連桿及曲軸箱的斷裂剖分工藝

1、連桿及曲軸箱的斷裂剖分工藝連桿及曲軸箱的斷裂剖分工藝斷裂剖分工藝是一種為了部件裝配的需要,將一整體件通過沖擊的方法而斷裂剖分為二個(gè)構(gòu)件的新工藝。這種工藝與傳 統(tǒng)切削剖分的工藝或構(gòu)件通過單個(gè)制造的方法相比，其突出 的優(yōu)點(diǎn)是剖分的兩個(gè)構(gòu)件不需加工剖分面而可直接進(jìn)行合 裝，并具有可重復(fù)的極高定位精度和承載能力，以及構(gòu)件的 生產(chǎn)只需較少的加工工序，從而顯著節(jié)約設(shè)備投資和降低生 產(chǎn)成本。這種新工藝具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。目前，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，這種新工藝已較普遍地應(yīng)用于 連桿和曲軸箱主軸承蓋的剖分上。在傳統(tǒng)的連桿生產(chǎn)流程中，連桿剖分為連桿體和連桿頂蓋是 通過鋸削或銑削來實(shí)現(xiàn)的。采用這種工藝剖分的連桿，

2、不僅 需對(duì)連桿體和連桿頂蓋的剖分面進(jìn)行磨削，并且在剖分面上 還要鉆鉸螺栓定位孔和攻螺紋孔或切制端面齒、鉆鉸定位銷 孔和鉆螺栓孔等，以便使連桿體和連桿頂蓋能實(shí)現(xiàn)精確合 裝。從這里可以看出， 連桿從“剖分” 為兩件到能精確地 “合 裝”成一體，需經(jīng)過好多道加工工序。為此，需要較多的機(jī) 床和相應(yīng)多的作業(yè)面積。針對(duì)連桿傳統(tǒng)切削剖分工藝的缺點(diǎn)，在上世紀(jì) 80 年代末人 們開發(fā)出連桿斷裂剖分新工藝，這種新工藝旨在通過連桿的 斷裂剖分，使剖分的連桿體和連桿頂蓋，在其剖分面不經(jīng)加 工的情況下而直接進(jìn)行精確合裝，免去傳統(tǒng)工藝為實(shí)現(xiàn)連桿 體和其頂蓋精確合裝所需的那些后繼加工，以達(dá)到減少加工 工序和減少機(jī)床的目的。

3、中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)論壇根據(jù)斷裂剖分工藝的要求，連桿在進(jìn)行 斷裂剖分之前，先粗鏜連桿大頭孔、鉆螺栓孔和攻螺紋孔， 以及在大頭孔預(yù)定斷裂處切出兩個(gè)對(duì)置的三角槽，此三角槽 也可以在鍛造連桿毛坯時(shí)作出。連桿在斷裂剖分之前還需鉆 出螺栓孔，這樣安排，一方面，連桿在斷裂剖分后，就可在 下一工位接著進(jìn)行連桿體和連桿頂蓋的合裝，另一方面，由 于加工出螺栓孔，可減少連桿的斷裂截面積，由此降低連桿 斷裂剖分時(shí)所需的沖擊力。連桿斷裂剖分時(shí)，先將連桿大頭孔套裝在斷裂剖分設(shè)備（圖 1）的兩個(gè)對(duì)半分開的芯軸上，連桿進(jìn)行定位和夾緊。然后，用來漲裂連桿的楔通過液壓驅(qū)動(dòng)插入兩個(gè)半芯軸形成 的方孔中，并施以一定的沖擊力。此時(shí)，在楔的

4、沖擊下，連 桿在大頭孔的三角槽處被斷裂剖分為連桿體和連桿頂蓋。在 剖分處則產(chǎn)生一種晶粒狀表面 （圖 2）。這種凹凸不平的剖分 面具有很高的配合精度，當(dāng)連桿體和其頂蓋用螺栓擰緊合裝 后，人們甚至可鍛鑄鐵（左） ，鍛鋼（中） ，燒結(jié)合金（右） 看不出這兩件的裝配接縫。不同材質(zhì)連桿的斷裂剖分面連桿在斷裂剖分后，需用壓縮空氣將剖分面吹凈，然后引入 螺栓進(jìn)行合裝，并相繼進(jìn)行連桿兩側(cè)面的精磨和大小頭孔的 精鏜等終加工工序。從上述介紹中可以看出，斷裂剖分工藝的應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了 連桿的生產(chǎn)工藝流程。傳統(tǒng)的連桿生產(chǎn)工藝流程一般需 14 道切削加工工序，而應(yīng)用斷裂剖分工藝，只需 6 道切削加工 工序就夠了。通過檢

5、測(cè)表明，斷裂剖分后重又合裝的連桿，其大頭孔在精加工后，即使經(jīng)多次拆卸和合裝，孔仍能保持很高的圓度， 完全位于所要求的公差范圍內(nèi)。圖 3 所示是黑心可鍛鑄鐵GTS70 （系德國(guó)材料牌號(hào)，相當(dāng)于中國(guó)材料牌號(hào)KTH700 02）連桿在斷裂剖分和合裝前后其大頭孔在兩個(gè)平面上所測(cè) 得的不圓度。連桿在斷裂剖分前，大頭孔經(jīng)粗鏜后其不圓度 約為12卩m。A）斷裂剖分前，B）斷裂剖分后，C）精加工后，D ）連桿蓋經(jīng)拆卸和重新用螺栓擰緊后。 連桿在斷裂剖分后進(jìn)行合裝，此時(shí)在大頭孔上所測(cè)得的不圓 度約達(dá)到40卩m。不圓度變大是由于在斷裂剖分時(shí)連桿產(chǎn)生 一定的變形所致。孔再經(jīng)精加工后，這時(shí)孔的不圓度減少到 約3卩m。

