黄鹏华，田 放，罗 珒

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

基于涨断技术的连杆设计

黄鹏华，田 放，罗 珒

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

在介绍涨断工艺连杆和传统锻造工艺连杆的制造工艺基础上，通过对比涨断工艺连杆和传统锻造工艺连杆二次拆装后的几何尺寸，介绍了涨断工艺的优越性，同时通过对某公司两款小排量发动机的连杆设计对比，论证了某小排量发动机A连杆采用分体锻造工艺而另一小排量发动机B连杆采用整体锻造工艺的设计基础，并探讨了在小排量发动机B连杆上应用涨断工艺的可行性。

连杆；整体锻造；分体锻造；涨断

随着汽车工业的发展，对汽车发动机的高速、轻量、高效、低成本的要求日益提高。连杆作为发动机中的核心零部件，既要保证足够的刚度和强度，也需通过采用先进的制造工艺，来提高汽车发动机的可靠性及降低其制造成本。

实践证明，先进加工工艺是满足发动机性能的重要基础，和提高发动机产品竞争力的有效途径。针对连杆传统制造工艺中的缺点，为了降低制造成本以及提高连杆配合精度，连杆涨断工艺被提出。由于涨断工艺比传统工艺具有提高产品性能、简化工艺流程、降低生产成本诸多优点，因此，在进行发动机连杆设计时，应考虑采用涨断的制造工艺，并在设计连杆结构时，充分考虑连杆涨断工艺的可行性。

1 锻造工艺

锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，以获得具有一定机械性能、形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属的铸态疏松，焊合孔洞，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，多采用锻件[2]。

目前国内连杆供应商普遍采用的锻造工艺有两种：分体式锻造和整体式锻造。

分体式锻造的工艺过程为：连杆体和连杆盖分别锻造成型→对接合面进行机加工→分别加工连杆体和连杆盖的定位螺栓孔→装配；

整体式锻造的工艺过程为：连杆体和连杆盖整体锻造成型→锯切或铣切分离连杆体和连杆盖→精加工分离面→分别加工连杆体和连杆盖的定位螺栓孔→装配。

分体式锻造中，连杆体和连杆盖在两个模具中成型，在分模面的选择上较容易，但要分别对连杆体和连杆盖进行切边，增加了加工工序，同时增加了材料的用量。

整体式锻造分模面的选择，要同时考虑连杆体和连杆盖设计，受到二者的制约，但有利于减少加工工序和材料的去除量，同时有利于采用先进的裂解技术，减少机加工工序[3]。

2 连杆裂解技术

2.1 裂解原理

连杆涨断加工的原理，是利用材料的断裂特性，在整体锻造的连杆毛坯大头孔内侧对称加工两条裂纹槽，形成初始断裂源，然后施加垂直于预定断裂面的正应力，使连杆在断裂源处脆性断裂分离成连杆体和连杆盖。涨断加工过程，使断裂的连杆盖、杆接合面具有完全啮合的犬牙交错结构，保证了接合面精确吻合，无需再进行接合面的加工[4～6]。

在后续的大头孔精加工及装配过程中，以断裂剖分的三维曲面定位，分离后的连杆盖与连杆体在断裂面处自然啮合，精确合装，确保了后续连杆大头轴承孔的精加工及连杆装配品质（见图1）[7]。涨断工序主要工艺过程为：

加工V型应力槽→断裂剖分→吹净断裂面残留金属粉末→装配连杆。

图1 涨断工序流程

2.2 涨断工艺技术的先进性

（1）传统工艺与涨断工艺流程对比。传统的连杆采用的是分体式加工，连杆杆身和连杆盖分开锻造，加工结合面和螺栓孔，随后合体加工大头孔。该加工技术工艺工序繁多，机械加工工艺性差，同时对螺栓孔加工精度要求高，导致加工成本增加。

