CN102049457B - 发动机连杆精锻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机连杆精锻工艺及精锻模具，实现了在现有锤上模锻工艺条件下，达到超精密级模锻件的形状、尺寸、质量和性能要求。该发动机连杆精锻工艺过程为：下料→加热→模锻(拔长、第Ⅰ终锻和第Ⅱ精锻)→切边→第Ⅲ校正与精压→热处理→清理→检验。该精锻模共包括以下七个主要部分：第Ⅰ终锻模膛(1)、第Ⅱ精锻模膛(2)、第Ⅲ校正与精压模膛(3)、拔长模膛(4)、对角导向锁扣(5)、第Ⅰ终锻模膛飞边槽(6)和第Ⅱ精锻模膛飞边槽(7)。本发明应用在现有锤上模锻工艺条件下的发动机连杆精锻成形，也为其它类似小型模锻件的精锻成形提供了有力的参考依据。

Description

发动机连杆精锻工艺

技术领域

本发明涉及锻造工艺技术领域，具体涉及发动机连杆精锻工艺。

背景技术

发动机连杆是无人驾驶飞机的关键件，用于承受复杂应力和冲击振动及重负荷工作条件下设计质量受到限制的场合。发动机连杆如果失效或损坏，直接导致产品产生严重等级事故或导致系统功能失效。因此，发动机连杆锻件对锻件的形状、尺寸、质量和性能要求较高。

由GB12362《钢质模锻件公差及机械加工余量》国家标准可知：根据锻件重量、材质系数、尺寸大小、形状复杂系数、错移量、残余飞边和形位公差对称度等参数，发动机连杆模锻件精密级的所有尺寸公差为

事实上，如图1所示的发动机连杆模锻件绝大部分的尺寸公差皆为±0.3，尺寸精度高于模锻件精密级的国家标准，为超精密级小型模锻件。现有的模锻工艺，难以达到锻件尺寸精度的要求；并且锻件全部尺寸或局部尺寸具有精密级尺寸公差的钢质锻件在模锻锤、热模锻压力机和螺旋压力机等锻压设备成形时，需要采取附加制造工艺才能达到尺寸精度要求，尤其是传统模锻锤成形条件下更不宜采用。

现有的发动机连杆锤上模锻工艺过程一般为：下料→加热→模锻(拔长、滚挤和终锻，或拔长、滚挤、预锻和终锻，或拔长、预锻和终锻)→切边→校正→热处理→清理→检验。其缺点和不足是：发动机连杆锻件厚度过薄，横截面积小，坯料降温速度快，变形抗力大，锻模磨损和塑性变形严重，导致锻件尺寸或重量超差，锻模使用寿命极低，模锻工艺性差。

因此，采用现有的模锻工艺和锻模，难以达到发动机连杆模锻件的形状、尺寸、质量和性能要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种发动机连杆精锻工艺，实现了在现有锤上模锻工艺条件下达到超精密级模锻件的形状、尺寸、质量和性能要求。

本发明的技术方案是，发动机连杆精锻工艺过程为：

1)下料→加热：坯料加热后的始锻温度为1180℃～1200℃；

2)模锻：模锻过程包括拔长、第I终锻和第II精锻；先将选材和加热合理的坯料在闭式拔长模膛内拔长杆部，然后在第I终锻模膛内终锻，再将第I终锻模膛成形的锻件上下翻转后再在第II精锻模膛内精锻；其中拔长次数为3～5锤，第I终锻打击次数为2～3锤；第II精锻打击次数为1锤；

3)切边→第III校正与精压：切边以后再将锻件在第III校正与精压模膛中进行校正与精压，校正与精压温度为500℃～700℃；发动机连杆精锻从下料到第III校正与精压的精锻工艺过程为1火次完成；

