康明斯B系列連桿工藝設(shè)計的研究與實踐
發(fā)表時間:2009-08-06 11:16:29; 來源:
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1.1 工藝設(shè)計原則
工藝設(shè)計以保證質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)可靠為原則。該生產(chǎn)線基本上由半自動單機組成，只有螺栓孔的加工和稱重去重采用了自動線。在設(shè)備選型上，立足國內(nèi)，力求經(jīng)濟合理，除半精鏜、精鏜大小頭孔引進德國EX-CELL-O公司的精密鏜床外，其余設(shè)備均為國內(nèi)制造。在吸取國內(nèi)外連桿加工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開始采用諸多新型設(shè)備，形成了自己的工藝特點。如連桿外部平面的加工采用五臺大行程、單溜板、轉(zhuǎn)臺式立式拉床，大小頭毛坯孔的粗加工，采用兩臺大剛性雙面八軸鏜床，切斷采用雙面臥式圓盤銑床，螺栓孔部分的粗、精加工采用十一工位托盤式自動線；帶止口斜結(jié)合面的加工采用一臺臥式大拉床，平衡去重部分采用電子天平八工位稱重去重自動線。機床的設(shè)計力求高精度、大剛性、大流量冷卻、自動排屑、機外換刀。電氣上采用程控、監(jiān)控系統(tǒng)等。
1.2 連桿主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
連桿的功能決定了它既是傳力構(gòu)件，又是運動件，它受到很大的燃?xì)馊紵l(fā)力和慣性力的作用，因此必須具有足夠的強度和剛度。B系列發(fā)動機連桿的毛坯圖、總成圖如圖1、圖2所示，主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。
圖1 連桿毛坯圖
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圖2 連桿總成圖
表1 連桿主要結(jié)構(gòu)參數(shù) (mm) |
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1.3 連桿的工藝特點
(1)連桿體和蓋厚度不一樣，改善了加工工藝性。連桿蓋厚度為31mm，比連桿桿厚度單邊小3.8mm，蓋兩端面精度產(chǎn)品要求不高，可一次加工而成。
由于加工面小，冷卻條件好，使加工振動和磨削燒傷不易產(chǎn)生。
連桿桿和蓋裝配后不存在端面不一致的問題，故連桿兩端面的精磨不需要在裝配后進行，可在螺栓孔加工之前。
螺栓孔、軸瓦對端面的位置精度可由加工精度直接保證，而不會受精磨加工精度的影響。
(2)連桿小頭兩端面由斜面和一段窄平面組成。這種楔形結(jié)構(gòu)的設(shè)計可增大其承壓面積，以提高活塞的強度和剛性。
在加工方面，與一般連桿相比，增加了斜面加工和小頭孔兩斜面上倒角工序；用提高零件定位及壓頭導(dǎo)向精度來避免襯套壓偏現(xiàn)象的發(fā)生，但卻增加了壓襯套工序加工的難度。
(3)帶止口斜結(jié)合面。連桿結(jié)合面結(jié)構(gòu)種類較多，有平切口和斜切口，還有鍵槽形、鋸齒形和帶止口的。該連桿為帶止口斜結(jié)合面，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 |
圖3 結(jié)合面結(jié)構(gòu)示意圖
從使用性能上看，重復(fù)定位精度高，在擰緊螺釘時，可自動滑移消除止口間隙。從工藝性上看，定位可靠，連桿成品經(jīng)拆裝后大頭孔徑圓度變化小。由于連桿由多面組成且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求較高，所以加工難度增大；結(jié)合面和螺孔不垂直，呈72°角，螺栓孔只好在切斷工序后、拉結(jié)合面工序前加工。螺栓孔和結(jié)合面分別先后加工，為達(dá)到互換性裝配要求，加工精度相應(yīng)提高。
1.4 定位及夾緊
粗基準(zhǔn)的正確選擇和初定位夾具的合理設(shè)計是加工工藝中至關(guān)重要的問題。在拉連桿大小頭側(cè)定位面時，采用連桿的基準(zhǔn)端面及小頭毛坯外圓三點和大頭毛坯外圓二點粗基準(zhǔn)定位方式。這樣保證了大小頭孔和蓋上各加工面加工余量均勻，保證了連桿大頭稱重去重均勻，保證了零件總成最終形狀及位置。圖4為加工兩端面粗基準(zhǔn)定位夾緊，圖5為加工連桿大、小頭定位基準(zhǔn)面粗基準(zhǔn)定位夾緊。
圖4 加工兩端面粗基準(zhǔn)定位夾緊
圖5 加工連桿大小頭定位基準(zhǔn)面粗基準(zhǔn)定位夾緊
精加工基準(zhǔn)采用了無間隙定位方法，在產(chǎn)品設(shè)計出定位基準(zhǔn)面。在連桿桿和總成的加工中(見圖6)，采用桿端面、小頭頂面和側(cè)面、大頭側(cè)面的加工定位方式；在螺栓孔至止口斜結(jié)合面加工工序的連桿蓋加工中(見圖7)，采用了以其端面、螺栓兩座面、一螺栓座面的側(cè)面的加工定位方法。這種重復(fù)定位精度高且穩(wěn)定可靠的定位、夾緊方法，可使零件變形小，操作方便，能通用于從粗加工到精加工中的各道工序。由于定位基準(zhǔn)統(tǒng)一，使各工序中定位點的大小及位置也保持相同。這些都為穩(wěn)定工藝、保證加工精度提供了良好的條件。
圖6 連桿桿和總成加工定位示意圖
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圖7 連桿蓋加工定位示意
1.5 材料與毛坯
