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連桿分離面的漲斷工藝(CRACKING TECHNOLOGY)是把連桿蓋從連桿本體上斷裂而分離開來。它不是用銑、鋸或拉這類傳統(tǒng)切削加工方法，而是對(duì)連桿大頭孔的斷裂線處先加工出兩條應(yīng)力集中槽子（或在毛坯時(shí)就做出溝槽），然後帶楔形的壓頭往下移動(dòng)進(jìn)入連桿大頭孔，連桿大頭孔與壓頭之間還有一對(duì)半圓套筒。當(dāng)壓頭往下移動(dòng)時(shí)對(duì)連桿大頭孔產(chǎn)生徑向力，這樣就使其在槽子處出現(xiàn)裂縫，在徑向力的繼續(xù)作用下，裂縫也繼續(xù)擴(kuò)大，最終把連桿蓋從連桿本體上漲斷而分離出來。 連桿漲斷工藝的實(shí)用性取決於其分離面的可裝配性。最理想的連桿及連桿蓋漲斷後的分離面，是不帶任何塑性變形的脆性斷裂，使其可裝配性達(dá)致最佳。影響其脆性斷裂的因素很多，如斷裂速度及材料等。至於連桿采用漲斷工藝時(shí)對(duì)其材料的要求，據(jù)德國(guó)KREBSOEGE公司的研究結(jié)果，燒結(jié)粉末金屬連桿的可漲斷性較好，也是連桿漲斷工藝首先在粉末金屬連桿上推行的原因。鑄鐵連桿最適宜的材料是GTS65-70，鍛鋼連桿的材料是70號(hào)鋼。但是，70號(hào)鋼鍛造連桿在漲裂時(shí)，不帶塑性變形的脆性斷裂以及70號(hào)鋼的切削加工，將是該工藝的難點(diǎn)。 連桿分離面漲斷工藝的幾個(gè)工藝問題 * 斷裂槽的加工工藝 連桿斷裂槽加工有兩種工藝：拉削加工和激光加工）。 采用拉削方法加工連桿大頭孔的兩條槽子，由於拉刀隨著加工時(shí)間長(zhǎng)而磨損，被拉削的槽子形狀也隨之而變化。槽子形狀的變化又影響連桿大頭孔在漲斷後的變形。由於被拉削的兩個(gè)斷裂槽形狀不一樣，在連桿分離面斷裂時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)分離面已斷開，而另一個(gè)分離面尚未完全斷開的現(xiàn)象。 采用激光加工連桿大頭孔的兩條槽子，可保持形狀一致，也就保證了連桿大頭孔在漲斷後的變形也是一致。同時(shí)，激光加工的柔性好，加工運(yùn)行的費(fèi)用也小。所以，現(xiàn)在很多汽車公司如上海大眾汽車公司等，都傾向采用激光加工連桿斷裂槽。 * 斷裂槽的槽深 德國(guó)ALFING機(jī)床公司的研究表明，連桿大頭孔在漲斷後的圓度和楔力，與大頭孔預(yù)加工的槽子深度有關(guān)。由圖可知斷裂槽的深度大，則連桿大頭孔在漲斷後的變形小及漲斷時(shí)的楔力小。但是，斷裂槽深度不能太深，否則在最後精鏜大頭孔時(shí)會(huì)鏜不掉，建議為0.50mm左右。 * 采用漲斷工藝後連桿的裝配工藝 當(dāng)連桿分離面斷開之後，在分離面上有些金屬粉粒未脫落，需要先吹凈分離面才裝配連桿與連桿蓋，裝配完畢再松開并第二次吹凈其分離面，然後再裝配連桿與連桿蓋。所以，采用漲斷工藝後的連桿裝配工藝比傳統(tǒng)工藝要復(fù)雜。 * 連桿漲斷工藝流程 連桿采用漲斷工藝之後，其機(jī)械加工的工藝流程與傳統(tǒng)工藝流程有了明顯的變化。 連桿分離面漲斷工藝的優(yōu)點(diǎn) * 簡(jiǎn)化了連桿及連桿蓋的設(shè)計(jì)要求 連桿分離面采用漲斷工藝後，連桿與連桿蓋的分離面完全嚙合，這就改善了連桿蓋與連桿分離面的結(jié)合質(zhì)量，所以它們的分離面不需進(jìn)行機(jī)械加工，省掉了分離面的拉削加工和磨削加工。 由於分離面完全嚙合，連桿與連桿蓋裝配一起時(shí)，也不需增加額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只要兩枚螺栓拉緊即可。這樣可省掉螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。 * 改善連桿總成的大頭孔變形 采用傳統(tǒng)的連桿加工工藝，在裝配前需要把連桿與連桿蓋的分離面磨削加工一次，以及螺栓孔作為定位用，所以螺栓孔與其分離面的垂直度和兩螺栓孔的中心距尺寸都有嚴(yán)格的要求。雖然以上的技術(shù)要求很高，但總有一定誤差，所以連桿與連桿蓋裝配後有殘余應(yīng)力留在連桿總成。連桿總成的兩側(cè)面和大小頭孔精加工完畢後，要送到發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上與曲軸裝配，這時(shí)要拆開連桿蓋與連桿，釋放殘余應(yīng)力，產(chǎn)生連桿大頭孔變形的現(xiàn)象。