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下面以CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)其連桿和曲軸的加工工藝及發(fā)動(dòng)機(jī)總成進(jìn)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(diǎn)及工作條件 連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)主要的傳動(dòng)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(fù)直線運(yùn)動(dòng)變?yōu)榍S的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以輸出功率。CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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)有油槽。小頭頂部有油孔，以便使曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)飛濺的潤(rùn)滑油能流到活塞銷的表面上，起到潤(rùn)滑作用。為了減少慣性力，連桿桿身部位的金屬重量應(yīng)當(dāng)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(shí)，桿身的一側(cè)作出定位標(biāo)記，作為加工及裝配基準(zhǔn)。 連桿在工作中主要承受著以下三種動(dòng)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(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力（連桿受拉）； ③ 連桿高速擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力（連桿受彎曲應(yīng)力）； 為了保證工作時(shí)連桿的一些危險(xiǎn)點(diǎn)（螺栓、桿身或大端蓋等）不發(fā)生斷裂，將其設(shè)計(jì)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(qiáng)度和沖擊韌性。 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(dòng)載荷，所以不僅要求其材料具有足夠的疲勞強(qiáng)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(xì)晶結(jié)構(gòu)，不允許有片狀鐵素體。 CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)生產(chǎn)率高、鍛件質(zhì)量好、材料利用率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。另外，為避免毛坯出現(xiàn)缺陷（疲勞源），要求對(duì)其進(jìn)行 100％的硬度測(cè)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?zèng)_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(gè)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(huì)使活塞在氣缸中傾斜，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(duì)其要求較高，即中心距為（1900.05）mm。 4．大端孔兩端面對(duì)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(duì)蓋體接合面與螺栓及螺母座面的垂直度誤差，會(huì)增加連桿螺栓的彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，并影響螺栓伸長(zhǎng)量而削弱螺栓強(qiáng)度，因此要求螺栓孔與蓋體接合面、螺栓及螺母座面垂直度公差為0.25mm／100mm，螺栓孔孔徑為12.22+0.027mm．粗糙度為。 6．連桿螺栓預(yù)緊力要求：連桿螺栓裝配時(shí)的預(yù)緊力如果過(guò)小，工作時(shí)一旦脫開，則交變載荷能迅速導(dǎo)致螺栓斷裂。一般采用扭矩法，要求連桿螺母的預(yù)緊力為100～120 Nm。 7．對(duì)連桿重量的要求：為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，連桿大、小頭重量和整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上的一組連桿的重量按圖紙的規(guī)定嚴(yán)格要求。 1.1.4 連桿的機(jī)械加工工藝過(guò)程 l．連桿機(jī)械加工工藝過(guò)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(kuò)孔—拉扎—擴(kuò)孔—粗鏜—半精鏜—精鏜—珩磨。 ④ 連桿螺栓孔：鉆孔—擴(kuò)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(yàn)：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(yàn)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(shí)，均應(yīng)安排去毛刺工序。 2．