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一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法與流程

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一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法與流程

本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)連桿領(lǐng)域,具體涉及一種適用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件毛坯的鑄鍛復(fù)合成形工藝。



背景技術(shù):

連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵零件,在高頻載荷下工作,對(duì)強(qiáng)度有較高的要求。其加工技術(shù)水平直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的制造水平與產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿的成形工藝主要有擠壓鑄造、楔橫軋、輥鍛、模鍛、粉末冶金鍛造等。目前,連桿成形主要采用楔橫軋或輥鍛制坯+模鍛精成形的生產(chǎn)工藝。楔橫軋和輥鍛等對(duì)模具的使用壽命和設(shè)備噸位要求較高,采用鑄造生產(chǎn)的連桿有縮松縮孔等鑄造缺陷。

近些年非調(diào)質(zhì)鋼廣泛應(yīng)用于連桿的生產(chǎn),這種鋼是在低合金鋼或中碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上中加入微量元素釩、鈦、鈮等,通過(guò)控制加熱溫度、加熱速度、冷卻速度等方式,使材料在鍛后或扎后就獲得較好的綜合力學(xué)性能和均勻的微觀組織,不必再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的一些缺點(diǎn),提出了一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯成形的鑄鍛復(fù)合工藝,即首先鑄造成形出連桿的鑄件坯,然后進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行鍛造成形,消除鑄造疏松、氣孔等缺陷并細(xì)化晶粒,獲得滿足表面精度和尺寸要求、性能良好的連桿毛坯。發(fā)動(dòng)機(jī)連桿成形的鑄、鍛復(fù)合成形,,不只是簡(jiǎn)單意義上的二者疊加,而是將相互之間的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)互補(bǔ),從而改善產(chǎn)品的性能,提高了連桿的使用壽命,降低生產(chǎn)成本。

為解決上述技術(shù)存在的缺點(diǎn),本發(fā)明采用如下具體方案實(shí)現(xiàn)的,結(jié)合附圖說(shuō)明如下:

一種非調(diào)質(zhì)鋼汽車(chē)連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法,包括如下步驟:

a)熔煉非調(diào)質(zhì)鋼;

b)澆注成形連桿鑄件坯:將熔煉好的非調(diào)質(zhì)鋼金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)注入鑄造模具中,充型凝固,鑄出鑄件坯;

c)將鑄件坯冷卻落砂:空冷至常溫后落砂;

d)表面清理:清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂;

e)將鑄件坯加熱;

f)模鍛成形:將加熱后的鑄件坯放入鍛造模具中最終成形;

g)將鍛件坯切邊;

h)將鍛件坯調(diào)控冷卻。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄造模具,由上模、下模、澆注系統(tǒng)和冒口組成,一模四件,分型面設(shè)置在連桿鑄件坯水平橫置一半的平面上,為保證金屬液在充型時(shí)流動(dòng)平穩(wěn),鑄件坯水平放置,采用中心頂澆鑄,鑄件坯型腔均勻分布在澆注系統(tǒng)的四周,金屬液從澆口杯直接進(jìn)入直澆道,在直澆道末端設(shè)置直澆道窩,充分緩沖金屬液的流動(dòng)速度,內(nèi)澆道水平切入鑄件坯的大頭,冒口分布在內(nèi)澆道切入處用于補(bǔ)縮。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄件坯的尺寸,是根據(jù)非調(diào)質(zhì)鋼鑄件坯鍛造時(shí)的鍛造比,材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補(bǔ)正量和后續(xù)鍛造工藝等因素得到鑄件坯的尺寸;所述鍛造比,主要是指能夠有效消除鑄坯中的縮松、縮孔和氣孔缺陷,細(xì)化晶粒,并且成形出合格連桿鍛件坯所需的最小鍛造比。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄件坯是采用普通砂型鑄造方法鑄造,鑄坯時(shí)采用一模多件;鑄件坯鑄造過(guò)程中直接鑄造成形出連桿大小端孔。

技術(shù)方案步驟e)中所述加熱是指:使用中頻爐緩慢加熱鑄件坯到1150~1250℃。

技術(shù)方案步驟f)中所述鍛造模具采用閉式熱模鍛,由終鍛模膛一次成形;分模面選在具有最大水平投影尺寸的位置上,為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過(guò)程中的錯(cuò)移,分模位置選在鍛件坯側(cè)面的中部;終鍛后由沖連皮工序清除兩端孔內(nèi)生產(chǎn)的連皮。

技術(shù)方案步驟f)中所述模鍛成形,模鍛的加熱溫度控制在900-1100℃之間。

技術(shù)方案步驟f)中所述的鑄件坯放入鍛造模具中進(jìn)行鍛造,鍛造工藝采用閉式熱模鍛,包括終鍛和沖連皮兩步工序;

