汽车发动机连杆加工精益制造技术分析

蒋亚辉

(安徽合肥技师学院，安徽 合肥 230011)

0 前言

精益制造是借助准时生产、全员参与改善的方式提升加工质量和工作效率，合理缩短加工时间，降低成本的生产组织和管理方式。在当前时代背景下，日韩和欧美国家的精益制造技术发展更成熟，经验更丰富，但我国精益制造的市场具有更大的发展潜力。部分企业已经意识到精益制造技术的必要性和优势，经过大量创新和试验，部分企业已广泛应用精益制造技术并进行大胆尝试，初步积累了精益制造技术经验。目前，我国汽车发动机厂商也越来越重视精益生产，并将其应用于发动机连杆生产上，实现连杆和连杆盖加工一体化处理，进一步提高连杆总成的装配精度，推进连杆加工的精细化和智能化，提高了生产效率，节约了生产成本，积累了生产经验，实现了生产综合效率的稳步增长，提升了企业的综合实力。

1 发动机连杆受力情况

汽车内燃机的活塞连杆机构把燃气作用在活塞顶部的轴向力转变成曲轴的旋转机械能，连杆机构主要承受活塞压力和机构运动的往复惯性力，其失效形式主要为疲劳断裂。汽车发动机连杆借助螺栓实现连杆和连杆盖的连接，使其成为一个整体。根据其受力情况可知，连杆和连杆盖的其他构成部分在一定程度上受发动机活塞变化影响，当发动机活塞处于上、下止点位置时，其工作速度相对较小，处于中间位置时，速度增长至最大。因此，受活塞组件往复运动的影响，连杆构成部分在一定程度上也会受到运动惯性力的影响。活塞连杆组件和活塞一起进行往复运动时，设计人员及维修工作人员应对发动机内部工作环境相对较差的发动机连杆位置展开重点分析，避免出现隐患。在连杆的选材中，力求轻质量和高疲劳强度及刚度。

2 汽车发动机连杆制造

汽车发动机连杆的材料主要为粉末冶金材料和锻钢。在北美国家的汽车发动机制造中，主要采用粉末冶金材料，而我国主要采用锻钢，不同金属及其成型工艺使得在材料加工制造工艺及生产制造成本差异较大，优劣各有千秋。连杆采用锻钢材料时，其毛坯制造约占比40%，而粉末冶金约占比50%；在机械加工过程中，当连杆材料为锻钢时，机加工成本约占比48%，而使用冶金粉末时，机加工成本约占比40%。

采用粉末冶金材料与采用锻钢材料的连杆在疲劳性能方面有明显差异。随着新型材料在连杆上的广泛应用，新型连杆质量相对较小。因粉末冶金制造发动机连杆没有切削缺陷，其疲劳强度相对较大，在国内外产品中更常见。另外，采用粉末冶金材料的连杆具有较好的综合机械性能和精度，以及较好的经济性。

连杆是发动机的基础构件，需要优化其强度、重量、成本等，以满足实际应用需求。随着汽车相关生产制造技术的创新与提升，我国汽车企业在发动机的锻钢材料制造技术应用方面仍存在不足，特别是连杆的硬度、质量、表面处理技术的稳定性等与发达国家之间存在较大差距，配件厂的技术也有待提高。在汽车连杆的配件生产中，生产制造企业应重点关注上述问题，避免配件自身问题影响连杆的使用。因此连杆的整体性能提升是一个系统性的工程，而精益制造能够大大提升加工的精细化和智能化，提高生产效率，节约生产成本。

3 连杆卧式双端面精益制造磨削工艺

3.1 连杆两端平面新老磨削质量

连杆总成弯曲变形的具体质量评价指标是其两端平面的平行度和平面度。在对连杆两端平面进行磨削处理后，必须明确连杆总成的变形情况，掌握两端平面的尺寸和形位公差数据。与传统立式双轴平面磨削处理相比，应用精益制造的卧式双端面磨削处理具有明显优势，且磨削精益制造卧式双端面在应用期间，连杆为自由灵活的形式。连杆两侧存在恒定的砂轮径向进给，不会因磨削产生明显的变形，且连杆两端的磨削量相对平衡，基于两端同步磨损的砂轮工作可以提高连杆两端平面加工的形位精度。

3.2 连杆双端面磨削新老工艺比对

连杆导料主要包含圆盘式和往复式这2种方式，圆盘式主要适用于自动上料及自动下料方面；往复式适用于手动上料及手动下料方面，发动机连杆精益制造卧式双端面磨削工艺具有更高的精度和效率。

