CN107962361B - 一种连杆齿形及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆齿形及其加工方法，涉及往复连杆加工技术领域。其先在线切割机床上线切割连杆体和连杆盖齿形，线切割齿形留有精磨量，再在成形磨床上用成形精磨砂轮磨削连杆体和连杆盖齿形，在线切割齿形和成形精磨齿形步骤之间，对连杆体和连杆盖齿形进行去应力处理。本发明加工方法可以降低包括精磨前所有工序在内的加工应力，减少二段齿形间的距离变化，提高了齿形精度稳定性，从而保证齿形啮合接触面积80%；而且精磨齿形时同时磨削齿顶平面，减少了分开连杆体和连杆盖、再精加工分开面的工序，加工效率高。

Description

一种连杆齿形及其加工方法

技术领域

本发明属于往复连杆加工技术领域，主要涉及一种连杆齿形的加工方法。

背景技术

连杆是往复活塞式内燃机中连接活塞和曲轴的重要部件，连杆的基本结构如图1所示，连杆大孔一分为二，剖切口分平切和斜切，连杆体和连杆盖的两个半圆孔合成连杆大孔，其连杆体和连杆盖之间以隔着大孔直径大小距离的二段齿形定位，其定位可靠，结构紧凑，但对齿形精度要求高，齿形啮合面粗糙度Ra≤1.6μm，二段齿形间的距离、齿形角和齿间距加工精度要达到微米级，才能达到通常要求的齿形啮合接触面积不少于80%，而且精度稳定性要求相当高。

现有技术中，连杆体和连杆盖的材料通常采用42CrMo调质（硬度HRC30～35），连杆体和连杆盖的毛坯为整体模锻，模锻后进行调质热处理。齿形的加工方法国内外有成形铣削（滚齿）、成形拉削、线切割齿形和强力成形磨削。

中国发明专利申请CN101412121A公开了大功率中速柴油机连杆齿形的加工方法及其专用加工刀具，公开日2009年4月22日，该加工方法利用与连杆齿形线完全一致的成型球头锥铣刀铣出齿形，该加工方法的缺陷是需要制作多种球头锥铣刀，单刀单齿加工，换刀操作频繁，齿形角一致性较差，齿形啮合面粗糙度较差，使得啮合接触面积达不到80%的要求。

强力成形磨削是数控强力缓进给磨床配合成形砂轮磨削连杆齿形，成形磨削的磨削深度大，1-30mm；进给速度小，5-300mm/min。该加工方法通常是采用双成形砂轮磨削技术，用一个金刚石滚轮修整成形砂轮，修整成形砂轮时，呈悬臂状态的磨头主轴须横向移动，该加工方法的缺陷是：由于在不同修整位置主轴刚度不同，使得复制在不同成形砂轮上的齿形精度是不一样的；并且在工件的一次装夹中完成二段齿形的粗精磨削，所产生的加工应力较大，所以齿形精度和二段齿形间距离精度的稳定性不高。

成形铣削和成形磨削这二种加工方法的共同缺陷是：加工齿形前须在齿形位置将连杆分开，成为连杆体和连杆盖，然后对分开面进行精加工，即预先加工出齿顶平面后再铣削或磨削齿形，所以工序多，效率低。

线切割齿形是利用数控线切割机床，按照齿形精度要求同时线切割出连杆体和连杆盖的齿形，然后磨削（铣削）出齿顶平面，此方法的缺陷是：线切割后连杆体和连杆盖内部的加工应力释放，产生应力变形，二段齿形间的距离随之变化量≥0.02mm，并且齿形面有微观振纹，使得啮合接触面积达不到80%的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种连杆齿形的加工方法，降低加工应力，二段齿形间的距离和齿形精度稳定性高，保证齿形啮合接触面积80%以上，并且加工效率高。

本发明解决所述技术问题所采取的技术方案是：该加工方法包括，先在线切割机床上线切割连杆体和连杆盖齿形，所述线切割齿形留有精磨量，再在成形磨床上成形精磨砂轮磨削所述连杆体和连杆盖齿形，在所述线切割齿形和成形精磨齿形步骤之间，对所述连杆体和连杆盖齿形进行去应力处理。

