高速柴油機連桿設計文獻綜述 機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計文獻綜述

1、本科畢業(yè)論文（設計）文獻綜述論文（設計）題目：105系列高速柴油機連桿工藝總體方案及指定工裝設計學 院：機械工程學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級：機自047班學 號：0403011715學生姓名：楊建立指導教師： 張宇光2008年 6 月15 日文獻綜述一.柴油機連桿加工工藝分析主要說的是關于傳統(tǒng)工藝連桿加工中影響其精度的主要參數(shù)和連桿加工工藝路線，連桿加工工藝的分析和改進，以及連桿加工工藝設計中應該注意的問題反映連桿精度的參數(shù)主要有五個：（1）.連桿大端中心面和小端中心面相對于連桿身中心面的對稱（2）.連桿大小頭孔中心距尺寸精度（3）.連桿大小頭孔平行度;（4）.連桿大小頭孔的尺寸精度

2、、形狀精度;（5）.連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。傳統(tǒng)加工路線：連桿工藝設計注意問題：工序安排定位基準：夾具使用二發(fā)動機連桿的粉末鍛造主要介紹粉末鍛造工藝的技術特點、制造工藝流程、主要制造工藝參數(shù)、主要生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)等；國外采用連桿脹斷工藝的公司有哪些1.特點：粉末冶金燒結件作鍛造毛坯可一次鍛造成形，無飛邊，節(jié)省加工工時和設備。具有粉末冶金和機械精鍛的優(yōu)點。粉末鍛造可實現(xiàn)燒結材料的高密度化，是材料具有高強度和無明顯各向異性。a.避免不必要的機械加工，如模鍛連桿早熱處理前需要經(jīng)過幾到機加工，而粉鍛連桿僅需一道機加工。b.質量偏差小，模鍛3%-5%，粉鍛連桿僅0.5%。c.疲勞輕度高d.零件

3、致密、輕量，密度7.8g/cm3,形狀及尺寸經(jīng)一次性鍛造即可達到最終產(chǎn)品要求。e.節(jié)約能源50%，節(jié)約材料40%，有利于環(huán)境保護。2.制造工藝流程: 預合金鋼粉配料機混料壓制成預制坯燒結成鍛坯快速送入預熱的鍛模致密化閉模鍛造鍛件脫模在可控氣氛中冷至室溫熱處理噴丸強化3.原料參數(shù)：德國寶馬生產(chǎn)V8發(fā)動機連桿所用預合金鋼粉成分為w(Mn)=0.3%0.4%、w(Cr)=0.1%0.25%、w(Ni)=0.2%0.3%、w(Mo)=0.25%0.35、w(C)=0.6%,其余為Fe.4.主要工藝參數(shù)：a.配料及混料經(jīng)配料計算和準確稱取粉重后置于混料機混合2030分鐘至分布均勻；b.壓制預制坯要對預制

4、坯的設計應合理，對其密度、質量、質量變化和尺寸要求精確控制，避免過負荷損壞模具；c.燒結預制坯在通有還原保護氣體的專用燒結爐中進行，燒結溫度11201130，至完全合金化，后移至無氧化性氣體的溫飽爐中于1000左右保溫；d.鍛造有兩種：利用燒結體預熱保溫至鍛造溫度時立即進行鍛造，以節(jié)省能源。二是在燒結體冷卻至室溫后，經(jīng)高頻或真空加熱進行鍛造，其消耗能源較大。燒結體在1000時，迅速送入預熱至300的鍛模中進行致密化封閉鍛造，可將80%理論密度的燒結體至100%理論密度。燒結坯在出爐時應盡量縮短停留時間，立即送入鍛造工序，若鍛造溫度過低，在連桿表層殘留微孔隙增多，使連桿密度下降；若停留時間過長連

