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摘要
连杆是柴油机的主要传动件之一。本文主要论述连杆的加工工艺和夹具设计。连杆对尺寸精度、形状精度、位置精度要求较高，而连杆的刚性相对较差，容易变形。因此，在安排工艺流程时，需要将各主表面的粗加工和精加工工序分开。逐渐减小加工余量、切削力和内应力的影响，并对加工后的变形进行矫正，最终达到零件的技术要求。
第一章汽车连杆加工工艺
1.1连杆的结构特点
连杆是汽车发动机的主要传动件之一。在柴油机中，它把作用在活塞顶面的膨胀压力传递给曲轴，由曲轴带动活塞压缩气缸内的气体。连杆在工作中承受着快速变化的动载荷。连杆由连杆体和连杆盖组成。连杆体和连杆盖上的大孔通过螺栓和螺母与曲轴装配在一起。为了减少磨损和便于维修，在连杆的大端孔中安装了一个薄壁金属轴瓦。轴瓦底部为钢制，底部内表面浇注有一层耐磨巴氏合金轴瓦金属。连杆体的大端和连杆盖之间有一套垫片，可以用来补偿轴瓦的磨损。连杆的小端通过活塞销与活塞连接。青铜衬套压入小头孔内，减少小头孔与活塞销之间的磨损，同时磨损后便于维修和更换。
在发动机工作过程中，连杆受到充气气体的交变压力和惯性力的作用。连杆本身除了要有足够的强度和刚度外，还要尽可能的减小惯性力。连杆轴一般采用由大端向小端逐渐减小的工字形截面形状。为了保证发动机的平衡运转，同一台发动机中各连杆的质量不能相差太大。因此，在连杆部件的大小两端设置消除不平衡质量的凸起，以便在称重后消除不平衡质量。连杆的大小两端对称分布在连杆中段的两侧。考虑到夹紧、放置和搬运的要求，连杆的大小端厚度相等(基本尺寸相同)。连杆小头顶端有油孔(或油槽)。发动机工作时，依靠曲轴的高速旋转，缸体下部的润滑油溅入小头顶端的油孔，润滑连杆小头衬套与活塞销之间的摆动运动副。
连杆的作用是将活塞与曲轴连接起来，使活塞的往复直线运动转变为曲柄的旋转运动输出动力。因此，连杆的加工精度将直接影响柴油机的性能，而工艺的选择是直接影响精度的主要因素。反映连杆精度的主要参数有五个:(1)连杆大端中心平面和小端中心平面相对于连杆轴中心平面的对称性；(2)连杆大小头孔中心距的尺寸精度；(3)连杆大小头孔的平行度；(4)连杆大小头孔的尺寸精度和形状精度；(5)连杆螺栓孔与结合面的垂直度。
1.2连杆主要技术要求
连杆上要加工的主要表面有:大小头孔及其两端面、连杆体与连杆盖的结合面、连杆螺栓定位孔。连杆总成(图1-1)的主要技术要求如下。
连杆装配图(1—1)
1.2.1大小头孔尺寸精度和形状精度
为了使大头孔与轴瓦、曲轴和小头孔与活塞销紧密配合，减少冲击的不利影响，便于传热。大头孔公差等级为IT6，表面粗糙度Ra不应大于0.4 μm；大孔的圆柱度公差为0.012 mm，小孔的公差等级为IT8，表面粗糙度Ra不应大于3.2微米..小头压套底孔的圆柱度公差为0.0025 mm，平面直线平行度公差为0.04/100 mm。
1.2.2大、小孔轴线在两个相互垂直的方向上的平行度
连杆轴线方向两孔轴线的平行度误差会使活塞在气缸内倾斜，造成气缸壁的不均匀磨损和曲轴连杆轴颈的边缘磨损，因此连杆轴线方向两孔轴线的平行度公差较小；而两孔轴线在垂直于连杆轴线方向的平行度误差对不均匀磨损的影响很小，因此其公差值较大。连杆轴向两孔轴线的平行度为0.04毫米；长度为100毫米；垂直于连杆轴线的平行度在100 mm的长度上具有0.06 mm的公差
1.2.3大小孔中心距
大小头孔的中心距影响气缸的压缩比，也就是发动机的效率，所以规定了更高的要求:190±0.05mm。
