105高速柴油機(jī)連桿設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述論文（設(shè)計(jì)）題目：105系列高速柴油機(jī)連桿工藝總體方案及指定工裝設(shè)計(jì)學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)：機(jī)自047班 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 楊建立 指導(dǎo)教師： 張宇光 2008年 6 月 15 日文獻(xiàn)綜述一.柴油機(jī)連桿加工工藝分析主要說(shuō)的是關(guān)于傳統(tǒng)工藝連桿加工中影響其精度的主要參數(shù)和連桿加工工藝路線，連桿加工工藝的分析和改進(jìn)，以及連桿加工工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問(wèn)題反映連桿精度的參數(shù)主要有五個(gè)：（1）.連桿大端中心面和小端中心面相對(duì)于連桿身中心面的對(duì)稱(chēng)（2）.連桿大小頭孔中心距尺寸精度（3）.連桿大小頭孔平行度;（4）.連桿大小頭孔的 尺寸精度

2、、形狀精度;（5）.連桿大頭螺栓孔與接合面的垂直度。傳統(tǒng)加工路線：連桿工藝設(shè)計(jì)注意問(wèn)題：工序安排定位基準(zhǔn)：夾具使用二發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的粉末鍛造 主要介紹粉末鍛造工藝的技術(shù)特點(diǎn)、制造工藝流程、主要制造工藝參數(shù)、主要生產(chǎn)工序及工藝參數(shù)等；國(guó)外采用連桿脹斷工藝的公司有哪些1.特點(diǎn)：粉末冶金燒結(jié)件作鍛造毛坯可一次鍛造成形，無(wú)飛邊，節(jié)省加工工時(shí)和設(shè)備。具有粉末冶金和機(jī)械精鍛的優(yōu)點(diǎn)。粉末鍛造可實(shí)現(xiàn)燒結(jié)材料的高密度化，是材料具有高強(qiáng)度和無(wú)明顯各向異性。a.避免不必要的機(jī)械加工，如模鍛連桿早熱處理前需要經(jīng)過(guò)幾到機(jī)加工，而粉鍛連桿僅需一道機(jī)加工。b.質(zhì)量偏差小，模鍛3%-5%，粉鍛連桿僅0.5%。c.疲勞輕度高d.零

3、件致密、輕量，密度7.8g/cm3,形狀及尺寸經(jīng)一次性鍛造即可達(dá)到最終產(chǎn)品要求。e.節(jié)約能源50%，節(jié)約材料40%，有利于環(huán)境保護(hù)。2.制造工藝流程: 預(yù)合金鋼粉配料機(jī)混料 壓制成預(yù)制坯 燒結(jié)成鍛坯 快速送入預(yù)熱的鍛模 致密化閉模鍛造 鍛件脫模 在可控氣氛中冷至室溫 熱處理 噴丸強(qiáng)化 3.原料參數(shù)：德國(guó)寶馬生產(chǎn)V8發(fā)動(dòng)機(jī)連桿所用預(yù)合金鋼粉成分為w(Mn)=0.3%0.4%、w(Cr)=0.1%0.25%、w(Ni)=0.2%0.3%、w(Mo)=0.25%0.35、w(C)=0.6%,其余為Fe.4.主要工藝參數(shù)：a.配料及混料 經(jīng)配料計(jì)算和準(zhǔn)確稱(chēng)取粉重后置于混料機(jī)混合2030分鐘至分布均勻；

4、b.壓制預(yù)制坯 要對(duì)預(yù)制坯的設(shè)計(jì)應(yīng)合理，對(duì)其密度、質(zhì)量、質(zhì)量變化和尺寸要求精確控制，避免過(guò)負(fù)荷損壞模具；c.燒結(jié)預(yù)制坯 在通有還原保護(hù)氣體的專(zhuān)用燒結(jié)爐中進(jìn)行，燒結(jié)溫度11201130，至完全合金化，后移至無(wú)氧化性氣體的溫飽爐中于1000左右保溫；d.鍛造 有兩種：利用燒結(jié)體預(yù)熱保溫至鍛造溫度時(shí)立即進(jìn)行鍛造，以節(jié)省能源。二是在燒結(jié)體冷卻至室溫后，經(jīng)高頻或真空加熱進(jìn)行鍛造，其消耗能源較大。燒結(jié)體在1000時(shí)，迅速送入預(yù)熱至300的鍛模中進(jìn)行致密化封閉鍛造，可將80%理論密度的燒結(jié)體至100%理論密度。燒結(jié)坯在出爐時(shí)應(yīng)盡量縮短停留時(shí)間，立即送入鍛造工序，若鍛造溫度過(guò)低，在連桿表層殘留微孔隙增多，使連

