脹斷連桿鍛造工藝解析

文／鞏清華·南宮市精強(qiáng)連桿有限公司

脹斷連桿鍛造工藝解析

文／鞏清華·南宮市精強(qiáng)連桿有限公司

隨著脹斷連桿的普遍使用，脹斷連桿材質(zhì)也不斷推陳出新，從C70S6到 36MnVS4、46MnVS5和70MnVS4。在繁雜的脹斷材料品種中，C70S6以其良好的裂解性能、低價(jià)的成本，備受使用者青睞。由于脹斷連桿獨(dú)特的性能要求，鍛造工藝就顯得更加重要。

由于采用脹斷工藝加工，因此塑性不能過(guò)高，當(dāng)斷面收縮率值接近40%，在脹斷時(shí)內(nèi)孔變形大，且脹斷部位容易掉渣，使脹斷截面存在缺口；如果強(qiáng)度過(guò)高，當(dāng)抗拉強(qiáng)度接近1050MPa時(shí)，切削性差；當(dāng)鐵素體含量過(guò)高時(shí)(F＞10%)，加工有毛刺，易造成疲勞失效，并且成品安裝時(shí)內(nèi)孔不圓導(dǎo)致連桿在發(fā)動(dòng)機(jī)里工作時(shí)間隙不均勻，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命；由于脹斷后連桿蓋和連桿體為原配，為了確保截面的吻合，脹斷連桿不得存在內(nèi)應(yīng)力等。為了避免這些情況的發(fā)生，就必須制定合理的鍛造工藝。

鍛造工藝過(guò)程

下面以C70S6材質(zhì)連桿為例，結(jié)合我公司生產(chǎn)實(shí)踐，分析鍛造工藝過(guò)程。

⑴原材料準(zhǔn)備。以國(guó)外進(jìn)口材料為主，隨著國(guó)內(nèi)鋼廠冶煉技術(shù)的不斷提高，國(guó)內(nèi)材料也可達(dá)到連桿機(jī)械性能、金相組織、硬度等要求。

⑵下料。采用鋸床下料。

⑶加熱。用非接觸式紅外線測(cè)溫儀檢測(cè)料的加熱出爐溫度，驗(yàn)證調(diào)整中頻爐的溫度顯示儀表。加熱溫度和過(guò)程參數(shù)合格后方可進(jìn)行生產(chǎn)。

⑷輥鍛。加熱后的坯料采用輥鍛的方式制坯，合理的輥鍛可以提高材料的利用率，減少折疊、缺材等鍛造缺陷，使產(chǎn)品的金屬流線更加合理。

⑸模鍛。分為三個(gè)工位，分別是壓扁、預(yù)鍛和終鍛，壓扁工序使得連桿各部位易于充滿，預(yù)鍛的目的主要是改善金屬在終鍛模膛中的流動(dòng)條件，避免在鍛件上產(chǎn)生折疊。使金屬易于充滿終鍛模膛，減少終鍛模膛的磨損，提高整套鍛模的壽命。

⑹切邊、沖孔。采用復(fù)合模，一次完成?！盁徨懬羞?、沖孔復(fù)合模具”的使用，使生產(chǎn)節(jié)拍加快；提高了鍛件質(zhì)量，鍛件被氧化現(xiàn)象明顯減輕，鍛件的“溫控處理”入風(fēng)機(jī)溫度得到了保障。

⑺熱校正。在校正模膛內(nèi)對(duì)熱狀態(tài)的鍛件進(jìn)行校正，提高了鍛件各部尺寸穩(wěn)定性，提高鍛件平面度、對(duì)稱度的穩(wěn)定性。尤其是小頭異型的連桿，提高了異型對(duì)中心面的對(duì)稱度精度。

⑻BY處理。BY處理的質(zhì)量，直接影響到連桿的加工性能以及連桿的壽命。采用BY風(fēng)冷處理機(jī)，根據(jù)外界溫度的不同，調(diào)整BY處理機(jī)各區(qū)的風(fēng)冷、風(fēng)速，使冷卻后的鍛件達(dá)到其性能要求。

⑼拋丸滾光。連桿鍛件表面壓應(yīng)力達(dá)350MPa以上。

⑽探傷。100%磁力探傷，探傷后退磁。

⑾檢驗(yàn)。連桿鍛件尺寸和形位公差均應(yīng)符合要求。

中頻感應(yīng)加熱溫度的確定

加熱溫度的高低，直接影響鍛件的金相組織。在開(kāi)發(fā)脹斷連桿過(guò)程中，起初設(shè)計(jì)加熱溫度與其他連桿的加熱溫度一樣，但是發(fā)現(xiàn)鍛件的金相組織難以滿足要求。為此制定了不同加熱溫度、其他條件不變的試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出：鍛造加熱溫度越低，晶粒度越細(xì)，屈服、抗拉強(qiáng)度均低，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均低；溫度越高晶粒度越粗，屈服、抗拉強(qiáng)度均高，伸長(zhǎng)率和斷面收縮率均低，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，溫度低的情況下，鐵素體含量也高，綜合各種數(shù)據(jù)，將加熱溫度確定為1210～1240℃，連桿各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)要求。

熱校正

為確保鍛件厚度尺寸，根據(jù)尺寸公差要求，采用熱校正工序。平面度、直線度也得到保證，保證了連桿質(zhì)量的穩(wěn)定，為機(jī)加工做好準(zhǔn)備。

脹斷連桿分為大、小頭都是平面和小頭異型連桿兩種。對(duì)于大、小頭都是平面的連桿，熱校正模具可以不做出模腔，直接用兩個(gè)模具平面校正連桿。小頭異型的連桿為了保證它的異型對(duì)稱度（否則影響襯套在小孔內(nèi)的裝配），必須做出模腔，并且，筋部腹板高度底于連桿腹板處高度，筋頂高度是理論尺寸即可達(dá)到校正的目的。圖1所示為小頭異型連桿的熱校正工序。

表1 不同加熱溫度下的金相組織及力學(xué)性能

冷卻條件的確定

相同的條件，不同的冷卻狀態(tài)，金相組織結(jié)果差距較大。試驗(yàn)證明：冷卻速度越高晶粒越細(xì)，鐵素體沿晶界析出，導(dǎo)致鐵素體含量偏高；相反由于冷卻速度減慢，晶粒長(zhǎng)大，沿晶界析出的鐵素體總量減少，故工藝上選擇在BY風(fēng)機(jī)上進(jìn)行冷卻。根據(jù)外界溫度條件的不同，調(diào)整風(fēng)速、風(fēng)量等工藝參數(shù)，達(dá)到連桿金相組織和性能的要求。

另外，如果冷卻速度太快，會(huì)導(dǎo)致連桿內(nèi)應(yīng)力大，使得連桿在裝機(jī)后大孔變形，引起燒瓦的現(xiàn)象。為解決這一問(wèn)題，我們把冷卻到400℃～450℃的連桿鍛件，放到保溫箱內(nèi)，緩慢冷卻。

圖1 小頭異型連桿的熱校正

結(jié)束語(yǔ)

綜上，脹斷連桿的鍛造工藝參數(shù)四要素為：加熱溫度、外界的溫度、風(fēng)量、風(fēng)速。隨著脹斷材料的不斷增加及其金相組織和性能要求的不同，以上各種參數(shù)作相應(yīng)的變化。如：材料46MnVS4的BY處理就不用風(fēng)冷，采用自然冷卻即可。如果在北方的冬季，可以采用幾支連桿疊放降低冷卻的速度，來(lái)獲得最終產(chǎn)品所需的力學(xué)性能和金相組織。