黃鵬華，田 放，羅 珒

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

基于漲斷技術(shù)的連桿設(shè)計(jì)

黃鵬華，田 放，羅 珒

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

在介紹漲斷工藝連桿和傳統(tǒng)鍛造工藝連桿的制造工藝基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比漲斷工藝連桿和傳統(tǒng)鍛造工藝連桿二次拆裝后的幾何尺寸，介紹了漲斷工藝的優(yōu)越性，同時(shí)通過(guò)對(duì)某公司兩款小排量發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿設(shè)計(jì)對(duì)比，論證了某小排量發(fā)動(dòng)機(jī)A連桿采用分體鍛造工藝而另一小排量發(fā)動(dòng)機(jī)B連桿采用整體鍛造工藝的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，并探討了在小排量發(fā)動(dòng)機(jī)B連桿上應(yīng)用漲斷工藝的可行性。

連桿；整體鍛造；分體鍛造；漲斷

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的高速、輕量、高效、低成本的要求日益提高。連桿作為發(fā)動(dòng)機(jī)中的核心零部件，既要保證足夠的剛度和強(qiáng)度，也需通過(guò)采用先進(jìn)的制造工藝，來(lái)提高汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性及降低其制造成本。

實(shí)踐證明，先進(jìn)加工工藝是滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要基礎(chǔ)，和提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。針對(duì)連桿傳統(tǒng)制造工藝中的缺點(diǎn)，為了降低制造成本以及提高連桿配合精度，連桿漲斷工藝被提出。由于漲斷工藝比傳統(tǒng)工藝具有提高產(chǎn)品性能、簡(jiǎn)化工藝流程、降低生產(chǎn)成本諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)連桿設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮采用漲斷的制造工藝，并在設(shè)計(jì)連桿結(jié)構(gòu)時(shí)，充分考慮連桿漲斷工藝的可行性。

1 鍛造工藝

鍛造是利用鍛壓機(jī)械對(duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機(jī)械性能、形狀和尺寸鍛件的加工方法。通過(guò)鍛造能消除金屬的鑄態(tài)疏松，焊合孔洞，鍛件的機(jī)械性能一般優(yōu)于同樣材料的鑄件。機(jī)械中負(fù)載高、工作條件嚴(yán)峻的重要零件，多采用鍛件[2]。

目前國(guó)內(nèi)連桿供應(yīng)商普遍采用的鍛造工藝有兩種：分體式鍛造和整體式鍛造。

分體式鍛造的工藝過(guò)程為：連桿體和連桿蓋分別鍛造成型→對(duì)接合面進(jìn)行機(jī)加工→分別加工連桿體和連桿蓋的定位螺栓孔→裝配；

整體式鍛造的工藝過(guò)程為：連桿體和連桿蓋整體鍛造成型→鋸切或銑切分離連桿體和連桿蓋→精加工分離面→分別加工連桿體和連桿蓋的定位螺栓孔→裝配。

分體式鍛造中，連桿體和連桿蓋在兩個(gè)模具中成型，在分模面的選擇上較容易，但要分別對(duì)連桿體和連桿蓋進(jìn)行切邊，增加了加工工序，同時(shí)增加了材料的用量。

整體式鍛造分模面的選擇，要同時(shí)考慮連桿體和連桿蓋設(shè)計(jì)，受到二者的制約，但有利于減少加工工序和材料的去除量，同時(shí)有利于采用先進(jìn)的裂解技術(shù)，減少機(jī)加工工序[3]。

2 連桿裂解技術(shù)

2.1 裂解原理

連桿漲斷加工的原理，是利用材料的斷裂特性，在整體鍛造的連桿毛坯大頭孔內(nèi)側(cè)對(duì)稱加工兩條裂紋槽，形成初始斷裂源，然后施加垂直于預(yù)定斷裂面的正應(yīng)力，使連桿在斷裂源處脆性斷裂分離成連桿體和連桿蓋。漲斷加工過(guò)程，使斷裂的連桿蓋、桿接合面具有完全嚙合的犬牙交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，保證了接合面精確吻合，無(wú)需再進(jìn)行接合面的加工[4～6]。

在后續(xù)的大頭孔精加工及裝配過(guò)程中，以斷裂剖分的三維曲面定位，分離后的連桿蓋與連桿體在斷裂面處自然嚙合，精確合裝，確保了后續(xù)連桿大頭軸承孔的精加工及連桿裝配品質(zhì)（見(jiàn)圖1）[7]。漲斷工序主要工藝過(guò)程為：

加工V型應(yīng)力槽→斷裂剖分→吹凈斷裂面殘留金屬粉末→裝配連桿。

圖1 漲斷工序流程

2.2 漲斷工藝技術(shù)的先進(jìn)性

（1）傳統(tǒng)工藝與漲斷工藝流程對(duì)比。傳統(tǒng)的連桿采用的是分體式加工，連桿桿身和連桿蓋分開(kāi)鍛造，加工結(jié)合面和螺栓孔，隨后合體加工大頭孔。該加工技術(shù)工藝工序繁多，機(jī)械加工工藝性差，同時(shí)對(duì)螺栓孔加工精度要求高，導(dǎo)致加工成本增加。

