汽车发动机连杆加工工艺分析

汽车发动机连杆加工工艺分析

3.1汽车发动机连杆结构特点及其主要技术要求

连杆是汽车发动机中的主要传力部件之一，其小头经活塞销与活

塞联接，大头与曲轴连杆轴颈联接.气缸燃烧室中受压缩的油气混合

气体经点火燃烧后急剧膨胀，以很大的压力压向活塞顶面，连杆则将

活塞所受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。

连杆部件由连杆体，连杆盖和螺栓、螺母等组成。在发动机工作

过程中，连杆要承受膨胀气体交变压力和惯性力的作用，连杆除应具

有足够的强度和刚度外，还应尽量减小连杆自身的重量，以减小惯性

力。连杆杆身的横截面为工字形，从大头到小头尺寸逐渐变小。

为了减少磨损和便于维修，在连杆小头孔中压入青铜衬套，大头

孔内衬有具有钢质基底的耐磨巴氏合金轴瓦。

为了保证发动机运转均衡，同一发动机中各连杆的质量不能相差

太大。因此，在连杆部件的大、小头端设置了去不平衡质量的凸块，

以便在称重后切除不平衡质量。

连杆大、小头两端面对称分布在连杆中截面的两侧。考虑到装夹、

安放、搬运等要求，连杆大、小头的厚度相等。

连杆小头的顶端设有油孔，发动机工作时、依靠曲轴的高速转动,

气缸体下部的润滑油可飞溅到小头顶端的油孔内，以润滑连杆小头铜

衬套与活塞销之间的摆动运动副。

连杆上需进行机械加工的主要表面为：大、小头孔及其两端面，

连杆体与连杆盖的结合面及连杆螺栓定位孔等.连杆总成的技术要求

如下：

（1）为了保证连杆大、小头孔运动副之间有良好的配合，大头

孔的尺寸公差等级为IT6,表面粗糙度Ra值应不大于0.4um,小头

孔的尺寸公差等级为TT5,表面粗糙度Ra值应不大于0.4u*对两

孔的圆柱度也提出了较高的要求，大头孔的圆柱度公差为0.006mm,

小头孔的圆柱度公差为0.00125mm。

（2）因为大、小头孔中心距的变化将会使气缸的压缩比发生变

化，从而影响发动机的效率，因此要求法孔中心距公差等级为IT9。

大、小头孔中心线在两个相互垂直方向上的平行度误差会使活塞在气

缸中倾斜•，致使气缸壁唐攒不均匀，缩短发动机的使用寿命，同时也

使曲轴的连杆轴颈磨损加剧，因此也对其平行度公差提出了要求。

（3）连杆大头孔两端面对大头孔中心线的垂直度误差过大，将

加剧连杆大头两端面与曲轴连杆轴颈两端面之间的磨损，甚至引起烧

伤，所以必须对其提出要求。

（4）连杆大、小头两端面间距离的基本尺寸相同，但其技术要

求不同。大头孔两端面间的尺寸公差等级为IT9,表面粗糙度Ra值应

不大于0.8um；小头两端面间的尺寸公差等级为IT12,表面粗糙度

Ra应不大于6.3Limo这是因为连杆大头两墙面与曲轴连杆轴颈两轴

肩端面间有配合要求，而连杆小头两端面与活塞销孔座内档之间投有

配合要求。连杆大头端面间距离尺寸的公差带正好落在连杆小头端面

距离尺寸的公差带中，这将给连杆的加工带来许多方便。

（5）为了保证发动机运转干稳，对连杆小头（约占连杆全长2/3）

的质量差和大头（约占全长的1/3）的质量差分别提出了要求。为了保

证上述连杆总成的技术要求，必须对连杆体和连杆盖的螺栓孔、结合

面等提出要求。

3.2汽车发动机连杆的材料和毛坯

连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要具有很高的强度。因

此，连杆材料一般都采用高强度碳钢和合金钢，如45钢、65钢、40Cr、

40MnB等。近年来也有采用球墨铸铁和粉末冶金材料的。

某汽车发动机连杆采用40MnB钢，用模缎法成型，将杆体和杆盖

锻成一体。对于这种整体锻造的毛坯，要在以后的机械加工过程中将

其切开。为了保证切开孔的加工余量均匀，一般将连杆大头孔锻成椭

圆形。相对于分体锻造而言，整体锻造的连杆毛坯具有材料损耗少、

锻造工时少、模具少等优点。其缺点是所需锻造设备动力大及存在金

属纤维被切断等问题。

连杆毛坯的锻造工艺过程是将棒料在炉中加热至1140〜

1200°Co先在辐锻机上通过四个型槽进行辐锻制坯，然后在锻压机

上进行预锻和终锻，最后在压床上冲连杆大头孔并切除飞边。锻造好

的连杆毛坯需经调质处理，使之得到细致均匀的回火索氏体组织，从

而改善性能，减少毛坯内应力。此外，为提高毛坯的精度，还需进行

热校正、外观缺陷检查、内部探伤、毛坯尺寸检查等工序，最终获得

合格的毛坯。典型的连杆毛坯采用工字形断面截形，材料为40MnB钢,

进行调质处理后，要求硬度大于HB220,大、小头厚度为39.6-

40.Omni,毛坯总重量2.340〜2.520Kg。此外，对两端面有形状误差要

求.

