连杆是汽车发动机的核心零件之一,其失效形式是疲劳断裂和过量变形,通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能,又要求具有足够的刚性和韧性。锻造连杆的材料主要是非调质钢,对应力集中很敏感,因此,在连杆外形、过渡圆角等方面要求严格。连杆锻件生产中,常见的问题有脱碳、折纹、错差、切边拉痕、胀断掉渣等。本文主要针对锻造连杆的常见问题及解决方法进行阐述,希望对大家有借鉴作用。
锻造连杆常见问题
锻件脱碳
⑴发生问题。连杆一般要求脱碳≤0.3mm(部分环球官方网站要求脱碳≤0.2mm),不允许全脱碳。非调质钢连杆在生产过程中,易产生脱碳现象,超出标准脱碳层的连杆,使用寿命将受到影响。脱碳形成的主要原因是:坯料温度过高、加热时间过长、高温料箱内堆积或炉内长时间保温、多次加热,以及电加热炉急剧升温等。连杆脱碳较严重的情况如图1所示。
⑵解决方案。1)加强生产过程质量控制,避免出现料温过高、多次加热、闷料等情况;2)改进加热炉,一方面缩短加热时间,另一方面避免加热中的坯料在炉子衔接部位暴露在空气中,如图2(a)所示;3)增设了高温棒料冷却输送带,避免高温棒料堆积,如图3所示。改进后的脱碳效果如图4所示。
锻件折纹
⑴发生问题。连杆大部分表面都是非加工面,且表面质量要求很高,一旦出现折纹只能报废,导致连杆废品率高达7%左右,造成极大的浪费,折纹实物如图5所示。
⑵解决方案。此类型的折纹,主要原因是辊锻环球(中国)设计缺陷及使用维护不当,导致坯料的端头或辊坯缺陷造成的。措施:1)辊锻环球(中国)型槽尾部开通,便于调整辊坯长度,确保辊坯长度方向完全覆盖环球(中国)型槽,如图6所示;2)辊锻环球(中国)型槽优化,确保辊坯坯料分配与锻模型槽相应部位对应,如图7所示;3)增加辊锻机夹钳喷水除氧化皮工序,避免氧化皮堆积后夹伤坯料,如图8所示;4)制订辊锻环球(中国)使用、维护及更换规则,避免环球(中国)上的砂眼、疲劳纹等在辊坯上形成缺陷;5)优化连杆辊坯压扁厚度尺寸,使辊坯缺陷排到飞边上,避免打入锻件形成折纹。
锻件错差
⑴发生问题。连杆错差要求较高,错差≤0.5 mm,部分连杆要求错差≤0.3mm,锻件错差将导致环球官方网站加工后出现壁厚超差、孔边缘倒角不均匀、孔内黑皮等现象,环球官方网站错差现象如图9所示。
⑵解决方案。针对连杆形状、错差类型等问题,采用措施:1)优化锻模锁扣结构;2)锻模局部补偿设计等;3)改进顶出结构。
如图10所示,连杆属于长轴类环球官方网站,如果环球(中国)有足够的空间,由两个侧锁扣更改为四角角锁扣,能有效改善锻件扭转错差。
如图11所示,小头是楔形类的连杆,切边冲孔极易变形,导致分模面上下形状不对称,划线表现为锻件错差,通过环球(中国)对应部位的补偿设计,弥补了切边冲孔变形量,确保错差量在公差范围内。
如图12所示,因连杆大小头顶出不同步,产生的变形量大小不一,变形量大的肉眼即可发现,变形量小的只能通过错差检测表现出来。通过顶大小头连皮使锻件出模的方法,能有效避免此类问题。
锻件切边拉痕
⑴发生问题。连杆表面质量要求十分严格,切边部位出现的拉痕,不但影响表面质量,有的探伤时还挂磁,为了控制此缺陷,生产中不得不频繁停设备拆装切边模、打磨修理凹模刃口,既影响生产效率,又降低了环球(中国)使用寿命,已经生产出的锻件,拉痕浅的需要打磨修复,拉痕深的只能报废,导致连杆生产成本极高。切边拉痕如图13所示。