第二章_发动机连杆胀断工艺内容

第二章发动机连杆胀断工艺内容

2.1 基本概念及分类

2.1.1 基本概念

发动机连杆胀断工艺是对连杆杆身和连杆盖结合面进行无屑断裂剖分加工的一种新工艺，即锻造后的连杆毛坯，在实施断裂剖分之前，先粗镗连杆大头孔，然后在其预定断裂处加工两个对置的沟槽，为应力集中点。随后，将连杆大头孔套装到一台进行断裂剖分的装置的两个半芯轴上，并将连杆进行定位和夹紧。然后利用冲击力，将用来胀裂连杆的楔插入上述半芯轴中，此时在楔的冲击下，连杆的大头孔在沟槽处被断裂剖分为连杆体和连杆盖。这种新工艺，使分离后的连杆和连杆盖能直接在断裂面处自然精确合装，无需加工配合面，达到了减少加工工序和减少加工机床的目的。此外，除连杆剖分面具有较高的配合精度外，还由于其剖分接触面是凸凹不平的，大大提高了接触面积，从而提高了连杆承载能力。

2.1.2 分类

在进行裂解加工时，首先需要在连杆大头孔适当位置设计并预制裂解槽(或缺口)，以形成初始裂解源，当施加裂解载荷后，在裂解槽根部形成很高的应力集中，局部区域应力迅速升高达到断裂应力，在几乎不发生塑性变形的情况下将连杆沿裂解槽断裂剖分。

图2-1 预制裂纹槽的几何参数

初始裂解槽的形状和尺寸如图2-1示，分别由槽深、槽长、张角、曲率半径4个参数决定。在裂解过程中，要求裂解槽尖锐、深而窄、张角小，以提高应

力集中系数，有效降低裂解加工载荷，从而减少裂解过程中因塑性变形而导致的连杆大头孔失圆，避免裂解缺陷，保证裂解加工质量。因此，对初始裂解槽的合理设计，能有效提高缺口效应与应力集中系数，继而降低裂解力，提高裂解效率与质量。发动机连杆胀断工艺按照裂解槽的加工方式可分为三种：机械加工初始裂解槽、线切割加工初始裂解槽和激光加工初始裂解槽三种。

2.1.2.1 机械加工初始裂解槽

机械加工裂解槽是以推／拉削加工为主，如图2-2所示。在切削过程中，通过刀柄上安装的刀具对裂解槽进行分层切削，从拉刀端头开始刀柄上每层刀具依次递增量为0.1 mm ，刀片数量根据裂解槽的深度来决定，并且裂解槽的张角、曲率半径均由推／拉刀具刃口来决定。

图2-2 裂解槽机械加工示意图

2.1.2.2 线切割加工初始裂解槽

线切割放电加工裂解槽是利用线切割机床在连杆大头孔剖分面切割出裂解应力槽(见图2-3)。裂解槽的张角和曲率半径等参数均由钼丝直径来决定，通过在线切割设备上安装相应的夹具便能够完成初始裂解槽的加工。

2.1.2.3 激光加工初始裂解槽

图2-3 线切割裂解槽示意图

激光加工连杆裂解槽的原理是利用激光束与金属材料相互作用的特性进行精密切割。激光切割裂解槽可根据光束传输通道的不同分为光纤导光激光切割和常规光束激光切割。

2.2 EA888发动机连杆胀断工艺内容

2.2.1 EA888连杆毛坯加工工艺及关键控制点

2.2.1.1 原材料的选择

连杆材料对连杆裂解起决定性作用，它不仅影响连杆的产品性能和切削性，而且，还决定连杆的可裂开性及断面质量。为满足裂解加工的质量要求，连杆材料要在保证强韧综合指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。EA888连杆对材料的要求比较高。目前，白城中一精锻公司采用的是德国进口的材料36MnVS4，该连杆材料是最早在室温条件下采用裂解加工的锻钢连杆，也是目前应用最为广泛的裂解连杆材料。其成分特点是低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫，合金元素的范围要求窄、材料纯净度要求高。材料牌号为36MnVS4，主要成分如下表2-1示：（以重量百分含量计）：表2-1：

此材料采用电炉冶炼，炉外精炼，真空除气，热轧制成φ40圆棒料。热轧材料的金相组织为珠光体+少量铁素体。它利用锻后控制冷却速度的方法代替锻后重新调质处理，其金相组织为珠光体加断续的铁素体。

2.2.1.2 EA888连杆毛坯加工工艺

2.2.2 连杆毛坯锻造工艺关键控制点 2.2.2.1 锻造加热温度和冷却速度的确定

连杆毛坯锻造工艺的关键在于锻造加热温度和冷却速度的确定。36MnVS4裂解连杆毛坯要求：金相组织为珠光体+铁素体，铁素体含量不超过35%。力学性能指标如表2-2示：

表2-2:

为了达到上述要求，关键是确定合理的锻造温度和锻后的冷却速度。为此，笔者在白城中一精锻公司做了大量实验，将棒料分别加热至1150℃、1200℃、1250℃、1300℃锻造，分别用强风冷、弱风冷、空冷3种不同的冷却方式对锻件进行冷却，检验其硬度和锻件的整体拉伸强度（曲线图2-5示）。

0.8

0.820.840.860.880.90.920.940.960.981

1150℃

1200℃

1250℃

1300℃

图2-5 加热温度、冷却速度对硬度的影响

硬度（压痕直径）

179

180181182183184185

1861220℃

1230℃

1240℃

1250℃

图2-6 加热温度对连杆整体抗拉强度的影响

从图2-5结果可以看出，在同一锻造加热温度下，冷却速度越快，连杆的硬度越高；冷却速度相同，在一定温度范围内，随锻造加热温度的增高，硬度降低，但锻造的加热温度达到1300℃时，其硬度、略有增高。从图2-6可知，随加热温度的升高，拉断力有所下降，但一定温度范围内变化较小。生产中降低锻造的加热温度，可以提高强度指标，但由于胀断式连杆在胀断时有胀断力的要求，不是强度指标越高越好。所以根据技术标准要求和试验结果，生产中将锻造加热温度控制在1230℃～1260℃左右（终锻温度为960℃～1010℃），锻造后经过弱风冷却，锻件的硬度及强度均能达到较好状态。

2.2.2.2 毛坯残余内应力的控制

毛坯内应力直接影响裂解部位质量，如果毛坯存在内应力，胀断后内应力释放出来，导致裂解部位变形，断裂面不能完全啮合，即裂解错位，裂解错位是裂解连杆加工过程中的典型缺陷之一，按照大众公司要求裂解连杆裂解部位上下错位量≤0.02mm ，错位量大于0.02mm 的连杆就要报废。

白城中一精锻公司最初生产裂解连杆锻坯时，裂解错位就是最为突出的问题。白城中一精锻公司原有的工艺流程是：

从这个工艺流程可以看出，毛坯在冷态下需要用螺旋压力机精压表面，这

拉断力(k N )