在传统的立式双轴平面磨削工作期间，圆盘上工件的摆放位置较灵活，没有固定位置的限制，工件自身比重的差异会影响连杆加工精度，可能会出现连杆上下面不对称磨削量的问题，降低连杆的磨削精度。

在应用精益制造方式的卧式双端面磨削加工连杆时，卧式组合双砂轮同时旋转，砂轮槽面工件经多次给进，需要工作人员及时展开相应的测量工作。同时，要及时给予补偿操作，促使所有工作达到精益制造的要求，可以减少操作时间，保证加工后的连杆质量更高。

4 连杆分离面精益制造胀断工艺的应用

精益制造连杆分离面的胀断工艺，主要是指将连杆盖与连杆本体分别开展相应的工序加工。针对连杆毛坯和连杆盖连杆体锻造成一体的情况，可以采取以下方式：在连杆大头孔的胀断部位加工相应的粗糙线，采取胀断设备推动连杆大头孔，在槽线处形成相应裂缝，在径向力的作用下，裂缝不断扩大，实现与连杆盖的合理分离。基于精准制造方式的连杆胀断工艺仅需1道工序，连杆分离面采用胀断工艺，在一定程度上可以促使连杆与连杆盖分离面合理配合，提升连杆盖结合连杆体分离面的工艺质量。且分离面为装饰的结合面，没有复杂的机械加工工序，可省略加工连杆、连杆盖螺栓孔的工序环节，节约人力、时间和设备。

对于传统的连杆加工工艺，在装配处理前，对连杆盖的分离面进行磨削加工处理，并借助螺栓将其固定。因此应重视螺栓孔分离面之间垂直度，使其符合相关规范，同时应重视操作过程中易出现的误差等问题，借助胀断工艺，可在一定程度上避免发生此类问题，保证连杆总成大头孔精度。传统的处理方法为拉削、切削及加工，已无法满足当前时代背景下的行业发展需求和加工需求，将逐渐被淘汰。

5 连杆头孔精益制造铰珩工艺

5.1 传统珩磨工艺

连杆属于高速运转的部件，其形状、大小头孔尺寸精度较高，进行精镗处理后需要进行珩磨处理，促使精度达到相应的规范标准，以投入后续的使用。在加工中，珩磨头先从连杆部位的大小头孔处进入，再向下油缸推活塞至涨芯。珩磨头开始旋转后，持续磨削连杆孔。磨削处理的进程相对较慢，使4根连杆同时运转，采用叠珩技术可提升珩磨效果，但成本相对较高。不管采取单珩还是叠珩加工，其磨削效率都较低，虽然可以保证表面的质量和形状精度，但稳定性较差。

5.2 精益制造铰珩工艺

精益制造铰珩工艺是连杆头孔加工的重要工艺，铰珩刀在旋转的同时进刀，往复1次就能完成对连杆头孔的加工。当余量超过0.05 mm时，该工艺将分为粗铰珩、半精铰珩和精铰珩这3类工序。铰珩刀头是液压拖动涨块，铰珩磨条主要为钢基体覆金刚石涂层。铰珩头在开展工件加工前，达到到既定的尺寸，采取上下套导向引导。铰珩刀的圆周速度和往复速度较快，且系统具有自动测量、磨具修补的功能，可提高工作效率，保证加工质量符合规范要求。

大量实践研究表明，铰珩加工和铰削加工的效果大致相同，但铰珩效率更高，可实现一次性连杆头孔加工目标，且铰珩头进入工件前，已达到实际尺寸标准。铰珩刀的刚度更好，因此在加工中铰珩刀的圆周速度可达40 m/min，往复速度可达3.5 m/min。

另外，在连杆精益制造方式中，加工系统自身具有自动测量及自动磨具补偿功能，可在传统加工的基础上，推动发动机连杆铰珩加工工艺的创新和发展。一方面，可提升连杆头孔加工精度和表面质量；另一方面，可突出尺寸精度高的优势，实现合理控制精度的目标。

6 结语

精益制造的目标为提高加工质量和工作效率，尽可能在减少成本投入的同时缩减加工循环时间。精益制造技术在发动机连杆的生产加工及加工工艺的创新方面得到了广泛应用。先进的连杆卧式双端面磨削精益制造，如磨削、胀断及铰珩工艺能得到更优品质的加工效果，使得连杆端面、孔等的表面质量更高，在一定程度上提高了连杆总成装配精度，提升发动机的工作性能和产品竞争力。本文分析了汽车发动机的连杆精益制造技术，以期为相关技术工作提供借鉴参考。