發(fā)動機(jī)連桿斷裂剖分新技術(shù)

1、發(fā)動機(jī)連桿斷裂剖分新技術(shù)一、引言連桿是發(fā)動機(jī)中高精度的關(guān)鍵零件，由連桿體、連桿蓋共同組成。在傳統(tǒng)制造工藝中，連桿體和蓋的制造依賴兩種方法：1）連桿體和蓋整體鍛造T鋸切分離T接觸面機(jī)加工T裝配。2）連桿體一蓋分別鍛造T接觸 面機(jī)加工T裝配。采用上述兩種工藝，不僅需對連桿體和蓋的聯(lián)接面進(jìn)行銃削和磨削，并且在該聯(lián)接面上 還要鉆鉸螺栓定位孔和攻螺紋孔，或者切制端面齒，鉆鉸定位銷孔和鉆螺栓孔等，以便將來能使連桿體一蓋實現(xiàn)精確合裝。為此，需要較多的加工機(jī)床，經(jīng)過十幾道工序，耗費大量的加工工時。針對連桿傳統(tǒng)制造工藝中的缺點，為了降低制造費用和工時，提高配合精度，連桿斷裂剖分工藝被提出，并首先于80年代中，由

2、alfling公司在德國申請專利。其后，有關(guān)研究不斷在美、德獲得進(jìn)展。進(jìn)入90年代，該工藝在工業(yè)發(fā)達(dá)國家進(jìn)入實際應(yīng)用生產(chǎn)階段。適用的毛坯由最初的粉末鍛造連桿，發(fā)展到中高碳鋼鍛造連桿，使用的廠家覆蓋了美國三大汽車公司，以及德國奔馳、寶馬等著名企業(yè)。目前國內(nèi)應(yīng)用該技術(shù)的廠家是一汽大眾發(fā)動機(jī)廠，引進(jìn)德國技術(shù)裝備，適用于每缸五氣門新型發(fā)動機(jī)連桿。二、連桿斷裂剖分工藝鍛造的連桿毛坯，在實施斷裂剖分之前，先粗鏜連桿大頭孔，然后在其預(yù)定斷裂處加工兩個對置的溝槽， 為應(yīng)力集中點，見圖1a。隨后，將連桿大頭孔套裝到一臺進(jìn)行斷裂剖分的裝置的兩個半芯軸上，并將連桿進(jìn)行定位和夾緊。然后利用沖擊力，將用來脹裂連桿的楔插

3、入上述半芯軸中，此時在楔的沖擊下，連桿 的大頭孔在溝槽處被斷裂剖分為連桿體和連桿蓋，見圖1b。a）開槽的連桿b）斷裂剖分工藝示意圖1連桿斷裂剖分工藝示意圖這種新工藝，使分離后的連桿和連桿蓋能直接在斷裂面處自然精確合裝，無需加工配合面，達(dá)到了減少加工工序和減少加工機(jī)床的目的。 此外，除連桿剖分面具有較高的配合精度外， 還由于其剖分接觸 面是凸凹不平的，大大提高了接觸面積，從而提高了連桿承載能力。三、斷裂剖分機(jī)理1脆性斷裂該工藝的理論基礎(chǔ)是斷裂力學(xué)中的脆性斷裂理論。據(jù)斷裂力學(xué)可知，斷裂過程中裂紋表面通常有三種位移形式，即張開型、前后滑移型、平面剪切型。當(dāng)物體受垂直于斷裂平面的正應(yīng)力拉力時，屬張開

