專利名稱：一種裂解型連桿的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機零部件技術(shù)領(lǐng)域，特指一種裂解型連桿的制造方法，其適用于汽油機、柴油機、壓縮機等行業(yè)中的連桿制造。
背景技術(shù)：
連桿是發(fā)動機中高精度的關(guān)鍵零件，由連桿體和連桿蓋以螺栓連接而成。傳統(tǒng)連桿加工采用分體加工法，整體鍛造連桿坯件后用鋸、銑、磨等方法加工連桿體和連桿蓋的結(jié)合面，通過粗加工、半精加工連桿體和連桿蓋大、小頭孔，精加工連桿蓋的定位銷孔和連桿 體螺栓孔，裝配連桿體與連桿蓋，精加工大小頭孔，完成連桿加工。以這種方法加工而成的連桿，由于鋸切、磨削精度和螺栓孔的定位精度所限，至使相互對合連接而成的連桿有較大的裝配誤差，影響連桿承載能力與質(zhì)量穩(wěn)定性。而且加工需要較多精加工機床、工序繁多，技術(shù)要求高，廢品率高。20世紀90年代發(fā)展起來一項連桿裂解加工技術(shù)，連桿裂解技術(shù)是根據(jù)材料斷裂理論，將整體鍛造的連桿毛坯大頭孔人為加工，形成初始斷裂源，然后用特定方法控制裂痕擴展，達到連桿本體與連桿蓋分離的目的。目前，在國外已有應(yīng)用脹斷技術(shù)制造的連桿脹斷專用設(shè)備，如德國的阿爾芬公司、毛瑟公司制造的連桿脹斷專用設(shè)備，國內(nèi)幾家大的汽車制造廠家，如上海大眾、一汽大眾和上海通用公司都已在只用，加工出的產(chǎn)品在質(zhì)量上還比較好，但是該技術(shù)對連桿材料的選擇要求苛刻，設(shè)備投入昂貴，而不適用于中國中、小企業(yè)連桿生產(chǎn)的要求。申請?zhí)枮?00820040497. X，名稱為“發(fā)動機脹斷連桿坯件”的專利申請了采用粉末鍛造材料、可鍛鑄鐵、70高碳鋼或C70S6高碳鋼作連桿材料，連桿毛坯采用鍛造成型，通過在連桿大頭加工應(yīng)力槽后完成連桿裂解。此工藝對連桿的選材有嚴格的韌性指標，因此裂解用連桿材料選用受大局限，而且裂解時應(yīng)力槽深度和寬度的設(shè)置，斷裂載荷的控制等因素，至今缺少系統(tǒng)全面的理論指導(dǎo)。目前裂解連桿還存在如下問題連桿體、連桿蓋分離過程中有撕裂、掉渣、單邊裂解或裂不開、大頭孔變形及斷裂面扭曲變形等問題，這直接影響了斷裂面質(zhì)量和斷裂面的嚙合特性，進而減低了連桿承載能力、抗剪能力、裝配精度及其質(zhì)量穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于鈦合金、鋁合金、40Cr等韌性材料的裂解型連桿的制造方法。本發(fā)明能克服采用傳統(tǒng)機械鋸斷、磨削結(jié)合面的普通連桿加工方法的存在的問題工序繁多、機床設(shè)備及刀具投資大、能源消耗多、加工效率低，產(chǎn)品廢品率高等；同時，還能解決現(xiàn)有裂解技術(shù)在連桿體與連桿蓋分離過程出現(xiàn)的撕裂、掉渣、單邊裂解或裂不開、大頭孔變形及斷裂面扭曲變形等問題。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容如下連桿由連桿體和連桿蓋以螺栓連接而成。在制造連桿坯件時，連桿體和連桿蓋作一整體進行鑄造。鑄造時，在連桿型腔的位于連桿體與連桿蓋連接部位處放置適合的材料(如箔材、網(wǎng)狀材料、粉末)，使其與金屬液相互作用，冷卻后形成裂解界面。