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1、汽車關鍵零部件,發(fā)動機活塞、連桿組件,一、概述,活塞連桿組由活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、連桿軸瓦等組成，如下圖所示。,活塞,活塞、連桿組件,發(fā)動機是汽車的成本與技術最為集中的部分，活塞作為發(fā)動機的重要零件，對發(fā)動機的整體性能有著重要的影響?，F(xiàn)代先進的發(fā)動機，其活塞的設計相當復雜，已發(fā)展成為集輕質高強度新材料、異形外圓復合型面(裙部為中凸變橢圓型面)、異形銷孔等多項新技術于一體的高技術含量的產(chǎn)品?；钊募庸ぞ纫蟾?，其裙部橫向橢圓度精度達0.005mm，縱向中凸曲線精度達0.005-0.01mm。,二、活塞,活塞的功用是承受氣體壓力，并通過活塞銷傳給連桿驅使曲軸旋轉，活塞頂部還是燃燒室的組成部

2、分。 工作條件：活塞在高溫、高壓、高速、潤滑不良的條件下工作?；钊苯优c高溫氣體接觸，瞬時溫度可達2500K以上，因此，受熱嚴重，而散熱條件又很差，所以活塞工作時溫度很高，頂部高達600700K，且溫度分布很不均勻； 活塞頂部承受氣體壓力很大，特別是作功行程壓力最大，汽油機高達35MPa，柴油機高達69MPa，這就使得活塞產(chǎn)生沖擊，并承受側壓力的作用； 活塞在氣缸內以很高的速度(812m/s)往復運動，且速度在不斷地變化，這就產(chǎn)生了很大的慣性力，使活塞受到很大的附加載荷?；钊谶@種惡劣的條件下工作，會產(chǎn)生變形并加速磨損，還會產(chǎn)生附加載荷和熱應力，同時受到燃氣的化學腐蝕作用。,1. 功用、

3、要求與構造：,要求：,(1) 要有足夠的剛度和強度，傳力可靠； (2) 導熱性好，耐高壓、耐高溫、耐磨損； (3) 質量小，重量輕，盡可能減小往復慣性力。,構造：,活塞可分為三部分，活塞頂部、活塞頭部和活塞裙部。,1）活塞頂部,活塞頂部承受氣體壓力，它是燃燒室的組成部分，其形狀、位置、大小都和燃燒室的具體形式有關，都是為滿足可燃混合氣形成和燃燒的要求，其頂部形狀可分為四大類，平頂活塞、凸頂活塞、凹頂活塞和成型頂活塞。,平頂活塞頂部是一個平面，結構簡單，制造容易，受熱面積小，頂部應力分布較為均勻，一般用在汽油機上，柴油機很少采用。 凸頂活塞頂部凸起呈球頂形，其頂部強度高，起導向作用，有利于改善換

4、氣過程，二沖程汽油機常采用凸頂活塞。 凹頂活塞頂部呈凹陷形，凹坑的形狀和位置必須有利于可燃混合氣的燃燒，有雙渦流凹坑、球形凹坑、U形凹坑等等。,2）活塞頭部,活塞頭部指第一道活塞環(huán)槽到活塞銷孔以上部分。它有數(shù)道環(huán)槽，用以安裝活塞環(huán)，起密封作用，又稱為防漏部。 柴油機壓縮比高，一般有四道環(huán)槽，上部三道環(huán)槽安裝氣環(huán)，起密封作用，最下一道環(huán)槽安裝油環(huán)，起潤滑作用；汽油機活塞一般有三道環(huán)槽，上面兩道環(huán)槽為氣環(huán)槽，最下一道環(huán)槽為油環(huán)槽。 在油環(huán)槽底面上鉆有許多徑向小孔，使被油環(huán)從氣缸壁上刮下的機油經(jīng)過這些小孔流回油底殼。第一道環(huán)槽工作條件最惡劣，一般應離頂部較遠些。,活塞頂部吸收的熱量主要也是經(jīng)過防

