用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法
【专利摘要】一种用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，步骤：1)采用激光加工的方法分别在连杆大头孔内侧两面径向加工两个对称分布的应力集中槽；2)将上述加工完应力集中槽的高强韧钢连杆放入液氮储存罐中进行深冷处理；3)将上述高强韧钢连杆通过工装固定到压力机机体上，用压力机上带有的单边楔形压头快速下压进入连杆大头孔，完成连杆大头孔胀断。本发明工艺简单合理，分离面的可装配性高，消除了连杆盖与连杆体的定位误差，还减少加工工序节省了人力和物力，降低了成本，提高了生产效率，可有效确保大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体的定位精度，不存在装配时应力的释放，提高制造质量、可靠性，解决大功率发动机关键零件的制造等问题。
【专利说明】用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发动机连杆的加工方法，具体涉及一种用于大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法。
【背景技术】
[0002]随着发动机产业的飞速发展以及竞争的日益激烈，发动机生产企业对发动机零部件的设计与制造要求越来越高。连杆是发动机中的重要零部件，是将活塞直线往复运动转化为曲轴旋转运动的纽带，在发动机工作过程中，连杆既要承受装配载荷，同时需将活塞所受到的气体爆发压力传递给曲轴，这个过程中，曲轴作旋转运动，活塞做往复直线运动，而处于两者之间的连杆运动状态比较复杂，承受着很高的冲击力和交变应力等各种复杂的力。发动机是汽车的心脏，为了保证汽车的“心脏”能够长期稳定并且高效率的运作，这就对连杆的性能提出了比较苛刻的要求，即，要求连杆具有高的耐疲劳、抗冲击，又需要具备足够的强度、刚度及较好的韧性等。若连杆的刚度不够，可能引起连杆大头孔失圆，进而导致连杆大头轴瓦因油膜破坏而烧损；若连杆的刚度不够，还可能产生连杆杆身弯曲变形，造成活塞与气缸偏磨，活塞环漏气、窜油等现象。
[0003]而随着人类对发动机的需求量不断增加，而每台发动机中连杆数量由发动机的汽缸数量决定，即有多少个气缸就需要多少个连杆，因此连杆的需求量随着发动机增加量成数倍的增长，而高质量、高硬度与高强度的连杆属于加工难度和精密度要求都很高一种零件，传统的连杆加工方法具有工艺复杂、装拆繁琐、废品率高、经济性差等特点，不仅需要对连杆盖和连杆体的结合面进行拉削、铣削和磨削，还要钻、铰连杆盖上的定位销孔和连杆的螺栓孔，需要较多精加工机床复杂的加工工序，并花费大量的加工工时。此外，传统工艺加工的连杆，其连杆盖与连杆体的定位始终存在一定的误差，连杆盖与连杆体装配后残余应力留在连杆总成中。连杆加工完毕后，送到装配线与曲轴装配时要拆开连杆盖，此时残余应力释放出来，就会产生连杆大头孔变形现象，装机后就会影响发动机的性能。而采用新的加工方法一一深冷胀断加工方法即可消除连杆盖与连杆体的定位误差，就会避免产生这一现象。由此可见为生产出高质量、低成本的连杆，实现连杆的无损断裂与精确配合，研宄高效的连杆胀断方法具有重要意义。
[0004]由于一般发动机的连杆都是采用粉末锻造和70号钢锻造。这种材料经热处理后的脆性比较强，在相应的拉伸力、拉伸速度作用下即可使连杆达到脆性断裂。而大功率发动机由于功率大、转速高，连杆都采用综合机械性能高的高强韧钢材料如42CrMo。因为材料性能的特殊性，这种材料采用常规手段不能实现脆性断裂。因此需要研发出一种用于大功率发动机高强韧钢连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，来解决大功率发动机关键零件的制造等问题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，具有加工工序简单、成本低的特点，可以确保大功率发动机高强韧钢连杆盖与连杆体的定位精度，生产出高质量、低成本的连杆。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种用于强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]I)加工应力集中槽控制曲线分离面定向分离:采用激光加工的方法分别在连杆大头孔内侧两面径向加工两个对称分布的应力集中槽，应力集中槽的槽深H在0.35?0.45_之间，应力集中槽的底部尖角R值尽量减小；
