新技术、新设备在连杆加工工艺中的应用
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摘 要:对PX连杆的加工工艺进行改进.通过应用裂解工艺省去了连杆结合面的加工. 应用叠珩工艺缩短单个连杆的加工时间.先进的R242型卧式双端面磨床有效的缩短了连杆端面的加工时间.通过工艺改进和先进设备的使用,减少了连杆加工生产中的加工工序,节省了加工设备,降低生产成本,缩短了工时,极大的提高了生产效率.
关键词:连杆;工艺;裂解技术;双端面磨床;叠珩
中图分类号:TH162+.1 文献标志码:A文章编号:16717953(2009)04009803
New Technologies、New Equipment in the Application of Connecting rod's Machining Technics
ZHAO Peifeng LI Chunbo2
(School of Mechanical Engineer,DaLian Jiao Tong University,DaLian Liaoning 116028,China)
Abstract: The PX connecting rod's machining technics are improved. Fracture Splitting Process leave out processing of combination of surface. Honing technics shortened the processing time of a single-link. The advanced R242 double ends grinding machine can shortened the processing time of connecting rod . Through the use of technology and advanced equipment to improve reduce the manufacturing procedure of connecting-rod in the production processes, save the processing equipment, redue the cost, shorting the man-hour, greatly improving the productivity.
Key words: connecting rod;technics;fracture splitting process;double ends grinding machine;honing
连杆是发动机的主要零件之一,是发动机传递动力的主要运动件。连杆在机体中做复杂的平面运动。连杆小头随活塞作上下往复运动;连杆大头随曲轴作高速回转运动;连杆杆身在大、小头孔运动的合成下作复杂的摆动。连杆在承受往复的惯性力之外,还要承受高压气体的压力。在气体的压力和惯性力合成下形成交变载荷,这就要求连杆具有耐疲劳、抗冲击,并具备足够的强度、刚度和较好的韧性。在今天随着汽车工业的高速发展,“小体积、大功率、低油耗” 的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求:1) 作为高速运动件重量要轻,减小惯性力,降低能耗和噪声;2)强度、刚度要高,并具有较高的韧性;3)连杆比要大,连杆要短。这也就意味着对连杆的设计和加工有更高的要求[1]。
1 PX连杆加工工艺的改进及分析
PX连杆是某汽车厂年产24万件以上并具有高质量要求的产品。这就要求连杆的生产在提高生产效率的基础上还要保证高质量的产品。
1.1 加工工艺路线
1)原有加工工序:粗磨两端面拉削大孔和结合面连杆体小端钻孔连杆体小端铰孔倒角反面加工反面加工杆体钻孔杆盖钻孔杆体精加工杆盖精加工杆体攻丝铣槽装配大小孔倒角螺栓最终扭矩检查精研两端面小端精镗压铜套钻注油孔大端精镗小端精镗清洗内径、重量选别、刻印
2)改进后的加工工序:粗磨两端面小端钻孔精磨两端面粗精镗大小孔大小孔倒角加工螺栓孔大孔裂解拧螺栓压铜套钻油孔珩磨大小头孔内径、重量选别、刻印
新加工工序与原有加工工序最大的不同在于有“大孔裂解”的工序,有了此道工序省去了对结合面的加工,减少了工序,节省了工时,提高了生产效率。
1.2 加工工艺改进的关键部分
通过从连杆毛坯、材料、加工设备,新工艺的应用四方面,阐述新加工工艺的特点。
1.2.1 连杆毛坯
传统的连杆毛坯有整体式和杆盖分开式两种。原加工工序采用的是杆盖分开式的毛坯。杆盖分开式比整体式多了一套模具,增加了成本。整体式因节省材料、少一套锻造模具等优点,因而得到广泛应该用。传统连杆毛坯的整体式要求大头为椭圆形而且要进行切断和结合面的加工。通过裂解工艺的应用,使连杆毛坯的大头从椭圆形改为圆形,不仅节省了材料和模具费,而且省去了结合面加工的工序,节省了刀具费。