5、漏部通過活塞環(huán)傳給氣缸壁，再由冷卻水傳出去?？傊?，活塞頭部的作用除了用來安裝活塞環(huán)外，還有密封作用和傳熱作用，與活塞環(huán)一起密封氣缸，防止可燃混合氣漏到曲軸箱內，同時還將(7080)%的熱量通過活塞環(huán)傳給氣缸壁。,3）活塞裙部,活塞裙部指從油環(huán)槽下端面起至活塞最下端的部分，它包括裝活塞銷的銷座孔。活塞裙部對活塞在氣缸內的往復運動起導向作用，并承受側壓力。 裙部的長短取決于側壓力的大小和活塞直徑。所謂側壓力是指在壓縮行程和作功行程中，作用在活塞頂部的氣體壓力的水平分力使活塞壓向氣缸壁。壓縮行程和作功行程氣體的側壓力方向正好相反，由于燃燒壓力大大高于壓縮壓力，所以，作功行程中的側壓力也大大高于壓縮

6、行程中的側壓力（見下圖）?；钊共砍惺軅葔毫Φ膬蓚€側面稱為推力面，它們處于與活塞銷軸線相垂直的方向上。,,2.活塞的變形及采取的相應措施：,（1）變形原因：熱膨脹、側壓力和氣體壓力。,（2）變形規(guī)律及結構措施 1） 活塞的熱膨脹量大于氣缸的膨脹量，使配缸間隙變小。因活塞溫度高于氣缸壁，且鋁合金的膨脹系數(shù)大于鑄鐵； 2） 活塞自上而下膨脹量由大而小。因溫度上高下低，壁厚上厚下??；,3） 裙部周向近似橢圓形變化，長軸沿銷座孔軸線方向。因銷座處金屬量多而膨脹量大，以及側壓力作用的結果。,為了使裙部兩側承受氣體壓力并與氣缸保持小而安全的間隙，要求活塞在工作時具有正確的圓柱形。但是，由于活塞裙部的厚度很

7、不均勻，活塞銷座孔部分的金屬厚，受熱膨脹量大，沿活塞銷座軸線方向的變形量大于其他方向。另外，裙部承受氣體側壓力的作用，導致沿活塞銷軸向變形量較垂直活塞銷方向大。 這樣，如果活塞冷態(tài)時裙部為圓形，那么工作時活塞就會變成一個橢圓，使活塞與氣缸之間圓周間隙不相等，造成活塞在氣缸內卡住，發(fā)動機就無法正常工作。因此，在加工時預先把活塞裙部做成橢圓形狀。橢圓的長軸方向與銷座垂直，短軸方向沿銷座方向。這樣活塞工作時趨近正圓。,活塞沿高度方向的溫度很不均勻，活塞的溫度是上部高、下部低，膨脹量也相應是上部大、下部小。為了使工作時活塞上下直徑趨于相等，即為圓柱形，就必須預先把活塞制成上小下大的階梯形、錐形。,活塞

8、頭部形狀示意圖,錐形裙部活塞示意圖,現(xiàn)代發(fā)動機活塞已普遍發(fā)展為中凸變橢圓型面，其縱剖面廓形為中凸的指數(shù)或冪函數(shù)，橫截面的廓形大都采用橢圓的2階近似曲線或橢圓偏心(正)圓等的組合曲線。設計橢圓形裙部的目的是防止熱態(tài)時活塞沿銷軸方向的過度膨脹，從而卡死在氣缸內。中凸活塞各橫截面的橢圓度可以相同，也可以是變化的，分為等橢圓度和變橢圓度兩種。 所謂等橢圓度是橢圓長軸與短軸之差沿活塞裙高度無變化。 采用變橢圓度時，活塞橢圓度一般是沿著裙高從底到高，從大到小按線性規(guī)律變化。采用漸變橢圓的主要目的是使活塞在受載狀態(tài)時，上下接觸面接近等寬。,3. 活塞材料：,隨著發(fā)動機向高速度、低能耗方向發(fā)展，采用優(yōu)異的

9、活塞材料尤為重要。目前車用發(fā)動機活塞材料以鋁合金為主，其他還有鑄鐵、鑄鋼、陶瓷材料等。,鋁合金的突出優(yōu)點是密度小，可降低活塞質量及往復運動的慣性，因此鋁合金活塞常應用于中、小缸徑的中、高速發(fā)動機上。與鑄鐵活塞相比，鋁合金活塞異熱性好，工作表而溫度低，頂部的積炭也較少。,鑄鐵材料的金屬基體以珠光體為宜，其中所含的石墨為片狀、點狀或球狀。發(fā)動機活塞用鑄鐵還應具有晶粒度的穩(wěn)定性、抗熱裂以及抗腐蝕一疲勞損傷的性能。試驗表明:具有細小彌散的金屬基體和石墨的鑄鐵，尤其是含有Cr, Ni, Mo, V, Cu等合金元素的合金鑄鐵，具有較好的綜合性能，其中球墨鑄鐵活塞強度最高。,陶瓷是用于汽車發(fā)動機上的新材料

