汽车连杆锻造工艺与质量.pdf

En g i n e 发 动M a ng ur if an c造 t u r i n g 一 河北省南宫市精强连杆 有限公 司 陈刚中 连杆是汽车发动机上的关键零部件 也是典型的 重要的 复杂系数最高的模锻件 连杆的制造精度 产 品的内在和外在质量都将直接影响发动机的整机性能和 水平 而连杆在发动机的高速运转过程中致使连杆内部产 生高频交变应力 它要承受缸内气体爆破的冲击压力和 曲轴扭转时的惯性拉力 每个循环中拉力和压力两次交 替 当汽车发动机转速为3 0 0 0 5 0 0 0 r mi n 时 其承受力 频率是非常高的 由于连杆是在高速转动的疲劳载荷下 工作 因此对连杆的强度要求相当高 另外 由于要保持曲轴在高速运转时始终保持平衡 状态 为此 对连杆的重量公差要求也要控制在一定范 围内 由干连杆的锻造工艺和切削加工过程都是很困难 的 为此在锻造生产和金属切削加工过程中 很容易出 现质量问题 而这些问题的发生 也是由于各种综合或 某个因素造成的 而产生问题的原因又很多 所以长期 以来 连杆行业对连杆的材料 锻造工艺和金属切削加 工制造工艺一直在不断地进行革新 改进和研讨 同时 对在生产制造整个过程中容易出现的问题也在进行着深 入的研究 其 目的就是既满足产品技术性能和使用要 求 又能够降低成本 提高效率和最大程度地增加经济 效益 7 8 2 0 0 9 第1 0 婀 MC 瑗代墨即件 www mc1 9 5 0 c o m 连杆模锻件及总成加工 现状与发展前景 近年来 随着机械工业尤其是 汽车工业的飞速发展 各类系列汽 油发动机和柴油发动机的需求量愈 来愈大 由此而带来的是发动机内 部关键零部件 连杆精锻件和连 杆总成相当大的需求和发展空间 而激烈的市场竞争 要求生产 连杆精锻件和连杆总成的生产厂家 必须把生产技术向着精密 高效 节材 节能和生产 自动化 与专业 化 系列化方向发展 目的是提高 产品质量 提高产品制造精度 降 低生产成本 提高市场竞争力和占 有率 增加经济效益 并走品牌化 道路 另外 由于 发动机类型和档 次的不同 对连杆的精锻件 连杆 金属切削加工总成有不同的技术 质量要求 随着各种类型发动机的 设计水平 使用条件的需要以及制 造水平的提高 尤其是发动机转数 的提高 动平衡要求的提高 为 此对连杆精锻件的重量公差 尺寸 公差 产品精度 表面质量 内在 质量 力学性能和所使用的原材料 的要求也越来越高 轿车连杆重量 公差国际上通用的标准为产品重量 的2 3 当然 一般 内燃机的 连杆重量公差要求在3 5 范 围 内 要满足和适应不同连杆模锻件 的生产 就要选择不同的模锻生产 工艺和方法 与此同时 机械制造 加工的方法也在不断地改变 过去 只有金属切削加工 而现在又增加 了裂解 涨断 撑断 断裂刻分 加工新技术 这种技术从根本上改 变了传统的连杆加工方法 是对传 统连杆加工的一种重大变革 也是 连杆金属切削加工的发展趋势 而裂 解连杆要求其材料塑性变形小 强度 好 脆性适中 工艺性好等等 连杆模锻件生产工艺和 生产线配置 1 典型连杆模锻件的生产工 艺方法 1 锤上模锻 下料一加热一 拔长一辗光一预锻一终锻一切边 一 冲孔一热校正 一热处 理一抛丸 一 探伤一精压 2 辊锻或楔横轧 一热模锻 压力机模锻 下料 一加 热一辊锻 楔横轧 制坯一预锻一终锻一切 边冲孔一热校正一热处理一抛丸一 探伤一精压 3 辊锻 一锤上模锻 电液 