连杆模具的生产技术和研究

 　　以某型轿车发动机连杆为例，其技术要求为：（1）调质处理，HB220￣270。（2）未注拔模斜度3°～5°，未注圆角R2～R5；（3）纵剖面金属组织纤维的方向应沿中心线并与连杆外形相符，不得有紊乱和间断，不允许有气孔、裂纹、折叠、气泡、分层、夹杂及其它非金属夹杂物等缺陷。（4）不加工表面应光洁，不允许有裂纹、折叠、结疤、氧化皮及金属未充满等缺陷。5）分模面残留飞边≤0.8mm，允许总数≤3、宽度≤5mm、深度≤1mm的凹坑或磨修缺陷的痕迹，但位置不得在同一处横截面上。（6）连杆应经探伤。（7）锻件的缺陷不允许用焊接的方法修补。（8）每批锻件的重量差≤3％。

　　轿车发动机连杆的材质主要有：

　　（1）调质钢，如42CrMo、35CrMo、45等；

　　（2）非调质钢，如C70S6（一种裂解材料）等，表面在后道工序中不再加工，因此表面质量要求高，而且这种要求有进一步提高的趋势。另外，为了使发动机运转平稳以降低发动机的能耗和噪音，连杆的重量公差要求很高，一般要小于5％，这种要求同样有进一步提高的趋势。这些要求对模锻工艺来说都是很高的，对生产厂家的生产工艺是一个挑战，不能采用一般模锻的常规工艺生产，否则会出现大量的不合格品。

　　轿车发动机连杆的模锻工艺及模具加热设备有：中频感应加热炉、油炉。模锻设备有：热模锻压力机、摩擦压力机、高能螺旋压力机、电液模锻锤。

　　模具一般采用镶块式并为一模两腔，即一副模具上有始锻和终锻两副型腔，一般采用开式带飞边槽形式，导向装置为锁扣或导柱导套型式，模具材料为H13类模具钢，采用常规热处理，硬度为HRC40～47，模具寿命约3000件。

　　以上为目前一般厂家普遍采用的工艺及模具型式，生产技术较为成熟、稳定，但连杆锻件质量一般，有必要加以改进。

　　提高原材料的技术要求生产中发现有些原材料生产厂家并不十分了解轿车发动机连杆对材料的要求，把它当作一般热加工用钢看待，造成原材料棒料存在许多问题，导致批量性废品产生。

　　因此建议在原材料标准中增加原材料夹杂物等级要求，夹杂物等级不得高于2级，以有效改善表面及内部质量。

　　轿车发动机连杆一般截面面积变化不大，完全可以采用楔横轧制坯，而采用辊锻制坯会增加制坯时间并需要增加机械手和辊锻机，使操作变得复杂，降低了生产效率，提高了废品率。轿车发动机连杆锻件制坯采用的是外回转楔形横轧，这种横轧工艺的原理就是把加热坯料置于两个同向旋转的轧辊中，使毛坯回转并沿着模具的型面作相应的减径和延伸。楔横轧制坯具有效率高、节省原材料以及设备制造方便等优点。同时，由于轧件内部的流线与零件的轮廓一致，从而提高了产品的机械性能。目前楔横轧制坯技术已是成熟的技术，国内如北京机电研究所等单位可以提供从工艺分析、设备到模具的设计制造一整套的技术服务，满足锻造厂家的要求。

　　可用于轿车发动机连杆的模锻设备很多，如何选用取决于设备的性价比及投资额度，热模锻压力机一般选用进口的较多，价格昂贵，但其运动工作原理为曲柄连杆滑块结构原理，有固定的下止点位置，模锻成形时，上模下降的高度是固定的，因此锻件高度公差小，使锻件重量公差小，产品质量好。如投资量大可选用。

　　摩擦压力机基本选用国产的，价格低，其运动原理为飞轮的旋转运动通过螺母转换为螺杆的螺旋上下运动，上模下降的高度不固定且打击能量不准确及导向性能不好，造成锻件高度公差大、错移，使锻件重量公差大，产品质量差，因此，不应再选用。

　　高能螺旋压力机运动原理与摩擦压力机相类似，价格略高，但操控系统更为精良，打击能量控制准确、导向机构精度好、设备刚性大，以往基本采用进口设备，现在已有国产设备供选用，据用户反映，完全能满足产量及质量要求。高能螺旋压力机应该说是一种性价比高的轿车发动机连杆模锻设备，电液模锻锤的工作原理与液压机原理一样，均为帕斯卡原理，该类设备目前以进口的性能较为完善，其打击能量可准确调整，保证了锻件高度的尺寸精度。设备的刚度大、导向精度高可以保证锻件水平尺寸精度。电液锤的打击速度快，使模具受热时间短，模具温升小，提高了模具的使用寿命。电液模锻锤属锤类设备，操作环境较差，并有一定的振动。该设备主要为进口设备，价格昂贵，一条生产线动辄上千万元。设备为复杂的机电（）液一体化结构，维修有一定难度。

　　目前模具存在的主要问题是模具寿命低，我们认为问题不在于模具的设计而在于模具的加工制造。受普通数控加工中心加工精度的限制，模具的尺寸精度仍然偏低。常规热处理使模具表面脱碳并易于受热后硬度降低，导致模具的早期开裂于变形。这些都会使模具的使用寿命降低。基于轿车发动机连杆锻件要求高的特点，应使用高速数控加工中心对模具进行机加工，目前进口的高速加工中心主轴转速可达数万转，加工精度0.002mm，表面粗糙度Ra0.8，完全满足了模具机械加工的精度要求。模具的热处理应使用光亮淬火技术防止模具型腔表面脱碳。渗氮热处理可以强化材料的表面机械性能，从而有效提高产品的使用寿命，但以往认为渗氮温度高达600℃会使淬火后的模具硬度降低太多而达不到HRC40的要求，所以渗氮不适用于热锻模。现在有一种在H13材料基础上研究出的新材料已出现，它具有高回火稳定性，回火温度高达650℃时硬度还能保证在HRC40以上。目前该材料已进入工厂正常生产使用，使用该材料的模具常规热处理后渗氮，然后安装在高能螺旋压力机上进行轿车发动机连杆锻造，模具寿命已达10000件，3倍于普通模具的寿命，极大降低了生产成本。

　　笔者提出以下建议：（1）采用楔横轧制坯以稳定锻件质量和提高生产率。（2）在投资额不大的情况下，选择国产高能螺旋压力机为主要模锻设备，以取得佳的投资效益。（3）模具的制造采用高速数控加工中心加工，并选用合适的模具材料进行氮化处理，以提高模具的尺寸精度和使用寿命。
来源：中国模具网

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