當(dāng)連桿蓋與連桿再次裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸上，嚴(yán)重的變形就引致裝不上去的質(zhì)量問題。 連桿大頭采用漲斷工藝後，它們的分離面是最完全的嚙合。所以，沒有分離面及螺栓孔加工誤差等影響，而這些加工誤差以0.01mm單位來計(jì)算。采用漲斷工藝時(shí)連桿大頭孔亦有變形，但是比較小，其誤差以0.001mm單位來計(jì)算。例如德國(guó)ALFING公司的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel兩位工程師的研究指出：在粗加工後連桿大頭孔不圓度大約在12痠左右，在漲斷後大約在40痠左右，變形約為28痠。美國(guó)Giddings & Lewis Co.的研究指出：連桿大頭孔的平均直徑在漲斷前後的平均變形僅為23痠(0.0009in)。 * 經(jīng)濟(jì)效益 據(jù)德國(guó)ALFING機(jī)床公司介紹，連桿分離面采用漲斷工藝後的經(jīng)濟(jì)效益如下： ** 減少設(shè)備投資達(dá)25%以上； ** 縮短連桿生產(chǎn)線的長(zhǎng)度，減少設(shè)備占地面積達(dá)30%以上； ** 節(jié)約能耗40%以上； ** 節(jié)約刀具費(fèi)用35%以上； ** 明顯地減少設(shè)備、刀具等的維護(hù)費(fèi)用。 國(guó)內(nèi)外汽車公司連桿采用漲斷工藝的情況 國(guó)內(nèi)外連桿采用漲斷工藝的汽車廠及設(shè)備制造廠包括： 1991年美國(guó)FORD汽車公司的ROMEO發(fā)動(dòng)機(jī)廠的4.6升V8發(fā)動(dòng)機(jī)的粉末鍛造連桿（由美國(guó)TRI-WAY機(jī)床公司提供設(shè)備）； 1991年德國(guó)BMW汽車公司的4升V8發(fā)動(dòng)機(jī)的粉末鍛造連桿（由德國(guó)EX-CELL-O機(jī)床公司提供設(shè)備）； 1992年美國(guó)CHRYSLER汽車公司的TRENTON發(fā)動(dòng)機(jī)廠的2升L-4發(fā)動(dòng)機(jī)的粉末鍛造連桿（由加拿大ARVID公司提供設(shè)備）； 1992年美國(guó)FORD汽車公司Cleveland第二發(fā)動(dòng)機(jī)廠的2.5升V-6發(fā)動(dòng)機(jī)的粉末鍛造連桿（由美國(guó)LAMB機(jī)床公司提供設(shè)備）； 1995年中國(guó)一汽大眾的五氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的70號(hào)鋼鍛造連桿（由德國(guó)Ex-Cell-O機(jī)床公司提供設(shè)備）； 1997年德國(guó)大眾的Audi汽車公司的五氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的70號(hào)鋼鍛造連桿（由德國(guó)ALFING機(jī)床公司提供設(shè)備）； 1999年中國(guó)上海大眾的五氣門發(fā)動(dòng)機(jī)的70號(hào)鋼鍛造連桿（由德國(guó)ALFING機(jī)床公司提供設(shè)備）。 由於連桿分離面采用漲斷工藝要比傳統(tǒng)工藝具有更多的優(yōu)點(diǎn)，所以它是符合精益生產(chǎn)原則的精益制造工藝，更是連桿制造工藝的發(fā)展方向。目前，國(guó)外連桿分離面的漲斷工藝正在迅速且大量地進(jìn)入連桿生產(chǎn)領(lǐng)域。 與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別 以整體鍛件毛坯加工為例，我廠采用的連桿漲斷新工藝與傳統(tǒng)工藝相比有很多區(qū)別。 1、大頭孔的粗力口工 傳統(tǒng)工藝要在切斷后對(duì)大頭孔進(jìn)行粗拉，或者在切斷前將它加工成橢圓形（或者毛坯為橢圓形），所以要在2個(gè)工位上.進(jìn)行粗加工，而且因?yàn)槭菙嗬m(xù)加工，振動(dòng)大、刀具磨損快、刀具消耗大。而漲斷工藝將大頭孔加工成圓形，所以可在1個(gè)工位上加工。漲斷工藝的生產(chǎn)設(shè)備只需要1個(gè)主軸，而傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)設(shè)備則需要2個(gè)主軸。