发动机论文

发动机新技术连杆涨断裂解热能 081 班 王洪文 5902108030汽车至 19 世纪末诞生以来至今已有百余年的历史，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展着，写下了人类近代文明的重要篇章。随着时代的进步，汽车已经成为人类生活中重要的一部分，目前，全世界有几亿辆汽车在陆地上行驶，并且以每年几千万辆的速度增长。汽车工业的发展无疑会促进各行各业的繁荣兴旺，带动整个国家国民经济的快速发展。汽车是由成千上万个零件所组成的结构复杂的交通工具，而发动机是汽车上最重要的动力装置。而连杆是发动机的五大件之一，是发动机重要的安全件。连杆的质量直接影响发动机的使用性能和安全性能。发动机连杆是传递动力的重要运动部件，除承受周期性变化的气体冲击外，还要承受较大的惯性力。所以这就要求连杆耐疲劳、抗冲击，并具有足够的强度、刚度及良好的韧性。连杆属于典型的不规则件且精度要求高，所以加工工艺比较复杂，有磨削、钻、铰、镗、铣、攻丝及珩磨等多种加工方法。目前比较成熟的加工方式是涨断裂解加工工艺。无法精确地加工零件分离后的表面并组合一直是人们难以克服的问题，直到发明了这种工艺方法，使得精确吻合及螺栓拧紧两裂解面成为可能。传统的整体锻造或铸造连杆加下采用分体加工工艺：用铣、拉、磨等方法分别加下连杆体和连杆盖的结合面；粗加工及半精加工连杆体、大头孔、小头孔；精加工连杆盖的定位销孔及连杆体的螺栓孔；装配连杆体与连杆盖，精加下大头孔和小头孔3。连杆涨断加工技术具体下艺过程是：1）在连杆毛坏大头孔的断裂线处预先加工出两条对称 v 型裂解槽，形成初始断裂源；2）在裂解专用设备上对连杆大头内孔侧而施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展自至完全裂解，最终把连杆盖从连杆木体上涨断而分离出来；3)在裂解专用设备上，再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位，最后在断裂而完全啮合的条件下，完成螺栓工序及其他后续加工工序。与传统的加工方法相比较，涨断加下使裂解的连杆盖、杆接合而具有完全啮合的交错结构，改善了接和面的结合质量，不需再进行接合而的加下，省去了分离面的拉削与磨削等工序。同时简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，降低了螺栓孔的加下精度要求。此外，减少了连杆总成的大头孔变形，使连杆承载能力、抗剪能力与装配质量大幅度提高。因此，采用连杆涨断下艺具有加下下序少、机床设备投资少、设备占地而积小、刀具费用少、节省能源、产品质量高、生产成本低等优点。连杆裂解加工是一种新型连杆加工技术，其采用三维凹凸断裂面代替传统的加工面，保证了接合面的精确接合，并且无需对接合面进行加工，大大简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、设备投资小、制造成本低、产品质量好、装配精度高、承载能力强、生产效率高等诸多优点，已成为连杆加工的发展方向。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。因此，初始裂解槽的预制不仅是裂解加工的首要工序，也是裂解加工的技术关键。初始裂解槽的形状和尺寸分别由槽深、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。初始裂解槽的加工方法主要有机械加工、线切割加工及激光加工等。