连杆裂断机床的研制.pdf

A ul o M anuf aclur i ngTechn。I。gy汽车制造技术 连 杆 裂 断 机 床 的 研 制 。 陈东① 王 力①李树军②黄压西③张永俊① ①广东工业大学机电工程学院，广东广州510006； ②广西玉柴机器集团有限公司，广西玉林537005； ③广东四会实力连杆有限公司，广东四会526200 摘要连杆裂断技术是在连杆大头孔内表面预加工出两条应力槽，然后在孔内施加自内向外的裂断力将连 杆剖分为杆体和杆盖两部分，通过自然形成的粗糙耦合面实现杆盖和杆体的精确啮合。裂断机床是 发动机连杆裂断加工的核心设备，直接影响连杆的整体性能。介绍一种最新自行研制、结构简洁的 连杆裂断设备，包括机床总体方案、结构特点、控制系统设计。经实验验证，机床完全达到设计要求。 关键词连杆裂断机床设计控制 中图分类号TH l 6文献标识码A D eV el opm ent Of cOnnect lng rO dfracture sptt ing m achi ne C H END ong①，W A NGLi ①，LIShuj un②，HU A N GY axi ③，ZH A NGY on西un① ①Coll ege ofM echani calandEl ect r i cal Engi neer i ng，G uangdong U ni versi t y of Technol ogy，G uangzhou 510006，CHN ； ②G uangxi Y uchai M achiner yG r oupCo．，Lt d．，Yul i n537005，CH N ； ③G uangdong si huiShi Li connect ingRodco．，Lt d．，si hui526200，cH N Abstr actConnecti ng rod spl it t ingt echn0109ypr epI D cessed t w o str essr aisi nggrooV e int he l arge hol ei nnersuIface of connect i ngIDd，and t henf }act ur ef brcei srt edi nsi det he l arge hol e i nnersud．acet o split itint oa Iudanda cap w hi chi s preci sej oggl edby nat ural r ough surfA ce coupl i ng． Fract ure spl it t ing m achineis cor e equi pm ent of connect i ng rodf ract ure spl it t ingpr ocessi ng，has dir ect i m pact on connect i ngm d oV e r。 all per f ol l nance． I tdescdbest he connect i ng rodf }act ure spl it t ingequipm ent w hi chis anewsel f deVel- oped and si m pl est m ct ure，i ncl udi ng m achi neoVeraUprogram ，st mct ural character isti cs， cont r ol sys。 t enmdesi gn．A ft er experi m ent alveri ficat i on。t hem achi neful ly m eett he desi gnr equi r em ents． K eyw or dsConnect i ngRod；Fr actureSpl i t t i ng；M achi neD esi gn；Cont m l 1 裂断技术 连杆是发动机中的关键零件，其质量要求不断提 高，使用量持续增大。传统工艺已难以满足其加工要 求。裂断加工技术是目前国际上最新的连杆生产技 术，具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、生产 成本低的独特优势。 裂断加工是在连杆大头孔的内圆表面开出应力 槽，然后再对连杆施加瞬间径向力，使连杆大头孔从应 力槽处断开。裂断后依靠分离处自然形成的粗糙耦合 面啮合精确定位，无需再进行接合面的加工。与传统 ％广东省科技厅高新技术产业化项目20098010900008 固拦等等K， ‘ul ‘，M 连杆加工技术相比，采用裂断技术可减少机加工工序 60％，节省设备投资25％，减少刀具费用35％，节省能 源40％，生产成本可降低15％～20％，其经济效益和 社会效益十分显著。