连杆加工工艺及其镗大头孔夹具设计说明书Word下载.docx
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1.1连杆的特点
1.1.1连杆的组成
连杆一般由连杆体和连杆盖组成。
连杆一般中碳钢或合金钢弹压而成。
连杆小端与活塞销相连,工作时与销之间有相对运动,小头孔中有寸套(青铜)。
在连杆的小端和寸套上钻有小孔(油道),用来润滑小端和活塞销。
连杆杆身通常作成工字型断面,以求增加其强度和刚度。
在其中间油润滑油道。
连杆大头与曲轴的曲柄销相连,大头一般作剖分式的,被分开的部分称为连杆盖,接特制的连杆螺栓紧固在连杆的大头上。
连杆盖与连杆大头是组合搪孔,为了防止装配错误,在同一侧有配对记号。
大头孔表面有很高的光洁度,以便与连杆轴瓦紧密贴和。
连杆大头还铣有定位槽,连杆的大端还有有孔。
连杆大头按剖分面可分为平切口和斜切口两种。
一般汽油机连杆大头的直径小于气缸的直径,采用平切口;
柴油机受力大,其大头直径较大,超过气缸的直径,采用斜切口,一般与连杆轴线成30~60℃夹角。
连杆螺栓是经常受交变应力作用的重要零件,安装时,必须牢固可靠,要符合工厂规定的拧紧力矩,分2~3次拧紧。
1.1.2连杆的作用
将活塞承受的力传给曲轴,从而使活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动。
连杆承受活塞销传来得气体的作用力以及本身摆动和活塞组往复运动时的惯性力,这些力的大小和方向都是周期性变化的,因此,连杆受到的是压缩、拉升和弯曲等较边载荷。
1.1.3主要损坏形式
连杆的主要损坏形式是疲劳断裂和过量变形。
通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。
连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能;
又要求具有足够的钢性和韧性。
统连杆加工工艺中其材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质钢,硬度更高,因此,以德国汽车企业生产的新型连杆材料如C70S6高碳微合金非调质钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和S53CV-FS锻钢等(以上均为德国din标准)。
合金钢虽具有很高强度,但对应力集中很敏感。
所以,在连杆外形、过度圆角等方面需严格要求,还应注意表面加工质量以提高疲劳强度,否则高强度合金钢的应用并不能达到预期果。
1.2连杆的材料和发展趋势
连杆作为车用空压机能量转换的主要运动部件,承受着较高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力,这就要求连杆除具有足够的强度和刚度外,还应具有尽可能小的质量,以适应轻量化设计及空压机性能的要求。
1.2.1传统材料
1.2.1.1可锻铸铁和球墨铸铁
可锻铸铁和球墨铸铁为空压机连杆的传统用材。
由于珠光体可锻铸铁连杆成本相对较低,因此较早地被国外所采用,且成功地取代了部分锻钢连杆。
此后,随着球铁技术的发展及其在汽车零部件上的广泛应用,珠光体可锻铸铁连杆又被球墨铸铁连杆所替代。
但无论是哪种铸铁连杆,在浇铸过程中都易产生夹渣、气孔和疏松等铸造缺陷,这也是造成铸铁连杆失效的主要原因。
因此,为确保铸铁连杆的质量,需严控铁水的温度、纯度和化学成分,采取加压排气精炼、强力喷丸处理等特殊工艺和措施。
1.2.1.2碳素钢和合金钢
碳素钢、合金钢也是空压机连杆的传统用材(如40、45、40Cr钢等)。
通常较小排量的空压机采用正火或调质的碳素钢连杆,其硬度可达229~269HBS,抗拉强度可达800N/mm2以上,冲击韧度也在60J/cm2以上。