而漲斷工藝改變了連桿加工的關(guān)鍵工序，利用具有犬牙交錯(cuò)形態(tài)的斷裂剖分面作為結(jié)合面，省去連桿體、蓋結(jié)合面的銑削和磨削加工。同時(shí)嚙合面作為連桿體、蓋的定位基準(zhǔn)，具有極高的定位精度，能精確相接、嚙合。漲斷工藝還簡(jiǎn)化了螺栓孔處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體加工工藝，具有加工工序少、生產(chǎn)效率高、節(jié)省加工設(shè)備、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。

表1 傳統(tǒng)工藝流程與采用漲斷技術(shù)的工藝流程對(duì)比

通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)工藝流程與漲斷技術(shù)工藝流程（見(jiàn)表1），可以得出漲斷工藝較傳統(tǒng)工藝的優(yōu)越性如下：

一是取消連桿體、蓋結(jié)合面切削加工工序；

二是簡(jiǎn)化螺栓孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工序（如圖 2）；

三是降低螺栓孔的加工精度要求；

四是減少機(jī)加工工序；

五是降低生產(chǎn)成本。

圖2 傳統(tǒng)方式與漲斷方式的螺栓孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工工藝的比較

（2）漲斷與傳統(tǒng)工藝的連桿二次拆裝后大孔尺寸的對(duì)比。采用漲斷技術(shù)的連桿，不僅加工工序少、制造成本低，而且連桿體和蓋裝配精度高、承載能力強(qiáng)。采用傳統(tǒng)加工方式的連桿，由于加工誤差的累積，且連桿體和蓋定位精度差，導(dǎo)致連桿體和蓋裝配精度降低，使連桿的可靠性和耐久性大大降低。

下面在著重對(duì)比傳統(tǒng)工藝連桿和漲斷連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)二次拆裝后的大孔幾何尺寸，以此闡述漲斷連桿的高裝配精度，以及生產(chǎn)穩(wěn)定性。

圖3為大孔直徑二次拆裝后的尺寸一致性對(duì)比，從圖中可知，采用傳統(tǒng)工藝加工的連桿，不僅二次拆裝后直徑偏差大（偏差均值約0.016mm），并且極為不穩(wěn)定，嚴(yán)重的影響了發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的生產(chǎn)一致性；相反，采用漲斷技術(shù)的連桿大孔直徑二次拆裝后偏差小，平均偏差僅為0.006mm，并且連桿與連桿之間直徑穩(wěn)定，很好的保證了發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的一致性。

圖3 大孔直徑二次拆裝后對(duì)比

圖4 大孔圓柱度二次拆裝后對(duì)比

圖4為大孔圓柱度二次拆裝后的對(duì)比，和直徑一樣，漲斷連桿二次拆裝后的圓柱度偏差極小，均為0.002mm；而傳統(tǒng)的連桿二次拆裝后圓柱度平均偏差為0.009mm。

圖5是連桿彎曲度二次拆裝后的對(duì)比，漲斷連桿二次拆裝后的彎曲度偏差均值，為不到0.001mm；而傳統(tǒng)連桿的偏差均值0.01mm，并且實(shí)際上某些連桿彎曲度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出技術(shù)要求范圍（0～0.017mm）。.

圖5 連桿彎曲度二次拆裝后對(duì)比

圖6是連桿扭曲度二次拆裝后的對(duì)比，漲斷連桿二次拆裝后的扭曲度偏差均值為0.003mm，而傳統(tǒng)連桿的偏差均值0.014mm。

圖6 連桿扭曲度二次拆裝后對(duì)比

綜上所述，漲斷連桿二次拆裝后的幾何尺寸偏差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)連桿。通過(guò)試驗(yàn)證明，漲斷連桿具備很高的配合精度，并且在二次拆裝后，仍舊能夠保證非常穩(wěn)定且滿足技術(shù)要求的幾何尺寸，故而使發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性得到很大的提高。

3 漲斷技術(shù)在現(xiàn)有機(jī)型連桿上應(yīng)用的可行性

基于漲斷連桿在制造工藝和二次拆裝后幾何尺寸的優(yōu)越性，漲斷技術(shù)在越來(lái)越多的發(fā)動(dòng)機(jī)得到應(yīng)用。而目前采用傳統(tǒng)連桿的發(fā)動(dòng)機(jī)，也正在不斷的改型、更新設(shè)計(jì)，不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)將通過(guò)介紹某公司兩款小排量發(fā)動(dòng)機(jī)（A和B）的連桿設(shè)計(jì)，研究漲斷技術(shù)的應(yīng)用可行性分析。