[0008]2)将上述加工完应力集中槽的高强韧钢连杆放入液氮储存罐中进行深冷处理；
[0009]3)快速楔形胀断:将上述深冷脆化后的高强韧钢连杆通过工装固定到压力机机体上，用压力机上带有的单边楔形压头快速下压进入连杆大头孔，完成连杆大头孔胀断，此时连杆盖和连杆体被胀开，胀断口沿应力集中槽胀断，形成无规则的胀断面，连杆盖与连杆体依靠胀断面一对一地定位。
[0010]作为改进，所述应力集中槽的横截面为V型，应力集中槽的槽深H为0.4_。
[0011]作为改进，所述液氮储存罐的温度为-150?-190°c，深冷处理时间为I?5分钟，
[0012]再改进，所述压力机的单边楔形压头对应于连杆小头孔方向的一边为直边，对应于连杆大头孔方向的一边为楔形。
[0013]再改进，所述连杆大头孔与单边楔形压头之间还设有胀套，胀套为一对半圆套筒，连杆大头孔套设在胀套的上部，胀套的下部与机体固定，二个半圆套筒对合后形成供单边楔形压头插入的单边楔形孔，其中位于连杆小头孔方向的半圆套筒与压力机机体刚性联接，位于连杆大头孔方向的半圆套筒可相对移动。
[0014]进一步改进，所述连杆小头孔通过小孔定位轴与机体固定，在连杆小头孔与小孔定位轴之间具有满足胀断时震动的空隙，连杆大头孔采用三个夹紧油缸三面夹紧固定，且夹紧油缸在压力作用下具有一定的回弹量。
[0015]与现有技术相比，本发明的优点在于:通过在连杆大头孔的内壁开设应力集中槽，再将高强韧钢连杆进行深冷处理，最后用压力机的单边楔形压头进行快速下压完成胀断，这样胀断口沿应力集中槽准确胀断，形成无规则的“毛面”(胀断面)，这种无规则“毛面”可使连杆体和连杆盖在装配时处于最佳吻合状态，使得连杆盖与连杆体依靠“毛面” 一对一地定位，定位精度非常高，并且可以取消连杆盖与连杆体定位面的粗、精加工工序。与传统加工方法相比较，本发明工艺简单合理，分离面的可装配性高，消除了连杆盖与连杆体的定位误差，使得连杆盖与连杆体的定位精度高，另外还减少加工工序节省了人力和物力，降低了成本，提高了生产效率，可有效确保大功率发动机高强韧钢连杆盖与连杆体的定位精度，并且不存在装配时应力的释放，保障和提高大功率发动机性能，缩短研制周期，提高制造质量、可靠性，解决大功率发动机关键零件的制造等问题，满足现代技术需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的高强韧钢连杆在加工工程中胀断的结构示意图；
[0017]图2是本发明的开设有应力集中槽的高强韧钢连杆的结构示意图；
[0018]图3是图2的侧视图；
[0019]图4是图2中应力集中槽区域A的局部放大图；
[0020]图5是图1中胀套的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0022]如图1?5所示，本实施例的用于大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，先用激光加工的方法在连杆大头孔11的内侧两面径向加工两个对称分布的应力集中槽12，应力集中槽12横截面呈V型，应力集中槽12的槽深H为0.4mm，应力集中槽12的底部尖角R值尽量减小，使得应力集中效果好；然后将加工完应力集中槽12的连杆放入温度为-150?_190°C的液氮储存罐中进行深冷处理I?5分钟，实现其脆性变形，最后将高强韧钢连杆通过工装固定到压力机机体上，其中连杆小头孔13通过小孔定位轴5与机体固定，在连杆小头孔13与小孔定位轴5之间具有满足胀断时震动的空隙，连杆大头孔11采用三个夹紧油缸6三面夹紧固定，且夹紧油缸6在压力作用下具有一定的回弹量；将连杆固定后，接着用压力机上带有的单边楔形压头3快速下压进入连杆大头孔11，单边楔形压头3是对应于连杆小头孔13方向的那边为直边，对应于连杆大头孔11方向的那边为楔形的结构，在连杆大头孔11与单边楔形压头3之间还设有一胀套4，胀套4为一对半圆套筒