連桿機(jī)械加工的主要工序： CA6102連桿加工生產(chǎn)線共 56道工序，46臺(tái)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(hào) 工序名稱 工序簡(jiǎn)圖 設(shè)備 1 粗磨兩平面 雙軸立式圓臺(tái)平面磨床 2 鉆小端孔 立式六軸組合機(jī)床 續(xù)表 1.1.1 工序號(hào) 工序名稱 工序簡(jiǎn)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(tái)平面磨床 1 （總成） 鉆、擴(kuò)、鉸螺栓孔 臥式組合機(jī)床 12 （總成） 精磨兩平面 雙軸立式圓臺(tái)平面磨床 續(xù)表 1.1.1 工序號(hào) 工序名稱 工序簡(jiǎn)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(guó)精密鏜床 28 （總成） 珩磨大端孔 日本珩磨機(jī)床 1.1.5 連桿機(jī)械加工工藝過(guò)程分析及典型夾具 1．定位基準(zhǔn)的選擇：在選擇粗基準(zhǔn)時(shí)，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(duì)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(duì)稱； ④ 保證作為精基準(zhǔn)的端面有較好的表面質(zhì)量。 為此，第一道工序?yàn)榇帜善矫妫瑸楸ＷC兩平面有均勻的加工余量．采用互為基準(zhǔn)，如圖1.1.3所示。先選取沒(méi)有凸起標(biāo)記一側(cè)的端面為粗基準(zhǔn)來(lái)加工另一個(gè)端面．然后以加工過(guò)的端面為基準(zhǔn)加工沒(méi)有凸起標(biāo)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(zhǔn)來(lái)定位．這樣，作為精基準(zhǔn)的端面有較好的表面質(zhì)量。 圖1.1.3 連桿磨兩平面采用互為基準(zhǔn)方法 因?yàn)榧庸な窃谕慌_(tái)磨床，通過(guò)工作臺(tái)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(duì)稱。 在加工連桿小端孔時(shí)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(zhǔn)確、夾緊可靠，所以大部分工序選用其一個(gè)指定的端面（消除三個(gè)自由度）和小端孔（消除兩個(gè)自由度），以及大端孔處指定的一個(gè)側(cè)面作為情基準(zhǔn)。這不僅使基準(zhǔn)統(tǒng)一而且還減少了定位誤差（基準(zhǔn)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：CA6102連桿加工大小端孔的工藝方案（國(guó)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(dòng)定位銷定位。加工時(shí)活動(dòng)定位銷退出，工作臺(tái)進(jìn)給，對(duì)小端襯套孔加工，以此來(lái)保證大小端孔中心距和兩孔在兩個(gè)相互垂直方向的平行度。這樣加工出來(lái)的零件很難保證兩孔的位置精度要求。因?yàn)椋? 第一，兩孔中心距是靠夾具與鏜頭的相互位置保證的，當(dāng)機(jī)床未達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，因夾具與鏜頭受熱變形不一樣．導(dǎo)致大小端孔中心距變化很大。 第二，以大端孔定位時(shí)（長(zhǎng)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(dāng)心軸與鏜桿不平行時(shí)，小端襯套孔就與大端孔不平行。因是大批大量生產(chǎn)，要在一個(gè)夾具上分別安裝兩個(gè)連桿，調(diào)整時(shí)分別進(jìn)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(wú)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(dòng)補(bǔ)償裝置的英國(guó)精密鏜床對(duì)大小孔同時(shí)加工的新工藝，它可完全消除上述的定位誤差，只要保證兩鏜頭中心距，兩孔中心距及在兩個(gè)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(shí)定位銷退出）和一端面定位。所用設(shè)備為日本馬自達(dá)公司的T311—2珩磨機(jī)。其特點(diǎn)是油石擴(kuò)張采用定壓、定速擴(kuò)張方式，最后進(jìn)入無(wú)火花磨削來(lái)完成其加工過(guò)程。其擴(kuò)張?jiān)砣鐖D1.1.5所示。 珩磨頭帶有八塊細(xì)粒度的金剛石珩磨條，靠液壓擴(kuò)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(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)定速珩磨條擴(kuò)張磨削，最后定速進(jìn)給停止，靠擴(kuò)張壓力進(jìn)行無(wú)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(dá)，大頭孔的形狀精度可達(dá)0.006mm。 另外，此設(shè)備還備有自動(dòng)測(cè)量自動(dòng)補(bǔ)償裝置。 ③ 連桿平面的加工：連桿平面是主要定位基準(zhǔn)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(zhǔn)，精加工后作為連桿精加工階段的定位基準(zhǔn)。 連桿平面的粗精加工均采用雙軸立式圓臺(tái)平面磨床，可獲得較高的平面度。在機(jī)床的圓形工作臺(tái)上，相鄰布置著磨削兩個(gè)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(guò)兩次安裝，并隨工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)兩圈后，完成兩面磨削。在機(jī)床的一個(gè)工作臺(tái)上可裝多個(gè)夾具，且裝卸等輔助時(shí)間與加工時(shí)間重合，提高了工作效率。同時(shí)采用如圖1.1.6所示的裝夾方式。其特點(diǎn)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?yàn)槭窃诜钦`差敏感方向上，所以對(duì)端面的平面度影響很小。另外，夾緊力通過(guò)工件直接作用于定位元件上，可減少連桿的彎曲變形。