锤 蒸汽模锻锤 空气模锻锤 复 合工艺 下料一加热一辊锻制坯 一 预锻一终锻一切边冲孔一热校正 一 热处理一抛丸一探伤一精压 4 辊锻 一摩擦压 力机或高 能螺旋压力机模锻 下料一加热一 辊锻制坯一摩擦压力机预锻一第二 台摩擦压力机终锻一切边冲孔一热 校正一热处理一抛丸清理一探伤一 精压 2 典型连杆模锻生产线配置 1 辊 锻机 楔横 轧 一 热模 锻压力机生 产线 中频 感 应加 热炉 3 O 0 k W 一辊锻 机 4 6 0 ram 或契横轧机一热模锻 压力机 2 5 0 0 0 k N 或3 1 5 0 0 k N 一闭 式单点压力机一空冷炉 余热淬火 回火炉 一抛丸机一探伤机一精压 机 t 该类生 产线是一 汽和二汽 卡 车连杆为主导产品的 该种配置的 生产线是比较先进的 它采用了中 频感应加热 辊锻或楔横轧制坯 余热处理工艺或非调质钢新材料 在国内采用比较广泛 这种线便于 实现 自 动化生产 噪声小 劳动环 境好 可生产各种类型的发动机连 杆 2 辊 锻制 坯 一液 压精 锻 锤生产线中频感应加热炉 3 0 0 k W 一 辊锻机 3 7 0 m m 一液压 精锻锤 2 5 5 0 k J 一开式压力机 1 0 0 0 k N 一余热处理槽 9 0 0 9 5 0 C 一锻件回火炉 1 1 5 k W 一 抛丸机 6 0 0 1 2 0 0 k g h 一莹光探 伤机 6 0 0 WE 型 一电动螺旋压力 机 4 0 0 0 k N 该种生产线以轿车连杆为主 锻件厚度公差基本在 0 2 mm以 内 公差在 0 3 mm以内 切边模 具设有氮气缸 可使锻件定位压住 后切边 切边变形很小 精压尺寸 精度可控制在 0 1 mm之内 3 辊锻制坯 一磨擦压力机 模锻生产线 中频感应加热炉 2 5 0 k W 一 辊锻机一摩擦压力机 6 3 0 t 一摩 擦压力机 1 0 0 0 t 一闭式单点压力 机 2 5 0 t 一摩擦压力机 3 0 0 t 一 余热淬火 8 7 0 9 0 0 C 一回火炉 1 5 0 k W 一抛丸机一荧光探伤机 该种生产线以生产柴油机连杆 为主 在摩擦压力机上进行预锻 终锻 热校正 工艺过 程较为稳 定 锻件质量较好 生产效率也较 高 适合于中小企业 4 辊锻制坯 一全 自动热模 锻压力生产线 振动上料机一中频感应加热炉 3 0 0 k W 一辊锻机 4 6 0 mm 一 2 0 0 0 t 全 自动热模锻压力机一余热淬 火槽一回火炉一抛丸机一精压机一 探伤机 该线是生产1 3 1 6 L 轿车发 动机连杆生产线 该线电加热是英 国扭威克生产的 主机是 日 本住友 公司的 淬火槽回火炉是韩国的 预锻 终锻 切边 冲孔工步均在 2 0 0 0 t 锻压机上完成 一模两件 每6 s 一个行程 班产量8 0 0 0 件 班 目前是国内最先进的连杆模锻生产 线之一 锻造生产过程主要工序 1 下料 工艺方法 带锯机和棒料剪床 下料均被广泛采用 带锯机下料的优点是劳动条件 好 坯料两端面平整无缺陷 缺点 是生产效率偏低 有锯 口消耗 棒 料剪床下料的优点是生产效率高 无锯 口消耗 缺点是端部轴向产生 压扁 马蹄形 心部开裂 湍面毛 刺和应力集中等 2 加热工序 1 工艺方法由于连杆模 锻件质量要求高 对加热质量要求 M C 琨代零部件 2 0 0 9 箬加卿 7 9 www mc1 9 50 c om En g in c造 t u i 也高 同时还为了改变作业环境 