在A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿設(shè)計(jì)中，連桿蓋底部的設(shè)計(jì)有兩條加強(qiáng)筋，如采用整體式鍛造，模具為上下式，從模膛深度、輪廓和敷料用量方面考慮，最佳分模線位于圖7所示的A-A位置，但由于連桿蓋上兩條加強(qiáng)筋高于A-A位置，阻礙了拔模，致使連桿鍛件成型后無(wú)法從模具中取出。因此A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿體和連桿蓋采用分體式鍛造，并按照如圖8所示的箭頭方向拔模。這就限制了A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的制造工藝僅能采用分體式的鍛造方式，且不能應(yīng)用基于整體鍛造方式的漲斷技術(shù)。

圖7 A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿理想分模線

圖8 A發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿蓋拔模方向

B發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿蓋，在設(shè)計(jì)中將底部加強(qiáng)筋定于連桿蓋的中部，若采用整體式鍛造成型，可將分模面定于如圖9所示的B-B位置，即最大截面處。采用這種設(shè)計(jì)時(shí)，可運(yùn)用整體鍛造的制造工藝，降低鍛造模具的復(fù)雜性。同時(shí)可采用先進(jìn)的漲斷技術(shù)工藝，進(jìn)一步提高零件的性能，降低生產(chǎn)成本。

圖9 B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿實(shí)際分模線

基于以上設(shè)計(jì)分析，A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，決定其只能通過(guò)傳統(tǒng)的分體式鍛造方式進(jìn)行制造；而B(niǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，決定了其加工工藝較A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿有利于成本的降低，同時(shí)B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，可以采用漲斷技術(shù)的制造工藝，進(jìn)一步提高零件的性能，降低生產(chǎn)成本。

此外，若將A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)，更改為類似B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的結(jié)構(gòu)，即可利用整體鍛造工藝，也可采用先進(jìn)的漲斷技術(shù)，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）連桿鍛造工藝有兩種：分體式鍛造和整體式鍛造。相比分體式鍛造，整體式鍛造有利于減少加工工序和材料的去除量，同時(shí)可采用先進(jìn)的漲斷裂解技術(shù)。

（2）漲斷技術(shù)有效地簡(jiǎn)化了連桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體加工工藝，具有可靠性高、加工工序少、生產(chǎn)效率高、節(jié)省加工設(shè)備、產(chǎn)品品質(zhì)好、生產(chǎn)成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)。

（3）漲斷連桿二次拆裝后的幾何尺寸偏差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)連桿，并且在二次拆裝后，仍舊能夠保證非常穩(wěn)定且滿足技術(shù)要求的幾何尺寸，故而使發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和耐久性得到很大的提高。

（4）連桿的設(shè)計(jì)直接決定了其加工工藝，A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)決定其采用分體式鍛造方式，B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿設(shè)計(jì)決定其可以采用成本相對(duì)較低的整體式鍛造。

（5）B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿設(shè)計(jì)具有采用漲斷工藝的基礎(chǔ)，有利于連桿性能的提高和生產(chǎn)成本的降低。

（6）A發(fā)動(dòng)機(jī)連桿則具備很大的提升空間，若將連桿更改為類似B發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，可利用整體鍛造工藝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用先進(jìn)的漲斷技術(shù)，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能以及產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.[2]鄧文英.金屬工藝學(xué)（上冊(cè)，第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]張志強(qiáng).發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工影響因素?cái)?shù)值分析及試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2007.

[4]鄧偉輝，張永俊.連桿漲斷加工技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].機(jī)電工程技術(shù)，2008，37（4）：12-17.

[5]羅晴嵐.連桿鍛造工藝技術(shù)的進(jìn)步[J].鍛壓機(jī)械，2000，（4）：1-3.

[6]寇淑清，楊慎華，金明華.發(fā)動(dòng)機(jī)連桿裂解加工技術(shù)及其應(yīng)用[J].機(jī)械強(qiáng)度，2004，26(5):538-541.

App lying the Fracture Splitting Technical to Connecting Rod Design

HUANG Peng-hua，TIAN Fang，LUO Jin
（SAICGM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi545007,China）

This article present the advantage of the fracture splitting process,based on the contrast of the manufacture process between Fracture splitting process and traditional forging process,and the contrast of the geometry dimension fore-and-aft the connecting rod finish dyno-test.In addition,this article present an argument that separate forging adapt to A engine,while integrative forging apply to the B engine,base on the design of this two engine connection rod.And,this article study the feasibility that the fracture splitting process applying to the B engine connection rod.

connecting rod;integrative forging;separate forging;fracture splitting process

TG31

A

1672-545X（2011）08-0131-04

2011-05-12

黃鵬華（1984-），男（壯族），廣西崇左人，助理工程師，研究方向：活塞連桿統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)與研發(fā)；田 放（1986-），女（土家族），貴州思南人，助理工程師，研究方向：活塞連桿統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)與研發(fā)；羅 珒（1986-），女，湖北黃石人，助理工程師，研究方向：活塞連桿統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)與研發(fā)。