汽車發動機連桿加工精益制造技術分析

何連瑞

摘 要：為改變傳統連桿加工工藝設備投入大、精度控制難等問題，提升汽車發動機傳動機構整體生產質量，文章引入精益制造技術，對其沿革背景、本質內涵等進行深入探析，在此基礎上改進雙端面磨削、分離面加工等工藝，提出了臥式磨削技術、分離漲斷技術、鉸珩珩磨技術等新工藝，經過對比試驗后發現，其精度、加工成本等方面均有所優化，能夠為連桿生產工藝的升級提供思路。

關鍵詞：汽車發動機;連桿加工;精益制造技術

前言：

連桿是汽車發動機生產制造過程中極為重要的部件，主要承擔著連接活塞、曲軸，并傳遞膨脹氣體壓力的作用，其本身是一種細長型變截面桿件，由連桿體、桿蓋等構件組成。由于連桿受到的動載荷來源較為復雜，因此磨削、漲斷等工藝中對精度要求比較高，無論是尺寸、形位處理還是表面處理，都必須嚴格控制誤差，否則將導致嚴重的變形、彎曲問題，甚至直接影響發動機整體運行質量。

1精益制造技術背景

精益制造技術孕育和起源于豐田公司生產實踐中，當時美國大規模生產流水線在汽車行業占據主導，具有標準化、大批量的優勢特征，極好地迎合了汽車大眾化發展趨勢，但20世紀中葉以后，社會生產力明顯提升，汽車市場社會需求導向愈發明顯，以多品種、小批量為特征的新興階段正式到來。豐田公司綜合審視國內外局勢變更情況，首創性地歸納總結出了精益制造技術，與傳統生產方式相比，其特征主要表現在以下幾個方面：

其一是拉動式準時化生產，主要借助“看板”傳遞工序間信息，并在人為干預、組織下，形成物流平衡結構，最終達到零庫存、低成本的目標;其二是全面質量管理，強調及時檢測的重要性，隨產隨檢保證問題得到動態化解決，為生產質量的提升奠定基礎;其三是并行工程，強調設計開發、工藝結構、客戶需求的有機統一。本文主要論述發動機生產流程中，連桿構件制造這一單點工序，因此著重關注全面質量管理特征，力求通過實時動態跟蹤、工藝技術改進達到質量提升目標。

2精益制造技術在連桿臥式雙端面磨削工藝中的應用

傳統雙端面磨削工藝中，通常采用立式雙軸機構輔助生產，兩臺單軸磨削裝置配套組合形成整體，并在勻速反向運行中達到磨削的目的，運作原理和結構較為簡單，但運行過程中工件被放置于圓盤之上，且始終處于自由挪動狀態，受自重等因素影響很容易出現上下磨削量不一的問題，進而導致端面不對稱、形位精度不達標等狀況[1]。

現代化的精益制造工序中，突出強調了誤差控制的重要性，因此該種粗放化的雙端面磨削工藝適用性明顯下降。綜合客戶需求、結構需求分析后，更提倡臥式雙端面磨削工藝，該工藝中連桿以側立方式固定在磨削裝置之中，磨削過程中組合砂輪同時轉動，對工件表面產生均勻摩擦力，結合現代化設備對磨削量進行實時監控，并以此為依據調整工件進給量，達成精準控制和自動補償的目標，整體的生產質量和效率均有較高保障。

根據精益制造概念所述，試驗中還對磨削成果進行了質量檢驗，檢驗指標及結果可見。無論是工件彎曲變形情況，還是平行度、平面度指標，精益磨削工藝成果均占據一定優勢，這主要是因為精益制造狀態下，連桿主要受徑向磨削力作用，兩端砂輪同步運作，斷面受力更加均勻且磨削量也更加恒定，可以達到較好的精度控制效果。

