汽車發動機連桿加工精益制造技術分析

蔣亞輝

(安徽合肥技師學院，安徽 合肥 230011)

0 前言

精益制造是借助準時生產、全員參與改善的方式提升加工質量和工作效率，合理縮短加工時間，降低成本的生產組織和管理方式。在當前時代背景下，日韓和歐美國家的精益制造技術發展更成熟，經驗更豐富，但我國精益制造的市場具有更大的發展潛力。部分企業已經意識到精益制造技術的必要性和優勢，經過大量創新和試驗，部分企業已廣泛應用精益制造技術并進行大膽嘗試，初步積累了精益制造技術經驗。目前，我國汽車發動機廠商也越來越重視精益生產，并將其應用于發動機連桿生產上，實現連桿和連桿蓋加工一體化處理，進一步提高連桿總成的裝配精度，推進連桿加工的精細化和智能化，提高了生產效率，節約了生產成本，積累了生產經驗，實現了生產綜合效率的穩步增長，提升了企業的綜合實力。

1 發動機連桿受力情況

汽車內燃機的活塞連桿機構把燃氣作用在活塞頂部的軸向力轉變成曲軸的旋轉機械能，連桿機構主要承受活塞壓力和機構運動的往復慣性力，其失效形式主要為疲勞斷裂。汽車發動機連桿借助螺栓實現連桿和連桿蓋的連接，使其成為一個整體。根據其受力情況可知，連桿和連桿蓋的其他構成部分在一定程度上受發動機活塞變化影響，當發動機活塞處于上、下止點位置時，其工作速度相對較小，處于中間位置時，速度增長至最大。因此，受活塞組件往復運動的影響，連桿構成部分在一定程度上也會受到運動慣性力的影響。活塞連桿組件和活塞一起進行往復運動時，設計人員及維修工作人員應對發動機內部工作環境相對較差的發動機連桿位置展開重點分析，避免出現隱患。在連桿的選材中，力求輕質量和高疲勞強度及剛度。

2 汽車發動機連桿制造

汽車發動機連桿的材料主要為粉末冶金材料和鍛鋼。在北美國家的汽車發動機制造中，主要采用粉末冶金材料，而我國主要采用鍛鋼，不同金屬及其成型工藝使得在材料加工制造工藝及生產制造成本差異較大，優劣各有千秋。連桿采用鍛鋼材料時，其毛坯制造約占比40%，而粉末冶金約占比50%；在機械加工過程中，當連桿材料為鍛鋼時，機加工成本約占比48%，而使用冶金粉末時，機加工成本約占比40%。

采用粉末冶金材料與采用鍛鋼材料的連桿在疲勞性能方面有明顯差異。隨著新型材料在連桿上的廣泛應用，新型連桿質量相對較小。因粉末冶金制造發動機連桿沒有切削缺陷，其疲勞強度相對較大，在國內外產品中更常見。另外，采用粉末冶金材料的連桿具有較好的綜合機械性能和精度，以及較好的經濟性。

連桿是發動機的基礎構件，需要優化其強度、重量、成本等，以滿足實際應用需求。隨著汽車相關生產制造技術的創新與提升，我國汽車企業在發動機的鍛鋼材料制造技術應用方面仍存在不足，特別是連桿的硬度、質量、表面處理技術的穩定性等與發達國家之間存在較大差距，配件廠的技術也有待提高。在汽車連桿的配件生產中，生產制造企業應重點關注上述問題，避免配件自身問題影響連桿的使用。因此連桿的整體性能提升是一個系統性的工程，而精益制造能夠大大提升加工的精細化和智能化，提高生產效率，節約生產成本。

3 連桿臥式雙端面精益制造磨削工藝

3.1 連桿兩端平面新老磨削質量

連桿總成彎曲變形的具體質量評價指標是其兩端平面的平行度和平面度。在對連桿兩端平面進行磨削處理后，必須明確連桿總成的變形情況，掌握兩端平面的尺寸和形位公差數據。與傳統立式雙軸平面磨削處理相比，應用精益制造的臥式雙端面磨削處理具有明顯優勢，且磨削精益制造臥式雙端面在應用期間，連桿為自由靈活的形式。連桿兩側存在恒定的砂輪徑向進給，不會因磨削產生明顯的變形，且連桿兩端的磨削量相對平衡，基于兩端同步磨損的砂輪工作可以提高連桿兩端平面加工的形位精度。

3.2 連桿雙端面磨削新老工藝比對

連桿導料主要包含圓盤式和往復式這2種方式，圓盤式主要適用于自動上料及自動下料方面；往復式適用于手動上料及手動下料方面，發動機連桿精益制造臥式雙端面磨削工藝具有更高的精度和效率。

