CN110712006A - 一种连杆小头端椭圆孔的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连杆小头端椭圆孔的加工方法，主要用于发动机连杆小头端椭圆孔的加工。主要技术方案：其工艺流程为，输入参数、半精镗大孔、半精镗小孔、精镗大孔、精铣小头椭圆孔、磨头修正小头椭圆孔、检测；所用的成型铣刀，采用无底刃、圆柱面上有五刃的非对称螺旋设计；所用的CBN磨头的结构为，刀杆孔内装有调节架,焊接好的硬质片和斜块安装在刀杆槽内并与调节架的斜面贴合,刀杆左右分别装有锁紧螺母和调节杆，调节杆与调节架和调节螺母连接。本发明通过试用证明：从根本上克服了连杆加工成本高、生产效率低下的现象，达到有效地保障了连杆质量，提高了效率，满足大批量生产的需求。

Description

一种连杆小头端椭圆孔的加工方法

技术领域

本发明涉及一种发动机连杆的加工方法，具体是一种用于发动机连杆小头端椭圆孔的加工方法。

背景技术

连杆是发动机的关键部件之一(见图1)，主要由大头端1、杆身2、和小头端3组成。其主要工作原理(见图3):连杆将活塞的动力传递给曲轴4，从而使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。发动机运转过程中，活塞上的燃气压力和惯性力是以动态分布载荷的形式通过活塞销4作用在连杆小孔5上，因此连杆小孔主要承受交变的拉压载荷。由于爆发压力巨大，不仅活塞销4要发生弯曲变形，而且连杆小孔5也要发生变形，由此造成载荷向连杆小孔外侧应力集中，应力集中程度与活塞销的弯曲和椭圆变形程度有关，同时连杆主要承受交变拉压载荷；在这种情况下，小孔尺寸会在大小孔中心线方向逐渐增大，减少了活塞销和连杆小孔的接触面积,使空隙6加大，造成应力集中；此情况会增大活塞销和连杆间的接触应力，影响连杆的疲劳寿命。根据变形协调理论，将连杆小孔形状设计为椭圆形状的孔(见图4的椭圆8)，增加活塞销与连杆小孔间的接触面积，分散应力，使得连杆工作时承受的载荷更加均匀，有利于承载油膜的形成，从而提高其承载和传动能力，提高连杆的抗疲劳寿命，同时降低发动机运转时的噪音。

但这种新的连杆小头端椭圆孔的加工相对传统的连杆圆孔而言，难度系数较大，当前都是采用德国进口的专用设备和刀具来加工完成的，但每台设备和刀具的售价非常昂贵，约500多万元，我公司作为连杆的专业生产厂家，需要的台数就多了，这个经济负担是沉重的。采用常规的机械加工方法和加工中心来加工，合格率太低，仅能达到15％，而且尺寸精度不稳定，需要不断的调整，生产效率偏低，不适合批量化生产。目前尚未发现国内成熟的连杆小头端椭圆孔的加工技术报道，根据市场的需求,我们必须解决这一技术难题。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题和目的是：根据目前连杆小头端椭圆孔加工存在的缺陷，设计一种新的连杆小头端椭圆孔的加工方法，从根本上克服加工成本高、生产效率低下的现象，达到有效地保障连杆质量，提高效率，满足大批量生产的需求。

本发明的主要技术方案：该方法包含工艺流程A输入参数、B半精镗大孔、C半精镗小孔、D精镗大孔、E精铣小头椭圆孔、F磨头修正小头椭圆孔、G检测，在E精铣小头椭圆孔工序中，所用的专用高速成型铣刀，采用无底刃、圆柱面上有五刃的非对称螺旋设计，成型铣刀前角8°，第一后角22°，第二后角10°，齿条角80°，齿高3mm，成型铣刀直径φ16_-0.05mm,有效铣削长度25mm,在刀柄9中心有一个主油孔10,有效铣削范围内有两个支油孔11；在F磨头修正小头椭圆孔工序中,所用的专用CBN磨头的结构为，将调节架装入刀杆孔内,再把焊接好的硬质片和斜块，间隙配合安装在刀杆的槽内并与调节架的斜面贴合,刀杆左边装有一个锁紧螺母，刀杆右边装有一个调节杆，调节杆一端插入调节架并用销固定,另一端螺纹连接一个调节螺母。

本发明通过实际应用证明：完全达到研制目的，该加工方法设计合理，定位准确，所加工连杆小头端椭圆孔合格率，由原来传统加工的15％提高到97％以上，提高效率五倍以上，降低了生产成本，提高了连杆的抗疲劳寿命，保证了连杆椭圆孔的润滑性能，适合大规模生产的需求，为行业内解决了一大技术难题，它不仅能满足连杆小头端椭圆孔的加工，也适合连杆小头端衬套椭圆孔的加工。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细地描述。

