45°剖分连杆体毛坯在热模锻生产线上的锻造工艺.pdf

文 章 编 号 1 6 7 2 0 1 2 1 2 0 1 0 01 0 0 8 4 0 3 4 5 嗜IJ 分连杆体毛坯在热模锻生产线上的锻造工艺 刘 宗 江 1 2 J蒋 洪 海 张 国 强 1 山东 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院 山东 济 南 2 5 0 0 6 1 2 潍坊 柴 油机 厂 山东 潍坊 2 6 1 0 01 摘 要 介绍 了典 型 热模 锻 压 力机 生产 线 的设 备 配置 情况 通过 对 4 5 剖 分连 杆体 进行 工 艺分析 提 出 了锻 造工 艺方 案 设计 了辊锻 模 预锻模 终锻 模 等工装 并对连 杆锻 件毛 坯 生产流程 也进 行 了探 讨 关 键词 机械 制造 自动化 模锻 连 杆 热模 锻压 力机 中 图 分 类 号 T G3 1 5 9 文 献 标 识 码 B 1概 述 在 汽车制 造 飞速发展 的今 天 发动 机连 杆生 产 也 大 都采 用 热模 锻 压 力机 生 产线 来 加工 模 锻件 这 类 生产 线主要 由中频加热 炉 辊锻 机 热模 锻 压力 机 及 切边 压力 机等组 成 为节 约能源 降低 制造 成本 国 内已有多 家锻造 专业 厂相 继采用 锻造余 热 淬火新 工艺 这 样生 产线 还包括 余热 淬火 及连续 回火 设备 实 现 了 连 杆 毛 坯 封 闭 生 产 此 外 国 内 少 数 企 业 从 国外 引 进 了 先 进 连 杆 机 械加工 新工 艺 即胀断 连杆 连杆体 和连 杆盖 是整 体 锻造后 脆性 裂解 然后组 装 而成 连杆 锻造后 要求 控 温冷却 即锻 后余 热正火 这 样生产 线还包 括 由微 机 控制 的控温 冷却 炉I2 3 1 中频 加热 炉 该 设 备用 于锻坯 透热 由静 止 变频 器 电控 机械 传 动 感 应加 热 炉 和水 电连接 等 五大部 分组 成 为典 型的机 电一体 化设 备 其最 大 的 特 点 是 加 热 机 的 节 拍 可 以控 制 便 于 与 锻 压 机 节 拍 相 匹配 利 于组 织 自动化 生 产 加热 速 度快 生产 效 率 高 氧 化 脱 碳 少 无 污 染 且 加 热 均匀 芯 表 温 差 小 可方 便地更 换感 应炉 适用 不 同规格 的坯 料透 热 实现一 机 多用 2 辊锻 机 辊 锻 机 是一 种 将 轧制 变 形 引入 锻 造生 产 的成形设 备 主要 用于 生产线 中模 锻前 制坯 工序 可 为连杆 等长 轴类锻 件提 供锻造 毛坯 设 备结 易 操作 配备 机械手 可实 现 自动化 生产 生产 节 约 能源 降低 模锻 主机 的 打击 力 提 高锻 2 0 0 9 1 2 0 7 刘宗江 1 9 6 7 一 男 高工 硕士在读 从事锻压工艺及设 备方 向工作 3 热 模 锻 压力 机 是 适 用 于 自动 化高 效 率 生 产 的锻 压机 械 目前在 国内被 广泛 推广 国内外制造 该 类 设 备 的 厂 家 逐 渐 增 多 大 体 分 为 DR 型 MP型 和 F P型等 系列 与锤上模 锻相 比 锻 压机 上模锻具 有劳 动条件 好 便 于实 现机 械化 自动化 锻件 尺寸 精 度和 生产率 较高 等优 点 但 不便 于进行 拔 长 滚压 等 制坯 工步 对 于截 面变 化较大 的锻件 需 配备辊 锻机 等其 他设备 进行 制坯 4 切 边 压 力 机 主 要 用 于 毛坯 锻 后 切 边 冲 孔 校正等 工序 设备 吨位根 据 主机吨位 