41和42，半圆套筒41和42的上部插置在连杆大头孔11内，下部与机体固定，半圆套筒41和42对合后形成供单边楔形压头3插入的单边楔形孔，其中对应于连杆小头孔13方向的半圆套筒41与压力机机体刚性联接，对应于连杆大头孔11方向的半圆套筒42可相对移动；当单边楔形压头3快速往下移动时对连杆大头孔11产生适当的撑开的径向力与向下的冲击力，由于在应力集中槽12处形成应力集中，随着径向力的增大，高强韧钢连杆盖2和高强韧钢连杆体I被胀开，胀断口沿应力集中槽12准确胀断，形成无规则的“毛面”(胀断面)，这种无规则“毛面”(胀断面)的特性可使连杆盖2和连杆体I在装配时处于最佳吻合状态。连杆盖2与连杆体I依靠“毛面”(胀断面)一对一地定位，定位精度非常高，并且可以取消连杆盖2与连杆体I定位面的粗、精加工工序。本实施例的高强韧钢材料的连杆胀断后的连杆盖2与连杆体I重复定位精度可达到0.005_。
[0023]下面就本发明的加工方法的原理作进一步的分析说明。
[0024]一种用于大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，主要分为以下三个阶段:①、加工应力集中槽控制曲线分离面定向分离，②、高强韧钢的深冷脆化，③、快速楔形胀断。
[0025]①、加工应力集中槽控制曲线分离面定向分离
[0026]应力集中槽是连杆胀断的初始裂纹源，胀断时在径向压力作用下，由于应力集中效应，裂纹先从此处生成并向外定向扩展，直到连杆完全胀断，所以，应力集中槽的加工质量对胀断力和胀断质量影响很大。因此，采用激光加工的方法分别在连杆大头孔内侧两面加工两个对称分布的应力集中槽。保证了应力集中槽深浅H以及尖角R的尺寸，有效的避免机械加工因刀具磨损造成应力集中槽深浅H以及尖角R尺寸不一致的问题。如图所示:
[0027]在理想状态下，应力集中槽的尖角R越小并且槽深H越大，应力集中效果越好，所需胀断力越小，胀断效果越好。但实际上，尖角R不可能为零，在可能的情况下，应尽量减小R值。由于受到连杆加工工艺的限制，H值不可能太大。根据连杆的材料确定H值为0.4_左右为最佳。
[0028]因此，应力集中槽在保证槽深H为0.4_的前提下，尽可能的减小尖角R值，更有利于连杆胀断过程的实现，胀断过程中可以很好的保证曲线分离面的定向分离以及胀断后曲线分离面所形成表面凹凸不一的“毛面”的质量，从而有效的确保了连杆盖与连杆体的定位精度。
[0029]②、高强韧钢的深冷脆化
[0030]由于高强韧钢连杆胀断时的接合面塑性变形相对比较大，达不到预期效果，要从改变高强韧钢材料的机械性能入手。经过理论研宄分析和试验，发现金属材料经过深冷过冷后其韧性强度大大的降低而脆性增加，恢复常温后，材料的各项性能又都恢复至原态。所以应用这一深冷过冷脆化方法是解决高强韧钢连杆脆性胀断的有效方法。
[0031]高强韧钢连杆的深冷脆化方法即把加工完应力集中槽的连杆放入液氮储存罐中进行深冷处理，实现脆性变形，而深冷温度的选择是关键，温度过低，材料过于脆化，胀断期间导致铁肩脱落，影响下一道工序一一连杆闭合的重复精度。另一方面，温度过高又无法实现脆化目标。所以通过控制液氮深冷的温度、液氮深冷的时间使高强韧钢材料连杆的延展性降低，从而暂时处于脆性状态，避免连杆胀断时出现塑性变形，并且保证连杆脆化前和退出脆化状态后机械性能保持不变。采用深冷脆化方法可确保连杆实现脆性胀断，保证了连杆重复定位的精度。高强韧钢的深冷脆化处理时间与温度如下所示:
[0032]深冷脆化处理时间:I?5分钟
[0033]深冷脆化处理温度:-150?-190°C
[0034]③、快速楔形胀断
[0035]由于高强韧钢连杆在常温下胀断后，其几何尺寸变化较大，且胀断力也大，所以该材料不适合在常温下胀断。
[0036]现将加工完应力集中槽并且通过液氮深冷过冷处理后的高强韧钢连杆取出，安装到压力不小于38.7吨的压力机上。
[0037]考虑到连杆胀断时要产生震动，因此小孔定位轴与连杆小头孔必须存有很大的间隙。为了保障安全，连杆大头孔采用三个夹紧油缸三面夹紧，胀断时的震动必然使夹紧油缸的活塞杆有一定量的收缩，夹紧油缸必须在强大压力作用下具有一定的回弹量，这样有利于胀断过程的实现。