10、，具有質量輕、耐磨、絕熱性好、高溫強度高等優(yōu)點。全陶瓷活塞目前還無成功的應用實例，但組合式陶瓷活塞已在特種發(fā)動機上得到一定的應用。,4.活塞的工藝特點及定位裝夾形式：,活塞主要表面尺寸及各表面間的相互位置精度要求較高;在加工后還要求保證活塞裙部及頂部的壁厚均勻。上述特點與要求，使得活塞機械加工比較困難，其加工工藝特點主要有以下幾方面:,1.活塞壁薄，徑向剛度差，若按一般回轉體零件加工，在夾緊力和切削力影響下很容易變形，所以在制訂工藝及選擇設備時，應同時注意夾壓點及裝夾方式的選用。 2.活塞加工面較多，不僅各加工面尺寸精度要求較高，而且相互位置精度要求也較高，因此在考慮工藝時，應正確選擇定位基

11、準面，以減少因定位基準變換而引起的加工誤差。同時，選用設備時，盡量選用多刀或多工位加工機床，以減少裝夾次數(shù)。 3.活塞銷孔尺寸及形狀精度要求很高，粗糙度要求很低，故一般采用鏜削加工。 4.由于活塞壁薄、剛性差，為防止切削力過大而引起變形，在加工時，進刀量要小，切削速度要高。同時，重要表面(銷孔、裙部外圓)的精加工要放在最后進行。,活塞的工藝特點決定了其定位裝夾形式，其主要定位裝夾形式如下表所示：,由于采用止口(及其輔助)定位配合以銷孔或活塞頂面(中心孔)的裝夾方式簡單可靠、應用范圍廣、可實現(xiàn)定位基準的統(tǒng)一，同時能保證活塞的各種位置精度，目前國內外活塞行業(yè)的加工廣泛采用這種定位方式。,絕大多

12、數(shù)的柴油機活塞頂部都有各種形狀的凹坑，稱為燃燒室。部分活塞還具有氣門坑及其開口等結構。因此，頂部加工特征一般包括:頂面、燃燒室、氣門坑、氣門坑開口等。如下圖所示。,1）活塞頂部加工特征,活塞頂面粗糙度一般為Ra1.6-3.2m，與止口的平行度一般為0.015mm，在加工中一般需要粗、精兩次加工來完成，粗加工余量一般為1mm，精加工余量一般為0.4mm。從活塞銷孔中心線到活塞頂面的距離稱為壓縮高，該距離影響發(fā)動機的壓縮比，在精加工頂面時需要保證該尺寸。燃燒室一般為回轉體形狀，其素線由方向、半徑不同的圓弧與直線圓滑連接而成，燃燒室精加工需要保證燃燒室的粗糙度一般為Ra3.2m?；钊饕话闱闆r下鑄

13、造有燃燒室凹坑，需要粗、精兩次加工完成，燃燒室的粗加工與精加工余量與頂面基本相同。也有個別活塞鑄造成平頂，此時的燃燒室需要粗、半精、精加工三次加工才能完成，因此在進行工藝分析時需要判斷是否鑄造有凹坑。而氣門坑及其開口由于余量較小一般一次加工至成品尺寸。 根據(jù)頂面與燃燒室的加工特征及其定位方式，一般采用車削加工，而氣門坑及其開口一般采用銑削加工。,2）活塞頭部加工特征,活塞頭部主要有24道環(huán)槽及環(huán)槽之間的環(huán)岸、槽側油帶、第一環(huán)槽至頂部的火力岸組成，如下圖所示。因此其加工特征主要是鐵、鋁環(huán)槽的加工及環(huán)岸、火力岸外圓的加工，有時在環(huán)槽底部或槽側油帶部位還有通向內腔的徑向回油孔。,鐵環(huán)槽為距離頂部最