通過在大頭孔內(nèi)施加脹斷載荷，促使連桿體和連桿蓋沿預(yù)制的裂解界面斷裂剖分，兩斷裂面上形成相互嚙合的犬牙交錯結(jié)構(gòu)，保證連桿體與連桿蓋具有良好的嚙合性和重復(fù)定位性，實現(xiàn)連桿體與連桿蓋的精確合裝。連桿毛坯制造時可采用金屬模鑄造、砂型鑄造、熔模鑄造等多種工藝方法。連桿型腔的位于連桿體與連桿蓋連接部位處預(yù)置的裂解用材料可以使箔材、網(wǎng)狀材料、粉末材料，或在箔材表面涂抹微量粉末制成復(fù)合膜材，箔材厚度為0. 02、. 25mm。在所述的裂解面形成后，可再對連桿毛坯進行鍛造加工，以消除鑄造缺陷，致密組織，改善其力學(xué)性能。一種裂解型連桿的制造方法的裝置，采用組合式模具，包括上模一、下模一、上模二、下模二、分流錐、定位塊；上模一與下模一上下合模組成連桿體型腔，上模一與下模一外側(cè)分別開設(shè)定位定位槽，定位塊精確定位上模一與下模一，再將下模二與下模一合模，在連桿鑄造裝置的垂直分型面處設(shè)置相互配合的凸臺面和凹腔結(jié)構(gòu)，凸臺高度比凹腔深度小
0.02、. 25mm，并在凸臺面和凹腔配合形成的間隙內(nèi)放置用于裂解的材料，在直澆道內(nèi)安裝分流錐，上模二與上模一合模后由凸臺和凹腔形成的定位臺階精確定位。所述直澆道在分流錐位置之后分為三個分澆道，在下模一上開設(shè)分澆道一和分澆道二連通連桿體型腔，下模二上開設(shè)分澆道三連通連桿蓋型腔。澆注時，金屬液由直澆道注入，經(jīng)分流錐調(diào)節(jié)進入各分流道的流量，在滿足型腔同時注滿的前提下，保證預(yù)置的箔材兩側(cè)金屬液平衡流動，避免預(yù)置材料(如箔材、網(wǎng)狀材、粉末)在澆注過程中受金屬液大的沖擊，金屬液冷卻后在連桿大頭部預(yù)定的區(qū)域內(nèi)形成裂解界面。在鑄件型腔內(nèi)預(yù)先放置裂解用箔材，鑄造時金屬液與其作用，冷卻后在鑄件毛坯內(nèi)的預(yù)定裂解區(qū)形成裂解界面的方法，還適合于與連桿軸承孔的加工在結(jié)構(gòu)、工藝流程具有相似性的剖分類零件加工，如發(fā)動機曲軸箱軸承座的裂解加工。本發(fā)明具有如下的技術(shù)優(yōu)勢
(1)本發(fā)明突破了裂解技術(shù)對連桿選料的局限，可把如鋁合金、鈦合金、40Cr等材料用于裂解型連桿的制造；
(2)通過在連桿大頭預(yù)制裂解界面，在室溫下實現(xiàn)連桿體與連桿蓋的裂解剖分，能有效的改善連桿裂解過程中存在的撕裂、裂不開、掉渣、斷裂面變形等問題。(3)與傳統(tǒng)機械鋸切、磨削結(jié)合面的普通連桿制造方法相比，本發(fā)明簡化了連桿的加工工序，減少了精加工設(shè)備及刀具投資，節(jié)省能源，產(chǎn)品合格率高。(4)這種方法制造的的連桿體、蓋復(fù)位精度高，其復(fù)位精度與斷裂前一致，且反復(fù)拆、裝的情況下不會因螺栓的磨損而使復(fù)位精度變差。


圖I為連桿舉例示意圖。 圖2為連桿金屬型鑄模裝配體主視圖。圖3為圖2的A-A剖面。
圖4為圖2的F-F剖面。圖5為圖2中C處局部放大圖，顯示定位臺階。附圖中1.連桿小頭 2.連桿體3.裂解面4.連桿蓋5.螺栓6.上模一7.下模一 8.上模二 9.下模二 10.分流錐11.定位塊 12、分流道一 13、分流道二 14.分流道三15.排氣塞16.直澆道17.箔材定位臺階18.箔膜19.垂直分型面20.水平分型面21脫模螺桿。具體實施方法
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明專利的具體實施方式