圖1是兩種工藝的連桿毛坯對(duì)比圖。 2、連桿體、蓋分離方法 傳統(tǒng)工藝采用拉斷（或銑斷、鋸斷）法，而漲斷工藝是在螺栓孔加工之后漲斷。采用漲斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面完全嚙合，這就改善了連桿蓋與連桿分離面的結(jié)合質(zhì)量，所以分離面不需要進(jìn)行拉削加工和磨削加工。由于分離面完全嚙合，將連桿與連桿蓋裝配時(shí)，也不需要增加額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只要兩枚螺栓拉緊即可，這樣可省去螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。圖2為采用兩種工藝加工后的連桿體/蓋對(duì)比圖。 3、結(jié)合面的加工 傳統(tǒng)工藝是在拉斷后還要磨削結(jié)合面，且連桿體/蓋的裝配定位靠?jī)蓚€(gè)螺栓孔中的定位孔和螺栓的定位部分配合來定位，所以對(duì)螺栓孔與其分離面的垂直度和兩螺栓孔的中心距尺寸都有嚴(yán)格的要求。尺寸誤差導(dǎo)致連桿與連桿蓋裝配后有殘余應(yīng)力留在連桿總成。連桿總成的兩側(cè)面和大小頭孔精加工完畢后，要送到發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上與曲軸裝配，這時(shí)要拆開連桿蓋與連桿，釋放殘余應(yīng)力，這會(huì)造成連桿大頭孔變形。當(dāng)連桿蓋與連桿被再次安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上時(shí)，變形嚴(yán)重的可導(dǎo)致無法安裝。圖3為兩種工藝的結(jié)合面對(duì)比圖。 4、螺栓孔加工 漲斷工藝加工的連桿體/蓋的裝配定位是以漲斷斷面作定位，而傳統(tǒng)工藝加土的連桿體/蓋的裝配定位靠?jī)蓚€(gè)螺栓孔中的定位孔和螺栓的定位部分配合來定位，所以對(duì)螺栓孔和螺栓的精度要求都很高。以兩個(gè)螺栓孔孔距為例：傳統(tǒng)工藝加工時(shí)公差要求為士0.05mm，而采用漲斷工藝加工時(shí)為0.1 mm。采用漲斷工藝加工連桿時(shí)，兩個(gè)螺栓孔可不同時(shí)加工，這樣為多品種加工創(chuàng)造了便利條件。連桿大頭孔采用漲斷工藝后，它們的分離面是最完全的嚙合，所以沒有分離面及螺栓孔加工誤差等影響。采用漲斷工藝加工的連桿螺栓孔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度要求低，使用6工位自動(dòng)線就可以完成螺栓孔加工；而傳統(tǒng)工藝加工連桿螺栓孔則需要14個(gè)工位，而且需要分別定位夾緊連桿體/蓋，夾具復(fù)雜，設(shè)備工裝投資很大。 實(shí)際應(yīng)用 圖4 連桿8工位專機(jī)自動(dòng)線 我公司連桿漲斷工藝采用德國(guó)KRAUSE&MAUSER設(shè)計(jì)制造的8工位回轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)床（見圖4）。該設(shè)備具有激光加工漲斷槽一贊漲斷并清潔分離面—安裝螺栓并預(yù)擰緊、松開螺栓并清潔結(jié)合面然后擰緊螺栓至要求——襯套上料并壓裝及精整等功能。 1、激光加工漲斷槽 連桿分離面漲斷工藝要考慮漲斷槽的加工工藝。一般來講，連桿漲斷槽有兩種加工工藝，即拉削加工和激光加工。采用拉削方法加工時(shí)，由于拉刀在加工過會(huì)出現(xiàn)磨損，影響被拉削的漲斷槽的形狀，繼而影響連桿大頭孔在漲斷后的變形。常常出現(xiàn)漲斷時(shí)一個(gè)分離面已斷開，而另一個(gè)分離面尚未完全斷開的現(xiàn)象。而激光加工可保證兩個(gè)漲斷槽的形狀一致，也就保證了連桿大頭孔在漲斷后的變形一致。同時(shí)，激光加工還具有柔性好、加工運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，因此奇瑞公司采用了激光方法切割漲斷槽（見圖5）。該工序通過調(diào)節(jié)激光的脈沖頻率和脈沖強(qiáng)度來控制漲斷槽的深度及寬度。漲斷槽的形狀為V形，在激光切割的凹槽處形成應(yīng)力集中，從而為連桿的漲斷打下很好的基礎(chǔ)。 