2o。 在裂断加工技术中有3道核心工序大头孔预制 裂纹槽工序、裂断工序、定扭矩上螺栓工序。如图1所 示。 裂断是在专门的裂断设备上进行，是3道工序中 最为核心的工序。目前，国内外采用的裂断设备主要 分为以下几种形式“1 1楔形块式其原理是在欲裂断的大头孑L内放 汽车制造技术A uloM anufacl uri ngTechn。I ogy 置两个半圆涨套，涨套内再放置一个楔形块，液压活塞 杆推动或拉动楔形运动，利用楔形块的横向放大力推 动连杆大头孔内的涨套沿径向运动，裂断连杆大头孑L。 楔形块式又有“上压式”、“下拉式”和“侧拉式”等几 种。如日本Y A SU N A G A 公司专利、4o和德国A L兀N G 公司专利”o为“上压式”结构，其优点是楔形块受压不 易损坏，但妨碍工件从上面放人，如图2所示。日本本 田公司专利’61、丰田公司专利。71则采用“下拉式”结 构，其优缺点与上压式相反，如图3所示。“侧拉式” 类似于“下拉式”。 a 预制裂纹槽上序 b 裂解杆与盖工序 c 定扭矩上螺栓工序 图1连杆裂解加工技术原理示意图 辆孰 ．＼＼＼’f ＼＼＼＼＼＼＼＼。 II 个半圆涨套一个固定在较小的定滑台上，另一个固定 在较大的动滑台上，两滑台靠近时，两个半圆涨套形成 一个完整的圆销，用于连杆大头孔定位。大滑台上另 设计有一个小圆柱销或“V ”形块，用于连杆小头定位。 在小滑台这端外部水平布置两个油缸，连杆定好位后， 油缸活塞杆伸出直接顶住连杆两个肩位。主油缸位于 两个半圆涨套的正上方或正下方，油缸活塞杆带动斜 楔垂直向下运动，利用楔形块的斜面推动涨套横向运 动，裂断连杆。但其缺点在于①两个水平油缸受外形 尺寸限制，其活塞杆最小中心距有一极限值，无法直接 作用于小规格连杆肩位，需采用过渡块，受力情况不 佳；②需要单独使用一个油缸施加背压力或者拉力。 为解决这些问题，本文提出了新的机床方案，见图4。 大小滑台均可活动，水平油缸换做两个中心距可调的 顶止销，同时设计有一辅助油缸直接推拉小滑台。其 工作过程为①辅助油缸推动小滑台，进而推动大滑台 向右移动；②放置连杆；③辅助油缸拉动小滑台向左复 位，同时大滑台通过连杆大头孔，涨套跟随同步向左移 动，连杆肩位抵住顶止销；④主油缸带动楔形块高速向 下，利用斜面推动涨套横向运动，杆身连同大滑台一起 向右运动，与杆盖分离，此时小滑台被辅助油缸拉住保 持静止；⑤辅助油缸推动小滑台向右与大滑台合拢，杆 盖肩部脱离顶止销，取下杆盖和杆身，准备安装下一根 9 1一辅助油缸；2一顶止销；3一静涨套；4一小滑台；孓_拉杆；扣动涨套 2 总体案 7-，J、头销；8一大滑台；卜主油批 现有的楔形块式连杆裂断设备共有的特点是，两 图4双油缸裂断机床 舭 糍铬 连杆，如图5所示。 从上面过程可以看出，现有机床是连杆固定，油缸 活塞杆伸出抵住连杆，而本文方案是顶止销静止，连杆 运动贴紧顶止销。由于顶止销直径远小于油缸直径， 而且中心距灵活可调，因此可以适应各种规格，包括小 规格连杆的加工。现有机床单独设计有一个油缸推动 或者拉动大滑台，施加所谓的“背压力”或消除涨套与 连杆大头孔之间的间隙。本文方案的辅助油缸兼具使 连杆贴紧顶止销和消除涨套与连杆大头孔间隙的功 能，这样省去了两个顶住连杆肩位的油缸。 1一辅助油缸；2一活塞杆连接块；3一压头挡板；4一螺杆；5一顶止销； 扣小滑台；7一静涨套；8一拉杆；9一动涨套；1卜大滑台；11一连杆 12一小头销；13一丝杆。 图5双油缸断裂机床剖视图 3控制系统设计 3．1 液压系统 液压系统是整个机床的传动装置，以液压油为工 作介质进行能量传递，通过液压缸这个执行元件来完 成机床整个运动。裂断机床在主油缸下拉过程中要求 速度至少达到100m m ／s，在其他运动过程中没有特殊 的速度要求。为了节省能耗，采用蓄能器作辅助能源。 当执行元件不工作或运动速度很低时，蓄能器储存液 压泵的全部或部分能量；当执行元件，这里为拉动楔形 秧的主油缸，工作或运动速度较高时，蓄能器释放能量 与液压泵一同向执行元件供油，这样系统可采用一个 功率较小的液压泵。当系统中有蓄能器时，泵的最大 供油量为一个工作循环中执行元件的平均流量与回路 泄漏量之和。在液压系统中同时采用电液比例溢流调 速阀，可以方便地调定溢流阀的压力和调节系统中的 流速。液压系统如图6所示。 3．2PLC 控制 液压系统中的液压缸的往复动作靠PLC 发讯。 PLc的输入端接收来自外部的各类开关信号。PLC 的 输出端外接中间继电器来控制液压系统中的电磁阀， 从而控制液压缸的往复运动。在液压系统中，压力和 龟劈豢等筹＼k．≯⋯。‘十7M AuI o M anufacl uringTechnology汽车制造技术 流量都是变化的的模拟量信号，而PLc的cPu只能处 理数字量。