作進一步詳細說明。實施例
圖I是本實施例連桿的示意圖。該連桿包括連桿體2、連桿蓋4，兩者由裂解面3上的犬牙交錯結(jié)構(gòu)精確嚙合，再通過螺栓5鎖緊。實施例連桿選用鍛鋁合金LD10，其熔點650攝氏度。鍛鋁合金屬于鋁-鎂系高強度基體鋁合金，具有強度和剛度高、易于切削和塑性加工，可進行熱處理強化，固溶處理加人工時效后強度高，做連桿材料能大大減輕產(chǎn)品重量和增加連桿承載穩(wěn)定性。裂解用材料選用AZ31箔材，箔材厚度為0. 15mm，AZ30的組成成分為w (Al) =2. 5% ^3.5%, w (Zn)=0. 6°ri.4%,w (Si)=O. l%,w(Cu) =0. 05%,Mg :余量，Ni、Fe 微量。該合金熔點為 650 攝氏度，具有良好的強度與延展性，易于進行塑性加工。連桿采用金屬模重力鑄造，裝置采用組合式金屬模具，模具裝配體示意圖如圖2所不，包括上模一 6、下模一 7、上模二 8、下模二 9、定位塊11、分流錐10、排氣塞15、頂桿21等，上模一 6與下模一 7上下合模組成連桿體型腔,上模一 6與下模一 7外側(cè)分別開設(shè)定位定位槽，定位塊11精確定位上模一 6與下模一 7，模具設(shè)有兩個相互垂直的分型面，水平分型面20保證鑄件順利脫模，垂直的分型面19內(nèi)設(shè)置有間隙夾膜結(jié)構(gòu)，用于箔材的放置與固定，即在上模一 6和下模一 7的型腔端面內(nèi)設(shè)置高度為Imm的矩形凸臺，上模二 8和下模二9的型腔端面對應(yīng)位置設(shè)置矩形凹腔，其深度為I. 15mm，模具裝配中凸臺和凹腔相互配合，兩者的間隙供箔膜18的放置，利用合模鎖緊力夾緊箔膜18，且定位臺階17 (圖5)的配合能保證上模一 6與上模二 8、下模一 7與下模二 9裝配的精確定位。澆注系統(tǒng)設(shè)計中，直澆道16在分流錐10位置之后分為三個分澆道，在下模一 7上開設(shè)分澆道一 12和分澆道二 13連通連桿體型腔，下模二 9上開設(shè)分澆道三14連通連桿蓋型腔。金屬型重力鑄造，澆注連桿時的鋁合金澆注溫度680 750°C ;鋁水至澆注轉(zhuǎn)移時間控制在IOs以內(nèi)；充型速度0. I 0. 13m/s ;充型時間5 8s ;模具工作溫度180 250°C;留模時間IOs ;涂料采用水基乳化涂料。連桿鑄造模具(圖2)的安裝次序是先將上模一 6與下模一 7合模組成連桿體型腔，由定位塊11保證精確定位，再將下模二 9與下模一 7合模，并在凸臺面和凹腔配合形成的間隙內(nèi)放置用于裂解的AZ31箔材，在直澆道16內(nèi)安裝分流錐10，接著將上模二 8與上模一 6合模，由定位臺階17保證精確定位,最后安裝排氣塞15、頂桿21等組件,并對各零件位置狀況、配合面的密合狀況進行研合調(diào)整。澆注時，金屬液由直澆道16注入，充型注滿，待金屬冷卻后，拆卸模具上的鎖緊螺釘，拆除上模一 6、上模二 8，由脫模螺桿21頂出連桿鑄件。鑄件清理及熱處理后，裂解連桿。在連桿大頭部位靠近界面3的內(nèi)孔邊緣處開初始槽，采用裂解設(shè)備定位并固定連桿，在室溫條件下通過在大頭孔內(nèi)施加脹斷載荷，裂紋從初始槽萌生，沿預(yù)置的裂解面向外定向擴展，實 現(xiàn)下連桿體部2與蓋體部4的無屑剖分，且兩斷裂平面基本平整，表面有犬牙交錯結(jié)構(gòu)，利用其斷口特性，使得分離后的連桿體、蓋能精確合裝，無需機加工對合表面。