来选配 2工 艺 性 分 析 及 方 案 确 定 2 1 连 杆体 毛坯工 艺要求 连杆体 毛坯 如 图 1 所示 连 杆体 毛坯技 术要 求 为 锻 后 正 火 调 质 处 理 后 强 度 为 7 8 0 MP a 一 9 3 0 MP a 连杆 纵剖 面 的金 属宏 观组织 其纤 维方 向应沿 着连 杆 中心 线并 与外形 相符 不得 有紊 乱及 间断 连杆错 移 不 大 于 0 8 ram 2 1 9 0 6 图 1 连杆体 毛坯简 图 2 2 锻 件分 析及工 艺 方案确 定 该锻件 为带 工字 形截 面 的长轴 类零 件 杆 部表 面不 需 机械 加工 质量 要 求 严 不 允许 有 折 叠 成 品 连杆 有 重量 要求 尺 寸精 度 要 求 高 鉴 于此 采用 预 锻 以防止 杆部 折 叠 同时 提 高终 锻模 膛 寿命 使 锻 件 的尺 寸稳 定 连 杆 大头 为 4 5 立 分 截 面变 化 较 大 而且头 部不 沿 中心对称 对 这一 类锻 件应 设置 压 弯 成 形 工 序 如 图 2所 示 图 2 压弯成形模膛 头部 与 杆部 的截 面积 之 比为 6 1 因此 应 采 用 辊锻 制坯 这样 容易实 现 自动化 生产 因为连 杆 直线度 要 求为 0 5 mm 加之 连 杆体 大 头为 4 5 剖 分 切边 时 容易 造 成翘 曲现象 切 边 后需 进 行 热 校 正 工 艺方 案确定 后就 要选 择相 应 的设 备 根 据 工 艺特 点选择 了热模 锻压 力机 在 设备 类型 确定 后 就 需 要计 算完成 该工 艺所 需 的吨位 热模 锻 压力 机设 备 吨位 的选择 根据 锻造 变形 力 P来 确定 5 0 7 0 F 1 式 中 变 形 力 k N 卜 咆 括 飞边 桥在 内 的锻件投 影 面积 c m2 经计算 该 连杆体 飞边 桥在 内的锻 件投影 面积 为 2 8 1 7 c m 式 中系数需 要根据 材 质系数 锻 件复 杂程 度等 因素 确定 连杆 材质 为 4 0 C r 属 合金 结构 钢 考 虑到 以上诸 多 因素 故 系数 取最 大值 故有 P 7 0 F 7 0 x 2 8 1 7 1 9 7 1 9 k N 根 据 实践 经 验选 择设 备 公称 压 力 P设 需 考 虑 1 1 8的 安 全 系 数 故 有 P设 1 1 8 P一2 3 3 MN 综合 考虑 到行 程 行程 次数 工作 台面积 等 因 素 最 终 选 公 称 压 力 2 5 MN 热 模 锻 压 力 机 鉴 于以上 分析 与计算 确 定连 杆体 工艺 流程 中 频 加热 炉加 热 一辊 锻 机 制坯 一热 模 锻 压 力 机成 形 预锻 终锻 切边一 压 力机 上热 校正 余 热淬 火一 连 续 炉 回火 3辊 锻 模 设 计 3 1辊 锻 毛 坯 图 设 计 设计 时 首先 根据 锻件 图绘 出截 面 图和计 算 毛 坯 图 注意各 截 面积 等于相 应 长度 上 锻件 截 面积 和 飞 边 截 面 积 之 和 根 据 以上计 算 毛 坯 设 计 出 辊 锻 毛 坯 图 图 3 3 2 原 始 毛 坯 尺寸 的确 定 图 3 辊锻毛坯截面图 最 大 截 面区段 位于 连杆 体 的小头 在坯 料 的端部 这 一 区段 在 辊 锻 时 几 乎 不 变 形 毛 坯 尺 寸 就 按 此 头 部 确 定 按 下 式计 算嘲 d o 1 1 3 2 式 中 d 一原始 毛 坯尺 寸 mm 卜 辊 锻 毛 坯 截 面 积 所 以原 始毛坯 的直径 为 d o 1 1 3 丽一71 mm 按相 近 的 标准 钢 材选 定 