设计说明书

四川理工学院机电工程系毕业设计（论文）

第一章零件的分析

绪论

连杆的生产属于机械制造工业的一个范畴，而机械制造工业是国民经济中一个十分重要的产业，它为国民经济各部门科学研究、国防建设和人民生活提供各种技术装备，在社会主义建设事业中起着中流砥柱的作用。从农业机械到工业机械，从轻工业机械到重工业机械，从航空航天设备到机车车辆、汽车、船舶等设备，从机械产品到电子电器、仪表产品等，都必须有机械及其制造。

连杆是很多些设备中所不可缺少的，它广泛运用于汽车、压缩机中，其作用是把活塞和曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动变为曲轴的回转运动，以输出动力。在设计连杆加工时，要合理选择加工刀具，进给量，切削速度、功率，扭矩提高加工精度，来提连杆加工精度，保证加工质量。因此，我们应该深刻地了解连杆的机械制造工艺过程，从而才能更好地制造出连杆产品。

本设计是为西南地区大中型企业的生产而做，年产量为5万件。

1.1 连杆的功用

连杆是活塞式压缩机运动机构中的一个重要零件。它的大头通过轴瓦与曲柄的曲轴销相连，小头通过衬套，十字头销（或活塞销）与十字头（或活塞销）相连，从而将曲柄的旋转运动变为十字头或活塞的直线往复运动。在其中，连杆在空间作转动与平移合成的平面运动，沿杆身轴线交替地传递很大的拉伸或压缩力，所以它受到的是反复作用的交变应力。

1.2连杆的结构特点

连杆通常由大头，小头及杆身三部分组成。连杆小头为整体结构，内孔压入青铜衬套，以减少小头与活塞销的磨损，同时也便于修理和更换。连杆大头为剖分式结构，内孔装有轴瓦，轴瓦有厚壁和薄壁两种形式，当用厚壁轴瓦时，必须在连杆大头的剖分面上加一组垫片，以补偿轴瓦磨损及调整轴瓦与曲柄销之间的配合间隙；当用薄壁瓦时，因无垫片故连接刚度较高，但薄壁瓦本身的刚度较小，受力后易产生变形，其变形大小

第一章零件的分析

取决于连杆打头孔的加工精度，因此，在使用薄壁瓦时，应提高连杆大头孔的尺寸精度，形状精度和位置精度。

1.3连杆裂纹主要原因剖析

连杆是柴油机、压缩机等的主要零件，所选用的材质为45#钢。在传统制造工艺中，连杆体和盖的制造依赖两种方法：1)连杆体和盖整体锻造→锯切分离→接触面机加工→装配。2)连杆体—盖分别锻造→接触面机加工→装配。采用上述两种工艺，不仅需对连杆体和盖的联接面进行铣削和磨削，并且在该联接面上还要钻铰螺栓定位孔和攻螺纹孔，或者切制端面齿，钻铰定位销孔和钻螺栓孔等，以便将来能使连杆体—盖实现精确合装。为此，需要较多的加工机床，经过十几道工序，耗费大量的加工工时。

针对连杆传统制造工艺中的缺点，为了降低制造费用和工时，提高配合精度，连杆断裂剖分工艺被提出，并首先于80年代中，由Alfling公司在德国申请专利。其后，有关研究不断在美、德获得进展。进入90年代，该工艺在工业发达国家进入实际应用生产阶段。适用的毛坯由最初的粉末锻造连杆，发展到中高碳钢锻造连杆，使用的厂家覆盖了美国三大汽车公司，以及德国奔驰、宝马等著名企业。目前国内应用该技术的厂家是一汽大众发动机厂，引进德国技术装备，适用于每缸五气门新型发动机连杆。

它的工艺流程为：锻造成型—正火—粗加工—调质处理—精加工—组装。

要保证连杆的使用性能，要求它具有较高的强度，较好的耐磨性，足够的塑性、韧性以及相应的抗疲劳性等。多年实践表明，通过调质处理，可以满足以上的要求。因为调质处理可以细化晶粒，获得均匀的具有一定弥散度和综合机械性能的细密球状珠光体—回火索氏体。

然而，连杆在调质过程中，有时产生裂纹，其废品率最多可达12%，裂纹的位置分别在小头部、杆侧面、槽内圆角处。为了保证连杆的质量，下面从热处理工艺的选择、钢的原材料、断裂剖分工艺以及断裂剖分机理等几个方面进行剖析。