3.3汽车发动机连杆的主要工序分析

3.3.1定位基准的加工

3.3.2大头孔的加工

3.3.2小头孔的加工

焊接

焊接是将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起

的加工方法。我们常见工人一手拿着面罩，另一手拿着与电线相连的

焊钳和焊条的焊接方法称为手工电弧焊，这是利用电弧放电产生的高

温熔化焊条和焊件，使之接合。手工电弧焊在汽车制造中应用得不多。

在汽车车身制造中应用最广的是点焊。点焊适于焊接薄钢板，操作时,

2个电极向2块钢板加压力使之贴合并同时使贴合点（直径为5-6删

的圆形）通电流加热熔化从而牢固接合。2块车身零件焊接时，其边

缘每隔50-100删焊接一个点，使2零件形成不连续的多点连接。焊

好整个轿车车身，通常需要上千个焊点。焊点的强度要求很高，每个

焊点可承受5kN的拉力，甚至将钢板撕裂，仍不能将焊点部位分离。

在修理车间常见的气焊，是用乙焕燃烧并用氧气助燃而产生高温火

焰，使焊条和焊件熔化并接合的方法。还可以采用这种高温火焰将金

属割开，称为气割。气焊和气割应用较灵活，但气焊的热影响区较大,

使焊件产生变形和金相组织变化，性能下降。因此，气焊在汽车制造

中应用极少。

装配

装配是按一定的要求，用联接零件（螺栓、螺母、销或卡扣等）

把各种零件相互联接和组合成部件，再把各种部件相互联接和组合成

整车。无论是把零件组合成部件，或是把部件组合成整车，都必须满

足设计图纸规定的相互配合关系，以使部件或整车达到预定的性能。

例如，将变速器装配到离合器壳上时，必须使变速器输入轴的中心线

与发动机曲轴的中心线对准。这种对中心的方式不是在装配时由装配

工人（钳工）来调节，而是由设计和加工制造来保证。如果你到汽车制

造厂参观，最引人人胜的是汽车总装配线C在这条总装配线上，每隔

几分钟就驶下一辆汽车。以我国一汽的解放牌货车总装配线为例。这

条装配线是一条165m长的传送链，汽车随着传送链移动至各个工位

并逐步装成，四周还有输送悬链把发动机总成、驾驶室总成、车轮总

成等源源不断地从各个车间输送到总装配线上的相应工位。在传送链

的起始位置首先放上车架（底朝天），然后将后桥总成（包括钢板弹簧

和轮毂）和前桥总成（包括钢板弹簧、转向节和轮毂）安装到车架上，

继而将车架翻过来以便安装转向器、贮气筒和制动管路、油箱及油管、

电线以及车轮等，最后安装发动机总成（包括离合器、变速器和中央

制动器），接上传动轴，再安装驾驶室和车前板制件等。至此，汽车就

可以驶下装配线。三、汽车试验由于汽车的使用条件复杂，汽车工

业所涉及的技术领域极为广泛，致使许多理论问题研究得还不够充

分，因此汽车工业特别重视试验研究。汽车的设计、制造过程始终离

不开试验，无论是设计思想和理论计算、初步设计、技术设计、汽车

定型还是在生产过程，都要进行大量的试验。最后，在客户购买了汽

车并使用的过程中，车辆交通管理部门还要定期对车况进行测试，以

确保行车安全。除了某些研究性试验外，汽车产品试验均应遵循一

定的标准和规范、对试验条件、试验方法、测

试仪器及其精度、结果评价等进行限定，以确保试验结果的再现性和

可对比性。不同国家甚至不同厂家的试验规范可能不同，因此在查看

某种产品的试验数据时，必须弄清他们试验所依据的规程或标准。

热处理

热处理是将固态的钢重新加热、保温或冷却而改变其组织结构，

以满足零件的使用要求或工艺要求的方法。加热温度的高低、保温时

间的长短、冷却速度的快慢，可使钢产生不同的组织变化。铁匠将加

热的钢件浸入水中快速冷却（行家称为淬火），可提高钢件的硬度，这

是热处理的实例。热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。退火

是将钢件加热，保温一定时间，随后连同炉子一起缓慢冷却，以获得

较细而均匀的组织，降低硬度，以利于切削加工。正火是将钢件加热,

保温后从炉中取出，随后在空气中冷却，适于对低碳钢进行细化处理。

淬火是将钢件加热，保温后在水中或在油中快速冷却，以提高硬度。

回火通常是淬火的后续工序，将淬火后的钢件重新加热，保温后冷却,

使组织稳定，消除脆性。有不少汽车零件，既要保留心部的韧性，又

要改变表面的组织以提高硬度，就需要采用表面高频淬火或渗碳、M

化等热处理工艺。

铸造

铸造是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中，冷却凝固后而获得产品

的生产方法。在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约

占全车重量10%左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥

壳体、制动鼓、各种支架等。制造铸铁件通常采用砂型。砂型的原料

以砂子为主，并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的

粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩

塌。为了在砂型内塑成与铸件形状相符的空腔，必须先用木材制成模

型，称为木模。炽热的铁水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需

要在