆螺栓孔：螺栓孔中心线对盖体接合面与螺栓及螺母座面的垂直度误差，会增加连杆螺栓的弯曲变形和扭转变形，并影响螺栓伸长量而削弱螺栓强度，因此要求螺栓孔与盖体接合面、螺栓及螺母座面垂直度公差为0.25mm100mm，螺栓孔孔径为12.22+0.027mm粗糙度为。6连杆螺栓预紧力要求：连杆螺栓装配时的预紧力如果过小，工作时一旦脱开，则交变载荷能迅速导致螺栓断裂。一般采用扭矩法，要求连杆螺母的预紧力为100120 Nm。7对连杆重量的要求：为了保证发动机运转平稳，连杆大、小头重量和整台发动机上的一组连杆的重量按图纸的规定严格要求。1.1.4 连杆的机械加工工艺过程l连杆机械加工工艺过程的拟定： 连杆两平面：粗磨一半精磨精磨。 连杆小端孔：钻孔一拉孔一精镗底孔压入衬套一精镗。 连杆大端孔：扩孔拉扎扩孔粗镗半精镗精镗珩磨。 连杆螺栓孔：钻孔扩孔铰孔。 螺栓座面及螺母座面：粗锪精铣。 连杆接合面：拉平面精磨平面。 检验：连杆体和连杆盖最终加工之后、连杆总成的关键工序和最终加工之后，均应安排检验工序。 去毛刺：在精铣螺栓座面和螺母座面、铣大小端去重凸块、钻大端油孔、铣连杆体和连杆盖锁瓦槽工序时，均应安排去毛刺工序。2连杆机械加工的主要工序：CA6102连杆加工生产线共 56道工序，46台设备。表 1.1.1为其主要加工工序。表1.1.1 连杆主要加工工序工序号工序名称工序简图设备1粗磨两平面双轴立式圆台平面磨床2钻小端孔立式六轴组合机床续表 1.1.1工序号工序名称工序简图设备9拉连杆两侧面、结合面、半圆面坦克拉床16精磨结合面双轴立式圆台平面磨床1（总成）钻、扩、铰螺栓孔卧式组合机床12（总成）精磨两平面双轴立式圆台平面磨床续表 1.1.1工序号工序名称工序简图设备13（总成）粗镗大端孔双面金刚镗床25（总成）精镗大端孔及小端铜套孔英国精密镗床28（总成）珩磨大端孔日本珩磨机床1.1.5 连杆机械加工工艺过程分析及典型夹具1定位基准的选择：在选择粗基准时，应满足以下要求： 连杆大小端孔圆柱面及两端面应与杆身纵向中心线对称； 连杆大小端孔及两端面应有足够而且尽量均匀的加工余量； 连杆大小端外形分别与大小端孔中心线对称； 保证作为精基准的端面有较好的表面质量。为此，第一道工序为粗磨两平面，为保证两平面有均匀的加工余量采用互为基准，如图1.1.3所示。先选取没有凸起标记一侧的端面为粗基准来加工另一个端面然后以加工过的端面为基准加工没有凸起标记一侧的端而，并在以后的大部分工序中以此端面作为精基准来定位这样，作为精基准的端面有较好的表面质量。图1.1.3 连杆磨两平面采用互为基准方法因为加工是在同一台磨床，通过工作台回转完成加工的，故调整h = A（h夹具定位面高度差；A加工余量）。这样既能保证两平面有足够的加工余量（不出黑皮），又能很好地保证两端面与连杆杆身纵向中心对称。在加工连杆小端孔时以其外表面定位，这样可以保证加工后的孔与其外表面的同轴度误差较小。由于大、小端端面面积大、精度高、定位准确、夹紧可靠，所以大部分工序选用其一个指定的端面（消除三个自由度）和小端孔（消除两个自由度），以及大端孔处指定的一个侧面作为情基准。这不仅使基准统一而且还减少了定位误差（基准重合）。2关键工序及典型夹具； 连杆大小端孔的镗削加工：CA6102连杆加工大小端孔的工艺方案（国内很多厂家采用）如图1.1.4所示。它是以珩磨后的大端孔定位（塑料胀胎心轴夹紧定位），小端孔（衬套孔）用活动定位销定位。加工时活动定位销退出，工作台进给，对小端衬套孔加工，以此来保证大小端孔中心距和两孔在两个相互垂直方向的平行度。这样加工出来的零件很难保证两孔的位置精度要求。因为：第一，两孔中心距是靠夹具与镗头的相互位置保证的，当机床未达到热平衡状态时，因夹具与镗头受热变形不一样导致大小端孔中心距变化很大。第二，以大端孔定位时（长销定位），心轴的轴心线与连杆大端孔轴心线一致（理想状态）。当心轴与镗杆不平行时，小端衬套孔就与大端孔不平行。因是大批大量生产，要在一个夹具上分别安装两个连杆，调整时分别进行，难度很大。另外大端孔在珩磨后有几何形状误差，故心轴与大端孔不能很好贴合，使加工后平行度误差的方向无规律。其次，在小端衬套孔加工前，其底孔与大端孔中心距有误差，小端孔与定位端面有垂直度误差等，将造成衬套孔镗削余量不够。图1.1.4 镗连杆小端孔1-调整螺钉；2-塑料；3-心轴；4-油缸；5-夹具体；6-削边销；7-夹爪；8-工件；9-镗刀杆；10-镗头；11-垫铁；12-支座CA6102连杆加工大小端孔的工艺方案。采用其上备有刀具（镗大孔）自动补偿装置的英国精密镗床对大小孔同时加工的新工艺，它可完全消除上述的定位误差，只要保证两镗头中心距，两孔中心距及在两个相互垂直方向的平行度即可保证。 连杆大端孔的最终加工：大端孔在最终的珩磨加工中是以大端孔（加工时定位销退出）和一端面定位。所用设备为日本马自达公司的T3112珩磨机。其特点是油石扩张采用定压、定速扩张方式，最后进入无火花磨削来完成其加工过程。其扩张原理如图1.1.5所示。珩磨头带有八块细粒度的金刚石珩磨条，靠液压扩张压力的作用涨紧，在工件表面施加一定压力，再靠压力锁死，然后由步进电动机实现定速珩磨条扩张磨削，最后定速进给停止，靠扩张压力进行无火花磨削。珩磨余量一般为0.02 0.03mm，珩磨后的表面粗糙度可达，大头孔的形状精度可达0.006mm。另外，此设备还备有自动测量自动补偿装置。 连杆平面的加工：连杆平面是主要定位基准面（指一平面），它的加工精度（平面度、表面粗糙度）将直接影响每道工序的加工精度。其工艺安排：粗加工一半精加工一精加工。粗加工后作为连杆粗加工阶段的定位基准，精加工后作为连杆精加工阶段的定位基准。连杆平面的粗精加工均采用双轴立式圆台平面磨床，可获得较高的平面度。在机床的圆形工作台上，相邻布置着磨削两个端面的夹具，磨削一端面后，工件翻转放置在另一夹具上，磨削另一端面，工件通过两次安装，并随工作台旋转两圈后，完成两面磨削。在机床的一个工作台上可装多个夹具，且装卸等辅助时间与加工时间重合，提高了工作效率。同时采用如图1.1.6所示的装夹方式。其特点是夹紧力与端面平行，在其作用的方向上，即使有一些变形，因为是在非误差敏感方向上，所以对端面的平面度影响很小。另外，夹紧力通过工件直接作用于定位元件上，可减少连杆的弯曲变形。9