目前普遍采用中频感应加热方式 这种方式也 易于实现 自动化 根据 原材料的不同 加热温度有一定的 变化 目前常用的4 0 Cr 4 5 Mn 3 5 Mn 2 等材料的加热温度很多厂家 基本上规定在 1 2 3 0 2 0 范围 内 德国 胀断连杆材料及毛坯技 术规范 中规定的热成形时的锻压 温度 锻压初始温度 感应加热 为1 2 2 0 1 2 9 0 热切飞边以及热 校正时的温度大干或等于9 5 0 C 2 加热过程中易出现的问 题 一是料温过高产生过烧 二是 坯料温低 3 预防措施 中频加热炉 需温度控制装置 其作用是保证坯 料的加热温 度在规定范 围内 另 外 不易把坯料烧化在炉瞠里 也 避免加热炉的损坏 加热炉必须具 备 高温 正常温度 低温的三个 通道 并能自动分料 在加热炉出 F I 处 把过热和低温的坯料区分并 分别放置 对温度高和温度低的坯料的处 理 低温料可直接返回炉后重新使 用 高温料必须进行分选 把过烧 的坯料分选排除 其余的料再返回 炉后重新投人生产使用 有的厂家 还进行抛丸处理后再返回炉后重新 投入生产 3 辊锻 1 辊锻工艺具有材料利用 率高 劳动条件好 便于实现机械 化和 自动化 投资少 生产效率 高 生产成本低等特点 辊锻的作 用主要是制坯 进行金属体积的合 理分配 使之与预锻模膛相匹配 辊锻工步在连杆模锻生产中具 有重要作用 是保证连杆锻件质量 8 0 2 o o 9 g第1 0 婀 MC 瑰代器部件 ww mc1 9 5 0 c o m 的第一关 为此 要高度重视辊锻 制坯工艺的制定和模具设计 突出 强调的是保证在辊锻过程中每道辊 坯都不出现折迭或毛刺 2 辊锻过程中易出现的问 题 杆部出现折迭 各道次辊锻咬 入点不一致 过渡段尺太小 杆部 与小头过渡段 杆部与小头过渡段 出现花瓣形状 辊坯表面粗糙 凸 凹不平 划伤 辊坯出现麻花状或 局部产生小耳朵 辊锻模由于寿命 较长 经过长期使用 必定产生磨 损 此时辊坯长度将缩短 分料就 会不均匀 中间料增多 而头部料 不足 会影响锻件的充满 机械手 夹钳对坯料的夹伤 由于在辊锻过程中会出现上述 的主要问题 必然要造成连杆产品 的折迭 折纹和充不满等缺陷 3 对辊锻工序上述 常发生 问题采取相应对策 在辊锻模具设 计中要合理确定各道次辊坯的形状 与尺寸 合理分配各道次的延伸系 数 确定理想的型槽系 合理确定 各道次的前滑值 前滑 准确计算 各道辊坯截面尺寸和型槽尺寸 提 高模具加工水平和模具制造精度 保证设计尺寸和重复制造精度 无 论是 自动辊锻机还是人工操作 一 定要提高和保证纵 横两方向的定 位精度 尤其是每道次翻转9 0 必 须要保证 也就是要保证辊锻机和 机械手必须始终处在完好状态之 中 这一条是相当重要的 因为很 多废品和不良品都是因此原因而发 生的 生产过程要勤观察辊锻模表 面的变化 并要经常进行修整 在 修整 中 要注意各道次的协调一 致 使用过程中的修磨原则上只是 型腔表面的修整 型腔不要发生很 大变化 如需大变化时 应进行模 具翻新 还要经常检查辊坯质量和 锻件质量 来验证辊锻工序质量和 辊锻模 的质量 在型槽磨损变大 后 必须及时调整辊锻机辊距 以 保证辊坯长度 4 模锻成形 1 热模锻压力机上模锻工 艺特点 由于设备钢性好 锻件精 度高 锻压机具有滑块调节装置 可以调节滑块高度 即设备的闭合 高度 设备有上下顶 出装置 可以 减小拔模角斜度 热模锻压力机工 作台面大 