14、近的環(huán)槽，承受的燃氣溫度最高、沖擊力也最大?；谶@一原因，該環(huán)槽一般兩槽側具有一定的斜度，以便于與密封環(huán)更好地接觸，避免高壓燃氣串到裙部。鐵環(huán)槽傾斜側面的加工具有波紋度要求，其基準直徑、粗糙度都有一定的要求，且高鎳鑄鐵由于具有“粘性”加工特征，加工一般至少需要粗加工、精加工兩次加工完成，粗加工加工出鐵環(huán)及環(huán)槽形狀并為精加工留出0.3O.5mm余量。 鋁環(huán)槽槽側為直槽，對槽側的粗糙度、槽側與活塞中心線的垂直度、槽側的直線度以及槽側的平面度等都有較高的加工要求，而且鋁環(huán)槽的加工余量比較大、容易加工變形，因此一般至少分為粗、精兩次加工來完成，粗加工加工出形狀，給精加工留下0.1 0.2mm的余量。

15、由于加工鑄鐵環(huán)槽時產(chǎn)生較大的切削力和熱量，容易引起鋁環(huán)槽的形狀誤差和變形，因此需要把鋁環(huán)槽的加工放在鐵環(huán)槽精加工之后進行。,3）活塞裙部加工特征,活塞裙部是自環(huán)槽部分的油環(huán)槽下端面起至活塞底的部分，它用作引導活塞在氣缸內運動和承受側壓力。受活塞結構的影響，為保證熱態(tài)下活塞裙部的圓筒形狀，以便能夠與氣缸很好地貼合，不至于被卡住或拉傷，需要將活塞裙部的徑向外形設計加工為橢圓形狀，其長軸在垂直于銷座孔中心線平面內，短軸在銷座孔中心線平面內，且橢圓度在不同的軸向位置是變化的;而活塞長軸軸向輪廓設計加工為上小下大、到底部再小的中凸形狀，如下圖所示，這種外圓形狀稱為中凸變橢圓。在活塞裙部下端及內腔部位還需

16、要加工出止口作為后續(xù)工序的定位基準。 活塞裙部外圓粗糙度一般要求1.63.2 m ，且外圓對加工紋理有特殊要求，基于外圓特殊的形狀和表面紋理要求，需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工三次加工才能達到技術要求，總加工余量一般在2mm左右;活塞止口粗糙度一般要求1.6 3.2 m ,總加工余量一般在1mm左右，因此經(jīng)過粗、精兩次加工可以達到技術要求。,活塞銷座將作用在活塞頂部的氣體力經(jīng)過活塞銷傳給連桿。銷座常用加強筋與活塞內壁相連，以提高強度。為減少銷座上側的壓力，常把銷座鑄造成一些特殊形狀，其中楔形銷座是最常見的一種形式?；钊诠ぷ鲿r銷座孔內側受到活塞銷的反復沖擊，為防止活塞該處應力集中及疲勞損壞

17、，常將該處設計為喇叭口形狀，因其加工實現(xiàn)起來較困難，稱為異形銷孔。 活塞銷孔不僅本身尺寸精度與相互位置精度要求較高，而且粗糙度要求較低，一般為0.40.8 m ，如下圖所示。銷座孔內有安放彈性卡簧的卡簧槽，為安裝方便，銷孔內、外側常加工出較大的內、外口倒角?；谝陨霞庸ぬ卣?，活塞銷孔加工一般需要粗、半精、精加工及超精加工三次以上加工才能達到技術要求。為防止銷孔變形，精加工一般安排在工序的最后面完成。有些活塞為增加銷孔的儲油作用，還加工成橢圓形狀，稱為減壓腔，有時還需要在銷座上加工油孔。,4）活塞銷座孔加工特征,表：某典型活塞原加工工藝流程及工序時間表,5.關鍵工序加工與裝備：,目前，國內活塞

18、制造行業(yè)通常是由通用機床和結合活塞工藝特點的專用設備組成機加工生產(chǎn)線，因此，專用設備就成為活塞切削加工的關鍵設備，其功能和精度將直接影響最終產(chǎn)品的關鍵特性的質量指標。,活塞外圓的加工由20世紀70年代的磨削加工、80年代的立體靠模仿形加工到90年代的數(shù)控無靠模加工技術的開發(fā)和應用，使得生產(chǎn)效率和加工精度均達到新的水平，生產(chǎn)效率由立體靠模仿形加工時的主軸轉速800r/min提高到數(shù)控無靠模加工的2000r/min，由于數(shù)控加工排除了傳統(tǒng)的立體靠模仿形加工時仿形失真的因素，加工精度也大幅度提高。由于這種加工技術的突破性進展，使得90年代以來開發(fā)設計的轎車均采用了異型外圓復合型面的低摩擦式活塞。,1