4)热处理→清理→检验。

所述精锻工艺采用的精锻模包括拔长模膛、对角导向锁扣、第I终锻模膛、第II精锻模膛、第III校正与精压模膛、第I终锻模膛飞边槽和第II精锻模膛飞边槽；所述第I终锻模膛、第II精锻模膛、第III校正与精压模膛纵向排列，所述对角导向锁扣为4个，分别布置在四个角处，拔长模膛纵向置于右下角的对角导向锁扣之上；第I终锻模膛飞边槽分布在第I终锻模膛的四周；第II精锻模膛飞边槽分布在第II精锻模膛的四周，且第I终锻模膛飞边槽和第II精锻模膛飞边槽均通过飞边槽的桥部与第I终锻模膛和第II精锻模膛连接。所述的第I终锻模膛、第II精锻模膛和第III校正与精压模膛的形状均与精锻件毛坯图相同，但第I终锻模膛水平方向的长度尺寸增加了收缩率，第I终锻模膛中间工字型深度部分采用过压补偿法，即在第I终锻模膛中间工字型部分的深度不加收缩率且降低0.2mm，所述第II精锻模膛比第I终锻模膛的冲孔连皮深度大；第III校正与精压模膛的两端部的模膛深度及工字型的筋部的深度均比第II精锻模膛大。

所述的第I终锻模膛飞边槽的桥部厚度h和宽度b分别为2.0mm和10mm，仓部厚度H和宽度b1分别为6.0mm和28mm，入口圆角半径r为1.5mm；第II精锻模膛飞边槽(7)桥部厚度h和宽度b分别为0.8mm和7mm，仓部厚度H和宽度b1分别为7.0mm和32mm，入口圆角半径r设计为0.5mm。

本发明的有益效果有以下4个方面：

(1)本发明的发动机连杆精锻工艺实现了在现有锤上模锻工艺条件下，确保发动机连杆精锻成形和达到超精密级形状、尺寸、质量和性能。

(2)本发明的发动机连杆精锻工艺的第I终锻、第II精锻和第III校正与精压的模锻工步以及相对应的第I终锻模膛1、第II精锻模膛2、第I终锻模膛飞边槽6、第II精锻模膛飞边槽7和第III校正与精压模膛3的锻模设计可确保发动机连杆精锻成形和达到超精密级形状、尺寸、质量和性能。

(3)本发明的发动机连杆精锻工艺和精锻模具有使用性能优越、操作简单可靠、使用寿命高、锻造效率高、成本低和能达到锻件尺寸精度高、锻件流线组织沿锻件外形均匀分布和形状、尺寸、质量和性能一致性好的特点。

(4)本发明的发动机连杆精锻工艺，也为其它类似锻件的精锻成形提供了有力的依据。

附图说明

图1为本发明的发动机连杆精锻件毛坯图；

图2为本发明的第I终锻模膛和第II精锻模膛的热锻件图；

图3为本发明的第III校正与精压模膛的热锻件图；

图4a为本发明的发动机连杆精锻模结构示意图(无上模)；

图4b为图4a的A-A剖视图(含上模)；

图4c为图4a的B-B剖视图(含上模)；

图4d为图4a的C-C剖视图(含上模)；

图4e为图4a的D-D剖视图(含上模)；

图4f为图4a的主视图的部分示意图(含上模)；

图5为本发明精锻模的飞边槽结构示意图。

具体实施方式

本发明的发动机连杆精锻工艺过程为：

1)下料→加热：将材料牌号为42CrMoA、尺寸为￠30mm×128mm的坯料在中频加热炉或燃气炉中加热，严格按加热规范控制锻造的始锻温度，坯料加热后的始锻温度为1180℃～1200℃。

以有利于第I终锻和第II精锻的锻件形状、尺寸、冷缩率和性能等的一致性好。

2)模锻：模锻过程包括拔长、第I终锻和第II精锻，即先将选材和加热合理的坯料在闭式拔长模膛4内拔长杆部，然后在第I终锻模膛1内终锻，再将第I终锻模膛1成形的锻件上下翻转后再在第II精锻模膛2内精锻。其中拔长次数为3～5锤，第I终锻打击次数为2～3锤，第II精锻打击次数为1锤。第I终锻实现了锻件的终锻成形，并为第II精锻过程打下良好的形状与尺寸基础，第II精锻过程实现的是锻件的精锻成形，第II精锻过程具有校正与精锻两种作用。

3)切边→第III校正与精压：因锻件的形状特点、尺寸精度过高、各部分变形程度和终锻温度等不同，尤其是锻件中间工字型部分的降温幅度大，以及锻件因切边时而引起锻件变形的不均匀性，因此，在第II精锻和切边以后，应再将发动机连杆锻件在第III校正与精压模膛3中进行校正与精压。校正与精压温度为500℃～700℃。第II精锻工序已经将锻件形状和尺寸校正与精锻完毕，第III校正与精压工序又一次起到了校正与精压的作用，连杆从下料到第III校正与精压的精锻工艺过程为1火次完成。