[0038]压力机带有楔形压头下压连杆大头孔。目前，压力机楔形压头下压有缓慢下压和快速下压两种方法，经实验证明当压力机楔形压头缓慢下压时，由于压头下压缓慢向下产生的冲击力较小，胀断后产生的胀断痕不规则，其几何尺寸变化较大，胀断效果不好；当压力机楔形压头快速下压时，由于压头快速下压，向下产生的冲击力较大，胀断后产生的胀断痕规则，其几何尺寸变化不大，胀断效果较好。
[0039]压力机楔形压头采用单边楔形，即小头孔方向的那边为直的，大头孔方向的那边为楔形，这样既减小了胀断时连杆小头孔的受力，又减轻了胀断油缸的负担，还能避免胀断力过大在完成连杆大头孔胀断的同时，造成连杆小头孔的损坏。连杆大头孔与楔形压头之间还有胀套，胀套由二个半圆套筒组成，小头孔方向的半圆套筒与机体刚性联接，大头孔方向的半圆套筒可相对移动，从而减轻了连杆小头孔的受力。
[0040]所以压力机楔形压头采用快速下压的方法往下移动进入连杆大头孔，当压头往下移动时对连杆大头孔产生适当的撑开的径向力，径向力在应力集中槽处形成应力集中效应，随着径向力的增大，连杆体和连杆盖被胀开，胀断口沿应力集中槽准确胀断，形成无规则的“毛面”(胀断面)。这种无规则“毛面”(胀断面)的特性可使连杆体和连杆盖在装配时处于最佳吻合状态。连杆盖与连杆体依靠“毛面”(胀断面)一对一地定位，定位精度非常高，并且可以取消连杆盖与连杆体定位面的粗、精加工工序。
[0041]采用本发明的加工方法加工出的大功率发动机高强韧钢连杆，可以有效的确保大功率发动机高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体的定位精度，并且不存在装配时应力的释放，保障和提尚大功率发动机性能，缩短研制周期，提尚制造质量、可靠性，解决大功率发动机关键零件的制造等问题，满足现代技术需求。
【权利要求】
1.一种用于高强韧钢连杆的连杆盖与连杆体定位面的高效深冷胀断加工方法，其特征在于包括以下步骤: 1)加工应力集中槽控制曲线分离面定向分离:采用激光加工的方法分别在连杆大头孔内侧两面径向加工两个对称分布的应力集中槽，应力集中槽的槽深H在0.35?0.45mm之间，应力集中槽的底部尖角R值尽量减小； 2)将上述加工完应力集中槽的高强韧钢连杆放入液氮储存罐中进行深冷处理； 3)快速楔形胀断:将上述深冷脆化后的高强韧钢连杆通过工装固定到压力机机体上，用压力机上带有的单边楔形压头快速下压进入连杆大头孔，完成连杆大头孔胀断，此时连杆盖和连杆体被胀开，胀断口沿应力集中槽胀断，形成无规则的胀断面，连杆盖与连杆体依靠胀断面一对一地定位。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于:所述应力集中槽的横截面为V型，应力集中槽的槽深H为0.4_。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于:所述液氮储存罐的温度为-150?_190°C，深冷处理时间为I?5分钟。
4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于:所述压力机的单边楔形压头对应于连杆小头孔方向的一边为直边，对应于连杆大头孔方向的一边为楔形。
5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于:所述连杆大头孔与单边楔形压头之间还设有胀套，胀套为一对半圆套筒，连杆大头孔套设在胀套的上部，胀套的下部与机体固定，二个半圆套筒对合后形成供单边楔形压头插入的单边楔形孔，其中位于连杆小头孔方向的半圆套筒与压力机机体刚性联接，位于连杆大头孔方向的半圆套筒可相对移动。
6.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于:所述连杆小头孔通过小孔定位轴与机体固定，在连杆小头孔与小孔定位轴之间具有满足胀断时震动的空隙，连杆大头孔采用三个夹紧油缸三面夹紧固定，且夹紧油缸在压力作用下具有一定的回弹量。
【文档编号】B21D28/02GK104492907SQ201410786945
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】聂凤明, 王大森, 吴庆堂, 张广平, 李雨鹏, 纪淑花, 郭成君, 裴宁 申请人:中国兵器科学研究院宁波分院