19、）活塞異型外圓加工趨向于無靠模數(shù)控化,2）活塞異型銷孔微增量加工技術：,活塞銷孔的加工精度為微米級，用于加工異型銷孔的徑向微增量進刀加工技術，是活塞加工的關鍵技術之一。該技術是21世紀以來開發(fā)的一項新技術，可用于加工橢圓形銷孔、微內錐形銷孔、應力曲面形銷孔等，有效避免活塞銷座在高負荷狀態(tài)下因應力集中而引起銷座裂紋和斷裂，與圓柱形銷孔相比，異型銷孔的疲勞強度可提高30以上。因其具有顯著的技術經(jīng)濟效益，有力地拉動了異型銷孔微增量加工技術的發(fā)展，其控制精度已由0.001 mm脈沖提高到了30nm脈沖。,6.非圓截面零件車削加工技術的發(fā)展,非圓截面零件的切削加工一直受到人們的關注，先后推出了多種加工工

20、藝方法。從成形機理分析，可將現(xiàn)有的非圓截面零件加工工藝方法分為機械運動合成法、靠模仿形法以及數(shù)控加工成形法幾種類型,機械運動合成法是通過對工件多個方向切削運動的合成，形成非圓零件截面。根據(jù)運動合成的機構不同，又有套車法、偏心法、周轉輪系法等非圓截面零件的車削方法。,1）機械運動合成法,(1)套車法 套車法是一種專門針對橢圓截面零件車削加工的工藝方法。該方法的成形原理如下圖所示，車刀的回轉軸線相對于工件軸線擺動一個口交角，車刀繞自身軸線高速回轉以形成主切削運動，這樣通過調整刀盤的直徑d和擺動角口的大小，便可加工出滿足長短徑要求的橢圓截面來，可獲得較高的加工效率與加工精度。,套車法成形原理,2)

21、偏心法 偏心法成形的刀具運動驅動機構如下圖所示，它是個曲柄滑塊機構，連桿的兩端分別與偏心輪和刀架聯(lián)接，相對于機床主軸按傳動比i進行轉動，通過調節(jié)偏心距的大小獲取所需的刀具切削運動軌跡。,偏心輪驅動機構原理圖,當工件隨主軸回轉時，刀具的運動軌跡方程為：,式中：e偏心距；偏心輪角位移；，l連桿的長度； n主軸的轉速； i主軸與偏心輪之間的傳動比；t時間。,加工后所得到的工件截面向徑R(1)為,式中：r0為非圓零件基圓半徑； 1主軸角位移。,3）周轉輪系法,周轉輪系加工非圓截面方法的成形原理如下圖所示，設輪4裝在輪H上，其軸心偏心為e，它一方面繞軸O2以H角速度公轉，另一方面又在輪5的作用下以角速

22、度4繞自身中心O1旋轉。當工件與輪4同軸旋轉時，通過調節(jié)O1軸的偏心距e以及角速度H 、 4便可加工出所需的非圓截面零件。,周轉輪系加工非圓截面方法的成形原理,從而可見，上述幾種機械運動合成法非圓截面零件加工工藝方法，可以獲得較高的生產(chǎn)效率和加工精度。然而，這些加工成形方法均需要專用的機床機構，進給運動形式是由這些運動機構來保證，加工設備的制造成本高；柔性較差，一種機構只能加工一類非圓截面零件，難以滿足多品種小批量生產(chǎn)的需要。,4）靠模仿形法,靠模仿形法是利用靠模來控制車刀與工件的相對運動，以形成所需的非圓截面零件表面形狀，如圖1-6所示。,靠模仿形法,與機械運動合成車削法相比，用靠模仿形實現(xiàn)