1.2.4连杆大端孔两端面对大端孔中心线的垂直度。
连杆大端孔两端与大端孔中心线的垂直度影响轴瓦的安装和磨损，甚至造成烧伤；因此也提出了一定的要求:规定其垂直度公差等级不低于IT9(大头孔两端面对大头孔轴线的垂直度在100 mm长度内为0.08 mm)。
1.2.5大小孔两端技术要求。
连杆大小端孔两端面距离的基本尺寸相同，但技术要求不同。大端两端面尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度Ra不大于0.8μm，小端两端面尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度Ra不大于6.3微米..这是因为连杆大头的两个端面与曲轴连杆轴颈的两个肩端面有配合要求，而连杆小头的两个端面与活塞销孔座的内齿轮没有配合要求。连杆大端面之间的距离公差带正好落在连杆小端面之间的距离公差带内，给连杆的加工带来了很多方便。
1.2.6螺栓孔的技术要求
如前所述，连杆在工作过程中会受到剧烈的动载荷。这个动载荷被传递到连杆体和连杆盖的两个螺栓和螺母上。所以这两个动力螺栓除了对螺栓螺母技术要求高之外，对安装孔和端面也有一定的要求。规定螺栓孔应按IT8的公差等级加工，表面粗糙度Ra不大于6.3 μm；大头孔中分面上两个螺栓孔的对称公差为0.25毫米..
1.2.7结合面技术要求
当连杆受到动载荷时，结合面的歪斜使连杆盖和连杆体沿中分面相对错位，影响连杆轴颈与曲轴轴瓦的结合不良，造成不均匀磨损。结合面的平行度会影响连杆体、连杆盖和垫片的紧密度，从而影响螺栓的受力和曲轴、轴瓦的磨损。对于这种连杆，接合面的平面度公差要求为0.025毫米..
1.3连杆材料和毛坯
连杆在工作中承受多向交变载荷，对强度要求很高。所以连杆材料一般采用高强度碳钢和合金钢；如45钢、55钢、40Cr、40CrMnB等。近年来，球墨铸铁也被使用。粉末冶金零件尺寸精度高，材料损耗少，成本低。随着粉末冶金锻造工艺的出现和应用，粉末冶金零件的密度和强度大大提高。因此，粉末冶金制造连杆是一种很有前途的制造方法。
连杆毛坯制造方法的选择主要取决于生产类型、材料的工艺性(塑性和延展性)、零件对材料的组织和性能的要求、零件的形状和外形尺寸、毛坯车间现有的生产条件和采用先进毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。按照生产程序，对于大批量生产，连杆往往要锻造成毛坯。连杆模锻有两种形式，一种是将本体和盖分别锻造，另一种是将本体和盖锻造成一体。在后续的加工过程中，需要对整个锻造毛坯进行切割。为了保证切削后粗镗余量的均匀性，最好将整个连杆的大端孔锻造成椭圆形。与分体锻造相比，整体锻造存在锻造设备所需功率大、金属纤维被切断等问题。然而，由于整体锻造具有材料损耗少、锻造时间短、模具少等优点，越来越多地被采用，成为连杆毛坯的主要形式。总之，毛坯类型和制造方法的选择要降低总的生产成本，提高零件的性能。
目前，国内一些生产连杆的工厂采用了连杆辊锻工艺。图(1-2)是连杆辊锻示意图。坯料加热后，通过上锻辊模2和下锻辊模4的凹槽，毛羽发生塑性变形，从而获得所需的形状。辊锻生产的连杆锻件在表面质量、内部金属组织、金属纤维方向和机械强度等方面均可达到模锻的水平，且设备简单，劳动条件好，生产率高，便于实现机械化和自动化，适合大批量生产。辊锻需要多次逐步成形。
图.(1-2)连杆辊锻示意图。
