CN101307796A - 高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺，涉及一种发动机部件加工工艺的改进，其工艺是：a.将连杆放入液氮中深冷5分钟以上，到热交换结束基本上已深冷至试件芯部，测量裂解后试件段裂处温度与其表面温度一样；b.深冷温度持续低于－156℃；c.将胀套内置于连杆大孔内并把连杆固定在压力机操作台上，用胀头冲压胀套，以使连杆胀断。其有益效果是：利用深冷技术，可以改变大功率发动机连杆的延展性，同时保证深冷前后的机械性能不发生本质的变换。这项技术在我国大功率发动机制造领域推广使用，可将连杆生产工艺的关键工序中的7－10道工序合为一至二道工序，减少多台大型精密拉削和成形磨削等精密设备。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种发动机部件加工工艺的改进。
背景技术
连杆是将活塞的直线运动动能传递给曲轴的部件。连杆的制造精度和质量对发动机的影响很大。连杆裂解工艺是连杆加工领域中的一项新型技术，作为一种先进的制造技术，目前，在汽车行业中已广泛使用并逐步取代了传统加工工艺，成为连杆加工业的一大趋势。而在大功率发动机连杆加工中还没有使用这项技术。
传统工艺加工的连杆，如下图1、2所示，须将连杆大头孔切割开，分成两份连杆盖与连杆体。分离面需7至10道加工工序加工，分离面加工完成后，连杆盖与连杆体合上加工内孔，连杆盖与连杆体合的定位始终存在一定的误差，连杆盖与连杆体装配后残余应力留在连杆总成中。连杆加工完毕后，送到装配线与曲轴装配时要拆开连杆盖，此时残余应力释放出来，就会产生连杆大头孔变形现象，装机后就会影响发动机的性能。
但是，能否在连杆加工中使用脆性胀断技术先决条件是：连杆的材料性质。中小功率(车用)发动机的连杆一般采用粉末金属锻造和70号钢锻造。这种材料经热处理后的脆性比较强，在相应的拉伸力、拉伸速度作用下即可使连杆达到脆性断裂。大头孔分离面变形微小，连杆盖与连杆体“凹凸面”合上后，有的连杆肉眼看不到裂痕。
由于连杆在发动机工作中，主要承受压力载荷，所以大功率发动机连杆不采用上述材料制造，而采用综合机械性能高的合金钢材料，这种材料的抗拉强度达110Kg/mm2，屈服点达到95Kg/mm2。从这两种数据看出，该材料的屈服点和断裂点的强度比较接近，有利于实现脆性断裂。但材料在拉伸时的断面收缩率可以达到45％，这一机械性能不利于连杆的脆性胀断。
发明内容
本发明的目的是：
提供一种高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺，它可解决生产大功率发动机连杆不能采用胀断工艺的问题。
本发明的工艺是：
1、将连杆放入液氮中深冷5分钟以上，到热交换结束基本上已深冷至试件芯部，测量裂解后试件段裂处温度与其表面温度一样。
2、深冷温度持续低于-156℃。
3、把连杆固定在压力机操作台上并将胀套内置于连杆大孔内，用胀头冲压胀套，以使连杆胀断。
本发明的有益效果是：
利用深冷技术，可以改变大功率发动机连杆的延展性，使连杆的进入脆性状态，实现连杆的脆性断裂。同时保证深冷前后的机械性能不发生本质的变换，这一关键技术的突破，为连杆生产的工程化应用提供了可靠的技术保障。
大功率发动机连杆的脆性胀断工艺是一项先进的加工技术，目前还没有有关资料显示有哪个国家在大功率发动机连杆制造领域采用这项技术。经过大量的实验，目前已经掌握了这项技术的处理时间、温度、胀断力和胀断速度等关键技术参数，断裂面达到精密定位要求，重复定位精度达到了0.005mm。这项技术在我国大功率发动机制造领域推广使用，可以将连杆生产工艺的关键工序——连杆盖与连杆体接合定位面加工中的7-10道工序合为一至二道工序，减少多台大型精密拉削和成形磨削等精密设备，使连杆单件生产时间至少减少2小时。
这项技术在我国推广使用，不但可以提高民用大功率发动机的使用性能，而且对提高我国军用大功率发动机的制造水平有着非常重要的意义。
附图说明
图1是连杆主视图；
图2是传统工艺加工的局部连杆结构图；
图3是本发明的连杆脆性胀断示意图；
图4是本发明的连杆大头孔分离示意图；
图5是本发明连杆脆性胀断后分离面合上示意图；
图6是本发明连杆脆性胀断过程主剖视图；
图7是本发明连杆脆性胀断过程俯视图；
具体实施方式
实施例1：
如图6、7所示，其中，1是连杆、2是胀头、3是胀套、4是背压弹簧。
1、连杆胀断——脆性变形
连杆胀断加工技术，是基于连杆材料本身能够实现脆性变形这一基础上的，而大功率发动机连杆的材料高强度合金钢采用常规手段不能实现脆性变形，这也是连杆胀断技术在大功率发动机连杆加工工艺上不能得以推广的主要原因。本发明采用的关键技术，即对连杆进行液氮深冷，可以实现高强度合金钢的脆性变形。
2、解决方法
通过工艺试验，高强度合金钢连杆胀断时的分离面塑性变形相对比较大，达不到预期效果，要从改变高强度合金钢材料的机械性能入手。经过理论研究分析和试验，发现这种材料经过深冷后其韧性强度大大的降低而脆性增加，应用这一深冷脆化技术是解决高强度合金钢脆性胀断的有效方法。而深冷温度的选择是关键，温度过低，材料过于脆化，胀断期间导致铁屑脱落，影响下一道工序——连杆闭合的重复精度。另一方面，温度过高又无法实现脆化目标。并得出满足零件精度要求的深冷时间、深冷温度及胀断工艺参数。
对深冷前后的连杆进行金相组织分析得知其各种机械性能指标无明显变化。
3、主要技术工艺参数
以连杆材料高强度合金钢(42CrMo)为例
(1)深冷时间
连杆放入液氮中深冷开始，到热交换结束(液氮中无沸腾现象且声音消失)深冷5-6分钟，基本上热交换已结束并已深冷至试件芯部，测量裂解后试件段裂处温度与其表面温度几乎一样。
(2)深冷温度
-157℃。
(3)胀断力(计算公式略)
连杆材料：42CrMo
抗拉强度：δb＝110公斤/mm2
横截面积：S＝53×40.5＝2146.5mm2
胀断力F′＝PS＝42056×2146.5
＝90273.204kgf＝90.27t
(4)压力机的压力(计算公式略)
F0＝35.2×110％＝38.7t
所以，压力机压力须不小于38.7吨。
4、达到的技术指标
连杆盖与连杆体重复定位精度达到了0.005mm。
5、主要技术创新点
将液氮深冷技术应用在高强度合金钢材料的连杆胀断工艺中。
6、胀断装置研究
胀断装置是专用设备，主要包括连杆大小头孔的装夹、胀断用的胀套和胀头、用以提高裂解质量的定扭矩装夹螺栓、滑台、背压弹簧以及其它辅助装置等。
Claims (1)
1、一种高强度合金钢连杆深冷脆化胀断工艺，其工艺是：
a、将连杆放入液氮中深冷5分钟以上，到热交换结束基本上已深冷至试件芯部，测量裂解后试件段裂处温度与其表面温度一样；
b、深冷温度持续低于-156℃；
c、把连杆固定在压力机操作台上并将胀套内置于连杆大孔内，用胀头冲压胀套，以使连杆胀断。
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