23、非圓截面零件的成形加工具有以下特點： 1)適應的加工范圍較廣。對于不同的非圓截面零件，只需更換靠模便可進行車削加工，因此靠模仿形法能完成多種非圓截面零件的車削加工。 2)可實現(xiàn)大進給量的切削，具有較高的加工效率。 3)適合于非圓截面零件的粗、精加工。,由于此類加工方法需要凸輪靠模來控制刀具的切削運動，其機械結構復雜，因而也存在如下的不足： 1)響應速度低，不適合于非圓截面零件的高速切削。 2)機械結構環(huán)節(jié)較多，各環(huán)節(jié)的制造與裝配誤差及其剛性均影響到非圓截面零件的車削加工精度。 3)更換零件類型需要重新進行靠模的設計，而靠模的生產(chǎn)準備周期較長，不利于產(chǎn)品的更新。 4)難以用靠模法難

24、以加工出復雜的非圓截面零件。,5）數(shù)控加工成形法,自上世紀80年代初，國外一些公司開始研制非圓截面零件的數(shù)控加工車床，是通過一套數(shù)控車削系統(tǒng)控制非圓截面零件的切削成形，因而有人將這種車床稱之為無凸輪加工車床。英國AE集團生產(chǎn)的非圓活塞數(shù)控車床采用金剛石車刀完成非圓截面零件的切削加工，其主軸轉速可達2500rmin，并一次加工成形。與傳統(tǒng)加工設備相比，產(chǎn)品的更換極為方便，更換周期大幅度縮短，生產(chǎn)效率得到了極大的提高。日本株式會社大限鐵工所研制了BL9-CAM非圓數(shù)控車床，在加工非圓零件時主軸轉速可高達3000rmin，其加工效率提高三倍以上，僅需改變控制程序便可實現(xiàn)各種非圓截面零件的自動車削加工

25、。美國Ingersoll公司也研制了非圓截面零件無靠模數(shù)控車床，采用在線檢測技術穩(wěn)定地保證了產(chǎn)品質量，并大大提高了生產(chǎn)效率。美國Cross公司相繼開發(fā)了PTM-2000和3000型非圓加工數(shù)控車床，在加工變橢圓活塞時，生產(chǎn)率可達150件小時，加工誤差小于38m。,在我國，對非圓截面零件的研究也取得了較大進展，并且研制出相應的數(shù)控NC設備。,由上述可見，數(shù)控機床的問世解決了傳統(tǒng)工藝難以解決的復雜零件加工問題，它通過自動化加工手段，改變了傳統(tǒng)工藝制造周期長、生產(chǎn)效率低的局面。同時，數(shù)控柔性化加工設備能夠滿足多品種、小批量生產(chǎn)的自動化，大大提高了對市場的響應能力。,a)非圓截面車削進給運動軌跡,非圓

26、截面零件車削加工如右下圖所示，工件的橫截面形狀確定了刀具的徑向進給運動。加工過程中，車刀刀尖距工件回轉中心的距離x(t)必須滿足下列公式時，才能加工出所需的非圓截面形狀。,非圓車削加工,b)非圓截面零件數(shù)控車削關鍵技術分析,要實現(xiàn)非圓截面零件的數(shù)控車削加工，必須解決以下關鍵技術： 1)高速響應高精度伺服進給裝置 所謂高速響應高精度伺服進給裝置是指截止頻率在200Hz以上，滿足非圓數(shù)控車削的高精度進給裝置。若用普通步進伺服或交、直流伺服旋轉電機作為非圓車削進給系統(tǒng)的驅動時，必須將這類電機所輸出的回轉運動通過特定的機構轉換為直線進給運動，例如滾珠絲桿螺母，這些機械傳動機構附加的運動慣量較大，給

27、機床高速往復進給運動帶來困難，而且存在著傳動誤差和反向間隙誤差，從而影響工件的車削加工精度。此外，目前現(xiàn)有的旋轉型伺服電機的角加速度尚不能滿足非圓截面零件高速切削的要求。因而，高速響應高精度伺服進給裝置是實現(xiàn)非圓截面零件的數(shù)控車削加工的關鍵技術之一。,2)帶有電子凸輪功能的數(shù)控系統(tǒng)以及相關的專用軟件 數(shù)控技術是實現(xiàn)機床加工自動化，解決復雜形狀零件的中、小批量自動化生產(chǎn)的重要手段，也是當今機械制造技術實現(xiàn)高精度、高效率、自動化的必經(jīng)之路。利用數(shù)控技術進行零件的加工，可以獲取零件的高精度、高柔性和高效率。對于非圓截面零件的加工，除了通常的數(shù)控系統(tǒng)功能之外，還要求數(shù)控系統(tǒng)具有電子凸輪功能以及進行非