图1，是连杆的形状示意图，也是连杆小头端椭圆孔的示意图，短轴为e，长轴为e+x。

图2，是图1的俯视图。

图3，是原连杆小头端圆孔边缘高应力分布图。

图4，是连杆小头端小孔与椭圆孔的对比图，小孔7是加工椭圆孔前钻的正圆孔，椭圆孔8是本发明要加工的孔。

图5，是本发明的工艺流程图。

图6，是本发明专用高速成型铣刀的主视图。

图7，是图6的A向放大视图。

图8，是本发明专用CBN磨头的主视图。

图9，是图8的B-B向局部剖视图。

图10，是硬质片12、斜块13的焊接图。

图11，是调节架14的主视图。

图12，是图11的左视图。

图13，是刀杆15的主视图。

图14，是图13的C-C向局部剖图。

具体实施方式

参照图1、2、5，对本发明的主要技术方案进行说明:本发明包含工艺流程A输入参数、B半精镗大孔、C半精镗小孔、D精镗大孔、E精铣小头椭圆孔、F磨头修正小头椭圆孔、G检测，在E精铣小头椭圆孔工序中所用的专用高速成型铣刀(见图6、7)，采用无底刃(刀具底部无切削刃口)、圆柱面上有五刃的非对称螺旋设计，成型铣刀前角8°，第一后角22°，第二后角10°，齿条角80°，齿高3mm，成型铣刀直径φ16_-0.05mm(因连杆小头端短轴孔的直径e≥φ18mm，所以直径应小于φ18mm),有效铣削长度25mm(因连杆小头端椭圆孔的高度H尺寸≤23mm，所以铣削长度应大于23mm),在刀柄9中心有一个主油孔10,有效铣削范围内有两个支油孔11；在F磨头修正小头椭圆孔工序中所用的专用CBN磨头(见图8、9)，包含硬质片12、斜块13、调节架14(见图11、12)、刀杆15(见图13、14)、调节杆16、调节螺母17、锁紧螺母18、销19，其结构为，将调节架14装入刀杆15孔内,再把焊接好的硬质片12和斜块13，间隙配合安装在刀杆15的槽内并与调节架14的斜面贴合,刀杆15左边装有一个锁紧螺母18，刀杆15右边孔装有一个调节杆16，调节杆一端插入调节架14并用销19固定,，另一端螺纹连接一个调节螺母17(螺母的外螺纹为右旋,内螺纹为左旋)。专用CBN磨头的调节，通过调节螺母17(调节杆16向左推动调节架14的斜面，斜面再向外推动硬质片12，增大直径)，使磨头直径φ16_-0.02mm符合要求，最后用锁紧螺母18锁紧。具体操作:

A输入参数，首先按照连杆产品(见图1)要求的小头端椭圆孔短轴e、长轴e+x(x是增加值应大于0.01，通常取0.03mm)、小孔(见图4，小孔7是加工椭圆孔前钻的孔)，小孔直径φ＝e-0.3mm，将这三个参数输入加工中心的程序软件中；

B半精镗大孔，对前面钻、扩孔工序转下来的连杆，在加工中心进行半精镗大孔加工(见图1)，每分钟进给量250mm/min,每转进给量0.25mm/r,加工后公差达到H7，保证连杆大孔与端面的垂直度0.03mm,大孔粗糙度Ra3.2mm,并为后续加工留下0.2mm的余量；

设备：加工中心

刀具：普通镗刀

量具：粗糙度检查仪、内径千分表、垂直度量规

C半精镗小孔，以大孔定位装夹，在加工中心进行半精镗小孔(直径φ＝e-0.3mm)加工，每分钟进给量210mm/min,每转进给量0.18mm/r,加工后小孔公差达到H8，保证连杆小孔与大孔平行度达到0.04mm/100mm，小孔粗糙度Ra1.6mm，并为后续精铣小头椭圆孔加工留下0.15mm的余量；

设备：加工中心

刀具：普通镗刀

量具：粗糙度检查仪、内径千分表、平行度电感测量仪

D精镗大孔,以小孔定位装夹，在加工中心用镗刀进行加工，每分钟进给量150mm/min,每转进给量0.1mm/r,完成大孔最终尺寸，加工后大孔公差达到H8，保证连杆小孔与大孔平行度达到0.03mm/100mm，大孔粗糙度Ra0.8mm；

设备：加工中心

刀具：普通镗刀

量具：粗糙度检查仪、内径千分表、平行度电感测量仪

E精铣小头椭圆孔(见图1、4、6)，以大孔定位装夹，在高速加工中心进行加工，先将专用高速成型铣刀安装在设备的液压刀柄上，设备转速调整为8000转/min，刀具进给量150mm/min，按椭圆孔椭圆轨迹程序,采用自动补偿方式进行加工小头端椭圆孔(将铣刀切削范围25mm，整体插入小孔内表面,沿椭圆轨迹尺寸切削加工)；