裂解工艺是通过在连杆大头孔中心处设计并预制缺口(预制裂纹槽),形成应力集中,再主动施加垂直预定断裂面的载荷进行引裂,在几乎不发生变形的情况下,在缺口处规则断裂,实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。
1.2.2 材料的选择
裂解技术会对大孔造成塑性变形,因此要选择合适的材料,使变形减少到对精加工基本上没有影响。本文选择牌号为C70S6(德国牌号)的裂解连杆用钢。20世纪70年代,德国开始采用C70S6钢裂解连杆,当时有19种发动机连杆采用此钢,到目前为止有60多种不同的发动机采用。这种钢制造连杆不受尺寸限制,从摩托车连杆到重型载货车连杆均可使用。欧洲目前大量采用C70S6钢生产连杆,一汽大众的捷达轿车连杆采用这种钢生产,奇瑞的多款发动机也采用这种钢生产[2]。C70S6钢的各种性能都达到了PX连杆的设计要求,可以取代原有的S35VCS(日本牌号)钢。
连杆的加工从大、小头两端面开始,大、小头端面是整个机加工过程中的主要的定位基准面,并对大、小头孔都有着位置精度要求。现有的MZ7650A卧式双端面磨床虽然加工精度可以达到工艺要求但效率很低,可以引进意大利Giustina公司生产的型号为R242的卧式双端面磨床,该设备采用旋转式进给盘,可以有三个位置,加工三种不同厚度、不同长短的连杆,连杆的长度差可以达30mm。每次装料前,砂轮自动张开0.8mm,以免装料后零件与砂轮相撞。每一个加工循环包括:零件进入送料盘座小头在前进入砂轮砂轮进给,进行切入磨停止进给,进行光磨零件随进给盘转出工件。R242的卧式双端面磨床自动上料、卸料,不需要夹紧定位,节省了很多工时,对砂轮磨损自动测量,及时对砂轮进行修补,保证了加工的精度。 R242卧式双端面磨床加工时间短、加工质量高。
1.2.4 新工艺的应用
裂解技术的基本原理是:用激光或拉刀再连杆大头孔的剖分面上加工一个V型凹槽,如图1所示,用图2所示的装置对大头孔施加一个撑开的力,这样在V型凹槽处将形成应力集中,当满足发生脆性断裂的条件时,在几乎不发生塑性变形的情况下,在缺口处规则断裂,实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分,从而将连杆体和连杆盖撑断[3]。由于V型凹槽处的应力集中,使断裂沿槽准确断裂,断裂面呈犬牙交错的自然形态,断裂面的特性具有极高的配合精度,无需再加工。在后续的大头孔精加工及装配过程中以断裂剖分的三维曲面定位,分离后的连杆盖与连杆体在断裂面处自然啮合、精准合装。减少了加工工序(无结合面的铣削、磨削及拉削),省去了结合面加工,可节省大量的刀具及模具费,使连杆的加工变得更简单,可节省机床投资25%,节省面积30%。由于结合面的特殊形状,使盖的定位准确,可保证连杆在使用过程中的精度,可以不必像传统连杆那样采用定位螺栓、定位销、齿形等定位方式,大大降低成本,节省了操作人员。降低了生产线运行费用,节省能源40%,刀具消耗降低35%,并减少了维护保养。
通过裂解工艺的应用,连杆体和盖的螺栓孔的加工从原来14个工步,2次装夹,减少到6个工步,一次装夹(如图3),提高了生产效率,减少了生产设备和操作人员,防止了二次装夹产生的误差。
采用叠珩的工艺方法对连杆的大小孔进行珩磨。用特殊的夹具,可同时装夹4-6个连杆,每个连杆都可以在水平和垂直方向作轻微移动,夹具上下各有一个导向套,当珩磨工具下行时,零件得以定位,然后夹具自锁,使定位精度得以保持。上线后,用气动量仪检查孔径和中心距,将不合格品剔出去;大头要经过三次珩磨,每一个珩磨循环之后都用气动量仪进行检测,结果可反馈到到上下加工工位,以及时对加工参数进行调整。小头孔的珩磨要经过两次。这种工艺已经被多家汽车制造商采用,显著的提高了生产率,珩磨每个零件的单件时间只有10秒,如果两班生产,每天可生产8000件连杆。采用刚性珩磨头,可以纠正形状误差及大、小孔对端面的垂直度,可保证大、小头孔的平行度。
2 结束语
通过对PX连杆的加工工艺进行改进,减少了连杆的加工工序,缩短了工时,降低了生产成本,提高了生产效率。为企业的未来更好的发展,提供了有利的保证。
参考文献
[1] 颜怀祥.浅谈连杆加工工艺中的一些新的技术[J].柴油机设计与制造,2003(2)45-48.
[2] 包雪鹏,刘善德. C70S6裂解连杆性能分析[J].轻型汽车技术,2008(3)25-29.
[3] 刘慕双,谢 颖,孟庆义.连杆分开面裂解的力学分析[J].机械设计与制造,2008(5)156-157.