4)热处理→清理→检验：最终达到了发动机连杆超精密级锻件形状、尺寸、质量和性能要求。

在精锻工艺过程中，模锻工步是关键，模锻工步的关键为第I终锻、第II精锻和第III校正与精压，锻模优劣是发动机连杆精锻工艺能否成功的关键。

如图4a、图4b、图4c、图4d、图4e所示，发动机连杆精锻模是在现有的1吨模锻锤上来完成精锻成形过程的。发动机连杆精锻模主要由第I终锻模膛1、第II精锻模膛2、第III校正与精压模膛3、拔长模膛4、对角导向锁扣5、第I终锻模膛飞边槽6和第II精锻模膛飞边槽7的七大部分组成。拔长模膛4、对角导向锁扣5为现有结构，对角导向锁扣5有四个分别布置在精锻模的四个角处。

精锻模各个组成部分的连接位置关系如下：精锻模各个组成部分是一个既具有独立性又具有相关性的有机系统组合结构。第I终锻模膛1的形状与尺寸如图2和如图4c所示，第II精锻模膛2的形状与尺寸如图2和如图4d所示，第III校正与精压模膛3的形状与尺寸如图3和如图4e所示，此3个模膛纵向排列；拔长模膛4的形状与尺寸如图4b所示，并纵向置于精锻模右侧的凸凹相配的对角导向锁扣5之上；精锻模导向锁扣5为对角导向锁扣，且纵向排列；如图4a所示，第I终锻模膛飞边槽6分布在第I终锻模膛1的四周；第II精锻模膛飞边槽7分布在第II精锻模膛2的四周；且第I终锻模膛飞边槽6、第II精锻模膛飞边槽7均通过桥部与第I终锻模膛1、第II精锻模膛2连接。第III校正与精压模膛3无飞边槽。第I终锻模膛1、第II精锻模膛2、第III校正与精压模膛3、第I终锻模膛飞边槽6和第II精锻模膛飞边槽7是发动机连杆精锻模组成的关键部分。

第I终锻模膛1、第II精锻模膛2和第III校正与精压模膛3形状与尺寸的与锻件毛坯图(如图1所示)之间的区别如下：

(1)第I终锻模膛1的形状与锻件毛坯图的形状相同，但其尺寸有相同之处也有不同之处，其不同之处在于，第I终锻模膛1水平方向的长度尺寸增加了收缩率，如中心距长度尺寸由106mm变为107mm，工字型的宽度为21mm的变为21.3mm，宽度为23mm的变为23.3mm；根据发动机连杆锻件的形状与尺寸特点，第I终锻模膛1中间工字型深度部分采用过压补偿法，即在第I终锻模膛1中间工字型部分的深度不加收缩率且降低0.2mm，如第I终锻模膛1的深度3.9+3.9＝7.8mm比锻件毛坯图的8mm降低0.2mm，以防止锻造不足和减少锻造打击次数，同时增加了第I终锻成形的可靠性。

(2)第II精锻模膛2的形状与第I终锻模膛1的形状相同，第II精锻模膛2的尺寸与第I终锻模膛1的尺寸除了锻件大头直径￠50.5mm部分的冲孔连皮深度不一致外(第I终锻模膛1为3.0mm，第II精锻模膛2为3.5mm)，其余尺寸全部相同。第II精锻模膛2与第I终锻模膛1的冲孔连皮深度不同，可减少第II精锻2的打击力和打击次数，同时增加了第II精锻的校正与精锻的可靠性。

(3)第III校正与精压模膛3的形状与第II精锻模膛2的形状相同，第III校正与精压模膛3的尺寸与第II精锻模膛2的尺寸的不同之处是：模膛两端部直径￠50.5mm和￠30.4mm部分的模膛深度由12.35+12.35＝24.7mm变为12.5+12.5＝25mm，工字型的筋部的深度由1.4+1.4＝2.8mm变为1.5+1.5＝3.0mm；第III校正与精压模膛3的尺寸与第II精锻模膛2的尺寸的不同，可减少第III校正与精压的打击力和打击次数，同时增加了第III校正与精压成形的可靠性。

