張學(xué)華

（上海日野發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，上海201401）

連桿制造工藝技術(shù)及改善

張學(xué)華

（上海日野發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，上海201401）

介紹了某發(fā)動(dòng)機(jī)連桿生產(chǎn)線的制造技術(shù)，包括生產(chǎn)線規(guī)劃、生產(chǎn)線主要工藝過程及特點(diǎn)。通過該生產(chǎn)線的2個(gè)加工改善實(shí)例，總結(jié)出改善的一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。

連桿制造技術(shù)改善

1 前言

連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，是發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力的主要運(yùn)動(dòng)件，它連接著活塞和曲軸，其作用是將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并把作用在活塞上的力傳給曲軸以輸出功率。連桿是在既受交變的拉壓應(yīng)力、又受彎曲應(yīng)力的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下工作。這就要求連桿既具有較高的強(qiáng)度和抗疲勞性能，又要有足夠的剛度和韌性[1]。

按照連桿體和蓋的剖分方法，目前連桿制造工藝主要分為2種：（1）傳統(tǒng)連桿制造工藝。體、蓋為整體鍛造結(jié)構(gòu)，經(jīng)過粗加工后，采用鋸斷法將體、蓋分離，精加工結(jié)合面后再組裝進(jìn)行其它精加工；（2）連桿裂解工藝。與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別體現(xiàn)在斷裂面呈現(xiàn)犬牙交錯(cuò)的自然斷裂表面，由此使其具有加工工序少、節(jié)省精加工設(shè)備、節(jié)材節(jié)能、生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢。此外，裂解工藝還可使連桿承載能力、抗剪能力、桿和蓋的定位精度及裝配質(zhì)量大幅度提高。

傳統(tǒng)連桿的大批量生產(chǎn)較多采用專用機(jī)床，工序較多。加工過程中基準(zhǔn)需經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，精度不易保證，適應(yīng)性較差。

本文介紹的連桿制造工藝，采用數(shù)控加工中心完成機(jī)加工，工序集中，基準(zhǔn)統(tǒng)一，而且可以隨產(chǎn)量的增長而靈活調(diào)整，是一種既經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性又強(qiáng)的先進(jìn)生產(chǎn)方式。

2 連桿生產(chǎn)線規(guī)劃

生產(chǎn)線的加工對(duì)象為我公司排量11L的6缸柴油機(jī)連桿，毛坯為進(jìn)口鍛件，材質(zhì)為非調(diào)質(zhì)鋼，硬度HB241~285。

生產(chǎn)線按照國外已有成熟生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)。初期規(guī)劃生產(chǎn)綱領(lǐng)為年產(chǎn)量3 000臺(tái)套（18 000根），兩班制生產(chǎn)，每班操作人員3人。根據(jù)市場需求，分期滾動(dòng)投入，最終將形成年產(chǎn)量12 000臺(tái)套的生產(chǎn)規(guī)模。圖1為連桿生產(chǎn)線平面布置的示意圖。

連桿生產(chǎn)線的規(guī)劃充分考慮到目前的市場需求、投資以及今后的發(fā)展，按照以下原則確定。

（1）一次規(guī)劃，分期投入。在一次整體規(guī)劃的前提下，根據(jù)市場需求分期投入，快速產(chǎn)出，滾動(dòng)發(fā)展，生產(chǎn)線具備良好的產(chǎn)能擴(kuò)充性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）生產(chǎn)線需具有較強(qiáng)的柔性能力和合適的自動(dòng)化程度。加工設(shè)備考慮逐步分期投入，采用進(jìn)口臥式加工中心和數(shù)控珩磨機(jī)，對(duì)產(chǎn)品的變化適應(yīng)性較強(qiáng)。其余輔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)劃考慮一次到位，選用國內(nèi)裝備制造商的產(chǎn)品。設(shè)備的自動(dòng)化程度并非越高越好，要讓工人有適宜的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）采取了精益生產(chǎn)模式。單件流，在制品少。生產(chǎn)線成“U”形布置，中間通道寬度小于1 m，物流線路和工人走動(dòng)距離短。可以實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作，并定期輪崗，培養(yǎng)全能工人。

（4）生產(chǎn)線采用Andon系統(tǒng)和poka-yoke防差錯(cuò)技術(shù)，自動(dòng)和半自動(dòng)設(shè)備均設(shè)有檢測報(bào)警裝置、安全防護(hù)措施及急停處理。各種夾具、開關(guān)、工位器具等設(shè)計(jì)制造時(shí)要考慮加入防差錯(cuò)技術(shù)和措施。

