連桿作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵的部件之一，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化生產(chǎn)。本文將介紹發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的技術(shù)演變過程，并對連桿的發(fā)展趨勢進(jìn)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(dú)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(jì)90年代汽車工業(yè)發(fā)達(dá)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(dòng)機(jī)連桿制造業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。21世紀(jì)初，中國將連桿斷裂技術(shù)引入中國，并進(jìn)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(jià)格低廉、材料應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)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(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)是價(jià)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(jìn)行了改進(jìn)，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(jī)械性能和抗拉強(qiáng)度≥屈服強(qiáng)度900MPa≥550MPa。在C70S6材料的基礎(chǔ)上，36MnVS4材料提高了性能，其抗拉強(qiáng)度≥屈服強(qiáng)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(qiáng)度。≥屈服強(qiáng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)械加工方面，鍛鋼約48%，冶金粉約40%。綜合計(jì)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(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)階段，連桿往復(fù)的慣性力會(huì)大大降低。企業(yè)在測試不同屬性的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高很多，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的整體傳輸頻率也會(huì)增加。實(shí)踐研究表明，鈦合金連桿還可以控制發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的噪音，但這是一個(gè)常見的問題。

  發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的發(fā)展趨勢

  目前汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)度和質(zhì)量上具有很大的優(yōu)勢。現(xiàn)階段應(yīng)重點(diǎn)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(dòng)軸承代替現(xiàn)有襯套瓦的滑動(dòng)軸承。連桿孔加工成腰鼓形式，低負(fù)荷時(shí)線接觸，高負(fù)荷時(shí)面接觸，降低運(yùn)行過程中的摩擦力。