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發(fā)動機連桿的技術(shù)演變歷程及發(fā)展趨勢
來源:m.wmmpt.com 發(fā)布時間:2023年11月10日
  連桿作為汽車發(fā)動機關(guān)鍵的部件之一,在發(fā)動機運行過程中需要承受活塞載荷的快速變化和慣性力,使得連桿的工作環(huán)境變得特別復(fù)雜。隨著中國制造業(yè)近30年的快速發(fā)展,目前連桿已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化生產(chǎn)。本文將介紹發(fā)動機連桿的技術(shù)演變過程,并對連桿的發(fā)展趨勢進行分析。

  連桿式結(jié)構(gòu)的演變過程

  平切連桿

  平切連桿是連桿早的制造形式。連桿的桿與蓋的連接面為切口精加工,定位方式包括銷釘定位、套筒定位、齒形定位和凸肩定位。連桿的桿與蓋的連接面需要多次加工,連桿的螺栓過孔和螺紋需要單獨加工。這種連桿的加工過程很多,桿與蓋的連接面有配合精度和加工精度誤差,連桿的二次連接復(fù)圓度差。

  脹斷連桿

  連桿斷裂技術(shù),又稱連桿斷裂技術(shù),是20世紀90年代汽車工業(yè)發(fā)達國家發(fā)展成熟的一種連桿制造新技術(shù),是傳統(tǒng)連桿加工技術(shù)的重大變革,成為國家發(fā)動機連桿制造業(yè)發(fā)展水平的重要標志。21世紀初,中國將連桿斷裂技術(shù)引入中國,并進行相應(yīng)的技術(shù)研發(fā)和批量生產(chǎn)。連桿斷裂是一種斷裂加工工藝,其加工工藝可減少35%以上,生產(chǎn)效率高。由于斷裂后蓋和桿的原始配置,桿和蓋之間的無縫連接大大提高了其二次組合的精度。

  連桿材料的演變過程

  調(diào)質(zhì)鋼材料

  大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼材料是45、42CrMo、40Cr、35CrMo等常規(guī)材料具有價格低廉、材料應(yīng)用廣泛的優(yōu)點。缺點是連桿毛坯鍛造后需要熱處理,污染環(huán)境,生產(chǎn)過程成本高。由于其材料特性的影響,調(diào)質(zhì)鋼只適用于平切連桿,因此目前應(yīng)用越來越少。

  非調(diào)質(zhì)鋼材料

  非調(diào)質(zhì)鋼材料是在中碳鋼的基礎(chǔ)上加入釩、鈦、釩、硫等微量合金元素。碳氮化合物出現(xiàn)在基本元素中,通過調(diào)節(jié)軋制和鍛造過程中的冷卻速度來加強材料。目前,大多數(shù)連桿材料是35MnV、C70S6、36MnVS4、46MnVS5等特殊材料的優(yōu)點是減少了毛坯鍛造后的熱處理,沒有環(huán)境污染,降低了生產(chǎn)過程的成本;缺點是價格偏高,只能應(yīng)用于特定行業(yè)。

  35MnV材料在調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上進行了改進,其沖擊韌性較大,不適用于膨脹斷裂材料。C70S6材料是膨脹斷裂連桿的初步研究結(jié)果,具有良好的膨脹斷裂性能、一般的機械性能和抗拉強度≥屈服強度900MPa≥550MPa。在C70S6材料的基礎(chǔ)上,36MnVS4材料提高了性能,其抗拉強度≥屈服強度為1000MPa≥750MPa,但由于碳含量低,其膨脹性能較差。在36MnVS4的基礎(chǔ)上,46MnVS5提高了膨脹性能,同樣具有抗拉強度。≥屈服強度為1000MPa≥目前,750MPa是新的膨脹斷連桿材料。

  粉末冶金材料

  汽車發(fā)動機連桿材料的構(gòu)成基本上可以分為粉末冶金和鍛鋼兩種。粉末冶金材料在北美汽車發(fā)動機制造中應(yīng)用非常普遍。目前,鍛鋼材料主要用于中國,不同的材料在其屬性上各有優(yōu)勢。然而,兩種材料在制造成本比例上有很大的不同。對于毛坯制造,鍛鋼約35%,冶金粉約60%。但在機械加工方面,鍛鋼約48%,冶金粉約40%。綜合計算成本,目前行業(yè)大多采用鍛鋼材料,粉末冶金材料也有待研究。

  鈦合金材料

  與鍛鋼連桿相比,鈦合金連桿的重量明顯減小,因此在發(fā)動機活塞運動階段,連桿往復(fù)的慣性力會大大降低。企業(yè)在測試不同屬性的發(fā)動機轉(zhuǎn)速時,會觀察曲軸上連桿的小油膜厚度。根據(jù)測量結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn)鈦合金連桿和鋼連桿在油膜厚度基本相同的情況下,鈦合金連桿顯然比鍛鋼連桿發(fā)動機轉(zhuǎn)速高很多,因此發(fā)動機的整體傳輸頻率也會增加。實踐研究表明,鈦合金連桿還可以控制發(fā)動機運行過程中的噪音,但這是一個常見的問題。

  發(fā)動機連桿的發(fā)展趨勢

  目前汽車發(fā)動機連桿材料的主要發(fā)展趨勢是采用輕質(zhì)金屬基復(fù)合材料。與其他連桿材料相比,金屬基復(fù)合材料在強度和質(zhì)量上具有很大的優(yōu)勢。現(xiàn)階段應(yīng)重點解決金屬基復(fù)合材料連桿制造工藝的具體成本問題。

  連桿結(jié)構(gòu)的性能主要是采用低摩擦的加工技術(shù),如連桿大小頭孔的高硬度,采用滾動軸承代替現(xiàn)有襯套瓦的滑動軸承。連桿孔加工成腰鼓形式,低負荷時線接觸,高負荷時面接觸,降低運行過程中的摩擦力。

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