能承受较大的偏载 所 以 可以进行多模膛锻造 滑块行 程一定 封闭高度一定 各工步是 一 次成形 预锻模膛的设计要求 高 锻压机模具不需要承击面 为 此 模块小 而且寿命较长 机锻 模是分体的 而各工步可以根据产 品的特点设计成镶块式的 较大幅 度的降低了模具材料的消耗 2 电液锤工艺特点 设备 钢性好 锻件精度高 设备有顶出 装置 可多次打击 打击能量可任 意设定 可一模 多件和 多工步模 锻 设备频率高 生产效率高 锻 模可设计为镶块式 3 模锻操作规范 工作前 锻造模具必须预热 预热温度在1 5 0 2 5 0 范围 每锻一件必须对模 具进行一次润滑 目前 润滑剂多 采用水剂石墨润滑剂 润滑剂与水 的比例为1 5 1 1 0 可调整比 例 预锻后平移或翻转到终锻模膛 内均可 但翻转移动去除氧化皮效 果明显 辊坯未参加变形部分要压 扁 容易定位 并能去除氧化皮 在压扁的同时 吹去坯料和存在型 槽中的残余氧化皮 生产节拍尽最 大程度保持一致 这样能够保证切 边后的锻件温度 有利于后续工序 的质量控制 以提高产品质量 4 选择模锻工艺分析和工 步简介模锻工艺一般设压扁 预 锻 终锻三个工步 压扁 因通常采 用圆钢 为 此应将辊坯压扁 第一是防止内孔 的折迭 第二是便于预锻的平稳摆 放 压扁厚度要根据连杆的厚度和 宽度来确定 另外必须注意的是压 扁时必须把辊坯在辊锻时出现的小 飞刺水平放置 以免出现折迭 预锻 将压扁后的辊坯放置在 预锻模膛 长度方向应覆盖模膛 防止摆放不正而导致端面缺陷压入 模膛形成折迭或因缺料而造成锻件 充不满 终锻 终锻时 按终热锻件图 控制厚度尺寸 热模锻压力机调整 滑块高度 控制终锻温度 电液锤 调整打击能量 并控制终锻温度 5 模锻过程 易产生的问题 和对策 连 杆模锻件 要求锻件表 面不 得有裂纹 折迭和氧化皮 错差 表面缺陷 残余飞边高度也都有严 格要求 同时有连杆锻件质量公差 要求 尤其是轿车连杆对于质量公 差要求更为严格 而连杆的裂纹 折纹 折迭 残 余飞边 重量超 差是模锻工序的几个最容易出现的 问题 解决这些问题的具体措施如 下 1 针对不同连杆的模锻工 艺和特 点 合理设计连杆预热锻 件 预锻模膛 使之和终锻模膛达 到最佳匹配 2 重视连杆工字形杆部的 参数选取与模膛设计 3 合理设计预锻大头孔劈 料 凸台的形状与尺寸 尤其是只锻 连杆的杆体时 连杆锻件杆和盖分 开锻造 其属于又I 1 形的锻件 如预锻件劈料设计不当 坯料金属 流动不合理 则在叉 口部位容易出 现局部充不满 造成废品 4 辊坯大头辊锻时在夹钳 中 不参与变形 为此 在模锻时 压扁 既去除大头部分的氧化皮 又有利于在预锻模膛中的定位 5 在模具设计 中要充分考 虑模具的调整要方便 可靠 在生 产过程中要及时调整 6 锻造模膛要 及时修整 抛光并要注意匹配 7 模具制造时 要提高模 具表面粗糙度和制造精度 8 生产节拍要相对稳定 要控制住终 锻温度和设备 的打击 力 涨断连杆必须注意保证切边后 的温度在9 0 0 9 5 0 C以上 9 提高操作者 的操作技能 和业务素质 不定期进行培训 1 0 注意控制润滑剂的喷涂 量 1 1 设备一定要处于完好状 态中 设备导轨间隙大是造成锻件 折纹和错差 啃伤等缺陷的最主要 的直接原因 设备连击直接造成锻 打过程中锻件磕伤 5 冲孔 切边 连杆在模锻成型结束后都有连 皮和飞边 为了得到合格的锻件 必须去除飞边和连皮 连杆锻件的 冲孔和切