图(1-3)和(1-4)显示了连杆的锻造过程。棒材在炉内加热至1140 ~ 1200C0，然后在辊锻机上进行四槽轧制锻造，如图(65438+)所示，锻造完成后，连杆毛坯需要进行调质处理，获得细小均匀的回火索氏体组织，以提高性能，降低毛坯内应力。为了提高毛坯的精度，连杆毛坯还需要进行热校正。
连杆必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯尺寸和质量的全面检查，才能进入机加工生产线。
1.4连杆的加工工艺
从以上技术条件的分析可以看出，连杆的尺寸精度、形状精度和位置精度要求很高，但连杆的刚性比较差，容易变形，给连杆的机械加工带来很多困难，必须充分重视。
连杆的加工过程如下表所示(1—1):
过程过程名称过程内容过程设备
1铣铣连杆大头和小头两个平面，每边研磨量0.5mm X52K。
2.粗磨一个大平面，再磨另一个大平面，保证中心线对称，未标注的面称为基面。(下同)M7350
3钻孔和基面定位，钻、扩、铰小头孔Z3080
4.铣削应以基面和大小头孔为基准，铣削尺寸为mm的工件两侧应夹紧，保证对称(此平面为工艺基准面)。X62W组合机床或专用夹具。
5.扩大基面定位，用小头孔定位，将头孔扩大到φ 60 mm Z 3080。
6.铣削是以基面和大小头孔为基准，分别装夹工件、切削工件、对轴进行编号、标记上盖。X62W组合机床或专用夹具锯片铣刀厚2mm。
7.铣底面和一个侧面定位夹紧工件，铣连杆体和盖的结合面，用27.5mm X62的组合夹具或专用夹具测量保径方向的深度。
8研磨工件的底面和一个侧面，研磨连杆和盖M7350的结合面。
9.铣削工件的基面和结合面，铣削连杆体和盖mm 8mm滑槽。
X62组合夹具或专用夹具
10υ用基面、结合面和一个侧面定位夹紧工件。υ两个螺栓座面为mm，R11mm，尺寸保证为mm。
X62W
11钻2-10毫米螺栓孔。
Z3050
12将螺栓孔扩大2-12 mm，然后将螺栓孔扩大2-13 mm，并对Z3050进行倒角。
13铰链2-12.2毫米螺栓孔
Z3050
14连杆体和连杆盖用钳子专用螺钉装配成连杆总成，扭矩为100—120 N.m。
15镗孔粗镗大头孔T6 8
16大端孔两端倒角倒角X62W
17打磨大小头两端，保证大端面厚度为mm。
M7130
18镗孔是以基面和一个侧面为基准，半精镗大孔，精镗小孔至图纸尺寸，中心距mm。
可调双轴镗孔
19完成镗削大孔至尺寸T2115。
20称重不平衡质量弹簧秤
21钳子应根据规定值称重。
22钻连杆体小油孔6.5 mm，10 mm
Z3025
铜套双面气动压力机
24挤压铜套孔压力机
25倒角Z3050两端小头孔
26.半精镗和精镗小铜套孔T2115
27大孔珩磨用珩磨机床
28检查每个零件的尺寸和精度。
29无损检测和硬度测试
30仓储
连杆的主要加工面是大小头孔和两个端面，比较重要的加工面是连杆体与盖的结合面和连杆螺栓孔的定位面，次要加工面是轴瓦的锁紧槽、油孔、大头两侧和体与盖的螺栓座面。
连杆的加工路线是围绕主表面的加工来安排的。连杆的加工路线根据连杆的分离和组合可分为三个阶段:第一阶段是切削前连杆体和盖的加工；第二阶段是切割后连杆体和盖的加工；第三阶段是连杆体和盖组装后的加工。第一阶段加工主要是为其后续加工准备精细基准(端面、小头孔、大头外侧)；第二阶段主要是加工除精密基准以外的其他表面，包括大头孔的粗加工、装配用螺栓孔和结合面的粗加工、轴瓦锁紧槽的加工等。第三阶段主要是保证连杆技术要求的加工，包括连杆装配后大端孔的半精加工和端面的精加工，大小端孔的精加工。如果连杆装配前后分，装配前的工艺路线属于主表面粗加工阶段，装配后的工艺路线属于主表面半精加工和精加工阶段。