而较大排量的空压机则采用调质的合金钢连杆,其硬度可达300HBS,抗拉强度可达900N/mm2以上,冲击韧度也在80J/cm2以上。
这样,可保证其具有足够的强度和塑性,获得良好的综合力学性能,见表1。
表1-1空压机连杆材料与性能
材料牌号
热处理方式
硬度HBS
40
正火
229~269
调质
45
40Cr
233~280
1.2.2新型材料
1.2.2.1非调质结构钢
空压机非调质钢连杆多用于排量较大的空压机,其连杆用非调质钢分为微合金非调质结构钢和高碳非调质结构钢两大类。
其中,微合金非调质结构钢多采(或托氏体)+铁素体组织,具有很高的疲劳寿命。
实测微合金非调质结构钢连杆化学成分见表2。
而高碳非调质结构钢为新型高碳钢,可适用于空压机连杆裂解,进而减少了生产工序,节省了能源、降低了成本,同时也避免了热处理过程中产生的淬火裂纹、变形等质量缺陷,保证了产品质量。
目前,空压机连杆用高碳非调质结构钢主要有德国的高碳微合金非调质钢C70、C70S6及法国的高碳微合金非调质钢C70E3等,其化学成分见表3,连杆的力学性能见表4。
表1-2实测微合金非调质钢连杆化学成分(%)
牌号
C
Si
Mn
P
S
Cr
V
40MnV
0.41
0.53
1.46
0.024
0.037
0.195
0.08
38MnV
0.37
0.58
1.33
0.013
0.025
0.109
35MnVS
0.36
0.48
0.13
0.018
0.359
0.09
表1-3空压机连杆用高碳非调质钢化学成分参考值(%)
Ni
Mo
Cu
Al
C70
0.67~0.73
0.15~
0.40
0.52~
0.72
≤0.045
0.06~
≤0.20
≤0.05
0.03~0.06
≤0.01
C70S6
0.25
0.45~
0.55
0.07
0.10~
0.20
≤0.03
0.03~0.04
表1-4空压机连杆用高碳非调质钢的力学性能
Rp0.2/N·
mm-2
Rm
/N·
A
/%
Z
αK
/J·
cm-2
国外连杆
570
920
11
21
30
270
TL1470规范指标
>520
900~1050
>10
0~40
263~310
1.2.2.2铝合金
空压机铝合金连杆属厚壁件,采用压铸工艺难以获得质量优良的毛坯,而采用锻造工艺其生产成本较高,且可供选用的锻造铝合金耐磨性较差,无法满足无轴瓦、轴套铝合金连杆的使用要求。
在这种情况下,只有挤压铸造工艺才是较为理想的工艺方案。
目前,空压机铝合金连杆主要采用ZL108、ZL202等材料,应用挤压铸造工艺,将液态铝合金材料在压力作用下结晶凝固,可获得组织致密均匀、晶粒细化、力学性能良好、表面光洁、机械加工量少的优质连杆,符合轻量化设计的要求,有利于空压机性能的提高,且不受合金牌号的限制。
其连杆的力学性能见表5。
表1-5空压机铝合金连杆的力学性能
生产方式
合金种类
Rm/N·
A/%
挤压铸造
ZL108
265~315
1.5~4.0
≥100
ZL202
≥400
≥8
金属型铸造
235~275
≥80
锻造
LD2
295
12
≥85
1.2.2.3粉末冶金
用粉末锻造法生产粉末锻造连杆或烧结锻造连杆起源于20世纪70年代,该法是将常规粉末冶金工艺与精锻工艺相结合,既具有粉末冶金的特性又具有机械精锻的优点。
用该法生产的连杆具有精度高、质量轻、密度大、偏差小、力学性能好等特点,且工艺
流程短、生产工序少,从而降低了生产成本。
与锻钢连杆相比,可节省材料约40%,可降低生产成本约10%,可节约能源消耗约50%。
空压机粉末锻造连杆的力学性能见表6。
表1-6空压机粉末锻造连杆的力学性能
ρ
/kg·
m-3
Rp0.2
7800
540
780~1000
15
35
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