所述去应力处理的方法有以下两种：

方法一：所述连杆体和连杆盖齿形采用振动去应力方法进行去应力处理。该方法是利用振动装置与所述连杆体和连杆盖拧紧在一起进行振动，所述连杆体和连杆盖齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触。

方法二：所述连杆体和连杆盖齿形采用热处理去应力方法进行去应力处理，该方法是使所述连杆体和连杆盖齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触，将连杆体和连杆盖一起进行加热、保温和冷却。

优选地，所述成形精磨砂轮齿形根部具有磨削所述连杆体和连杆盖齿形的齿顶平面的齿根平面，所述成形精磨砂轮齿形是由金刚石修整块修整，金刚石修整块具有与所述连杆体和连杆盖齿形对应的两段齿形。

本发明所述加工方法，粗精加工分别在不同设备上进行，且在精磨齿形前对连杆体和连杆盖进行去应力处理，可以降低包括精磨前所有工序在内的加工应力，减少二段齿形间的距离变化，齿形精度稳定性高，从而保证齿形啮合接触面积80%以上；而且精磨齿形时同时磨削齿顶平面，减少了分开连杆体和连杆盖、再精加工分开面的工序，加工效率高。

本发明保护以上本发明方法制得的连杆齿形，由如下加工方法制得：先在线切割机床上线切割连杆体1和连杆盖2齿形，所述线切割齿形留有精磨量，再在成形磨床上用成形精磨砂轮10磨削所述连杆体1和连杆盖2齿形，在所述线切割齿形和成形精磨齿形步骤之间，对所述连杆体1和连杆盖2齿形进行去应力处理。

加工方法中连杆体1和连杆盖2齿形采用振动去应力方法进行去应力处理。

加工方法中振动去应力方法是利用振动装置与连杆体1和连杆盖2拧紧在一起进行振动，连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触。

加工方法中连杆体1和连杆盖2齿形采用热处理去应力方法进行去应力处理，使连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触，将连杆体1和连杆盖2一起进行加热、保温和冷却。

加工方法中成形精磨砂轮10齿形根部具有磨削连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶平面的齿根平面10.1。

加工方法中成形精磨砂轮10齿形是由金刚石修整块11修整，金刚石修整块11具有与连杆体1和连杆盖2齿形对应的两段齿形。

附图说明

图1是线切割连杆体和连杆盖齿形后的俯视图；

图2是图1所示I处的放大图；

图3是振动装置与连杆体和连杆盖的工作状态图；

图4是成形精磨连杆体和连杆盖齿形后I处的放大图；

图5是成形精磨砂轮局部剖视图；

图6是金刚石修整块透视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：

图1-图6中：1、连杆体，1.1、齿根圆弧位置线，1.2、连杆体大孔中心线，2、连杆盖，2.1、连杆盖大孔中心线，3、连杆螺栓，4、连接架，5、振动器，6、螺钉，7、可调定位，8、小头芯轴，9、连杆体齿顶平面，10、成形精磨砂轮，10.1、齿根平面，11、金刚石修整块，12、修整块齿形平面。

图1以俯视图方式示出了一种斜剖切口连杆在线切割机床上的状态，该连杆包括连杆体1、连杆盖2，已经完成线切割齿形，为便于说明稍微分开一些，连杆体1和连杆盖2上的二段齿形相对连杆大孔中心两边分布，图2是图1所示I处的放大图，齿形具有齿顶圆弧和齿根圆弧，线切割后齿根圆弧位置线1.1与连杆体大孔中心线1.2的距离L11，与图纸中的设计距离L12不同，这是因为还要对线切割齿形进行成形精磨，连杆大孔中心线1.2位置不变。按照公式：L12- L11=2S+d，确定线切割后齿根圆弧位置线1.1的位置，其中S是精磨量，d是线切割机床的钼丝直径。由于连杆体齿形和连杆盖齿形由一根钼丝切割，为保证连杆体1和连杆盖2合装后大孔是圆孔，加工连杆盖大孔时，连杆盖大孔中心线2.1与连杆大孔中心线1.2是偏心的，即连杆盖大孔中心线2.1与连杆大孔中心线1.2的距离为2×（2S+d）。

