创新论文

中南大学交通运输工程学院专业综合性与创新性实践报告
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机车连杆制造工艺的改进
摘要：连杆裂解加工工艺是国际上20世纪90年代发展起来的连杆加工新技术，在国外引起很大的关注。

与传统的加工方法相比，其具有相当明显的技术优势以及经济优势。

本文主要通过对连杆裂解技术的介绍，尝试对我国机车行业里面的连杆加工方法提出改进。

关键字：连杆；裂解加工工艺
1.选题背景
连杆是发动机中极其重要的零件，它的性能对发动机的整体工作能力几乎有着决定性的影响。

连杆主要由连杆小头、连杆体及连杆大头三者共同组成，作用是用来连接活塞和曲轴，并将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。

而由于连杆需要承受各种交变载荷的作用，因此其性能要求较高，制造精度要求也比较高。

而目前我国机车行业，在加工柴油机连杆时，采用的依然是传统的加工方法，而这种加工方法具有很大的缺陷：在保证连杆加工精度方面存在很大的困难，导致废品率偏高，并且繁琐的加工程序降低了加工效率，不利于经济性的提高。

在我国铁路建设不断加开的今天，这种加工方法已不太符合发展的要求，需要寻找更加高效、经济的技术。

而在国外已经得到不断重视的“裂解加工工艺”无疑符合这种需求。

连杆裂解加工新技术构思新颖、操作简便、效益显著，是对传统连杆加工技术的一次重大变革。

2.连杆制造工艺改进方案
2.1基本设计方案
传统的加工方法在加工内燃机车连杆时，有一道至关重要的程序：连杆大头的剖分及加工。

而在机车行业，柴油机的连杆较大，出于使曲轴箱外形更加紧凑的目的，其连杆一般采用斜切口。

而在采用斜切口连杆时，便需要采用有效的连杆盖切向定位，常用的定位方法主要有止口定位、销套定位和锯齿定位3种。

其中，在机车行业，采用的定位方法为“锯齿定位”。

为了保证剖分面的加工精度、定位精度，传统的连杆加工方法需要采用多道
工序：先是把连杆上准确划线，接着在机床上准确定位，以便能准确剖分连杆大头，然后对剖分面进行“锯齿”加工，最后把连杆进行组装。

在这一过程中，需要用到多台设备，对工人的技术水平要求也比较高，稍微不注意便可能导致连杆加工的失败。

而采用连杆裂解工艺，则只需要在连杆毛坯制造时或连杆锻造以后，人为地在连杆大头上制造应力集中槽，然后把连杆在加工设备上夹紧、裂开即可，无需进行剖分面的加工，且断裂面犬牙交错的形态保证了连杆组装时的精度。

因此，我国机车行业在加工连杆时，如果能够把连杆制造过程中的“连杆剖分、加工”这一工序用“连杆裂解工艺”来替代，便能够有效地降低连杆制造过程中的废品率，提高连杆加工的效率和经济性。

另外，由于其他工序变动不大或者无需变动，也能保证工人操作能力而无需过多培训。

2.2具体设计方案
（1）裂解加工工艺原理
连杆裂解加工技术的基础是断裂理论，当物体断裂时，其断裂表面主要有3种位移形式：张开型、前后滑移型和平面剪切型。

而如果物体受到是跟断裂面垂直作用力时，物体将发生张开型断裂。

其特点是发生断裂所需的作用应力较低，通常远低于物体材料的屈服强度，而且塑性变形小，断口方向与正应力垂直。

连杆裂解加工的原理便是通过在连杆毛坯锻造过程中或毛坯锻造后，人为地在连杆大头的正确位置制造缺口，以形成应力集中，然后在裂解设备上对连杆大头内孔侧面施加径向力。

当满足发生张开型断裂的条件时，连杆大头将在几乎不发生塑性变形的情况下，从缺口处规则断裂，从而实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。

而又由于断裂面呈现的必然是犬牙交错的形态，具有极高的配合精度，故无需再加工便能满足装配精度要求。

接着在裂解设备上，将裂解分离后的连杆盖与连杆体精确复位。

最后在断裂面完全啮合的条件下，完成上螺栓工序及其他后续与传统工艺相同的切削加工工序。

（2）连杆裂解加工工艺流程
连杆整体锻造→粗磨连杆两侧面→粗镗大小头孔、半精镗小头孔→钻、攻螺栓孔→加工裂解槽→裂解→装配螺栓→压衬套并精整→精磨连杆体两侧面→半精镗、精镗大小头孔→铰珩小头孔→清洗→检验。

（3）连杆裂解工艺的关键
在连杆裂解的过程中，有3到最为关键的工序：应力集中槽的加工、施加径向力裂解和杆、盖精确复位、定扭矩上螺栓。

这三道工序的准确完成是连杆裂解加工的保证。

○1.应力槽的加工
应力槽的加工位置、形状、尺寸以及加工方法对裂解过程中的裂纹的产生以及扩展方向有着决定性的影响，如果应力槽的加工不正确可能导致裂解的结果与预想不相符，甚至导致裂解失败。

因此，在加工裂解槽时，需要明确以上几点，保证应力槽中的应力系数较大，以利于裂纹开启、扩展进而发生张开型断裂。

○2.施加径向力裂解和杆、盖精确复位、定扭矩上螺栓
在施加作用力的过程中，需要保证所施加的作用力与预想的裂解面相垂直，并且要求施加的是瞬态阶跃载荷，以防止撕裂与产生较大的塑性变形。

如果裂解时大头孔的变形量过大，将影响精镗大头孔的圆度、工艺性和产品质量，并产生较大的残余应力，直接影响装配质量。

○3.定扭矩上螺栓
为了后续的机加工，连杆裂解后需采用螺栓将杆、盖合装，并装配扭矩，为了使裂解后的连杆本体与盖完全啮合、不松动、无错位，需采用定位精度高的自
动传送装置将连杆由裂解工序传送到装配螺栓工序。

而装配螺栓工序需要进行螺栓预装配及定扭矩装配两个步奏，直到扭矩达到预定值。

3.总结
连杆裂解加工技术是一种极具想象力、创造力、影响力和竞争力的连杆加工最新技术。

与传统的加工方法相比，裂解加工技术简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、设备需求少、加工方便、产品质量高、生产成本低等优点。

而且裂解工艺改变了连杆加工的关键生产工序，以整体加工代替分体加工，避免繁杂的剖分面加工工序，降低螺栓孔的加工精度要求，同时大幅度降低废品率，从而显著地提高生产效率，降低生产成本，增加经济效益。

另外，加工设备的减少，降低了生产所需的占地面积，进一步提高了经济效益。

为了能够适应我国铁路建设不断发展的需要，我国机车行业应当考虑对传统的连杆加工方法进行变革，采用“连杆裂解加工工艺”，这对机车行业的发展有较为积极的影响。

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