28、圓截面零件車削的專用軟件系統(tǒng)，以保證刀具的進給與工件的回轉運動進行協(xié)調的運動控制，獲得所需形狀的零件。,3)高剛性和高精度的機床結構 在切削加工過程中，機床本身的運動精度、幾何精度以及機械系統(tǒng)的剛性都將直接或間接地影響非圓截面零件的加工質量。要獲得較高的零件加工精度，首先需要保證機床本身的精度和系統(tǒng)剛性。,在活塞加工技術及設備的研發(fā)方面，我國自主研制了活塞專用數(shù)控機床，其中包括活塞中凸變橢圓數(shù)控車床、活塞圓柱孔及異型銷孔精密數(shù)控鏜床、多工序組合數(shù)控加工專用機床等。,凸變橢圓數(shù)控車床,STC3675 數(shù)控活塞外圓車床,1.概述,連桿是內燃機中重要的傳動零件之一，其作用是連接活塞與曲軸，將作用在

29、活塞上的力傳給曲軸，使活塞的往復運動轉變?yōu)榍S的旋轉運動，對外輸出做功。連桿小端工作時作往復運動，大端作旋轉運動，桿身作復雜的平面運動，因此連桿的受力情況十分復雜。,三、連桿,2.構造與要求,連桿部件由連桿體，連桿蓋和螺栓、螺母等組成，如右圖所示。,,在發(fā)動機工作過程中，連桿要承受膨脹氣體交變壓力和慣性力的作用，連桿除應具有足夠的強度和剛度外，還應盡量減小連桿自身的重量，以減小慣性力。連桿自身的橫截面為工字形，從大頭到小頭尺寸逐漸變小。,(1)小頭襯套底孔的精度為7級公差等級，表面粗糙度值不大于Ra1.6m。小頭襯套孔相當于6級公差等級，表面粗糙度值不大于Ra0.8m，常按孔徑用分組互換法與活

30、塞銷分組裝配，孔的圓柱度在直徑公差的一半以內。 (2)在大頭孔中直接澆鑄巴氏合金者，大頭底孔為9級公差等級，采用厚壁軸瓦者，大頭底孔為8級公差等級；采用薄壁軸瓦者，大頭底孔則為6級公差等級，其圓柱度在直徑公差的23以內，表面粗糙度值為Ra0.8m。 (3)大、小頭孔軸線的平行度誤差會使活塞在氣缸中傾斜，造成氣缸壁磨損不均勻，并使曲柄銷產(chǎn)生邊緣磨損，所以平行度的允差較嚴，一般規(guī)定為不大于0.03100mm。大、小頭孔軸線的扭曲度對不均勻磨損的影響較小，一般規(guī)定扭曲度不大于0.06100mm。大、小頭孔軸心距的允差影響發(fā)動機的壓縮比，其允差為 0.030.05mm。,連桿的主要技術要求如下：,

31、(4)大頭孔兩端面對大頭孔軸線的垂直度一般規(guī)定不大于0.1100mm。端面表面粗糙度值一般為Ra0.8m。 (5)兩螺栓孔軸線對大頭接合面的垂直度應不大于0.15100mm。大頭接合面對連桿螺栓導孔或螺紋孔中心線的垂直度應不大于0.10100m m，否則會使連桿螺栓的受力情況惡化，以致連桿蓋與體結合不好，軸瓦與曲軸銷產(chǎn)生不均勻磨損。 (6)連桿總成的重量與整臺發(fā)動機上的一組連桿的重量差，應符合產(chǎn)品圖紙的規(guī)定。某些高速汽油機對連桿大頭重量和小頭重量也分別加以規(guī)定。,連桿是內燃機中承受負荷最嚴重的零件之一，工作時同時承受著活塞傳來的氣體壓力、往復慣性力和它本身擺動時所產(chǎn)生的慣性力的作用，這些力