本发明的精锻模各个组成部分的工作步骤关系如下：第一工作步骤，将选材和加热合理的坯料在拔长模膛4中拔长，完成了锻件坯料的拔长过程；第二工作步骤，将拔长后的坯料置于第I终锻模膛1中，第I终锻模膛1(或第I终锻过程)已经将锻件终锻成形(锻件四周含有第I终锻后流入第I终锻模膛飞边槽6内的锻件飞边)，完成了第I终锻过程；第三工作步骤，在第I终锻过程以后，再将在第I终锻模膛1(或第I终锻过程)终锻成形以后的锻件上下翻转后置于第II精锻模膛2中对锻件进行校正与精锻(锻件四周含有第I终锻和第II精锻后流入第II精锻模膛飞边槽7内的锻件飞边)，完成了第II精锻过程；第四工作步骤，再将在第II精锻并且切除飞边以后的锻件置于第III校正与精压模膛3中又一次进行校正与精压，完成了第III校正与精压过程。

第I终锻模膛飞边槽6和第II精锻模膛飞边槽7也是发动机连杆精锻模设计的关键。其中，第I终锻模膛1和第II精锻模膛2的飞边槽的结构形式与尺寸大小对锻件充填成形、分别容纳多于第I终锻模膛1和第II精锻模膛2的模膛容积充满后的金属。对于图5所示的飞边槽的结构来说，飞边槽包括桥部和仓部，为通用结构，其主要尺寸是桥部厚度h、桥部宽度b和入口圆角半径r。如果h过小或b过大，会产生过大的分模方向阻力，导致锻不足并使锻模过早磨损或塌陷；如果h过大或b过小，则模膛不易充满、产生大的飞边和桥部强度低而磨损或塌陷；如果r太大则影响切边质量，r太小则易使飞边槽磨损和塌陷和影响锻件出模与表面质量。飞边槽仓部宽度尺寸b1和厚度尺寸H为次要尺寸，主要起到容纳多于金属的作用。

如图5所示，第I终锻模膛飞边槽6的桥部厚度h和宽度b分别为2.0mm和10mm，飞边槽仓部厚度H和宽度b1分别为6.0mm和28mm，入口圆角半径r为1.5mm；如图5所示，第II精锻模膛飞边槽7桥部厚度h和宽度b分别为0.8mm和7mm，飞边槽仓部厚度H和宽度b1分别为7.0mm和32mm，入口圆角半径r设计为0.5mm。

根据发动机连杆锻件的形状与尺寸特点，采用过压补偿法，即在第I终锻模膛1和第II精锻模膛2的热锻件高度方向，尤其是中间工字型部分的高度不加收缩率且降低0.2mm，以防止锻造不足和减少锻造打击次数。

第I终锻和第II精锻工步最为关键，不仅关系到发动机连杆锻件能否精锻成功，也关系到能否消除因锻模模膛受高温和应力循环载荷而产生的消极影响，锻模服役因受机械负载和热负载两种载荷作用，锻模模膛受高温急热的瞬间温度可高达400℃～600℃甚至更高，会产生锻模模膛会产生磨损、塑性变形和断裂等现象。也就是说，保证第II精锻模膛2使用精度和使用寿命比保证第I终锻模膛1使用精度和使用寿命更重要。第I终锻过程已经完成了锻件的终锻成形，第I终锻模膛1的负荷较大，而第I终锻模膛1已完成模锻固有的磨损和塑性变形等，为第II精锻过程打下良好的形状与尺寸基础，第II精锻过程实现的是锻件的精锻成形，第II精锻模膛2只起校正与精锻两种作用，锻件的氧化皮小、错移量小、残余飞边毛刺小、锻件流线组织沿锻件外形均匀分布、形状、尺寸、质量和性能一致性好，尺寸精度高、锻造效率高和第II精锻模膛2的使用寿命高，第II精锻模膛2的负荷极小，磨损、塑性变形或断裂等倾向性极微小。

第III校正与精压模膛3也比较重要。因锻件受温度的热胀冷缩影响较大，校正与精压不适宜在第I终锻模膛1或第II精锻模膛2内进行，应在第III校正与精压模膛3内进行；在锻件校正与精压时，发动机连杆模锻件工字型部分是校正与精压的重点。现有连杆单独设计第III校正与精压模1套，与精锻模无直接关联，本发明的精锻模将第III校正与精压模置于一体，减少了模具数量，扩大了精锻模的使用功能，使用效果良好。