设备：加工中心

刀具：专用高速成型铣刀

F磨头修正小头椭圆孔，将高硬度的专用CBN磨头，安装在设备的液压刀柄上，设备转速调整为15000转/min，刀具进给量80mm/min,按椭圆孔椭圆轨迹程序,磨削修正小头端椭圆孔，将小头端椭圆孔粗糙度提高到Ra0.2以内；

设备：加工中心

刀具：专用CBN磨头

量具：粗糙度检查仪

G检测，将小头端椭圆孔尺寸(如短轴、长轴)输入圆度仪中形成理论椭圆孔形状，圆度仪分截面方式对小头端椭圆孔椭圆形状轨迹进行多段、多截面扫描检测，并对检测椭圆形状进行滤波修正，用实际检测的椭圆孔形状与理论椭圆孔形状进行对比，尺寸公差在0.0015mm以内为合格。

量具：圆度仪

参照图6、7，所述的专用高速成型铣刀，采用TY85材料,刀具的各尺寸、角度、光洁度以及热处理,均按普通铣刀的技术要求加工。

参照图8、9，所述的专用CBN磨头，其硬质片12，采用CBN材料，硬度约65-68HRC，

本发明已用于GS61、GS62、5009200等多种小头端椭圆孔的加工，效果较好，完全达到研制目的。

Claims (2)

1.一种连杆小头端椭圆孔的加工方法，其特征在于：包含工艺流程A输入参数、B半精镗大孔、C半精镗小孔、D精镗大孔、E精铣小头椭圆孔、F磨头修正小头椭圆孔、G检测，在E精铣小头椭圆孔工序中，所用的专用高速成型铣刀，采用无底刃、圆柱面上有五刃的非对称螺旋设计，成型铣刀前角8°，第一后角22°，第二后角10°，齿条角80°，齿高3mm，成型铣刀直径φ16_-0.05mm,有效铣削长度25mm,在刀柄(9)中心有一个主油孔(10),有效铣削范围内有两个支油孔(11)；在F磨头修正小头椭圆孔工序中,所用的专用CBN磨头的结构为，将调节架(14)装入刀杆(15)孔内,再把焊接好的硬质片(12)和斜块(13)，间隙配合安装在刀杆(15)的槽内并与调节架(14)的斜面贴合,刀杆(15)左边装有一个锁紧螺母(18)，刀杆(15)右边装有一个调节杆(16)，调节杆一端插入调节架(14)并用销(19)固定,另一端螺纹连接一个调节螺母(17)。

2.根据权利要求1所述的连杆小头端椭圆孔的加工方法，其特征在于：工艺流程的具体操作:

A输入参数，首先按照连杆产品要求的小头端椭圆孔短轴e、长轴e+x及小孔直径φ＝e-0.3mm，将这三个参数输入加工中心的程序软件中；

B半精镗大孔，对前面钻、扩孔工序转下来的连杆，在加工中心进行半精镗大孔加工，每分钟进给量250mm/min,每转进给量0.25mm/r,加工后公差达到H7，保证连杆大孔与端面的垂直度0.03mm,大孔粗糙度Ra3.2mm,并为后续加工留下0.2mm的余量；

C半精镗小孔，以大孔定位装夹，在加工中心进行半精镗小孔加工，每分钟进给量210mm/min,每转进给量0.18mm/r,加工后小孔公差达到H8，保证连杆小孔与大孔平行度达到0.04mm/100mm，小孔粗糙度Ra1.6mm，并为后续精铣小头椭圆孔加工留下0.15mm的余量；

D精镗大孔,以小孔定位装夹，在加工中心用镗刀进行加工，每分钟进给量150mm/min,每转进给量0.1mm/r,完成大孔最终尺寸，加工后大孔公差达到H8，保证连杆小孔与大孔平行度达到0.03mm/100mm，大孔粗糙度Ra0.8mm；

E精铣小头椭圆孔，以大孔定位装夹，在加工中心进行加工，先将专用高速成型铣刀安装在设备的液压刀柄上，设备转速调整为每分钟8000转/min，刀具每分钟进给量150mm/min，按椭圆孔椭圆轨迹程序采用自动补偿方式进行加工小头椭圆孔；

F磨头修正小头椭圆孔，将高硬度的专用CBN磨头，安装在加工中心设备的液压刀柄上，设备转速调整为每分钟15000转/min，刀具每分钟进给量80mm/min,按椭圆孔椭圆轨迹程序磨削修正小头椭圆孔，将小头椭圆孔粗糙度提高到Ra0.2以内；

G检测，将小头端椭圆孔尺寸(如短轴、长轴)输入圆度仪中形成理论椭圆孔形状，圆度仪分截面方式对小头端椭圆孔形状轨迹进行多截面扫描检测，并对检测椭圆形状进行滤波修正，用实际检测的椭圆孔形状与理论椭圆孔形状进行对比，尺寸公差在0.0015mm以内为合格。

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