（5）生產(chǎn)線的信息管理系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)整體考慮，避免重復(fù)投資。

圖1 生產(chǎn)線平面布置圖（年產(chǎn)量12 000臺(tái)套）

3 生產(chǎn)線制造工藝過程及特點(diǎn)

投產(chǎn)初期生產(chǎn)線設(shè)備共19臺(tái)（套），包括臥式加工中心4臺(tái)、數(shù)控珩磨機(jī)1臺(tái)，以及清洗機(jī)、刻印機(jī)、擰緊機(jī)、襯套熱壓機(jī)、在線測量機(jī)、退磁機(jī)、輔助裝置等其它設(shè)備14臺(tái)（套）。

3.1 主要制造工藝過程

（1）臥式加工中心：粗銑大、小頭平面，擴(kuò)鏜大、小頭孔，車大頭外圓，粗精銑螺栓座面及體、蓋切斷；

（2）臥式加工中心：鉆連桿體長油孔，銑體、蓋軸瓦定位槽，精銑體、蓋結(jié)合面，鉆、鉸、攻體、蓋螺栓安裝孔、螺栓孔和定位銷孔；

（3）連桿體、蓋合裝，擰緊螺栓；

（4）刻印體、蓋配對(duì)記號(hào)；

（5）臥式加工中心：精銑大頭平面，半精鏜大頭孔，精鏜小頭孔；

（6）加熱小頭，壓裝襯套；

（7）臥式加工中心：銑小頭斜面，精鏜大頭孔、小頭襯套孔；

（8）重量測定，分組、刻印記；（9）數(shù)控珩磨機(jī)：珩磨大頭孔。

3.2 生產(chǎn)線制造工藝特點(diǎn)

1）工序和設(shè)備數(shù)量少

毛坯精度高：毛坯鍛造后，在熱態(tài)下精壓整形，加工余量少，大大減少了工序和機(jī)床的數(shù)量。

工序集成度高：采用了高速高精度的臥式加工中心完成機(jī)加工，每臺(tái)加工中心都集成布置了多個(gè)工序工位，既減少了設(shè)備數(shù)，又保證一人多機(jī)操作的裝夾工件、測量等手工作業(yè)時(shí)間。

2）基準(zhǔn)一致

首道工序采用桿身毛坯面為主定位面，加工出精基準(zhǔn)，保證了成品大、小頭孔和桿身的對(duì)稱度要求。其余工序的加工均采用同一精基準(zhǔn)：連桿大平面、小頭孔和大頭一側(cè)外圓面。定位基準(zhǔn)一致，不采用中間過渡基準(zhǔn)，沒有轉(zhuǎn)換誤差，加工精度得到了極好的保證。對(duì)于有嚴(yán)格互相位置關(guān)系的大、小頭孔的半精鏜（小頭孔壓入襯套前）和精鏜（小頭孔壓入襯套后），采取在夾具的同一裝夾中一起加工完成。

3）大頭孔的高精度珩磨

以連桿大頭平面和大頭孔定位，使用日本進(jìn)口數(shù)控珩磨機(jī)，采用粗、精珩一體的珩磨頭、金剛石珩磨條、油性珩磨液。粗珩結(jié)束后，珩磨頭內(nèi)心軸推動(dòng)精珩條漲出進(jìn)行精珩，保證了珩磨的高效高精度。

綜上所述，該連桿生產(chǎn)線的制造工藝技術(shù)具有較高的先進(jìn)性和實(shí)用性，是傳統(tǒng)連桿生產(chǎn)的一個(gè)很好的選擇。

4 加工改善實(shí)例

Kaizen（改善）是一個(gè)日語詞匯，意指小的、連續(xù)的、漸進(jìn)的改進(jìn)，是指企業(yè)通過改進(jìn)一系列生產(chǎn)經(jīng)營過程中的細(xì)節(jié)活動(dòng)，如持續(xù)減少搬運(yùn)等非增值活動(dòng)、消除原材料浪費(fèi)、改進(jìn)操作程序、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間、不斷地激勵(lì)員工。長期而言，這種階梯式的持續(xù)進(jìn)步足以獲得巨大的回報(bào)[2]。