技術(shù)方案步驟h)中所述冷卻是指:所述的非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件坯控制冷卻在通過(guò)式的輥鏈爐中進(jìn)行,通過(guò)式的輥鏈爐分三區(qū)控溫,一、二具有加熱與冷卻功能,三區(qū)只有冷卻,連桿鍛件坯通過(guò)后可通過(guò)控制各區(qū)的溫度,實(shí)現(xiàn)冷卻速度的控制;鍛件坯入爐溫度、出爐溫度和連桿在爐中的運(yùn)行時(shí)間由非調(diào)質(zhì)鋼材料的冷卻工藝合理選擇,出爐后空冷。

所述非調(diào)質(zhì)鋼汽車(chē)連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法還包括如下步驟:

1)噴丸處理;

2)檢測(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:

1)本發(fā)明所研究的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿不僅幾何形狀復(fù)雜而且對(duì)使用性能也有嚴(yán)格的要求。鑄鍛復(fù)合成形工藝集合了鑄造工藝和鍛造工藝的優(yōu)點(diǎn),非常適合加工對(duì)性能和精度要求都很高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

2)本發(fā)明采用的鑄鍛成形復(fù)合工藝,能一次性獲得近終產(chǎn)品的連桿,可有效降低能耗,提高生產(chǎn)效率。

3)本發(fā)明先鑄后鍛得到連桿部位,由于是模鍛成形,因此金屬流線更合理,大大提高零件使用壽命。

4)本發(fā)明使用鑄造工藝代替預(yù)鍛步驟鑄造出連桿的毛坯;再通過(guò)閉式熱模鍛實(shí)現(xiàn)金屬組織由鑄態(tài)向鍛態(tài)的轉(zhuǎn)變,細(xì)化晶粒并改善連桿的局部鑄造缺陷。

5)本發(fā)明采用非調(diào)質(zhì)鋼,省去了后續(xù)的調(diào)質(zhì)處理,因此具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明:

圖1是本發(fā)明所述非調(diào)質(zhì)鋼汽車(chē)連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法工藝流程圖;

圖2a是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿鍛件坯剖視圖;

圖2b是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿鍛件坯正視圖;

圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿鑄件坯圖;

圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿鑄件坯澆注示意圖;

圖5a是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿毛坯的熱模鍛模具圖;

圖5b是發(fā)動(dòng)機(jī)連桿毛坯的模具型腔圖。

圖中:1表示分模面;2表示分型面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述:

一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法,所述復(fù)合工藝是指先鑄造出連桿的鑄件坯,然后再通過(guò)鍛造工藝消除鑄造疏松、氣孔等缺陷并細(xì)化晶粒,并達(dá)到表面精度和尺寸要求,從而復(fù)合成形出連桿的毛坯,包括如下步驟:

1)確定鑄件坯尺寸

根據(jù)連桿的鍛件件圖,結(jié)合鑄造工藝特點(diǎn)、鑄坯鍛造的最佳鍛造比、以及模鍛成形工藝要求,確定鑄件坯的尺寸,即鑄件坯圖。

2)確定鑄造工藝,設(shè)計(jì)鑄造模具

根據(jù)已確定的連桿鑄件坯圖,確定鑄造工藝,設(shè)計(jì)鑄造模具。

3)確定鍛造工藝,設(shè)計(jì)鍛造模具

根據(jù)連桿鍛件圖,結(jié)合鑄件坯尺寸,確定連桿鍛造工藝,設(shè)計(jì)鍛造模具。

4)非調(diào)質(zhì)鋼連桿的鑄鍛成形復(fù)合工藝流程如下:

a)熔煉:熔煉非調(diào)質(zhì)鋼,提高氮的含量,有利于鋼的強(qiáng)度;

b)澆注成形出連桿鑄件坯:將熔煉好的金屬液通過(guò)澆注系統(tǒng)注入鑄造模具中,充型凝固,鑄出鑄件坯;

c)冷卻落砂:空冷至常溫后落砂;

d)表面清理:清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂等;

e)加熱:使用中頻爐緩慢加熱鑄坯到1150~1250℃左右;

f)模鍛成形:將加熱后的鑄件坯放入鍛造模具中最終成形,模鍛溫度控制在900-1100℃;

g)切邊:切除多余飛邊;

h)調(diào)控冷卻:鍛后冷卻在通過(guò)式的輥鏈爐中進(jìn)行,入爐溫度不低于800℃。

確定鑄件坯尺寸:

首先須確定最佳鍛造比,所述最佳鍛造比是指能夠有效消除鑄坯中的縮松、縮孔和氣孔等缺陷,細(xì)化晶粒,并且成形出合格連桿鍛件所需的最小鍛造比,最佳鍛造比可通過(guò)實(shí)驗(yàn)或有限元分析確定;然后根據(jù)連桿鍛件圖,也就是冷鍛件圖,要對(duì)冷鍛件圖進(jìn)行熱縮放,由材料收縮率和尺寸公差確定熱鍛件圖;最后根據(jù)連桿大小兩端的外部尺寸和大小孔徑、桿部的橫斷面尺寸和長(zhǎng)度、材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補(bǔ)正量等因素,由熱鍛件圖確定其鑄件圖。