在傳統的立式雙軸平面磨削工作期間，圓盤上工件的擺放位置較靈活，沒有固定位置的限制，工件自身比重的差異會影響連桿加工精度，可能會出現連桿上下面不對稱磨削量的問題，降低連桿的磨削精度。

在應用精益制造方式的臥式雙端面磨削加工連桿時，臥式組合雙砂輪同時旋轉，砂輪槽面工件經多次給進，需要工作人員及時展開相應的測量工作。同時，要及時給予補償操作，促使所有工作達到精益制造的要求，可以減少操作時間，保證加工后的連桿質量更高。

4 連桿分離面精益制造脹斷工藝的應用

精益制造連桿分離面的脹斷工藝，主要是指將連桿蓋與連桿本體分別開展相應的工序加工。針對連桿毛坯和連桿蓋連桿體鍛造成一體的情況，可以采取以下方式：在連桿大頭孔的脹斷部位加工相應的粗糙線，采取脹斷設備推動連桿大頭孔，在槽線處形成相應裂縫，在徑向力的作用下，裂縫不斷擴大，實現與連桿蓋的合理分離。基于精準制造方式的連桿脹斷工藝僅需1道工序，連桿分離面采用脹斷工藝，在一定程度上可以促使連桿與連桿蓋分離面合理配合，提升連桿蓋結合連桿體分離面的工藝質量。且分離面為裝飾的結合面，沒有復雜的機械加工工序，可省略加工連桿、連桿蓋螺栓孔的工序環節，節約人力、時間和設備。

對于傳統的連桿加工工藝，在裝配處理前，對連桿蓋的分離面進行磨削加工處理，并借助螺栓將其固定。因此應重視螺栓孔分離面之間垂直度，使其符合相關規范，同時應重視操作過程中易出現的誤差等問題，借助脹斷工藝，可在一定程度上避免發生此類問題，保證連桿總成大頭孔精度。傳統的處理方法為拉削、切削及加工，已無法滿足當前時代背景下的行業發展需求和加工需求，將逐漸被淘汰。

5 連桿頭孔精益制造鉸珩工藝

5.1 傳統珩磨工藝

連桿屬于高速運轉的部件，其形狀、大小頭孔尺寸精度較高，進行精鏜處理后需要進行珩磨處理，促使精度達到相應的規范標準，以投入后續的使用。在加工中，珩磨頭先從連桿部位的大小頭孔處進入，再向下油缸推活塞至漲芯。珩磨頭開始旋轉后，持續磨削連桿孔。磨削處理的進程相對較慢，使4根連桿同時運轉，采用疊珩技術可提升珩磨效果，但成本相對較高。不管采取單珩還是疊珩加工，其磨削效率都較低，雖然可以保證表面的質量和形狀精度，但穩定性較差。

5.2 精益制造鉸珩工藝

精益制造鉸珩工藝是連桿頭孔加工的重要工藝，鉸珩刀在旋轉的同時進刀，往復1次就能完成對連桿頭孔的加工。當余量超過0.05 mm時，該工藝將分為粗鉸珩、半精鉸珩和精鉸珩這3類工序。鉸珩刀頭是液壓拖動漲塊，鉸珩磨條主要為鋼基體覆金剛石涂層。鉸珩頭在開展工件加工前，達到到既定的尺寸，采取上下套導向引導。鉸珩刀的圓周速度和往復速度較快，且系統具有自動測量、磨具修補的功能，可提高工作效率，保證加工質量符合規范要求。

大量實踐研究表明，鉸珩加工和鉸削加工的效果大致相同，但鉸珩效率更高，可實現一次性連桿頭孔加工目標，且鉸珩頭進入工件前，已達到實際尺寸標準。鉸珩刀的剛度更好，因此在加工中鉸珩刀的圓周速度可達40 m/min，往復速度可達3.5 m/min。

另外，在連桿精益制造方式中，加工系統自身具有自動測量及自動磨具補償功能，可在傳統加工的基礎上，推動發動機連桿鉸珩加工工藝的創新和發展。一方面，可提升連桿頭孔加工精度和表面質量；另一方面，可突出尺寸精度高的優勢，實現合理控制精度的目標。

6 結語

精益制造的目標為提高加工質量和工作效率，盡可能在減少成本投入的同時縮減加工循環時間。精益制造技術在發動機連桿的生產加工及加工工藝的創新方面得到了廣泛應用。先進的連桿臥式雙端面磨削精益制造，如磨削、脹斷及鉸珩工藝能得到更優品質的加工效果，使得連桿端面、孔等的表面質量更高，在一定程度上提高了連桿總成裝配精度，提升發動機的工作性能和產品競爭力。本文分析了汽車發動機的連桿精益制造技術，以期為相關技術工作提供借鑒參考。