而涨断工艺改变了连杆加工的关键工序，利用具有犬牙交错形态的断裂剖分面作为结合面，省去连杆体、盖结合面的铣削和磨削加工。同时啮合面作为连杆体、盖的定位基准，具有极高的定位精度，能精确相接、啮合。涨断工艺还简化了螺栓孔处的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、生产效率高、节省加工设备、产品质量好、生产成本低等显著优点。

表1 传统工艺流程与采用涨断技术的工艺流程对比

通过对比传统工艺流程与涨断技术工艺流程（见表1），可以得出涨断工艺较传统工艺的优越性如下：

一是取消连杆体、盖结合面切削加工工序；

二是简化螺栓孔的结构设计和加工工序（如图 2）；

三是降低螺栓孔的加工精度要求；

四是减少机加工工序；

五是降低生产成本。

图2 传统方式与涨断方式的螺栓孔结构设计和加工工艺的比较

（2）涨断与传统工艺的连杆二次拆装后大孔尺寸的对比。采用涨断技术的连杆，不仅加工工序少、制造成本低，而且连杆体和盖装配精度高、承载能力强。采用传统加工方式的连杆，由于加工误差的累积，且连杆体和盖定位精度差，导致连杆体和盖装配精度降低，使连杆的可靠性和耐久性大大降低。

下面在着重对比传统工艺连杆和涨断连杆在发动机二次拆装后的大孔几何尺寸，以此阐述涨断连杆的高装配精度，以及生产稳定性。

图3为大孔直径二次拆装后的尺寸一致性对比，从图中可知，采用传统工艺加工的连杆，不仅二次拆装后直径偏差大（偏差均值约0.016mm），并且极为不稳定，严重的影响了发动机质量的生产一致性；相反，采用涨断技术的连杆大孔直径二次拆装后偏差小，平均偏差仅为0.006mm，并且连杆与连杆之间直径稳定，很好的保证了发动机品质的一致性。

图3 大孔直径二次拆装后对比

图4 大孔圆柱度二次拆装后对比

图4为大孔圆柱度二次拆装后的对比，和直径一样，涨断连杆二次拆装后的圆柱度偏差极小，均为0.002mm；而传统的连杆二次拆装后圆柱度平均偏差为0.009mm。

图5是连杆弯曲度二次拆装后的对比，涨断连杆二次拆装后的弯曲度偏差均值，为不到0.001mm；而传统连杆的偏差均值0.01mm，并且实际上某些连杆弯曲度已远远超出技术要求范围（0～0.017mm）。.

图5 连杆弯曲度二次拆装后对比

图6是连杆扭曲度二次拆装后的对比，涨断连杆二次拆装后的扭曲度偏差均值为0.003mm，而传统连杆的偏差均值0.014mm。

图6 连杆扭曲度二次拆装后对比

综上所述，涨断连杆二次拆装后的几何尺寸偏差，远远优于传统连杆。通过试验证明，涨断连杆具备很高的配合精度，并且在二次拆装后，仍旧能够保证非常稳定且满足技术要求的几何尺寸，故而使发动机的可靠性和耐久性得到很大的提高。

3 涨断技术在现有机型连杆上应用的可行性

基于涨断连杆在制造工艺和二次拆装后几何尺寸的优越性，涨断技术在越来越多的发动机得到应用。而目前采用传统连杆的发动机，也正在不断的改型、更新设计，不断提高发动机产品的竞争力。现将通过介绍某公司两款小排量发动机（A和B）的连杆设计，研究涨断技术的应用可行性分析。

在A发动机连杆设计中，连杆盖底部的设计有两条加强筋，如采用整体式锻造，模具为上下式，从模膛深度、轮廓和敷料用量方面考虑，最佳分模线位于图7所示的A-A位置，但由于连杆盖上两条加强筋高于A-A位置，阻碍了拔模，致使连杆锻件成型后无法从模具中取出。因此A发动机连杆体和连杆盖采用分体式锻造，并按照如图8所示的箭头方向拔模。这就限制了A发动机连杆的制造工艺仅能采用分体式的锻造方式，且不能应用基于整体锻造方式的涨断技术。