本发明的发动机连杆精锻工艺具有以下作用：

第一，绿化了发动机连杆精锻工艺过程，改变了现有发动机连杆模锻拔长、滚挤、终锻和校正，或拔长、滚挤、预锻、终锻和校正，或拔长、预锻、终锻和校正等工步和现有锻模结构不能实现发动机连杆精锻成形的现状。第I终锻、第II精锻和第III校正与精压的3个关键模锻工步：第I终锻过程完成了锻件终锻成形，为第II精锻过程打下良好的形状与尺寸基础；第II精锻过程具有校正与精锻作用，第II精锻精锻过程已经将锻件形状和尺寸校正与精锻完毕；第III校正与精压精锻过程再一次起到了校正与精压的作用。实现了顺序成形模锻，锻件精锻工艺性好，操作简单，效率高，具有明显的可行性、可靠性和可操作性。

第二，优化了发动机连杆精锻模设计，尤其是第I终锻模膛1、第II精锻模膛2和第III校正与精压模膛3的3个关键模膛(含第I终锻和第II精锻的飞边槽)设计。其中，第I终锻模膛1完成了锻件终锻成形，第II精锻模膛2完成了校正与精锻，第III校正与精压精锻模膛3再一次完成了校正与精压。

第三，发动机连杆锻件最终尺寸精度高，形状、尺寸、质量和性能一致性好，锻造效率高和精锻模的使用寿命高。实现了在现有锤上模锻工艺条件下，确保发动机连杆精锻成形和达到超精密级形状、尺寸、质量和性能。

Claims (2)

1.发动机连杆精锻工艺，其特征是：该发动机连杆精锻工艺过程为：

1)下料→加热：坯料加热后的始锻温度为1180℃～1200℃；

2)模锻：模锻过程包括拔长、第I终锻和第II精锻；先将选材和加热合理的坯料在闭式拔长模膛(4)内拔长杆部，然后在第I终锻模膛(1)内终锻，再将第I终锻模膛(1)成形的锻件上下翻转后再在第II精锻模膛(2)内精锻；其中拔长次数为3～5锤，第I终锻打击次数为2～3锤；第II精锻打击次数为1锤；

3)切边→第III校正与精压：切边以后再将锻件在第III校正与精压模膛(3)中进行校正与精压，校正与精压温度为500℃～700℃；发动机连杆精锻从下料到第III校正与精压的精锻工艺过程为1火次完成；

4)热处理→清理→检验；

所述精锻工艺采用的精锻模包括拔长模膛(4)、对角导向锁扣(5)，其特征是：该精锻模还包括第I终锻模膛(1)、第II精锻模膛(2)、第III校正与精压模膛(3)、第I终锻模膛飞边槽(6)和第II精锻模膛飞边槽(7)；所述第I终锻模膛(1)、第II精锻模膛(2)、第III校正与精压模膛(3)纵向排列，所述对角导向锁扣(5)为4个，分别布置在四个角处，拔长模膛(4)纵向置于右下角的对角导向锁扣(5)之上；第I终锻模膛飞边槽(6)分布在第I终锻模膛(1)的四周；第II精锻模膛飞边槽(7)分布在第II精锻模膛(2)的四周，且第I终锻模膛飞边槽(6)和第II精锻模膛飞边槽(7)均通过飞边槽的桥部与第I终锻模膛(1)和第II精锻模膛(2)连接；所述的第I终锻模膛(1)、第II精锻模膛(2)和第III校正与精压模膛(3)的形状均与精锻件毛坯图相同，但第I终锻模膛(1)水平方向的长度尺寸增加了收缩率，第I终锻模膛(1)中间工字型深度部分采用过压补偿法，即在第I终锻模膛(1)中间工字型部分的深度不加收缩率且降低0.2mm，所述第II精锻模膛(2)比第I终锻模膛(1)的冲孔连皮深度大；第III校正与精压模膛(3)的两端部的模膛深度及工字型的筋部的深度均比第II精锻模膛(2)大。

2.根据权利要求1所述的发动机连杆精锻工艺，其特征是：第I终锻模膛飞边槽(6)的桥部厚度h和宽度b分别为2.0mm和10mm，仓部厚度H和宽度b1分别为6.0mm和28mm，入口圆角半径r为1.5mm；第II精锻模膛飞边槽(7)桥部厚度h和宽度b分别为0.8mm和7mm，仓部厚度H和宽度b1分别为7.0mm和32mm，入口圆角半径r设计为0.5mm。

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