原始 毛 坯 直径 o 7 0 mm 则有 原始 坯料 长度 K 3 式 中 辊锻 毛坯 体积 谠 损 系 数 卜原 始 坯 料 的 截 面 积 经 初步 计算 并根 据实 践经 验确 定连 杆 毛坯下 料 最 佳尺 寸为 o 7 2 mmx 1 6 0 mm 3 3辊锻 道次 的确 定 根 据辊 锻毛坯 图先 计算 出总伸 长系数 A 4 式 中 卜原 始坯 料截 面 积 辊锻 后坯 料截 面积 A d 7 0 x1 0 1 5 2 3 2 4 9 2 3 计 算 中所 乘 系数 1 0 1 5是 考 虑 到 收缩 按 1 5 来 计 算 辊锻 道次按 下 式计算 式 中 分 另 U 并 由 蟹重赫 F F 寻囱 L J L 5 2 J 图 4 辊 锻工步 图 4预 锻 终 锻 模 的 设 计 1 终 锻 模 热 锻 件 图 的 设 计 由 于 杆 部 截 面 积 较 小 热校 正 时温 度 较其 他 部位 低 因此 中心距 在 热锻 件 图 中只按 1 1 的收缩 率计 算 而其余 尺 寸按 1 5 计 算 2 工字 形 截 面 预 锻模 膛 的高度 尺 寸 比终 锻 相应 要 大 而 宽度尺 寸要 小 并 使预锻 件 的横截 面积 稍大 于终 锻件 相应 的横截 面积 其尺 寸关 系如下 B1 一1 1 1 1 H hl 1 3 h R 1 5 R R 增 大 主 要 用 于 当 预 锻 变 形 量 大 时 金 属 外 流 快 容 易 在 R处 产生 折 叠 增 大 R 可 以减 慢 金属 变 形 开 始 时 向飞 边 流 动 的速 度 防 止 终 锻 时 产 生 返 流 折 叠 见 图 5所 示 3 飞边槽 的确 定 在热模 锻压力 机 上模锻 由 于 采 用 了 辊 锻 机 制 坯 金 属 在 终 锻 模 膛 内 的变 形 主 要是 以镦 粗形 式进行 飞边 的阻力作 用 已显得 不很 重要 而 较多 地起着 排泄 和容 纳多余 金属 的作 用 因 此 取 飞 边 槽 桥 部 高 度 h飞 3 5 ram 桥 部 宽 度 b 图 5 杆部截面预 终锻设计 图 1 5 mm 而 飞 边槽 仓 部是 开 放 的 这 样 有利 于 保 护设 备 防止 闷车 4 模 块 的选 择 及 顶杆 的设 置 模块 可 选 用整 体 和分 体两 种形式 整 体模块 适用 于模膛 报 废后 的 堆 焊工 艺 基体 材料 采用 5 C r N i Mo 分 体形 式 的模块 材 料 常 采用 4 C r Mo S i V 这 种 钢具 有 高 的强 度 和韧 性 较 好 的抗 氧 化性 和 抗热 疲 劳性 较高 的淬透 性 顶 杆 分 为 两 级 这 样 既 便 于 更 换 又 节 约 顶 杆 消 耗 5结 束 语 目前 连 杆体 已经 在 2 5 MN热模 锻压 力机 生产 线 锻造成 功 并 大批 量生 产 这 一工 艺 的推广 为 同 类 锻件在 热模 锻压 力机生 产线 的锻造 提供 了可 以 借 鉴 的经 验 参考文 献 1 李 绍忠 发 动机 连杆生产工艺 的进展 汽车科 技 2 0 0 0 1 7 1 1 2 0 2 何 约洁 国外发动机连杆生产现状内 燃机 1 9 9 4 6 6 9 3 颜 怀祥 浅谈 连杆加 工工艺中的一些新的技术 柴油机设计 与制 造 2 0 0 3 2 4 5 4 8 4 郝滨海 锻造模 具简 明设计手 册 北 京 化学 工业 出版社 2 0 0 6 5 5 5 9 5 吕炎 锻模设计手册 模具手册之 5 第 2 版 北京 机械工业 出版社 2 0 0 6 6 1 2 6 2 0 6 赵新海 程联