为了消除线切割前各工序和线切割齿形本身所产生的加工应力，提高二段齿形距离和齿形精度的稳定性，在所述线切割齿形和成形精磨齿形之间，可以采用热处理方法去应力，该方法是用连杆螺栓3将连杆体1和连杆盖2拧紧在一起，所述连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触，然后将连杆体1和连杆盖2一起进行加热、保温和冷却。本实施例加工方法优选采用振动去应力方法，振动工作状态如图3所示，振动装置主要包括振动器5、连接架4、螺钉6，振动器5用螺钉6固定在连接架4上；连接架4和连杆盖2、连杆体1用连杆螺栓3拧紧在一起，此时连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触，振动装置竖直安装在连杆盖1上时，安装更方便快捷，此时连杆体1通过固定的小头芯轴8定位，为防止连杆体1转动和支承重量，设置有可调定位7，可以通过大孔和小头端面压紧连杆体1。齿顶圆弧和齿根圆弧呈线相互接触，振动能量通过线相互接触的齿形传递。

成形精磨是对连杆体1和连杆盖2齿形配对精磨，按照现有成形磨削齿形技术，连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶平面9是预先加工的，如图4所示，所以成形砂轮的齿形的齿根是圆弧的，成形磨削齿形时不再磨削连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶平面9。要加工本发明所述连杆体1和连杆盖2齿形的齿顶平面9，可以单独铣削或磨削，而本发明优选的加工方法是齿顶平面9和啮合面在一次装夹中用成形砂轮磨出，以减少工序数量。成形精磨砂轮10齿形如图5所示，与现有成形砂轮齿形的最大区别在其齿根平面10.1，该齿根平面10.1可以由金刚石滚轮修整，而本实施例优选的修整方法是利用金刚石修整块10对成形精磨砂轮进行修整。成形精磨砂轮可以是普通磨料砂轮，优选采用CBN砂轮，砂轮修整块11结构如图6所示，具有与连杆体1和连杆盖2齿形对应的两段齿形，齿形上具有齿顶平面12。这种金刚石修整块11的整体刚性可以做得很高，其修整块基体齿形可以用高精度慢走丝线切割加工，两段齿形的距离和齿形精度可以比较容易达到，然后在工作面上电镀一层金刚石颗粒，各金刚石颗粒的刃尖都分布在精确的成形面上，由于金刚石层基本上是单层的，因此金刚石用量很少，所以制作修整块费用低。

本发明加工方法成形精磨的精磨量优选0.1～0.15mm，所以成形精磨设备刚性要求比强力成形磨削低，相应的费用低。

本发明不局限于上述斜剖切口齿形定位连杆，同样适用于平剖切口齿形定位连杆以及起定位作用的相互啮合的齿形，只要在粗加工齿形和精加工齿形之间，具有本发明对齿形进行去应力处理步骤，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种连杆齿形，先在线切割机床上线切割的连杆体（1）和连杆盖（2）齿形，所述线切割齿形留有精磨量，再在成形磨床上用成形精磨砂轮（10）磨削所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形，所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形采用振动去应力方法，其特征在于：所述振动去应力方法是利用振动装置将所述连杆体（1）和连杆盖（2）拧紧在一起进行振动，所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触。

2.一种制造权利要求1所述的连杆齿形的加工方法，先在线切割机床上线切割的连杆体（1）和连杆盖（2）齿形，所述线切割齿形留有精磨量，再在成形磨床上用成形精磨砂轮（10）磨削所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形，所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形采用振动去应力方法，其特征在于：所述振动去应力方法是利用振动装置将所述连杆体（1）和连杆盖（2）拧紧在一起进行振动，所述连杆体（1）和连杆盖（2）齿形的齿顶圆弧和齿根圆弧相互接触。

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