我的毕业设计-高速柴油机连杆设计文献综.doc

贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页
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本科毕业论文（设计）
文献综述

论文（设计）题目：105系列高速柴油机连杆工艺总体方案及指定工装设计

学 院：机械工程学院
专 业：机械设计制造及其自动化
班 级：机自047班
学 号：0403011715
学生姓名： 杨建立
指导教师： 张宇光

2008年 6 月 15 日

文献综述
一.柴油机连杆加工工艺分析
主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线，连杆加工工艺的分析和改进，以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题
反映连杆精度的参数主要有五个：（1）.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称（2）.连杆大小头孔中心距尺寸精度（3）.连杆大小头孔平行度;（4）.连杆大小头孔的 尺寸精度、形状精度;（5）.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。
传统加工路线：

连杆工艺设计注意问题：
工序安排

定位基准：

夹具使用

二．发动机连杆的粉末锻造
主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等；国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些
1.特点：粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形，无飞边，节省加工工时和设备。具有粉末冶金和机械精锻的优点。粉末锻造可实现烧结材料的高密度化，是材料具有高强度和无明显各向异性。a.避免不必要的机械加工，如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工，而粉锻连杆仅需一道机加工。b.质量偏差小，模锻3%-5%，粉锻连杆仅0.5%。c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量，密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。e.节约能源50%，节约材料40%，有利于环境保护。
2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→ 压制成预制坯→ 烧结成锻坯→ 快速送入预热的锻模→ 致密化闭模锻造→ 锻件脱模→ 在可控气氛中冷至室温→ 热处理→ 喷丸强化
3.原料参数：德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为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%,其余为Fe.
4.主要工艺参数：
a.配料及混料 经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀；
b.压制预制坯 要对预制坯的设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制，避免过负荷损坏模具；
c.烧结预制坯 在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行，烧结温度1120—1130℃，至完全合金化，后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温；
d.锻造 有两种：利用烧结体预热保温至锻造温度时立即进行锻造，以节省能源。二是在烧结体冷却至室温后，经高频或真空加热进行锻造，其消耗能源较大。烧结体在1000℃时，迅速送入预热至300℃的锻模中进行致密化封闭锻造，可将80%理论密度的烧结体至100%理论密度。烧结坯在出炉时应尽量缩短停留时间，立即送入锻造工序，若锻造温度过低，在连杆表层残留微孔隙增多，使连杆密度下降；若停留时间过长连杆内部易被氧化，均会导致连杆冲击韧性和疲劳强度下降。
在热处理时在惰性气体（如氩等）中加热至淬火温度870℃时，立即在油中淬火，后进行570℃回火。
三.连杆大头胀断工艺：
本文主要什么是胀断工艺、胀断工艺的特点、优点、采用的材料、热扩散工艺（TD）及TD处理的使用现状，胀断工艺处理工艺流程等。
1.胀断工艺概念：对连杆大头孔的断裂线处预先加工出两条V型应力集中槽或在毛坯加工时就做出沟槽（图1），然后对其侧面施加径向力（图2），使其在槽处出现裂缝，在径向力的继续作用之下，裂缝继续扩散，最终达到连杆盖从连杆体上分离下来。

图 1

据德国Krebsoege公司研究结果，烧结粉末金属连杆的可胀断性较好，铸铁连杆材料最宜使用GTS65-70，锻钢连杆材料是70号钢，但70号钢锻造连杆在胀断时如何保证不带塑性变形的脆性断裂以及其切削加工是该工艺的难点。
2.胀断工艺的优点：2.1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.1.1.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工；2.1.2.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。
2.2.改善了连杆总成的大头孔变形，为采用前分离面以及螺栓孔加工误差以0.01mm单位来计算；而采用胀断工艺之后其误差是以0.001mm单位来计算的.德国Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel两位工程师的研究确定：在粗加工后连杆大头孔不圆都约在12μm左右，在胀断后约在40μm左右，其变形量约为28μm。又据美国Gidding & Lewis Co.的研究：测试50个零件的分析结果，；连杆大头孔的平均直径在胀断前与后的平均变形仅为23μm。
2.3.减少了连杆生产的设备、生产面积以及制造费用，3.1.省掉连杆盖与连杆分离面的磨削加工和螺栓孔经加工的设备投资和这些机床占地面积以及制造费用3.2.在传统工艺中切断后的连杆盖需要单独自动运输装配，而采用胀断工艺后可立即装配。
3. 热扩散涂层可提高工具的使用寿命 热扩散工艺可显著硬化材料表面，其硬化层厚度为0.02-0.2mm，该层十分紧密地与基体结成一体，可显著地延长工具的使用寿命，如落料模、冲模、锻模、拉伸模、冷镦模、折弯模和冲头模等。其处理是把零件浸入盐浴里，加热到899-1056℃，加热1-8小时。
4.胀断加工工艺路线：