確定鑄造工藝,設(shè)計(jì)鑄造模具:

所述連桿鑄造工藝確定主要包括:鑄坯采用普通砂型鑄造方法,轉(zhuǎn)包澆注,鑄件坯的成形可一模四件;連桿鑄件坯為對(duì)稱(chēng)鑄件,分型面設(shè)置在連桿鑄件坯水平橫置一半的平面上,鑄造模具由上模、下模、澆注系統(tǒng)和冒口組成,一模四件,為保證金屬液在充型時(shí)流動(dòng)平穩(wěn),鑄件坯水平放置,采用中心頂澆鑄,鑄坯型腔均勻分布在澆注系統(tǒng)的四周,金屬液從澆口杯直接進(jìn)入直澆道,在直澆道末端設(shè)置直澆道窩,充分緩沖金屬液的流動(dòng)速度,內(nèi)澆道水平切入鑄件坯的大頭,考慮到補(bǔ)縮距離和熱節(jié)處位置,冒口分布在內(nèi)澆道切入處用于補(bǔ)縮。

確定鍛造工藝,設(shè)計(jì)鍛造模具:

所述連桿鑄件坯的鍛造工藝的確定包括:采用閉式熱模鍛,由終鍛模膛一次成形;分模面選在具有最大水平投影尺寸的位置上,為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過(guò)程中的錯(cuò)移,分模位置選在鍛件側(cè)面的中部;確定鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)、材質(zhì)系數(shù)、鍛件收縮率、始鍛溫度和終鍛溫度等;終鍛后由沖連皮工序清除兩端孔內(nèi)生產(chǎn)的連皮。

所述的非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件坯控制冷卻在通過(guò)式的輥鏈爐中進(jìn)行,通過(guò)式的輥鏈爐分三區(qū)控溫,一、二具有加熱與冷卻功能,三區(qū)只有冷卻,連桿鍛件坯通過(guò)后可通過(guò)控制各區(qū)的溫度,實(shí)現(xiàn)冷卻速度的控制;鍛件坯入爐溫度、出爐溫度和連桿在爐中的運(yùn)行時(shí)間可由非調(diào)質(zhì)鋼材料的冷卻工藝合理選擇,出爐后空冷。

發(fā)動(dòng)機(jī)連桿毛坯的鑄鍛復(fù)合工藝流程還包括如下步驟:

6)噴丸處理:使連桿表面發(fā)生塑性變形,形成一層強(qiáng)化層,提高疲勞強(qiáng)度;

7)檢測(cè):檢測(cè)連桿的尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是否達(dá)到要求。

附圖2為某汽車(chē)廠生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿毛坯鍛件圖,鍛件材料為c70s6,應(yīng)用本發(fā)明成形工藝流程如下:

1)確定鑄坯件尺寸:根據(jù)連桿鍛件圖,結(jié)合鑄造工藝特點(diǎn)、鍛造比和鍛造工藝要求,確定鑄件坯的尺寸,即鑄件坯圖;

2)確定鑄造工藝,設(shè)計(jì)鑄造模具:根據(jù)已確定的連桿鑄件坯圖,確定鑄造工藝,設(shè)計(jì)鑄造模具;

3)根據(jù)連桿鍛件圖,結(jié)合鑄件坯圖和連桿鍛造工藝要求,設(shè)計(jì)鍛造模具;

4)冶煉澆注:采用砂型鑄造工藝,每個(gè)鍛件質(zhì)量約為0.8kg,鍛件長(zhǎng)度約為186.25mm,大頭寬度74.5mm,小頭圓直徑34.5mm,厚度24.6mm;桿部寬度23mm,厚度14mm,凹槽深度5mm;

5)冷卻落砂:在空氣中冷卻到常溫后落砂;

6)表面清理:清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂等;

7)加熱:采用中頻感應(yīng)加熱爐將鑄件坯加熱至鍛造工藝所需的溫度1150~1250℃;

8)閉式熱模鍛成形:將加熱后具體一定溫度的毛坯放入閉式模鍛模具內(nèi)進(jìn)行模鍛成形,模鍛溫度控制在900~1100℃,最終模擬分析得到最佳壓扁量3mm;

9)切邊:切除多余的飛邊;

10)調(diào)控冷卻:在通過(guò)式的輥鏈爐中進(jìn)行,入爐溫度不低于800℃,設(shè)備三區(qū)控溫,一、二具有加熱與冷卻功能,三區(qū)只有冷卻,溫度控制在250~500攝氏度,連桿在爐中的運(yùn)行時(shí)間為12~15min,出爐后空冷;

11)噴丸:采用噴丸去除氧化皮,使連桿表面發(fā)生塑性變形,形成一層強(qiáng)化層,提高疲勞強(qiáng)度;

12)檢測(cè):檢測(cè)連桿的尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是否達(dá)到要求。

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