32、的大小和方向周期性變化。在長期使用中，連桿會因活塞的劇烈推力和曲軸的高速運轉等因素，出現(xiàn)彎曲和扭曲現(xiàn)象。連桿一旦出現(xiàn)彎曲和扭曲，除了會使活塞拉缸外，還會致使活塞、氣缸、.曲軸等機件出現(xiàn)不正常的磨損，并很容易引起疲勞破壞而斷裂，導致發(fā)動機故障，直接關系到使用人的安全，造成極嚴重的后果。,3.工況與受力,可采用ANSYS有限元分析軟件對連桿進行強度與動態(tài)特性分析。,連桿的有限元模型,大頭端受壓工況下的約束和載荷,大頭端受壓工況下的應力分布云圖,大頭端受壓工況下的變形云圖,小頭端受壓工況下的變形云圖,小頭端受壓工況下的應力分布云圖,連桿的一階振型（XOY平面內一彎振動）,連桿的二階振型（ XOZ平面

33、內一彎振動）,連桿的三階振型（在YOZ平面內二彎振動）,連桿的四階振型（在XOZ平面內二彎振動）,連桿的五階振型(彎扭振動),連桿的六階振型(彎扭振動),4.特點與工藝,連桿材料一般采用45號鋼(精選含碳量為0.420.47)或40Cr鋼等，并經(jīng)調質處理以提高強度和抗沖擊能力，一般采用模鍛。近年來，我國有些工廠也逐漸用球墨鑄鐵制造連桿。,連桿由連桿體、連桿蓋和螺栓、螺母等組成。連桿小頭孔中壓入青銅襯套，大頭孔內裝有軸瓦。連桿體與連桿蓋必須牢固結合、準確定位，一般是用精制螺栓或定位套定位，國外常用齒形凸肩定位。有些連桿在大、小頭的外側面有定位用的工藝凸臺，便于基準的統(tǒng)一。 連桿的主要加工面是大

34、、小頭孔，大、小頭端面，大頭接合面及連桿螺栓孔等。,連桿的工藝特點是：外形復雜，不易定位；剛度差，容易變形；尺寸精度、形狀精度位置精度及表面粗糙度要求很高。 連桿的機械加工主要是大、小頭孔的加工，最難達到的技術要求是大、小頭孔軸線的平行度和扭曲度的要求。,(1)應符合“基準統(tǒng)“一”原則，盡量避免基準的更換，以減少定位誤差。 (2)工件夾緊點要選擇在剛性較好的部位。 (3)設計工藝用定位凸臺，作為輔助基準。例如，為了保持大、小頭的兩端面粗加工時對稱分布于工字形中間平面，有時在連桿毛坯預先鍛出幾個位于大、小頭分模面的橫筋臺，作為粗基準。又如為了使大、小頭孔軸線位于桿身的對稱中心線上，或兩螺栓

35、孔和兩螺栓平面對稱分布于桿身對稱中心線的兩例，常在連桿大、小頭的側面設置經(jīng)過加工的定位凸臺或圓弧面，作為輔助基準。 (4)要求較高的表面可按粗加工、半精加工、精加工等階段分別進行，在粗、精加工之間可安排其它表面的加工，以保證工件有充分變形的時間，在以后的精加工中即能消除這些變形的影響。,在確定連桿的工藝過程時應注意以下幾點：,連桿體零件圖,汽車發(fā)動機連桿機械加工工藝過程,技術要求 1. 鍛造抽模角70； 2. 連桿蓋全部表面上不得有裂縫、迭縫、痕皮、發(fā)裂、碰痕、毛刺、氧化皮及腐蝕現(xiàn)象； 3. 連桿蓋上不得有因金屬末充滿鍛模而產(chǎn)生的缺陷，不允許焊補修整，不得有縮孔、氣泡、分層，裂縫及非金屑夾渣

36、； 4. 鍛件需要磁力探傷并退磁，調質處理后，硬度為223262HBS； 5. 連桿蓋成品的金相顯微組織應為細致均勻索氏體組織，鐵素體僅允許以細微顆料狀態(tài)存在； 6. 連桿益表面脫碳層厚度應不大于0.4mm； 7. 鍛件需經(jīng)噴丸處理,連桿蓋零件圖,目前，國外對連桿對分離面的最新加工方法是脹斷工藝。利用初始的人為的斷裂源(用拉刀加工V型槽或用激光加工V型槽)，再用一個脹開裝置將大頭孔沿V型槽處斷開。斷開后的連桿體、蓋分離面具有完全嚙合的犬牙交錯的結構，能保證分離面精確吻合，同時簡化了連桿螺栓孔的加工工序，節(jié)省材料、人工和設備，且效率高，適合大規(guī)模生產(chǎn)，但一次性投資較大，且對連桿的材料要求高。,連桿加工工藝中的新技術,