6、接著，連桿經(jīng)多次拆卸和合裝，此時(shí)孔的不圓度 則穩(wěn)定保持在4卩m左右，此不圓度與精加工后直接測(cè)得的 不圓度只有1卩m左右的變化，這表明，采用斷裂剖分工藝 一保證連桿體和其頂蓋合裝的可重復(fù)的高精度。在歐洲汽車工業(yè)中，寶馬汽車廠是最早（ 1992年）應(yīng)用斷裂 剖分工藝來制造 V8 汽油機(jī)燒結(jié)鍛造連桿的廠家，我國(guó)長(zhǎng) 春第一汽車廠也早已引進(jìn)了應(yīng)用斷裂剖分工藝的連桿生產(chǎn) 設(shè)備。這種新工藝的應(yīng)用表明，連桿的加工設(shè)備投資可節(jié)約25%鑒于斷裂剖分工藝在連桿生產(chǎn)上的成功應(yīng)用，促使人們將這 一新工藝推廣應(yīng)用于曲軸箱體和曲軸主軸承蓋的制造上。在 發(fā)動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)生產(chǎn)中，曲軸箱體和曲軸主軸承蓋都是單獨(dú)鑄 造和進(jìn)行加工的，無

7、疑需要采用較多的加工工序和加工設(shè) 備。為在曲軸箱制造上應(yīng)用這一新工藝，首先需將曲軸箱體 與曲軸主軸承蓋鑄成一體，然后，通過斷裂剖分又將曲軸箱 剖分為曲軸箱體和曲軸主軸承蓋，從而免去了曲軸箱體和曲 軸主軸承蓋的接合面及其相關(guān)基面的輔助加工，由此獲得像 斷裂剖分連桿那樣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。在這里特別要指出的是， 對(duì)于 V 型發(fā)動(dòng)機(jī)， 其點(diǎn)火所產(chǎn)生的 爆發(fā)力是傾斜作用在曲軸主軸承蓋與曲軸箱體的接合面上， 這個(gè)力會(huì)使軸承蓋相對(duì)曲軸箱體產(chǎn)生微小的位移。這種位移 可能會(huì)在曲軸箱體和曲軸主軸承蓋之間引起顯微焊接，由此 就有可能導(dǎo)致曲軸箱體產(chǎn)生振動(dòng)疲勞斷裂。因此，在傳統(tǒng)生 產(chǎn)中，曲軸箱體和軸承蓋的接合面要求加工得

8、很平，軸承蓋 需有高的剛性，并精確定位和牢固夾緊在曲軸箱體上，但即 使如此，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中由于構(gòu)件的微小變形，還是不能完 全消除這種微小位移。生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過曲軸箱主軸承蓋的斷裂剖分，由于在 兩個(gè)構(gòu)件的剖分面上產(chǎn)生具有絕對(duì)匹配的凹凸?fàn)畋砻娼Y(jié)構(gòu)， 兩個(gè)構(gòu)件用螺栓夾緊合裝后，可以有效地防止由傾斜作用的 點(diǎn)火爆發(fā)力所引起的微小位移。圖 4 是曲軸箱主軸承蓋斷裂剖分的原理。為減小剖分力， 同連桿斷裂剖分工藝一樣，需在預(yù)定的剖分處加工出盡可能 尖銳的三角槽。近年來為了減輕汽車重量和降低能耗，曲軸 箱材質(zhì)大多采用蠕墨鑄鐵，而這種材質(zhì)中的鈦合金元素會(huì)嚴(yán) 重影響到其切削性能，所以在這種材料的曲軸箱上機(jī)械加工

9、 三角槽時(shí)， 刀具很快就會(huì)磨損， 致使三角槽底頂尖半徑變大。 這樣，在批量生產(chǎn)中，就難于獲得可重復(fù)的斷裂剖分效果。 為克服這一缺點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)廠轉(zhuǎn)而與鑄造廠進(jìn)行合作，采用經(jīng) 過專門涂料處理的三角形砂芯，在鑄造時(shí)將其澆鑄在曲軸箱 的孔中，在斷裂剖分時(shí)以起到切口作用，從而確保穩(wěn)定的斷 裂效果。為了提高曲軸箱體與主軸承蓋精確合裝的可靠性， 位于曲軸箱上的鑄造冒口，其位置的安排和尺寸的確定必須 保證斷裂剖分區(qū)的冷卻要慢于周圍鑄件體的冷卻速度，以便 獲得粗顆粒的斷裂表面結(jié)構(gòu)。這對(duì)于軸承蓋的重復(fù)精確定位 是一重要條件。在曲軸箱的生產(chǎn)中，應(yīng)用斷裂剖分工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益也是 很明顯的。根據(jù)寶馬汽車廠的資料，如在四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)灰 鑄鐵材質(zhì)的曲軸箱生產(chǎn)中，由于采用了斷裂剖分工藝，使設(shè) 備投資減少了 2.5% ，作業(yè)面積節(jié)約 12.5%，而設(shè)備操作人員 減少了 10%。然而對(duì)于 V8 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸箱生產(chǎn)，由于 采用了斷裂剖分技術(shù)，可靠消除了由于傾斜作用于曲軸箱體 與主軸承蓋接合面上的點(diǎn)火爆發(fā)力而引起的微小位移，從而 更能確保