連桿制造加工工藝概述

鄒潤湘

摘要：連桿作為汽車發動機的主要傳力部件之一，必須能承受很大的載荷，同時具有很高的疲勞強度，其制造加工過程除了在使用材料上要下功夫以外，還要在加工方法以及熱處理上達到理想的要求。為加深對連桿制造工藝過程的理解，簡要說明連桿零件加工制造過程，本文就連桿作用及結構特點展開，概述了連桿加工工藝中連桿材料的選擇、毛胚制造方法及其加工工藝規程規劃。

關鍵詞：連桿;連桿小頭;連桿大頭;毛胚制造;加工工藝過程規劃

正文：

一、連桿的功用及其組成

連桿是汽車發動機中的主要傳力部件之一，其功用主要有兩點：一是實現運動的轉換;二是實現能量的傳遞。連桿的一端通過活塞銷把活塞和連桿小頭孔連接，另一端連桿大頭孔和曲軸連桿軸頸相連。連桿由連桿小頭、桿身和連桿大頭三部分組成。

二、連桿結構特點[1]

連桿小頭與活塞銷有相對轉動，小頭孔中一般壓入巴氏合金襯套或青銅襯套，提高耐磨性。襯套與小頭孔的配合一般為過盈配合。由于采用過盈配合就需要采用外力，如壓裝進行襯套安裝。在小頭和襯套上鉆出集油孔，襯套上有集油槽，用來收集發動機運動旋轉時飛濺上來的機油，以便潤滑。有的連桿小頭采用壓力潤滑，有一縱貫桿身的油道與小端襯套上的小孔相連。

連桿大頭和曲軸連桿軸徑相連并且也有相對高速運動，因此需要在連桿大頭孔中安裝軸瓦，提高耐磨性。為便于安裝，軸瓦不是一個整體，而是分為兩半，一片為上瓦、一片為下瓦。兩個瓦片在獨立的生產線上進行加工。加工完后，在發動機連桿分裝線上進行裝配。為了便于正確在大頭孔中安裝軸瓦，需要在大頭孔上銑一個瓦槽對軸瓦進行定位。

連桿桿身不需要加工，直接由毛坯鍛造而成，一般采用工字形斷面，以便在剛度和強度足夠的前提下減小質量。對于一些用于汽油發動機中小型連桿桿身中有一個貫通連桿大頭孔和小頭孔的長油孔，這個油孔的作用是：進入連桿大頭孔的潤滑液可以通過這個桿身上的油孔進入到連桿小頭，從而實現對小頭孔的潤滑。而連桿大頭孔的潤滑液來自曲軸連桿軸徑上的油孔。曲軸連桿軸徑上的油孔又與曲軸主軸頸上的油孔相連。曲軸主軸頸上的油孔又與發動機缸體曲軸支撐座相連，最終與發動機缸體的潤滑系統連接。

三、連桿加工材料

工業上連桿的材料一般有以下三類傳統材料：

①碳素調質鋼：通過調質來滿足材料的力學性能，調質硬度達到220—260HBS，主要用于小功率發動機連桿，如45、55鋼調質。

②合金調質鋼：加入鉻、錳、鉬、硼元素，調質硬度增加可達到300HBS，主要用于大功率發動機連桿。如40Mn、40Mn2S、40MnB等。

③非調質合金鋼：加入釩、鈦、鈮微合金元素，通過一定的過程控制，不經過調質，力學性能即可滿足要求，鍛造成本較低等。如：35MnVS、48MnV等。

四、連桿毛胚制造

目前連桿毛坯主要的制造方法有鑄造、模鍛和粉末冶金。

連桿對力學要求很高，其毛胚一般所以采用的制造方法是模鍛。模鍛是指在模鍛錘或壓力機上用鍛模將金屬坯料鍛壓加工成形的工藝。模鍛工藝生產效率高，勞動強度低，尺寸精確，加工余量小，并可鍛制形狀復雜的鍛件;適用于批量生產。但模具成本高，需有專用的模鍛設備，不適合于單件或小批量生產。模鍛連桿性能可靠，檢驗手段比較簡單。

鑄造連桿材料多為珠光體可鍛鑄鐵。與模鍛連桿相比，鑄造連桿具有設計靈活，尺寸接近連桿成品尺寸，加工性能好，工作可靠以及成本低等優點。[2]

在各種材料的連桿中，粉末冶金連桿在硬度、耐磨性和強度等方面居于優勢。如質量為400g，材料為SintF30的粉末冶金連桿，由于精度高，質量誤差小，后續加工比傳統的鑄造連桿或模鍛連桿少50%以上。[3]

五、連桿加工工藝過程規劃

1.連桿加工部位規劃

①連桿上下端面，連桿小頭兩個斜面加工，該端面是連桿加工的一個重要的定位基準面。

②連桿大小頭側外型面加工，包括：大頭7個側外形面，小頭5個側外形面，其中大頭7個外形面包括：4個螺栓螺母窩座面，一個去重凸臺面（用于當零件鑄造重量超重時在此處去重），兩個側外型面。螺栓螺母窩座面是螺栓螺母安裝面。去重凸臺面用于連桿去重。小頭5個外形面包括2個油孔面，用于油孔加工，是油孔的預加工面。

③大小頭孔加工，包括大頭孔底孔加工、小頭孔底孔加工、小頭襯套孔加工。

④對口面加工。由于對口面是平切口，因此加工比較簡單。

⑤螺栓孔加工。

⑥瓦槽和油孔的加工。

2. 連桿加工工藝過程安排[4]

連桿的加工工藝過程安排遵循先面后孔，先基準后其它，基準統一原則。根據連桿零件設計圖及產品特點，連桿加工一般先加工兩端面，然后以大小頭孔和端面為基準拉削側外形。加工完畢后主要采用端面和外形六點定位法（即端面3個自由度，大小頭三個側面3個自由度）加工大小頭孔。在小頭孔加工后采用連桿底面、小頭孔、大頭一側面定位加工其它部位。大小頭孔同時加工，以保證大小頭孔中心距精度。先加工對口面，再加工螺栓孔。

參考文獻：

[1]漫天飛舞.發動機基本知識（八）[OL].新浪博客，2008-02-24.

[2]閻洪濤.發動機連桿裂解工藝參數確定及數值模擬[D].燕山大學，2006-03-01.

[3]鄧玉萍.楔橫軋多楔成形鋁合金連桿坯料的數值模擬分析[D].廣西大學 2016-06-01.

[4]馮之敬.制造工程與技術原理第3版[M].北京：清華大學出版社，2019.