图7 A发动机连杆理想分模线

图8 A发动机发动机连杆盖拔模方向

B发动机的连杆盖，在设计中将底部加强筋定于连杆盖的中部，若采用整体式锻造成型，可将分模面定于如图9所示的B-B位置，即最大截面处。采用这种设计时，可运用整体锻造的制造工艺，降低锻造模具的复杂性。同时可采用先进的涨断技术工艺，进一步提高零件的性能，降低生产成本。

图9 B发动机连杆实际分模线

基于以上设计分析，A发动机连杆的结构设计，决定其只能通过传统的分体式锻造方式进行制造；而B发动机连杆的结构设计，决定了其加工工艺较A发动机连杆有利于成本的降低，同时B发动机连杆，可以采用涨断技术的制造工艺，进一步提高零件的性能，降低生产成本。

此外，若将A发动机连杆的结构，更改为类似B发动机连杆的结构，即可利用整体锻造工艺，也可采用先进的涨断技术，进一步提高发动机的性能以及产品竞争力。

4 结束语

（1）连杆锻造工艺有两种：分体式锻造和整体式锻造。相比分体式锻造，整体式锻造有利于减少加工工序和材料的去除量，同时可采用先进的涨断裂解技术。

（2）涨断技术有效地简化了连杆的结构设计和整体加工工艺，具有可靠性高、加工工序少、生产效率高、节省加工设备、产品品质好、生产成本低等显著优点。

（3）涨断连杆二次拆装后的几何尺寸偏差，远远优于传统连杆，并且在二次拆装后，仍旧能够保证非常稳定且满足技术要求的几何尺寸，故而使发动机的可靠性和耐久性得到很大的提高。

（4）连杆的设计直接决定了其加工工艺，A发动机连杆的加强筋设计决定其采用分体式锻造方式，B发动机连杆设计决定其可以采用成本相对较低的整体式锻造。

（5）B发动机连杆设计具有采用涨断工艺的基础，有利于连杆性能的提高和生产成本的降低。

（6）A发动机连杆则具备很大的提升空间，若将连杆更改为类似B发动机连杆，可利用整体锻造工艺的结构设计，并采用先进的涨断技术，进一步提高发动机的性能以及产品竞争力。

[1]陈家瑞.汽车构造（上册）[M].北京：机械工业出版社，2000.[2]邓文英.金属工艺学（上册，第四版）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]张志强.发动机连杆裂解加工影响因素数值分析及试验研究[D].长春:吉林大学，2007.

[4]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（4）：12-17.

[5]罗晴岚.连杆锻造工艺技术的进步[J].锻压机械，2000，（4）：1-3.

[6]寇淑清，杨慎华，金明华.发动机连杆裂解加工技术及其应用[J].机械强度，2004，26(5):538-541.

App lying the Fracture Splitting Technical to Connecting Rod Design

HUANG Peng-hua，TIAN Fang，LUO Jin
（SAICGM Wuling Automobile Co.,Ltd.,Liuzhou Guangxi545007,China）

This article present the advantage of the fracture splitting process,based on the contrast of the manufacture process between Fracture splitting process and traditional forging process,and the contrast of the geometry dimension fore-and-aft the connecting rod finish dyno-test.In addition,this article present an argument that separate forging adapt to A engine,while integrative forging apply to the B engine,base on the design of this two engine connection rod.And,this article study the feasibility that the fracture splitting process applying to the B engine connection rod.

connecting rod;integrative forging;separate forging;fracture splitting process

TG31

A

1672-545X（2011）08-0131-04

2011-05-12

黄鹏华（1984-），男（壮族），广西崇左人，助理工程师，研究方向：活塞连杆统零部件设计与研发；田 放（1986-），女（土家族），贵州思南人，助理工程师，研究方向：活塞连杆统零部件设计与研发；罗 珒（1986-），女，湖北黄石人，助理工程师，研究方向：活塞连杆统零部件设计与研发。