5、桿內(nèi)部易被氧化，均會導致連桿沖擊韌性和疲勞強度下降。在熱處理時在惰性氣體（如氬等）中加熱至淬火溫度870時，立即在油中淬火，后進行570回火。三.連桿大頭脹斷工藝：本文主要什么是脹斷工藝、脹斷工藝的特點、優(yōu)點、采用的材料、熱擴散工藝（TD）及TD處理的使用現(xiàn)狀，脹斷工藝處理工藝流程等。1.脹斷工藝概念：對連桿大頭孔的斷裂線處預先加工出兩條V型應力集中槽或在毛坯加工時就做出溝槽（圖1），然后對其側面施加徑向力（圖2），使其在槽處出現(xiàn)裂縫，在徑向力的繼續(xù)作用之下，裂縫繼續(xù)擴散，最終達到連桿蓋從連桿體上分離下來。圖 1據(jù)德國Krebsoege公司研究結果，燒結粉末金屬連桿的可脹斷性較好，鑄鐵連桿材料

6、最宜使用GTS65-70，鍛鋼連桿材料是70號鋼，但70號鋼鍛造連桿在脹斷時如何保證不帶塑性變形的脆性斷裂以及其切削加工是該工藝的難點。2.脹斷工藝的優(yōu)點：2.1.簡化了連桿及連桿蓋的設計要求，2.1.1.采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無需再進行機加工，省略了分離面的磨削加工；2.1.2.連桿體與連桿蓋裝配時無需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。2.2.改善了連桿總成的大頭孔變形，為采用前分離面以及螺栓孔加工誤差以0.01mm單位來計算；而采用脹斷工藝之后其誤差是以0.001mm單位來計算的.德國A

7、lfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel兩位工程師的研究確定：在粗加工后連桿大頭孔不圓都約在12m左右，在脹斷后約在40m左右，其變形量約為28m。又據(jù)美國Gidding & Lewis Co.的研究：測試50個零件的分析結果，；連桿大頭孔的平均直徑在脹斷前與后的平均變形僅為23m。2.3.減少了連桿生產(chǎn)的設備、生產(chǎn)面積以及制造費用，3.1.省掉連桿蓋與連桿分離面的磨削加工和螺栓孔經(jīng)加工的設備投資和這些機床占地面積以及制造費用3.2.在傳統(tǒng)工藝中切斷后的連桿蓋需要單獨自動運輸裝配，而采用脹斷工藝后可立即裝配。3. 熱擴散涂層可提高工具的使用壽

8、命 熱擴散工藝可顯著硬化材料表面，其硬化層厚度為0.02-0.2mm，該層十分緊密地與基體結成一體，可顯著地延長工具的使用壽命，如落料模、沖模、鍛模、拉伸模、冷鐓模、折彎模和沖頭模等。其處理是把零件浸入鹽浴里，加熱到899-1056，加熱1-8小時。4.脹斷加工工藝路線：四.漲斷連桿爆口原因分析：本文就連桿漲斷后爆口這一最大問題從激光脹斷加工工藝、材料試驗等角度進行了詳細地分析連桿爆口產(chǎn)生的原因，得出S含量低于材料標準要求是產(chǎn)生爆口的關鍵因素。1.脹斷加工過程中存在的主要問題：影響脆性斷裂的因素主要有斷裂速度、預加工應力槽及材料。影響爆口的重要參數(shù)是應力槽的幾何形狀和深度。應力槽加工有兩種方法

9、，拉刀拉削或激光割削，從原理上看，激光割削避免了拉刀變鈍導致應力槽形狀不符的要求，因此激光加工應力槽是省時省錢的現(xiàn)代化加工方式。但當激光調焦不精確的話應力槽也會邊淺，應力槽作用減小，脹斷時的速度及引起斷裂的沖擊力也變小。因此脹斷工藝的材料、應力槽深度、脹斷速度、壓力等是脹斷后連桿大頭變形和爆口的主要原因。經(jīng)過相關試驗分析（有分析數(shù)據(jù)和圖解）：S含量低，材料脆性增強，長生爆口的傾向增大。2.最后得出總的結論：（1）連桿大頭變形和爆口是脹斷工藝中的主要問題，為確保正常使用，連桿大頭變形必須在允許的范圍內(nèi)，并使爆口異常盡可能的少。（2）爆口異常主要原因可能是應力槽深度過淺，材料過脆。（3）對比現(xiàn)實生