權(quán)利要求
1.一種裂解型連桿的制造方法，其特征在于鑄造時在連桿型腔的位于連桿體與連桿蓋連接部位處放置箔材、網(wǎng)狀材料或粉末材料，使其與澆注的金屬熔液相互作用，冷卻后形成裂解界面；連桿裂解時在連桿的大頭孔內(nèi)施加脹斷載荷，使連桿體(2)和連桿蓋(4)沿預(yù)制的裂解界面斷裂剖分，利用兩斷裂面上形成的相互嚙合的犬牙交錯結(jié)構(gòu)，合裝連桿體與連桿蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種裂解型連桿的制造方法，其特征在于鑄造時采用金屬模鑄造、砂型鑄造、熔模鑄造。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連桿制造方法，其特征在于在形成所述裂解界面后，再對連桿毛坯進行鍛造加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種裂解型連桿的制造方法，其特征在于在所述箔材表面涂抹微量粉末制成復(fù)合膜材，箔材厚度為0. 02、. 25mm。
5.實施權(quán)利要求I所述的連桿制造方法的裝置，其特征在于采用組合式模具，包括上模一(6 )、下模一(7 )、上模二( 8 )、下模二(9 )、分流錐(10 )、定位塊(11);上模一(6 )與下模一(7)上下合模組成連桿體型腔，上模一(6)與下模一(7)外側(cè)分別開設(shè)定位定位槽，定位塊(11)精確定位上模一(6)與下模一(7),再將下模二(9)與下模一(7)合模,在連桿鑄造裝置的垂直分型面(19)處設(shè)置相互配合的凸臺面和凹腔結(jié)構(gòu)，凸臺高度比凹腔深度小0.02、. 25mm，并在凸臺面和凹腔配合形成的間隙內(nèi)放置用于裂解的材料，在直澆道(16)內(nèi)安裝分流錐(10)，上模二(8)與上模一(6)合模后由凸臺和凹腔形成的定位臺階(17)精確定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種裂解型連桿制造方法的裝置，其特征在于所述直澆道(16)在分流錐(10)位置之后分為三個分澆道，在下模一(7)上開設(shè)分澆道一(12)和分澆道二( 13)連通連桿體型腔，下模二(9)上開設(shè)分澆道三(14)連通連桿蓋型腔。
全文摘要
本發(fā)明涉及連桿制造領(lǐng)域，特指一種裂解型連桿的制造方法。連桿采用鑄造或鑄鍛聯(lián)合工藝生產(chǎn)，鑄造時，在連桿型腔的大頭部的界面(3)處放置適合的材料，使其與金屬液相互作用，冷卻后形成裂解界面。通過在連桿大頭孔內(nèi)施加脹斷載荷，促使連桿體(2)和連桿蓋(4)沿預(yù)制的裂解界面斷裂剖分，斷裂面上形成的相互嚙合的犬牙交錯結(jié)構(gòu)，使得連桿體與連桿蓋具有良好的嚙合性和重復(fù)定位特性，實現(xiàn)兩者精確合裝。這種連桿制造方法能突破裂解技術(shù)對連桿材料的局限，把裂解技術(shù)應(yīng)用于如鋁合金、鈦合金、40Cr鋼等材料的連桿制造；能有效的改善實際裂解工藝中存在的連桿大頭撕裂、裂不開、掉渣、斷裂面變形等問題。
文檔編號B22D19/04GK102626770SQ20121011118
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者何藝, 姜銀方, 袁軍, 郭鎮(zhèn)寧, 黃利偉, 黃宇, 龍昆 申請人:江蘇大學(xué)