采用机械加工的方式预制裂解槽时，由于裂解材料屈服强度较低、硬度偏高，因此对刀具磨损较快，加工过程中必然使推拉刀具刃口钝圆半径增大，导致裂解槽根部曲率半径增大、加工深度变浅、应力集中系数逐渐减小、裂解力增大，继而使大头孔变形超差等裂解缺陷率增加。为此，在生产中需经常检查裂解槽尺寸和裂解质量，适时根据刀具的磨损情况不断更换刀具，或采用专门修刀仪对拉刀进行修整，使得后续投入增大。在利用线切割加工的方式进行裂解槽的加工时，由于连杆大头孔属封闭孔，加工每个连杆都需要重新定位和穿丝，劳动强度大，加工精度及生产效率低。并且加工时以线丝与连杆大头孔接触放电作为计算加工深度的基准，当有机加工废屑、毛刺时将造成裂解槽加工深度误差和裂解槽形状误差。另外，钼丝松紧程度也将影响到裂解槽深度的均匀性，甚至引起偏斜，进而影响到连杆的裂解质量。因此，线切割放电加工连杆裂解槽只适合于研究、试制，在批量生产中采用较少。在激光加工裂解槽的过程中，尽管双激光切割头的加工形式减少了切割头的摆动动作，提高了激光入射角精度和生产效率，但激光切割头的角度只能在一定范围内进行有限调整，一般只能对单一品种连杆进行大批量加工。由于连杆大头孔机械加工中有一定的误差，在同时加工 2 条裂解槽时很难保证同一工件或不同工件的尺寸精度，并且 2 个聚光器也不适宜切割孔径很小或厚度较大的连杆。然而，精确的激光刻痕及裂解力，使得精细的裂解面能够完美的组装到一起。涨断技术极大地降低了成本并减少了 50%的加工工序。与传统方法相比，机床投资低，材料成本低（仅 1 个毛坯），整个工艺的加工准备时间短。激光最大的优点在于不需接触材料表面即可进行加工。与拉削相比，激光不必接触工件就能为裂解工艺刻出所需的裂解线，因此没有任何道具的磨损，生产工艺的重复性和稳定性非常高。另外，激光非常灵活，使用同一个激光器即能对各种各样的连杆进行最佳的切口加工。拉刀的寿命大约为 400 件，而激光光学透镜的寿命可高达 100 万件。而且， 由于在连杆初始裂解槽的预制过程中经激光 加工的裂解槽在其根部附近有淬火效应，使裂解更容易进行，并且试验数据显示激光加工裂解槽比机械拉槽的裂解力降低 1/3 左右，裂解后连杆大头孔圆度仅是机械拉削的 l/41/6，裂解变形明显减小，断裂线偏离理论位置的情况也得到改善，因此激光加工在裂解槽的加工质量、生产效率、后续裂解质量及连杆产品质量等方面具有很好的优势。涨断裂解加工设备主要有以下两类：1)楔形块式其原理是利用液压话塞带动楔形块运动，推动放置在连杆大头孔内的动套，实现连杆裂解。2)液压自接推动式把液压油缸及话塞产生的力施加在动套块上，通过话塞运动实现连杆涨断裂解。以上两类连杆裂解加工设备都各具特色，都可以通过调整机构和更换关键零件，实现不同中心距、不同大头孔尺寸连杆的涨断裂解加工。在现实生产中，由于楔形块与连杆大头孔内的动、静套及连杆大头孔内表而经常承受较大的冲击力、正压力和摩擦力，使得楔形块和动、静套相互接触的表而产生磨损和挤压变形，涨断时易产生连杆撕裂和爆口缺陷，严重时会造成楔形块的疲劳断裂。目前，国内一汽大众、上海大众、华晨金杯、奇瑞等多家公司相继采用了连杆涨断工艺，但绝大多数涨断加工设备与生产线都是花巨资从国外成套引进的，可以说核心技术一直被国外垄断。随着国外国的订单转移到中国，而且采购商指定必须采用涨断工艺生产连杆，这给中国的汽车零部件企业提供了难得的发展机遇，但同时又而临着严峻的挑战。为了不断提高产品质量、降低生产成本、增强市场竞争能力，国内部分汽车公司已经采用先进的连杆涨断加工技术对原有传统的连杆生产线进行了技术改造，加大对涨断技术及其装备的研发投入，并取得较大突破。此外，广东四会实力连杆有限公司、吉林白城中一精锻股份有限公司相继引进裂解生产设备，为国内各大汽车公司配套生产连杆。中国的汽车年产量已达八百多万辆，连杆需求量在七千万件以上，连杆涨断裂解工艺