1.3.1技术要求

(1)化学成份 C:0.42～0.50%；Si:0.17～0.37%;Mn:0.50～0.80%;P≤0.04%;S≤0.04%；Cr≤0.25%;Ni≤0.25%

(2)机械性能 HB217~~293

(3)金相组织为较均匀的索氏体，允许有少量断续、网状分布的铁素体。

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1.3.2热处理工艺参数的影响

在现实生产中，选择连杆的调质工艺如图1所示。

图1 45#钢连杆调质工艺曲线

（1）加热温度

45#钢是低淬透性钢，且由于它的MS点较高，淬火后，组织应力很大。而且，淬火时片状马氏体也占了相当的数量，所以，很容易淬裂。如果热处理不当，极易有裂纹产生。但是，淬火开裂的原因是多种多样的，过热是主要原因之一，所以选择淬火温度很主要。

制定淬火加热规范的主要依据是材料的AC3点温度。我们将《热处理手册》第四分册中各中碳钢的AC3点联成曲线，即AC3线如图2所示。我们又选用了35钢、40钢、45钢、50钢、55钢加热，5～10%盐水淬火做试验，然后用金相法结合硬度值确定相应钢种的AC3温度，见图2。从图2中看出：含碳量从0.45～0.50%范围内出现了一个陡降的低谷，最低点在0.48%C处。此时，AC3约为750～760℃，而0.42%C钢AC3=780℃，所以45#钢含碳量在下限时选用840℃加热淬火，而含碳量在上限时仍选用840℃加热淬火，就容易因过热而产生淬火裂纹。

A线

图2 部分钢的

3c

加热温度过低，奥氏体晶粒均匀化程度不好，而且部分铁素体不能溶解于奥氏体，淬火后得到马氏体加块状铁素体混合组织，硬度不高，机械性能不好，达不到淬火的目的。

由以上分析我们可以看出，同样是45#钢，由于批次不同，其含碳量有差异。所以，同为45#钢的零部件，在淬火前要进行化学成份分析，根据其变化，选择最为适当的加热温度。我们把这种做法称之为连杆淬火工艺的跟踪分析，通过采用这种方法，使连杆的裂纹大大减少。

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（2）保温时间

淬火是为了得到均匀一致的组织和所要求的机械性能，除了严格控制加热温度外，正确地确定保温时间也是一个极为重要的问题，它取决于工件的大小、形状、钢的化学成份，原始组织及装炉情况等，但保温时间的选择应能保证组织转变的完成并能使奥氏体成份均匀。因此，保温时间要足够长，保温时间过短，奥氏体晶粒均匀化程度不好，影响淬火质量。不过，保温时间又不能过长，否则，零件表面氧化脱碳程度加大，同样影响了淬火质量。实际生产中，连杆保温时间我们选择为60～90min。

（3）冷却速度

热处理工序有两个重要的组成环节，即加热与冷却。工件冷却时所采用的冷却介质及冷却方式对热处理后的工件质量起着重要作用。许多热处理缺陷如：变形、开裂、硬度不足等，往往因冷却介质和冷却方式选择不当所致。因此，冷却介质的选择也是连杆产生裂纹的重要因素。

由于加热至奥氏体状态的工件必须在冷速大于临界淬火速度情况下，才能得到预期马氏体组织，即希望在C曲线鼻子附近的冷速越大越好。但在MS点以下，为了减少因马氏体形成而造成组织应力，又希望冷却小些，图3为几个淬火介质的淬火冷却曲线，其中A为理想淬火冷却曲线，它既能保持工件淬火，又不致于引起太大的变形，能减少淬火裂纹的产生。

图3几种介质淬火冷却曲线

A为理想淬火介质冷却曲线；B为水的淬火冷却曲线；C为油的淬火冷却曲线

在连杆调质处理中我们选用的是40℃，5～10%的盐水溶液，这种淬火介质，在鼻子附近的冷却速度较大，完全满足理想要求。但在低温200～300℃之间的冷速大些(大于理想要求)，由于实际生产的一些原因，没有改变。在此，建议用114淬火剂为宜。

1.3.3原材料的影响

为了分析原材料的影响，我们首先回顾一下淬透性的内容，所谓钢的淬透性，是钢经过加热奥氏体化后，接受淬火的能力，它表示钢淬火后从表面到心部的硬度分布情况，钢的淬透性是钢本身所固有的属性，它与钢的化学成份、原始组织、晶粒度以及零件的尺寸等有关，但主要与钢的化学成份有关。

钢的淬透性已成为选用钢材及生产上制订工艺规程的主要依据之一，这是因为钢淬火时