4、型斷裂，這是脆性斷裂產(chǎn)生的形式和條件。脆性斷裂具有以下發(fā)生特點：1）斷裂時承受的工作應(yīng)力較低，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，塑性變形小；2）斷裂受溫度影響較大；3）斷口方向與正應(yīng)力相垂直。連桿斷剖工藝正是依照脆性斷裂的上述特點，通過在連桿大頭內(nèi)側(cè)開出v型槽，然后施加垂直于預(yù)定斷裂面的正應(yīng)力，滿足脆性斷裂的發(fā)生條件，使連桿體一蓋在不發(fā)生塑性變形的情況下被分離。應(yīng)關(guān)注以下幾個問題：1）毛坯材料；2）v型槽形狀與所需應(yīng)力關(guān)系；3）操作溫度。2毛坯材料由于脆性材料更易發(fā)生脆性斷裂，適于采用斷剖工藝制造的連桿，主要采用下述三種材料的毛坯：1）粉末鍛造毛坯；2）可鍛鑄鐵；3）70高碳鋼。這三種材質(zhì)的毛坯，室

5、溫下可實現(xiàn)脆性斷裂，連桿大頭孔 不產(chǎn)生明顯塑性變形，其變形量ki。kic為一常值，可查表求出，也可通過測試方法確定（更加精確）。kic值越低，越易形足夠小。3溫度影響斷裂剖面如同沖壓面一樣，通常分為三區(qū)，由斷裂源向外依次可分為纖維區(qū)、放射區(qū)、剪切唇（見圖2）。 當(dāng)斷面的放射區(qū)較寬時，表示材料的塑性差，脆性較大。反之，纖維區(qū)較大，表明材料的塑性及韌性 較好。如何加大放射區(qū)寬度，縮小纖維區(qū)寬度，是實現(xiàn)脆性斷裂的條件。圖2斷口剖面示意圖3所示為溫度對斷口三要素各區(qū)大小的影響，材料為40cr，從圖中可見，當(dāng)溫度低于室溫時,這樣為室溫下實施連桿的斷剖工藝提供了實驗保障。力學(xué)性能與- so o so3溫度

6、對脆性斷裂的影響圖4斷裂強(qiáng)度與裂紋深度的關(guān)系曲線4溝槽深度a與斷裂強(qiáng)度的關(guān)系由圖4可見，裂紋（v形槽）深度與斷裂強(qiáng)度be成反比，即對于一定的應(yīng)力值，存在著一個臨界的 裂紋深度ac,當(dāng)裂紋深度小于此值時，裂紋是穩(wěn)定的，只有大于此值時，裂紋失穩(wěn)，裂紋愈深，材 料的臨界斷裂應(yīng)力愈低。深度a與b的關(guān)系如下：40cr相近的以上碳鋼，同樣符合圖4所顯示的溫度分區(qū)趨勢。片尸|什1匚a翌栽背廉A 發(fā)生脆性斷裂。因而對kic值的測試計算，應(yīng)是研究斷剖機(jī)理的重點。根據(jù)kic原理，對于一個給定尺寸的缺口可以計算出作用應(yīng)力。反之，對于給定作用應(yīng)力的構(gòu)件，可 以預(yù)測臨界裂紋尺寸。這一原理為連桿斷裂剖分提供了設(shè)計依據(jù)。四、斷剖裝置的設(shè)計設(shè)計合理的斷裂剖分裝置是實施斷裂剖分的關(guān)鍵因素。其設(shè)計原則是：1）斷裂力能瞬時突然作用，這是因為力的施加速度對實現(xiàn)脆性斷裂有重要影響。2）在這一過程中，連桿要牢固安裝不能活動。在分離過程中，連桿體、蓋只能發(fā)生相背離的直線運動，任何連桿體、蓋之間的相對轉(zhuǎn)動，都會引起不必 要的塑性變形導(dǎo)致將來不能進(jìn)行正常的合裝。斷剖裝置主要包括：固定底座、連桿蓋支座、連桿體支座，每個支座配有導(dǎo)軌，可使支座在一定范圍 內(nèi)，沿導(dǎo)軌做垂直于斷裂平面的移動，還具有可插入楔塊進(jìn)行分離的分瓣芯軸等。五、結(jié)束語由于連桿剖分新工藝具有后續(xù)加工工序少，制造成本低、連桿體、蓋裝配精度高、剖分面承載能力高