5、桿密度下降；若停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)連桿內(nèi)部易被氧化，均會(huì)導(dǎo)致連桿沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度下降。在熱處理時(shí)在惰性氣體（如氬等）中加熱至淬火溫度870時(shí)，立即在油中淬火，后進(jìn)行570回火。三.連桿大頭脹斷工藝：本文主要什么是脹斷工藝、脹斷工藝的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)、采用的材料、熱擴(kuò)散工藝（TD）及TD處理的使用現(xiàn)狀，脹斷工藝處理工藝流程等。1.脹斷工藝概念：對(duì)連桿大頭孔的斷裂線處預(yù)先加工出兩條V型應(yīng)力集中槽或在毛坯加工時(shí)就做出溝槽（圖1），然后對(duì)其側(cè)面施加徑向力（圖2），使其在槽處出現(xiàn)裂縫，在徑向力的繼續(xù)作用之下，裂縫繼續(xù)擴(kuò)散，最終達(dá)到連桿蓋從連桿體上分離下來(lái)。圖 1據(jù)德國(guó)Krebsoege公司研究結(jié)果，燒結(jié)粉末金屬連桿

6、的可脹斷性較好，鑄鐵連桿材料最宜使用GTS65-70，鍛鋼連桿材料是70號(hào)鋼，但70號(hào)鋼鍛造連桿在脹斷時(shí)如何保證不帶塑性變形的脆性斷裂以及其切削加工是該工藝的難點(diǎn)。2.脹斷工藝的優(yōu)點(diǎn)：2.1.簡(jiǎn)化了連桿及連桿蓋的設(shè)計(jì)要求，2.1.1.采用連桿脹斷工藝后，連桿與連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無(wú)需再進(jìn)行機(jī)加工，省略了分離面的磨削加工；2.1.2.連桿體與連桿蓋裝配時(shí)無(wú)需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。2.2.改善了連桿總成的大頭孔變形，為采用前分離面以及螺栓孔加工誤差以0.01mm單位來(lái)計(jì)算；而采用脹斷工藝之后其誤差是以0.0

7、01mm單位來(lái)計(jì)算的.德國(guó)Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel兩位工程師的研究確定：在粗加工后連桿大頭孔不圓都約在12m左右，在脹斷后約在40m左右，其變形量約為28m。又據(jù)美國(guó)Gidding & Lewis Co.的研究：測(cè)試50個(gè)零件的分析結(jié)果，；連桿大頭孔的平均直徑在脹斷前與后的平均變形僅為23m。2.3.減少了連桿生產(chǎn)的設(shè)備、生產(chǎn)面積以及制造費(fèi)用，3.1.省掉連桿蓋與連桿分離面的磨削加工和螺栓孔經(jīng)加工的設(shè)備投資和這些機(jī)床占地面積以及制造費(fèi)用3.2.在傳統(tǒng)工藝中切斷后的連桿蓋需要單獨(dú)自動(dòng)運(yùn)輸裝配，而采用脹斷工藝后可立即裝配。3.

8、熱擴(kuò)散涂層可提高工具的使用壽命 熱擴(kuò)散工藝可顯著硬化材料表面，其硬化層厚度為0.02-0.2mm，該層十分緊密地與基體結(jié)成一體，可顯著地延長(zhǎng)工具的使用壽命，如落料模、沖模、鍛模、拉伸模、冷鐓模、折彎模和沖頭模等。其處理是把零件浸入鹽浴里，加熱到899-1056，加熱1-8小時(shí)。4.脹斷加工工藝路線：四.漲斷連桿爆口原因分析：本文就連桿漲斷后爆口這一最大問(wèn)題從激光脹斷加工工藝、材料試驗(yàn)等角度進(jìn)行了詳細(xì)地分析連桿爆口產(chǎn)生的原因， 得出S含量低于材料標(biāo)準(zhǔn)要求是產(chǎn)生爆口的關(guān)鍵因素。1.脹斷加工過(guò)程中存在的主要問(wèn)題：影響脆性斷裂的因素主要有斷裂速度、預(yù)加工應(yīng)力槽及材料。影響爆口的重要參數(shù)是應(yīng)力槽的幾何形

9、狀和深度。應(yīng)力槽加工有兩種方法，拉刀拉削或激光割削，從原理上看，激光割削避免了拉刀變鈍導(dǎo)致應(yīng)力槽形狀不符的要求，因此激光加工應(yīng)力槽是省時(shí)省錢(qián)的現(xiàn)代化加工方式。但當(dāng)激光調(diào)焦不精確的話應(yīng)力槽也會(huì)邊淺，應(yīng)力槽作用減小，脹斷時(shí)的速度及引起斷裂的沖擊力也變小。因此脹斷工藝的材料、應(yīng)力槽深度、脹斷速度、壓力等是脹斷后連桿大頭變形和爆口的主要原因。經(jīng)過(guò)相關(guān)試驗(yàn)分析（有分析數(shù)據(jù)和圖解）：S含量低，材料脆性增強(qiáng)，長(zhǎng)生爆口的傾向增大。2.最后得出總的結(jié)論：（1）連桿大頭變形和爆口是脹斷工藝中的主要問(wèn)題，為確保正常使用，連桿大頭變形必須在允許的范圍內(nèi)，并使爆口異常盡可能的少。（2）爆口異常主要原因可能是應(yīng)力槽深度過(guò)