10、產(chǎn)情況可知，爆口工廢率出現(xiàn)異常的可能原因為連桿材料問題，其中毛坯的S含量低于材料標準要求導致材料脆性增大是產(chǎn)生爆口的關鍵因素。（4）鍛鋼件的熱處理工藝也是影響零件機械加工性能的原因之一，對于連桿毛坯采取確當?shù)墓に嚪椒ㄟM行熱處理，可有效的改善連桿的性能。五.用常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車連桿本文從連桿造價與重量方面的改進、連桿設計、材料的選擇分析、研制鐵基粉末冶金材料的生產(chǎn)參數(shù)、應力分析、回火溫度與耐久極限及切削加工性能的關系、疲勞試驗、鑄造與燒結連桿重量的比較等方面進行分析和總結。采用脹斷工藝有如下優(yōu)點：1.簡化了連桿及連桿蓋的設計要求，2.采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，

11、所以其無需再進行機加工，省略了分離面的磨削加工；3.連桿體與連桿蓋裝配時無需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。所以與傳統(tǒng)連桿加工方法相比，脹斷工藝具有很大的優(yōu)勢，其減少了加工工序、節(jié)省精加工設備、節(jié)省刀具磨損、節(jié)材料和能源、降低生產(chǎn)成本等，連桿脹斷加工技術還可提高連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質量，對提高發(fā)動機生產(chǎn)技術水平和整機性能具有很重要作用。五.發(fā)動機連桿裂解制造工藝及設備裂解連桿要求其材料塑性變形小、強度好、脆性適中、工藝性好，即在保證連桿強韌綜合性能指標的前提下，限制連桿的韌性指標，使斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征

12、。用于裂解連桿的主要材料為粉末燒結材料、高碳微合金非調質鋼、球墨鑄鐵及可鍛鑄鐵，其中C70S6 高碳微合金非調質鋼連桿和粉末燒結鍛造連桿應用最廣。C70S6 高碳微合金非調質鋼的金相組織為珠光體斷續(xù)的鐵素體，其成分特點是：低硅、低錳、添加微量合金元素釩及易切削元素硫，合金元素的范圍較窄，具有較好的切削加工性能。C70S6 裂解連桿鍛件在鍛造過程中無特殊要求，應在1150攝氏度鍛造后采取強風冷卻。裂解連桿鍛造毛坯形狀和尺寸與普通連桿毛坯無太大區(qū)別，但為減少裂解過程中的裂解力及裂解時的大頭孔變形，在不影響斷裂面嚙合的情況下，應盡量減少大頭孔中心處斷裂截面積。此外，斷裂剖分的結合面凸凹不平，大大提高

13、了接觸面積，可使連桿承載能力、抗剪能力、連桿桿身和連桿蓋的定位精度、裝配質量大幅度提高。采用裂解技術加工連桿的核心工序為加工裂解槽及有控裂解、定扭矩裝配螺栓合理設計裂解槽，可有效提高缺口效應與應力集中系數(shù)、降低裂解力、提高斷裂效率與質量。裂解槽形狀與尺寸由張角、曲率半徑、槽深、槽長等4 個參數(shù)決定。國內(nèi)常用的裂解槽加工方法有機械拉削、線切割，美國RA YCON 、德國AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工YAG固體激光器加工裂解槽具有切縫窄、速度快、無刀具磨損、易裂解、重復精度高的特點，可降低裂解力、減少大頭孔裂解變形。但由于激光器的輸出功率與模式、重復頻率與脈寬、切割速度、光斑直徑與焦點位置、光束入射角、輔助氣體壓力等加工參數(shù)，以及熔點、沸點、導熱性和對激光的吸收等材料特性，均對槽寬均勻性、槽深一致性以及槽面質量產(chǎn)生很大影響，因此激光器的選擇、加工參數(shù)的調整非常重要。載荷施加方式、大小、速度對斷裂有重要影響。試驗表明，采用“背壓”裂解方法，并施加瞬態(tài)階躍裂解主動載荷，有利于保證裂解質量。在裝配螺栓過程中需保證裂解后的連桿桿身與連桿蓋完全嚙合、不錯位。為防止錯位或施加扭矩不一致，應同時進行兩側螺栓的裝配。裝配螺栓需要進行螺栓預裝配及定扭矩裝配。螺栓預裝配可強化斷裂面。預裝配后將扭矩卸載，使連桿桿身與連桿蓋分離，對斷裂面進行吸塵或采用高壓氣體清渣