汽车发动机连杆加工精益制造技术分析

何连瑞

摘 要：为改变传统连杆加工工艺设备投入大、精度控制难等问题，提升汽车发动机传动机构整体生产质量，文章引入精益制造技术，对其沿革背景、本质内涵等进行深入探析，在此基础上改进双端面磨削、分离面加工等工艺，提出了卧式磨削技术、分离涨断技术、铰珩珩磨技术等新工艺，经过对比试验后发现，其精度、加工成本等方面均有所优化，能够为连杆生产工艺的升级提供思路。

关键词：汽车发动机;连杆加工;精益制造技术

前言：

连杆是汽车发动机生产制造过程中极为重要的部件，主要承担着连接活塞、曲轴，并传递膨胀气体压力的作用，其本身是一种细长型变截面杆件，由连杆体、杆盖等构件组成。由于连杆受到的动载荷来源较为复杂，因此磨削、涨断等工艺中对精度要求比较高，无论是尺寸、形位处理还是表面处理，都必须严格控制误差，否则将导致严重的变形、弯曲问题，甚至直接影响发动机整体运行质量。

1精益制造技术背景

精益制造技术孕育和起源于丰田公司生产实践中，当时美国大规模生产流水线在汽车行业占据主导，具有标准化、大批量的优势特征，极好地迎合了汽车大众化发展趋势，但20世纪中叶以后，社会生产力明显提升，汽车市场社会需求导向愈发明显，以多品种、小批量为特征的新兴阶段正式到来。丰田公司综合审视国内外局势变更情况，首创性地归纳总结出了精益制造技术，与传统生产方式相比，其特征主要表现在以下几个方面：

其一是拉动式准时化生产，主要借助“看板”传递工序间信息，并在人为干预、组织下，形成物流平衡结构，最终达到零库存、低成本的目标;其二是全面质量管理，强调及时检测的重要性，随产随检保证问题得到动态化解决，为生产质量的提升奠定基础;其三是并行工程，强调设计开发、工艺结构、客户需求的有机统一。本文主要论述发动机生产流程中，连杆构件制造这一单点工序，因此着重关注全面质量管理特征，力求通过实时动态跟踪、工艺技术改进达到质量提升目标。

2精益制造技术在连杆卧式双端面磨削工艺中的应用

传统双端面磨削工艺中，通常采用立式双轴机构辅助生产，两台单轴磨削装置配套组合形成整体，并在匀速反向运行中达到磨削的目的，运作原理和结构较为简单，但运行过程中工件被放置于圆盘之上，且始终处于自由挪动状态，受自重等因素影响很容易出现上下磨削量不一的问题，进而导致端面不对称、形位精度不达标等状况[1]。

现代化的精益制造工序中，突出强调了误差控制的重要性，因此该种粗放化的双端面磨削工艺适用性明显下降。综合客户需求、结构需求分析后，更提倡卧式双端面磨削工艺，该工艺中连杆以侧立方式固定在磨削装置之中，磨削过程中组合砂轮同时转动，对工件表面产生均匀摩擦力，结合现代化设备对磨削量进行实时监控，并以此为依据调整工件进给量，达成精准控制和自动补偿的目标，整体的生产质量和效率均有较高保障。

根据精益制造概念所述，试验中还对磨削成果进行了质量检验，检验指标及结果可见。无论是工件弯曲变形情况，还是平行度、平面度指标，精益磨削工艺成果均占据一定优势，这主要是因为精益制造状态下，连杆主要受径向磨削力作用，两端砂轮同步运作，断面受力更加均匀且磨削量也更加恒定，可以达到较好的精度控制效果。

3精益制造技术在连杆分离面涨断工艺中的应用

连杆分离面加工工艺中，通常采用锯断削、铣削方式，作业对象为整体式的连杆毛坯，初次加工后连杆盖体分离，并经过进一步的拉削、磨削制作出孔洞，最终借助螺栓实现部件连接，为提升精度后期可能还需要精镗优化，整体流程极为繁琐，还有可能受到定位误差的干扰。精益制造模式中，更推荐采用涨断工艺方式，操作时事先对涨断处进行预加工，借助激光设备等制作槽线，预处理完成后送入涨断设备，槽线在持续的涨断推动力作用下，产生持续扩大的裂缝，并最终实现连杆盖、本体的分离[2]。该种方式直接省略了铣削、锯削等工艺步骤，一步加工整体性更好，减少设备投入和占用的同时，还能显著提升作业效率。

此外，传统工艺中连杆盖、体分离完成后，均需要经过严格的磨削加工，并借助螺栓实现定位连接，因此需要重点关注误差问题，孔洞垂直度、中心距等必须符合标准，但受多重因素影响，实践中即使操作再小心也无法完全避免残余应力的产生。装配环节盖体连接断开，应力被充分释放出来，很容易为大头孔的变形埋下隐患。而涨断工艺中槽线预先生成，杆体和盖体此前处于完全啮合状态，涨断后分离面质量更加有保障，无需经过磨削等机械加工即可以进入下道工序，有助于提升结构契合度和精确性。

4精益制造技术在连杆头孔铰珩工艺中的应用

连杆是传动机构中极为关键的部件，精镗加工完毕后还需要进一步珩磨、测量，以确定杆件精度符合要求，传统工艺中通常采用单珩方式，机械油缸开启并带动构件运作，待到珩磨头进入构件后，驱动杆运作并向涨芯释放信号，珩磨头在涨芯作用下充分涨开且上下旋转运动，最终达成磨削的目的。后续工艺设备优化，叠珩技术得到了推广应用，设备基本机构与单珩一致，但可以满足四根连杆同时珩磨的需求，工件以叠放形式放置于作业面上，因此需要配备更长的珩磨头，系统更加复杂、前期投入费用更高，经济适用性明显下降。

精益制造模式中新引进了铰珩加工方式，装置内配备高精度铰珩刀构件，可以在旋转的过程中匀速进刀，单次往复后即可完成加工，若余量大于0.05mm，还可以自由更换粗、半精工艺等完成。同时，设备在动力、材料方面也给予了更多改进，液压工作方式更加高效和易控，珩磨条采用钢基体，外表镀有金刚石涂层，整体刚性更有保障。铰珩头提前涨开至工作尺寸，圆周速度控制在20m/min至40m/min之间，往复速度则控制在0.5m/min至3.5m/min之间，系统采用高度自动化、智能化设计原则，开放自动测量及自动补偿功能，可以有效提升精度。

为直观呈现精益制造技术优越性，本文还开展了系统的对比试验，用两种方式连续加工150个连杆孔，并对成果进行测量和统计，传统方式下误差可以缩小至3至5μm，期间需要经过10次左右的补偿加工;铰珩工艺中，误差可以进一步降至1至2μm，期间仅需要經过1次补偿加工，加工周期缩短，前期投入也更加可控。

结论：综上所述，本文深入分析连杆生产制造现状，在此基础上引进多种改进技术，其中卧式磨削工艺施加应力更均衡，双端面磨削量更加一致，涨断工艺则节省了磨削、铣削等步骤流程，提升了盖体、本体的契合度，铰珩工艺更是显著减少了设备、人员投入，整体上更加符合精益制造概念内涵，实践中可以适当借鉴和应用。

参考文献：

[1]周家华.精益生产在汽车零部件企业生产管理中的应用[J].现代商业，2021（31）：155-159.

[2]王晓君，史金鑫，管少亮.汽车零件车间精益生产实施研究[J].汽车实用技术，2021，46（09）：202-206.821A9AA0-B032-4355-8AC5-CDFF244BC32D