10、淺，材料過(guò)脆。（3）對(duì)比現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情況可知，爆口工廢率出現(xiàn)異常的可能原因?yàn)檫B桿材料問(wèn)題，其中毛坯的S含量低于材料標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致材料脆性增大是產(chǎn)生爆口的關(guān)鍵因素。（4）鍛鋼件的熱處理工藝也是影響零件機(jī)械加工性能的原因之一，對(duì)于連桿毛坯采取確當(dāng)?shù)墓に嚪椒ㄟM(jìn)行熱處理，可有效的改善連桿的性能。五.用常規(guī)粉末冶金工藝制造汽車(chē)連桿本文從連桿造價(jià)與重量方面的改進(jìn)、連桿設(shè)計(jì)、材料的選擇分析、研制鐵基粉末冶金材料的生產(chǎn)參數(shù)、應(yīng)力分析、回火溫度與耐久極限及切削加工性能的關(guān)系、疲勞試驗(yàn)、鑄造與燒結(jié)連桿重量的比較等方面進(jìn)行分析和總結(jié)。采用脹斷工藝有如下優(yōu)點(diǎn)：1.簡(jiǎn)化了連桿及連桿蓋的設(shè)計(jì)要求，2.采用連桿脹斷工藝后，連桿與

11、連桿蓋的分離面是最完全的嚙合，所以其無(wú)需再進(jìn)行機(jī)加工，省略了分離面的磨削加工； 3.連桿體與連桿蓋裝配時(shí)無(wú)需額外的精確定位，如螺栓孔定位（或定位環(huán)孔），只需螺栓拉緊即可，這樣省去了螺栓孔的精加工（鉸或鏜）。所以與傳統(tǒng)連桿加工方法相比，脹斷工藝具有很大的優(yōu)勢(shì)，其減少了加工工序、節(jié)省精加工設(shè)備、節(jié)省刀具磨損、節(jié)材料和能源、降低生產(chǎn)成本等，連桿脹斷加工技術(shù)還可提高連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質(zhì)量，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平和整機(jī)性能具有很重要作用。五.發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解制造工藝及設(shè)備 裂解連桿要求其材料塑性變形小、強(qiáng)度好、脆性適中、工藝性好，即在保證連桿強(qiáng)韌綜合性能指標(biāo)的前提下，限制連桿

12、的韌性指標(biāo)，使斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特征。用于裂解連桿的主要材料為粉末燒結(jié)材料、高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼、球墨鑄鐵及可鍛鑄鐵，其中C70S6 高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼連桿和粉末燒結(jié)鍛造連桿應(yīng)用最廣。C70S6 高碳微合金非調(diào)質(zhì)鋼的金相組織為珠光體斷續(xù)的鐵素體，其成分特點(diǎn)是：低硅、低錳、添加微量合金元素釩及易切削元素硫，合金元素的范圍較窄，具有較好的切削加工性能。C70S6 裂解連桿鍛件在鍛造過(guò)程中無(wú)特殊要求，應(yīng)在1150攝氏度鍛造后采取強(qiáng)風(fēng)冷卻。裂解連桿鍛造毛坯形狀和尺寸與普通連桿毛坯無(wú)太大區(qū)別，但為減少裂解過(guò)程中的裂解力及裂解時(shí)的大頭孔變形，在不影響斷裂面嚙合的情況下，應(yīng)盡量減少大頭孔中心處斷裂截面積。此外，

13、斷裂剖分的結(jié)合面凸凹不平，大大提高了接觸面積，可使連桿承載能力、抗剪能力、連桿桿身和連桿蓋的定位精度、裝配質(zhì)量大幅度提高。采用裂解技術(shù)加工連桿的核心工序?yàn)榧庸ち呀獠奂坝锌亓呀狻⒍ㄅぞ匮b配螺栓合理設(shè)計(jì)裂解槽，可有效提高缺口效應(yīng)與應(yīng)力集中系數(shù)、降低裂解力、提高斷裂效率與質(zhì)量。裂解槽形狀與尺寸由張角、曲率半徑、槽深、槽長(zhǎng)等4 個(gè)參數(shù)決定。國(guó)內(nèi)常用的裂解槽加工方法有機(jī)械拉削、線切割，美國(guó)RA YCON 、德國(guó)AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工YAG固體激光器加工裂解槽具有切縫窄、速度快、無(wú)刀具磨損、易裂解、重復(fù)精度高的特點(diǎn)，可降低裂解力、減少大頭孔裂解變形。但由于激光器的輸出功率與模式、重復(fù)頻率與脈寬、切割速度、光斑直徑與焦點(diǎn)位置、光束入射角、輔助氣體壓力等加工參數(shù)，以及熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、導(dǎo)熱性和對(duì)激光的吸收等材料特性，均對(duì)槽寬均勻性、槽深一致性以及槽面質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，因此激光器的選擇、加工參數(shù)的調(diào)整非常重要。載荷施加方式、大小、速度對(duì)斷裂有重要影響。試驗(yàn)表明，采用“背壓”裂解方法，并施加瞬態(tài)階躍裂解主動(dòng)載荷，有利于保證