2、漲斷并清潔斷面 通過直接進(jìn)料驅(qū)動(dòng)裝置使連桿到達(dá)指定的漲斷裝置處，漲斷裝置由一個(gè)帶吹氣嘴的芯棒及定中心元件組成，漲斷裝置對(duì)大頭孔施加一個(gè)撐開的力，這樣在V形凹槽處將形成應(yīng)力集中，從而將連桿體和連桿蓋撐斷，并沿著V形槽準(zhǔn)確斷裂。斷裂面的特性可使連桿體和連桿蓋裝配時(shí)處于最佳吻合。連接到顆粒過濾器及吸氣裝置的管路用于吹走漲斷時(shí)的顆粒，從而達(dá)到用壓縮空氣吹去斷面殘?jiān)哪康?。圖6為漲斷工位，圖7為漲斷后的截面。 3、螺栓裝配 該工位是通過帶振動(dòng)式儲(chǔ)料器的螺栓進(jìn)料裝置、分離裝置以及帶導(dǎo)管和氣嘴的進(jìn)料器，將螺栓進(jìn)料、安裝，并用安裝在齒條式安裝支架及液壓驅(qū)動(dòng)垂直滑臺(tái)上.的快速BOSCH擰緊機(jī)進(jìn)行預(yù)擰緊，當(dāng)擰緊至某一設(shè)定扭矩處時(shí)，通過設(shè)有等待功能的裝置松開螺栓，清理結(jié)合面，最后擰緊螺栓至要求。圖8為螺栓裝配工位。 4、壓裝和精整襯套 此工位具備襯套自動(dòng)進(jìn)料功能，包括料架（電氣和機(jī)械連動(dòng)控制）的振動(dòng)式儲(chǔ)料器的存貯能力約半個(gè)班次，還具備分料、輸送及自動(dòng)定向的功能。該設(shè)備還有一個(gè)可以手工調(diào)節(jié)、帶直線軸承并可用于安裝壓裝單元的水平滑臺(tái)及裝于立柱中間的垂直滑臺(tái)，通過監(jiān)控和調(diào)整NC控制的壓裝單元及反向固定裝置，達(dá)到壓裝之后襯套精整的目的（詳見圖9） 連桿的工藝特點(diǎn) (1)連桿體和蓋厚度不一樣，改善了加工工藝性。連桿蓋厚度為31mm，比連桿桿厚度單邊小3.8mm，蓋兩端面精度產(chǎn)品要求不高，可一次加工而成。 由于加工面小，冷卻條件好，使加工振動(dòng)和磨削燒傷不易產(chǎn)生。 連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進(jìn)行，可在螺栓孔加工之前。 螺栓孔、軸瓦對(duì)端面的位置精度可由加工精度直接保證，而不會(huì)受精磨加工精度的影響。 (2)連桿小頭兩端面由斜面和一段窄平面組成。這種楔形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可增大其承壓面積，以提高活塞的強(qiáng)度和剛性。 在加工方面，與一般連桿相比，增加了斜面加工和小頭孔兩斜面上倒角工序；用提高零件定位及壓頭導(dǎo)向精度來避免襯套壓偏現(xiàn)象的發(fā)生，但卻增加了壓襯套工序加工的難度。 (3)帶止口斜結(jié)合面。連桿結(jié)合面結(jié)構(gòu)種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。該連桿為帶止口斜結(jié)合面. 連桿的工藝特點(diǎn) (1)連桿體和蓋厚度不一樣，改善了加工工藝性。連桿蓋厚度為31mm，比連桿桿厚度單邊小3.8mm，蓋兩端面精度產(chǎn)品要求不高，可一次加工而成。 由于加工面小，冷卻條件好，使加工振動(dòng)和磨削燒傷不易產(chǎn)生。 連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進(jìn)行，可在螺栓孔加工之前。 螺栓孔、軸瓦對(duì)端面的位置精度可由加工精度直接保證，而不會(huì)受精磨加工精度的影響。 (2)連桿小頭兩端面由斜面和一段窄平面組成。這種楔形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可增大其承壓面積，以提高活塞的強(qiáng)度和剛性。 在加工方面，與一般連桿相比，增加了斜面加工和小頭孔兩斜面上倒角工序；用提高零件定位及壓頭導(dǎo)向精度來避免襯套壓偏現(xiàn)象的發(fā)生，但卻增加了壓襯套工序加工的難度。 (3)帶止口斜結(jié)合面。連桿結(jié)合面結(jié)構(gòu)種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。該連桿為帶止口斜結(jié)合面，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 精加工基準(zhǔn)采用了無間隙定位方法，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)出定位基準(zhǔn)面。