從連桿線開始立項(xiàng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)制造、安裝驗(yàn)收到試生產(chǎn)的各個(gè)過程中，都經(jīng)歷了大量的改善活動(dòng)，因此正式投產(chǎn)后很快就達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和綱領(lǐng)，但這并不意味著改善工作的結(jié)束，而是更多改善的開始。下文將介紹其中2個(gè)加工改善的實(shí)例，說明持續(xù)改進(jìn)的作用和意義。

4.1 大頭橢圓孔加工的改善

連桿大頭割斷前大頭孔需加工成近似橢圓形，要求見圖2。原先采用國外生產(chǎn)線加工方式，橢圓孔采用一把玉米銑刀分粗、精兩次插補(bǔ)銑削加工。由于切深較深（達(dá)到44.8 mm），銑削過程中振刀較嚴(yán)重，切削時(shí)間也很長，造成整臺(tái)設(shè)備節(jié)拍超過設(shè)計(jì)要求。

1）改進(jìn)工藝1

針對(duì)粗銑余量較多、振刀嚴(yán)重，而且占用時(shí)間長的問題，提出了將粗銑改為粗鏜，新增一把78 mm×81.5mm雙級(jí)鏜刀鏜孔，然后再精銑出橢圓孔的改善方案。

該方案實(shí)施后，原來粗銑需要2.4 m in，而改用鏜孔后只需0.3 m in就能完成，設(shè)備節(jié)拍也滿足了設(shè)計(jì)要求，改善取得了很好的效果。但精加工工藝未作改進(jìn)，加工質(zhì)量尚不能令人滿意。

2）改進(jìn)工藝2

生產(chǎn)線正式量產(chǎn)一段時(shí)間后，由于市場需求增長迅速，需提升生產(chǎn)能力。按原規(guī)劃設(shè)計(jì)，首道工序需增加1臺(tái)臥式加工中心并聯(lián)加工。由于臥式加工中心是進(jìn)口設(shè)備，費(fèi)用高，周期長，最終確定并實(shí)施的是分拆部分粗加工工序，采用立式加工中心串聯(lián)加工的方案。分拆工序內(nèi)容為：粗銑大小頭一側(cè)平面，擴(kuò)鏜大、小頭孔。

圖2 連桿大頭孔加工要求和毛坯狀態(tài)

在立式加工中心上進(jìn)行試加工過程中，發(fā)現(xiàn)該加工中心的主軸和夾具剛性較差，振刀現(xiàn)象很嚴(yán)重，刀具的損耗也較大，連桿大孔表面質(zhì)量差，無法滿足正常生產(chǎn)要求，必須改變加工方式。

由于玉米銑刀銑削工藝的質(zhì)量無法保證，就考慮粗、精加工采用鏜孔加工：采用2把標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)鏜刀（可調(diào)范圍65.5~87.5 mm），先粗鏜大頭孔至78 mm，再分3次鏜孔82 mm擬合出大頭孔，如圖3所示。3次鏜孔中心各平移2 mm，交界處未鏜出的凸起（陰影部分）寬4 mm，尖點(diǎn)高0.01mm，在大頭孔公差要求內(nèi)。

圖3 大頭孔3次鏜孔擬合圖

表1列出了原工藝和2次改進(jìn)前后的對(duì)比效果，可見采用改進(jìn)工藝2，加工時(shí)間比原工藝縮短了近80%，加工質(zhì)量也有明顯提高，取得了良好的效果。

表1 工藝改進(jìn)前后效果對(duì)比

4.2 連桿體、蓋結(jié)合面精銑的改善

連桿體、蓋結(jié)合面的形位公差和表面粗糙度要求都非常高，其加工也是連桿加工的關(guān)鍵工序之一。

想進(jìn)一步縮短節(jié)拍只能通過縮短切削進(jìn)給的行程來著手。按照一般精銑面的經(jīng)驗(yàn)，似乎已無縮短可能。

認(rèn)真分析了加工面的尺寸和形狀，以及切削進(jìn)給和快速進(jìn)給行程及時(shí)間的構(gòu)成，準(zhǔn)備從減少切削行程中的空行程著手。由于連桿體、蓋的結(jié)合面不是連續(xù)平面，而是由4個(gè)遠(yuǎn)小于銑刀盤尺寸的小平面（長×寬為19.5×43.6mm）構(gòu)成。提出了一個(gè)改進(jìn)方案：精銑第一個(gè)結(jié)合面時(shí)，銑刀中心切過結(jié)合面邊緣后就抬起銑刀，進(jìn)入快進(jìn)進(jìn)給，至下一結(jié)合面再落下銑刀開始第二次銑削。按照同樣方法完成第三、四個(gè)結(jié)合面的加工。如圖5所示，銑刀中心軌跡按1~8順序移動(dòng)，其中1→2、3→4、5→6、7→8是切削行程，2→3、4→5、6→7是快進(jìn)行程，快進(jìn)行程還包括快進(jìn)行程開始和結(jié)束時(shí)銑刀的抬起和落下。