3精益制造技術在連桿分離面漲斷工藝中的應用

連桿分離面加工工藝中，通常采用鋸斷削、銑削方式，作業對象為整體式的連桿毛坯，初次加工后連桿蓋體分離，并經過進一步的拉削、磨削制作出孔洞，最終借助螺栓實現部件連接，為提升精度后期可能還需要精鏜優化，整體流程極為繁瑣，還有可能受到定位誤差的干擾。精益制造模式中，更推薦采用漲斷工藝方式，操作時事先對漲斷處進行預加工，借助激光設備等制作槽線，預處理完成后送入漲斷設備，槽線在持續的漲斷推動力作用下，產生持續擴大的裂縫，并最終實現連桿蓋、本體的分離[2]。該種方式直接省略了銑削、鋸削等工藝步驟，一步加工整體性更好，減少設備投入和占用的同時，還能顯著提升作業效率。

此外，傳統工藝中連桿蓋、體分離完成后，均需要經過嚴格的磨削加工，并借助螺栓實現定位連接，因此需要重點關注誤差問題，孔洞垂直度、中心距等必須符合標準，但受多重因素影響，實踐中即使操作再小心也無法完全避免殘余應力的產生。裝配環節蓋體連接斷開，應力被充分釋放出來，很容易為大頭孔的變形埋下隱患。而漲斷工藝中槽線預先生成，桿體和蓋體此前處于完全嚙合狀態，漲斷后分離面質量更加有保障，無需經過磨削等機械加工即可以進入下道工序，有助于提升結構契合度和精確性。

4精益制造技術在連桿頭孔鉸珩工藝中的應用

連桿是傳動機構中極為關鍵的部件，精鏜加工完畢后還需要進一步珩磨、測量，以確定桿件精度符合要求，傳統工藝中通常采用單珩方式，機械油缸開啟并帶動構件運作，待到珩磨頭進入構件后，驅動桿運作并向漲芯釋放信號，珩磨頭在漲芯作用下充分漲開且上下旋轉運動，最終達成磨削的目的。后續工藝設備優化，疊珩技術得到了推廣應用，設備基本機構與單珩一致，但可以滿足四根連桿同時珩磨的需求，工件以疊放形式放置于作業面上，因此需要配備更長的珩磨頭，系統更加復雜、前期投入費用更高，經濟適用性明顯下降。

精益制造模式中新引進了鉸珩加工方式，裝置內配備高精度鉸珩刀構件，可以在旋轉的過程中勻速進刀，單次往復后即可完成加工，若余量大于0.05mm，還可以自由更換粗、半精工藝等完成。同時，設備在動力、材料方面也給予了更多改進，液壓工作方式更加高效和易控，珩磨條采用鋼基體，外表鍍有金剛石涂層，整體剛性更有保障。鉸珩頭提前漲開至工作尺寸，圓周速度控制在20m/min至40m/min之間，往復速度則控制在0.5m/min至3.5m/min之間，系統采用高度自動化、智能化設計原則，開放自動測量及自動補償功能，可以有效提升精度。

為直觀呈現精益制造技術優越性，本文還開展了系統的對比試驗，用兩種方式連續加工150個連桿孔，并對成果進行測量和統計，傳統方式下誤差可以縮小至3至5μm，期間需要經過10次左右的補償加工;鉸珩工藝中，誤差可以進一步降至1至2μm，期間僅需要經過1次補償加工，加工周期縮短，前期投入也更加可控。

結論：綜上所述，本文深入分析連桿生產制造現狀，在此基礎上引進多種改進技術，其中臥式磨削工藝施加應力更均衡，雙端面磨削量更加一致，漲斷工藝則節省了磨削、銑削等步驟流程，提升了蓋體、本體的契合度，鉸珩工藝更是顯著減少了設備、人員投入，整體上更加符合精益制造概念內涵，實踐中可以適當借鑒和應用。

參考文獻：

[1]周家華.精益生產在汽車零部件企業生產管理中的應用[J].現代商業，2021（31）：155-159.

[2]王曉君，史金鑫，管少亮.汽車零件車間精益生產實施研究[J].汽車實用技術，2021，46（09）：202-206.821A9AA0-B032-4355-8AC5-CDFF244BC32D