在連桿桿和總成的加工中(見圖6)，采用桿端面、小頭頂面和側(cè)面、大頭側(cè)面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜結(jié)合面加工工序的連桿蓋加工中(見圖7)，采用了以其端面、螺栓兩座面、一螺栓座面的側(cè)面的加工定位方法。這種重復(fù)定位精度高且穩(wěn)定可靠的定位、夾緊方法，可使零件變形小，操作方便，能通用于從粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，使各工序中定位點(diǎn)的大小及位置也保持相同。這些都為穩(wěn)定工藝、保證加工精度提供了良好的條件。 材料與毛坯 康明斯連桿選材為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SAE1541鋼，其材料標(biāo)準(zhǔn)為康明斯標(biāo)準(zhǔn)30062-04，采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝。國(guó)產(chǎn)化時(shí)，將毛坯材料定為40MnBH(GB5216-85)，采用鍛造余熱淬火加高溫回火調(diào)質(zhì)熱處理新工藝，此方法既能獲得良好的綜合機(jī)械性能，又能提高疲勞強(qiáng)度，還能節(jié)省大量的能源。毛坯為整體鍛造，其外形精度高，省材料，簡(jiǎn)化工藝，便于組織生產(chǎn)、加工和運(yùn)輸。該連桿硬度為HB255～302(dB3.5～3.8)，材料的奧氏體晶粒度國(guó)標(biāo)規(guī)定為7～8級(jí)，CKD連桿實(shí)物的晶粒度水平為7級(jí)。材料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表2。 近年來，非調(diào)質(zhì)鋼作為在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)新品種，得到廣泛的應(yīng)用。該材料對(duì)鍛造工藝而言，省去了調(diào)質(zhì)處理工藝，避免了熱處理裂紋，節(jié)省了大量能源。從加工方面看，由于通過添加S、Ca等元素，明顯地改善了切削性能，斷屑容易，排屑流暢，刀具壽命大大提高。 在1984～1994年期間，康明斯采用調(diào)質(zhì)鋼毛坯SAE1541鋼，1995年全面轉(zhuǎn)用非調(diào)質(zhì)鋼材料毛坯38MnVS。1993年以來，選用了40MnVG非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行了材料、加工工藝各項(xiàng)有關(guān)試驗(yàn)。批量切削表明，零件廢品率明顯降低，拉削加工表面質(zhì)量提高了一個(gè)等級(jí)，即從Ra3.2μm提高到Ra.2.2～1.6μm，拉削振動(dòng)明顯降低，刀具耐用度提高1.5～2倍。材料標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表3。 新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用 采用熒光探傷對(duì)鍛造內(nèi)在質(zhì)量再次進(jìn)行檢查；桿、蓋螺栓孔等在自動(dòng)線上分開加工；螺栓的擰緊采用進(jìn)口定值扭矩扳手及扭矩轉(zhuǎn)角法多工步擰緊工藝；小頭孔的半精加工、精加工工序采用拉鏜退刀加工工藝，大小頭孔的半精加工、精加工設(shè)備的鏜刀帶有自動(dòng)補(bǔ)償裝置。 2 連桿加工的工藝流程 連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面——粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對(duì)打字面、去重凸臺(tái)面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對(duì)桿蓋毛刺→清洗配對(duì)桿蓋→檢測(cè)配對(duì)桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對(duì)標(biāo)記號(hào)→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。(待續(xù))