四.涨断连杆爆口原因分析：
本文就连杆涨断后爆口这一最大问题从激光胀断加工工艺、材料试验等角度进行了详细地分析连杆爆口产生的原因， 得出S含量低于材料标准要求是产生爆口的关键因素。
1.胀断加工过程中存在的主要问题：影响脆性断裂的因素主要有断裂速度、预加工应力槽及材料。影响爆口的重要参数是应力槽的几何形状和深度。
应力槽加工有两种方法，拉刀拉削或激光割削，从原理上看，激光割削避免了拉刀变钝导致应力槽形状不符的要求，因此激光加工应力槽是省时省钱的现代化加工方式。但当激光调焦不精确的话应力槽也会边浅，应力槽作用减小，胀断时的速度及引起断裂的冲击力也变小。因此胀断工艺的材料、应力槽深度、胀断速度、压力等是胀断后连杆大头变形和爆口的主要原因。
经过相关试验分析（有分析数据和图解）：S含量低，材料脆性增强，长生爆口的倾向增大。
2.最后得出总的结论：
（1）连杆大头变形和爆口是胀断工艺中的主要问题，为确保正常使用，连杆大头变形必须在允许的范围内，并使爆口异常尽可能的少。
（2）爆口异常主要原因可能是应力槽深度过浅，材料过脆。
（3）对比现实生产情况可知，爆口工废率出现异常的可能原因为连杆材料问题，其中毛坯的S含量低于材料标准要求导致材料脆性增大是产生爆口的关键因素。
（4）锻钢件的热处理工艺也是影响零件机械加工性能的原因之一，对于连杆毛坯采取确当的工艺方法进行热处理，可有效的改善连杆的性能。
五.用常规粉末冶金工艺制造汽车连杆
本文从连杆造价与重量方面的改进、连杆设计、材料的选择分析、研制铁基粉末冶金材料的生产参数、应力分析、回火温度与耐久极限及切削加工性能的关系、疲劳试验、铸造与烧结连杆重量的比较等方面进行分析和总结。
采用胀断工艺有如下优点：1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工； 3.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。
所以与传统连杆加工方法相比，胀断工艺具有很大的优势，其减少了加工工序、节省精加工设备、节省刀具磨损、节材料和能源、降低生产成本等，连杆胀断加工技术还可提高连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有很重要作用。
五.发动机连杆裂解制造工艺及设备
裂解连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好，即在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。
用于裂解连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁及可锻铸铁，其中C70S6 高碳微合金非调质钢连杆和粉末烧结锻造连杆应用最广。
C70S6 高碳微合金非调质钢的金相组织为珠光体’断续的铁素体，其成分特点是：低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫，合金元素的范围较窄，具有较好的切削加工性能。C70S6 裂解连杆锻件在锻造过程中无特殊要求，应在1150摄氏度锻造后采取强风冷却。
裂解连杆锻造毛坯形状和尺寸与普通连杆毛坯无太大区别，但为减少裂解过程中的裂解力及裂解时的大头孔变形，在不影响断裂面啮合的情况下，应尽量减少大头孔中心处断裂截面积。
此外，断裂剖分的结合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、连杆杆身和连杆盖的定位精度、装配质量大幅度提高。
采用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓
合理设计裂解槽，可有效提高缺口效应与应力集中系数、降低裂解力、提高断裂效率与质量。裂解槽形状与尺寸由张角、曲率半径、槽深、槽长等4 个参数决定。
国内常用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，美国RA YCON 、德国AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工
YAG固体激光器加工裂解槽具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、易裂解、重复精度高的特点，可降低裂解力、减少大头孔裂解变形。但由于激光器的输出功率与模式、重复频率与脉宽、切割速度、光斑直径与焦点位置、光束入射角、辅助气体压力等加工参数，以及熔点、沸点、导热性和对激光的吸收等材料特性，均对槽宽均匀性、槽深一致性以及槽面质量产生很大影响，因此激光器的选择、加工参数的调整非常重要。
载荷施加方式、大小、速度对断裂有重要影响。试验表明，采用“背压”裂解方法，并施加瞬态阶跃裂解主动载荷，有利于保证裂解质量。
在装配螺栓过程中需保证裂解后的连杆杆身与连杆盖完全啮合、不错位。为防止错位或施加扭矩不一致，应同时进行两侧螺栓的装配。装配螺栓需要进行螺栓预装配及定扭矩装配。螺栓预装配可强化断裂面。预装配后将扭矩卸载，使连杆杆身与连杆盖分离，对断裂面进行吸尘或采用高压气体清渣，然后按连杆的技术要求重新装配螺栓至所要求的扭矩。
一般裂解槽深度小于等于0.7mm，圆角半径小于等于0.3mm，裂解后大头孔直径平均变化量小于等于0.08mm
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