經(jīng)過計(jì)算，該方法可以將原先切削行程422 mm縮短至262 mm，改善效果明顯。

圖4 原加工工藝的銑刀給進(jìn)路徑

有了前面例子的經(jīng)驗(yàn)，該方案并未馬上實(shí)施，而是通過CAD輔助作圖模擬和計(jì)算，在上述改善方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步尋找更佳的方案。如圖6所示，切削和快進(jìn)順序不變，當(dāng)銑刀盤邊緣切削出結(jié)合面后，就抬起銑刀，完成一個(gè)結(jié)合面的精銑，進(jìn)一步縮短了切削進(jìn)給的行程。圖示可明顯看到1→2、3→4、5→6、7→8四段結(jié)合面的切削行程又有明顯縮短，總切削行程最終縮短至128 mm。這樣切削行程大幅度減少，而快進(jìn)行程明顯增加。因?yàn)闄C(jī)床快進(jìn)速度達(dá)到了50 m/m in，而切削進(jìn)給速度僅為540 mm/m in，因此由于快進(jìn)行程增加而增加的輔助時(shí)間極少，實(shí)際上總的加工時(shí)間則大為減少。

圖5 改進(jìn)工藝1的銑刀給進(jìn)路徑

圖6 改進(jìn)工藝2的銑刀給進(jìn)路徑

改進(jìn)措施實(shí)施后，精銑所需時(shí)間僅為原來的35%，而且還消除了拖刀痕，使結(jié)合面表面質(zhì)量得到了明顯的改善。

上述2個(gè)改善例子中，因?yàn)樵庸し绞绞菂⒄諊猬F(xiàn)有成熟生產(chǎn)線工藝，看似合理，但如果深入地探討研究，從不同的角度開拓思路，從技術(shù)上來說做出這些改善應(yīng)該并不是太難。

5 小結(jié)

本文所介紹的質(zhì)量改進(jìn)，只是已經(jīng)完成或正在進(jìn)行的改善中的2個(gè)實(shí)例。通過這些大量的改善活動(dòng)，也使我們對(duì)持續(xù)改善有了更多的體會(huì)和感悟。

（1）改善不能受傳統(tǒng)方法和思維的束縛，也不要盲目認(rèn)定已有的成熟工藝就沒有改善余地，這些都不利于改善的進(jìn)行。真正的改善是一種思維方式的變革，應(yīng)該摒棄所有的陳舊觀念，以“現(xiàn)在最差”為起點(diǎn)，改善應(yīng)該馬上實(shí)行。

（2）不能滿足于已有的改善成果，一個(gè)改善的成功同時(shí)也是下一個(gè)改善的開始。改善的空間永遠(yuǎn)存在，改善永無止境。

（3）通過改善，培養(yǎng)人才，形成風(fēng)氣，讓改善涵蓋到公司生產(chǎn)經(jīng)營的所有活動(dòng)中去，使公司在競爭激烈的全球化市場中一直保持優(yōu)勢地位[3]。

1楊連生.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1981.

2 Imai M.Kaizen:The Key To Japan＇s Competitive Success[M].McGraw-Hill/Irw in, 1986.

3柿內(nèi)幸夫.現(xiàn)場改善入門[M].楊劍，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

Manufacturing Technology of Connecting Rod and Its Continuous Improvement or Kaizen

Zhang Xuehua
(Shanghai Hino Engine Co.,Ltd.,Shanghai 201401,China)

A manufacturing technology of engine connecting rod is discussed,including product line layout,main m anufacturing process and characteristics.Some experience is summarized by tw o examples of continuous improvem ent ofm achining technology.

connecting rod,manufacturing technology,continuous improvement

來稿日期：2009-03-31

張學(xué)華（1973－），男，工程師，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝技術(shù)。