D ／A 转换器可以将PLC的数字输出量转 换为模拟电压或电流，再去控制电液比例溢流调速阀， 操作时通过触摸屏即可实现压力和流量调节。部分 PLC程序如图7。 图6液压系统 图7PLC 部分程序图 4工艺实验 通过工艺实验来验证裂断机床整体性能。实验采 用的连杆尺寸参数为材料为c70S6，大头孑L直径41．4 m m ，小头孑L直径18m m ，中心距149m m ，厚度18m m 。 液压系统的系统压力为9M Pa，速度大于100m t n／s。 本实验主要分析连杆大头孔变形量。连杆大头孔变形 量过大将导致后续精加工余量不足，增加连杆的废品 率，因而越小越好。图8为某型号连杆示意图，从科学 性、准确性考虑，测试d，，d，d，三个位置的变形量。表 汽拿制造技术A ul 。M anufac{uringTeehn。I。gy 1是裂断机床裂断前后大头孑L变形量的情况。 图8连杆示意图 表1 m m 编 原始数据合装后数据变形量 号 d1d2也d1d2西 △d． 141．844】．8441．8241．9941．9141．87O ．15 241．8441．8541．8341．9841．9341．88O ．14 3 41．814】．8l41．8241．924I．8441．84O ．11 441．8441．8541．8442．0741．8642．010．23 541．8441．8441．8242．0141．9341．9l0．17 641．8341．8441．8342．0541．9641．920．22 741．8541．8541．8442．0341．8641．95O ．18 841．8441．8441．8241．9841．9141．870．14 941．8941．8641．8942．1041．9741．930．11 1041．8441．8441．8341．9141．8741．850．07 工艺上连杆大头孑L变形量在0．3m m 内属于许可 范围，因此新研制出来的裂断机床完全满足工艺要求。 本项目得到广东省科技厅高新技术产业化项目支 持20098010900008，机床申请了国家发明专利。 参考文献 [ 1] 于永仁．连杆裂解工艺[ J] ．汽车工艺与材料，1998 9． [ 2] 寇淑清，杨慎华，邓春萍，等．裂解工艺一发动机连杆制造最新技术 [J]．中国机械工程，200l ，12 7． [3]N akaokaIs 80，K aw arabayas hiHaj im e． Breaki “g devi ceof eonnect i ng rodand m anufact u订“g m et hodofbr oken connect i ngr od[ P] ．JPO ， JP2005007561．2005一0113． [ 4] HaehnelM ，w isi ew shi H．APpar atus f orcrack 8plitt i“g anannul ar pan [P]．cIPO ，cA 2298698，1999一0211． [5]邓伟辉，张永俊．连杆涨断加工技术现状与展望[J]．机电工程技 术，2008，37 413 17． [6]百濑保雄，太田熏雄，山本知彦．用于使连杆断裂的方法和装置 [P]．中国专利，200410071275．o，200407一16． [7] Fut suki T．M et hodfor m anuf如turi ng fhc t uredi vi ded connect i “g m d [P]．J Po，JP2004162809，20040610． 第一作者陈东，男，1986年生，硕士研究生，主要 从事机械设计与制造。 编辑宋业钧 收修改稿日期2011一12一05 文章编号120942， 如果您想发表对本文的看法，请将文章缝号填入读者意见调查表由的相应位置。 书讯 多工位级进模设计实用技术洪慎章，金龙建等编著邮购价46．00元 本书系统地介绍了多工位级进模的设计技术。全书内容包括冲压变形的基本原理、多工位级进模的设计方法、多工位级进模 的模具结构、多工位级进模的零部件设计、高速压力机、多工位级进模的自身检测及安全保护、多工位级进模cA D 、多工位级进模设 计实例。本书结构体系新颖，技术内容全面；书中配有丰富的多工位级进模设计实例，实用性强，能开拓思路，便于自学。 数控车削加工葛文军主编，2012年4月出版邮购价58．00元 本书内容涉及数控车床简介、数控车削手动编程、数控车削自动编程技巧。通过编程实例介绍数控车床中、高级技能考工实 训，运用日本FANuC 数控系统、德国SIEM EN 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