康明斯連桿選材為美國標(biāo)準(zhǔn)SAE1541鋼，其材料標(biāo)準(zhǔn)為康明斯標(biāo)準(zhǔn)30062-04，采用調(diào)質(zhì)熱處理工藝。國產(chǎn)化時，將毛坯材料定為40MnBH(GB5216-85)，采用鍛造余熱淬火加高溫回火調(diào)質(zhì)熱處理新工藝，此方法既能獲得良好的綜合機械性能，又能提高疲勞強度，還能節(jié)省大量的能源。毛坯為整體鍛造，其外形精度高，省材料，簡化工藝，便于組織生產(chǎn)、加工和運輸。該連桿硬度為HB255～302(dB3.5～3.8)，材料的奧氏體晶粒度國標(biāo)規(guī)定為7～8級，CKD連桿實物的晶粒度水平為7級。材料標(biāo)準(zhǔn)對比見表2。
表2 材料標(biāo)準(zhǔn)對比 (%) |
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GB5216-85 |
康明斯標(biāo)準(zhǔn)
30062-04 |
| C |
0.37～0.44 |
0.4～0.47 |
| Si |
0.17～0.37 |
0.15～0.30 |
| Mn |
1.00～1.40 |
1.35～1.65 |
| B |
0.0005～0.0035 |
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| P |
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0.04(max) |
| S |
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0.05(max) |
近年來，非調(diào)質(zhì)鋼作為在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個新品種，得到廣泛的應(yīng)用。該材料對鍛造工藝而言，省去了調(diào)質(zhì)處理工藝，避免了熱處理裂紋，節(jié)省了大量能源。從加工方面看，由于通過添加S、Ca等元素，明顯地改善了切削性能，斷屑容易，排屑流暢，刀具壽命大大提高。
在1984～1994年期間，康明斯采用調(diào)質(zhì)鋼毛坯SAE1541鋼，1995年全面轉(zhuǎn)用非調(diào)質(zhì)鋼材料毛坯38MnVS。1993年以來，選用了40MnVG非調(diào)質(zhì)鋼進行了材料、加工工藝各項有關(guān)試驗。批量切削表明，零件廢品率明顯降低，拉削加工表面質(zhì)量提高了一個等級，即從Ra3.2μm提高到Ra.2.2～1.6μm，拉削振動明顯降低，刀具耐用度提高1.5～2倍。材料標(biāo)準(zhǔn)對比見表3。
表3 材料標(biāo)準(zhǔn)對比 % |
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東風(fēng)汽車公司標(biāo)準(zhǔn) |
康明斯標(biāo)準(zhǔn) |
| C |
0.36～0.42 |
0.35～0.40 |
| Si |
0.50～0.75 |
0.50～0.75 |
| Mn |
1.30～1.60 |
1.30～1.50 |
| V |
1.07～1.12 |
0.08～0.13 |
| P |
≤0．035 |
≤0．035 |
| S |
0.02～0.05 |
0.045～0.065 |
| Cr |
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0.10～0.20 |
| AL |
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0.01～0.030 |
| Ni |
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0.10～0.20 |
| Mo |
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≤0.06 |
| Cu |
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≤0.25 |
| N |
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0.010～0.020 |
1.6 新工藝、新技術(shù)的應(yīng)用
采用熒光探傷對鍛造內(nèi)在質(zhì)量再次進行檢查；桿、蓋螺栓孔等在自動線上分開加工；螺栓的擰緊采用進口定值扭矩扳手及扭矩轉(zhuǎn)角法多工步擰緊工藝；小頭孔的半精加工、精加工工序采用拉鏜退刀加工工藝，大小頭孔的半精加工、精加工設(shè)備的鏜刀帶有自動補償裝置。
2 連桿加工的工藝流程
連桿加工的工藝流程是：拉大小頭兩端面――粗磨大小頭兩端面→拉連桿大小頭側(cè)定位面→拉連桿蓋兩端面及桿兩端面倒角→拉小頭兩斜面→粗拉螺栓座面，拉配對打字面、去重凸臺面及蓋定位側(cè)面→粗鏜桿身下半圓、倒角及小頭孔→粗鏜桿身上半圓、小頭孔及大小頭孔倒角→清洗零件→零件探傷、退磁→精銑螺栓座面及R5圓弧→銑斷桿、蓋→小頭孔兩斜端面上倒角→精磨連桿桿身兩端面→加工螺栓孔→拉桿、蓋結(jié)合面及倒角→去配對桿蓋毛刺→清洗配對桿蓋→檢測配對桿蓋結(jié)合面精度→人工裝配→扭緊螺栓→打印桿蓋配對標(biāo)記號→粗鏜大頭孔及兩側(cè)倒角→半精鏜大頭孔及精鏜小頭襯套底孔→檢查大頭孔及精鏜小頭襯套底孔精度→壓入小頭孔襯套→稱重去重→精鏜大頭孔、小頭襯套孔→清洗→最終檢查→成品防銹。 | |
43±0．013
40．026±0．007
