コネクティングロッドはガソリンエンジンとディーゼルエンジンにとって極めて重要な部品であり、その種類は多岐にわたり、需要も膨大です。中でも自動車エンジンの需要が最も大きいです。本日は、小公がコネクティングロッド製造に関する関連知識をご紹介します。
コネクティングロッドの構造と機能
コネクティングロッドは、比較的細身で断面が可変の非円形ロッドであり、ロッド本体の断面積は大端から小端に向かって徐々に小さくなっており、作業中の急激に変化する動荷重に適応しています。コネクティングロッドは、コネクティングロッド大端、ロッド本体、コネクティングロッド小端で構成されています。コネクティングロッド大端は分離されており、半分はロッド本体と一体化されており、残りの半分はコネクティングロッドカバーです。コネクティングロッドカバーは、ボルトとナットでクランクシャフトメインジャーナルに組み立てられています。
コネクティングロッドはピストンとクランクシャフトを連結し、ピストンの力をクランクシャフトに伝達することで、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換します。自動車エンジンの主要な伝動部品の一つです。ピストン上部に作用する膨張ガスの圧力をクランクシャフトに伝達することで、ピストンの往復直線運動をクランクシャフトの回転運動に変換し、動力を出力します。
ワークピース材料とブランク
コネクティングロッドの材質は、主に高強度45鋼、40Dr鋼などが選択され、切削性能と耐衝撃性を向上させるために焼入れ焼戻し処理が施されています。硬度は、45鋼でHB217～293、40Dr鋼でHB223～280が求められます。また、ダクタイル鋳鉄や粉末冶金技術を採用したものもあり、ブランクコストを削減できます。
鋼製コネクティングロッドのブランクは一般的に鍛造で製造されます。ブランクには2つの形式があります。1つは本体とカバーを別々に鍛造する方法で、もう1つは破断工程で膨張させる方法です。さらに、ブランクの欠陥を回避するために、全数硬度測定と探傷検査が必要です。
コネクティングロッド加工工程
1. 位置決めとクランプ 1）大まかな基準点の正しい選択と初期位置決め治具の合理的な設計は、加工技術における重要な問題です。コネクティングロッドの大小のヘッドの位置決め面を引っ張る際、コネクティングロッドの基準端面と小端ブランクの3点外円、および大端ブランクの外円の2点を用いて大まかな基準位置決めを行います。これにより、大小のヘッド穴とカバーの加工面の加工代が均一になり、コネクティングロッドの大端の重量と重複が確保され、部品アセンブリの最終形状と位置が保証されます。
2）コネクティングロッドの加工および組立においては、ロッド端面、小頭上面および側面、大頭側面の加工および位置決め方法を採用する。ボルト穴からスピゴットまでの加工工程におけるコネクティングロッドカバーの加工においては、その端面、2つのボルト座面、および1つのボルト座面の側面の加工および位置決め方法を採用する。このような位置決めおよびクランプ方法は、繰り返し位置決め精度が高く、位置決めが安定して信頼性が高く、部品の変形が小さく、操作が便利で、荒加工から仕上げ加工までさまざまな工程に使用できる。位置決め基準が統一されているため、各工程における位置決め点の大きさと位置も同じに保たれる。これらはすべて、工程の安定化と加工精度の確保に良好な条件を提供する。
2. 処理順序の整理と処理段階の分割
コネクティングロッドの寸法精度、形状精度、位置精度は非常に高いですが、剛性が低く、変形しやすいです。コネクティングロッドの主な加工面は、大小のヘッド穴、両端面、コネクティングロッドカバーとコネクティングロッド本体の接合面、ボルトなどです。二次加工面は、油穴、ロック溝などです。また、秤量・秤量、検査、洗浄、バリ取りなどの工程もあります。コネクティングロッドは型鍛造であり、穴の取り代が大きく、切削中に残留応力が発生しやすいため、工程配置では、各主面の荒加工と仕上げ加工を分離する必要があります。このようにして、荒加工による変形は中仕上げで修正できます。中仕上げ工程で発生した変形は仕上げ工程で修正でき、最終的に部品の技術要件を満たし、位置決め基準が最初に処理されます。
コネクティングロッドのプロセスは、次の段階に分けられます。
1) 荒加工段階 荒加工段階は、コネクティングロッド本体とカバーを組み合わせる前の加工段階でもあります。主に基準面の加工で、補助基準面の加工、コネクティングロッド本体とカバーの反対面のフライス加工、研削加工など、コネクティングロッド本体とカバーを組み合わせるための準備が含まれます。
2) 半仕上げ段階 半仕上げ段階も、コネクティングロッド本体とカバーを組み合わせた後の加工であり、2つの平面の微細研磨、半仕上げの大きなヘッド穴と穴の面取りなどです。つまり、大小のヘッド穴を仕上げるための準備段階です。
3) 仕上げ段階 仕上げ段階では、主にコネクティングロッド主表面にあるすべての大小の穴が図面の要件を満たしていることを確認し、大端穴のホーニング、小端ベアリング穴の精密ボーリングなどを行います。
4) コネクティングロッド加工工程フロー表
良いコネクティングロッドとはどのようなコネクティングロッドでしょうか?
コネクティングロッドの小端はピストンピンを介してピストンに接続され、大端はクランクシャフトのジャーナルに接続されます。大端と小端のサイズは、圧力を受ける面積によって異なります。コネクティングロッドの動作温度は90～100℃、運転速度は3000～5000r/minです。コネクティングロッド鍛造品が自動精密加工生産ラインにスムーズに投入され、完成部品がエンジンに組み付けられる精度を確保するため、また、高速運転中に高頻度の引張と圧縮の交互応力を維持するために、クランクシャフトは常にバランス状態にあり、コネクティングロッド鍛造品には高い強度と疲労寿命が求められます。
図面の寸法精度を満たすことを前提として、コネクティングロッド鍛造品は次の技術要件と品質要件も満たす必要があります。
1. 非注入鍛造傾斜は 3° ～ 5° であり、非注入フィレット半径 R は 2 ～ 5mm である。
2. 機械加工されていない表面は滑らかでなければならず、ひび割れ、折り目、傷、酸化スケール（深さが 1 mm を超えるピット）などの欠陥があってはなりません。
3. パーティング面の残留バリ幅は0.8mm以下です。
4. 縦断面における金属繊維の方向は、中心線方向と形状に一致している必要があります。乱れや不連続性があってはならず、また、気孔、折れ曲がり、非金属介在物などの欠陥は認められません。
5. 焼入れ焼戻し処理後の硬度は220～270HBです。
6. 鍛造品は欠陥検出のために検査する必要があります。
7. 鍛造品の欠陥に対しては補修溶接は許可されません。
8. 鍛造品の各バッチの品質偏差は 3% 以下です。
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