CN102626770A - 一种裂解型连杆的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连杆制造领域，特指一种裂解型连杆的制造方法。连杆采用铸造或铸锻联合工艺生产，铸造时，在连杆型腔的大头部的界面（3）处放置适合的材料，使其与金属液相互作用，冷却后形成裂解界面。通过在连杆大头孔内施加胀断载荷，促使连杆体（2）和连杆盖（4）沿预制的裂解界面断裂剖分，断裂面上形成的相互啮合的犬牙交错结构，使得连杆体与连杆盖具有良好的啮合性和重复定位特性，实现两者精确合装。这种连杆制造方法能突破裂解技术对连杆材料的局限，把裂解技术应用于如铝合金、钛合金、40Cr钢等材料的连杆制造；能有效的改善实际裂解工艺中存在的连杆大头撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等问题。

Description

一种裂解型连杆的制造方法

技术领域

本发明涉及发动机零部件技术领域，特指一种裂解型连杆的制造方法，其适用于汽油机、柴油机、压缩机等行业中的连杆制造。

背景技术

连杆是发动机中高精度的关键零件，由连杆体和连杆盖以螺栓连接而成。传统连杆加工采用分体加工法，整体锻造连杆坯件后用锯、铣、磨等方法加工连杆体和连杆盖的结合面，通过粗加工、半精加工连杆体和连杆盖大、小头孔，精加工连杆盖的定位销孔和连杆体螺栓孔，装配连杆体与连杆盖，精加工大小头孔，完成连杆加工。以这种方法加工而成的连杆，由于锯切、磨削精度和螺栓孔的定位精度所限，至使相互对合连接而成的连杆有较大的装配误差，影响连杆承载能力与质量稳定性。而且加工需要较多精加工机床、工序繁多，技术要求高，废品率高。

20世纪90年代发展起来一项连杆裂解加工技术，连杆裂解技术是根据材料断裂理论，将整体锻造的连杆毛坯大头孔人为加工, 形成初始断裂源, 然后用特定方法控制裂痕扩展, 达到连杆本体与连杆盖分离的目的。目前，在国外已有应用胀断技术制造的连杆胀断专用设备，如德国的阿尔芬公司、毛瑟公司制造的连杆胀断专用设备，国内几家大的汽车制造厂家，如上海大众、一汽大众和上海通用公司都已在只用，加工出的产品在质量上还比较好，但是该技术对连杆材料的选择要求苛刻，设备投入昂贵，而不适用于中国中、小企业连杆生产的要求。

申请号为200820040497.X，名称为“发动机胀断连杆坯件”的专利申请了采用粉末锻造材料、可锻铸铁、70高碳钢或C70S6高碳钢作连杆材料，连杆毛坯采用锻造成型，通过在连杆大头加工应力槽后完成连杆裂解。此工艺对连杆的选材有严格的韧性指标，因此裂解用连杆材料选用受大局限，而且裂解时应力槽深度和宽度的设置，断裂载荷的控制等因素，至今缺少系统全面的理论指导。目前裂解连杆还存在如下问题：连杆体、连杆盖分离过程中有撕裂、掉渣、单边裂解或裂不开、大头孔变形及断裂面扭曲变形等问题，这直接影响了断裂面质量和断裂面的啮合特性，进而减低了连杆承载能力、抗剪能力、装配精度及其质量稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于钛合金、铝合金、40Cr等韧性材料的裂解型连杆的制造方法。

本发明能克服采用传统机械锯断、磨削结合面的普通连杆加工方法的存在的问题：工序繁多、机床设备及刀具投资大、能源消耗多、加工效率低，产品废品率高等；同时，还能解决现有裂解技术在连杆体与连杆盖分离过程出现的撕裂、掉渣、单边裂解或裂不开、大头孔变形及断裂面扭曲变形等问题。

本发明的关键技术内容如下：连杆由连杆体和连杆盖以螺栓连接而成。在制造连杆坯件时，连杆体和连杆盖作一整体进行铸造。铸造时，在连杆型腔的位于连杆体与连杆盖连接部位处放置适合的材料（如箔材、网状材料、粉末），使其与金属液相互作用，冷却后形成裂解界面。通过在大头孔内施加胀断载荷，促使连杆体和连杆盖沿预制的裂解界面断裂剖分，两断裂面上形成相互啮合的犬牙交错结构，保证连杆体与连杆盖具有良好的啮合性和重复定位性，实现连杆体与连杆盖的精确合装。

连杆毛坯制造时可采用金属模铸造、砂型铸造、熔模铸造等多种工艺方法。

连杆型腔的位于连杆体与连杆盖连接部位处预置的裂解用材料可以使箔材、网状材料、粉末材料，或在箔材表面涂抹微量粉末制成复合膜材，箔材厚度为0.02~0.25mm。

在所述的裂解面形成后，可再对连杆毛坯进行锻造加工，以消除铸造缺陷，致密组织，改善其力学性能。

一种裂解型连杆的制造方法的装置，采用组合式模具，包括上模一、下模一、上模二、下模二、分流锥、定位块；上模一与下模一上下合模组成连杆体型腔，上模一与下模一外侧分别开设定位定位槽，定位块精确定位上模一与下模一，再将下模二与下模一合模，在连杆铸造装置的垂直分型面处设置相互配合的凸台面和凹腔结构，凸台高度比凹腔深度小0.02~0.25mm，并在凸台面和凹腔配合形成的间隙内放置用于裂解的材料，在直浇道内安装分流锥，上模二与上模一合模后由凸台和凹腔形成的定位台阶精确定位。所述直浇道在分流锥位置之后分为三个分浇道，在下模一上开设分浇道一和分浇道二连通连杆体型腔，下模二上开设分浇道三连通连杆盖型腔。

浇注时，金属液由直浇道注入，经分流锥调节进入各分流道的流量，在满足型腔同时注满的前提下，保证预置的箔材两侧金属液平衡流动，避免预置材料（如箔材、网状材、粉末）在浇注过程中受金属液大的冲击，金属液冷却后在连杆大头部预定的区域内形成裂解界面。

在铸件型腔内预先放置裂解用箔材，铸造时金属液与其作用，冷却后在铸件毛坯内的预定裂解区形成裂解界面的方法，还适合于与连杆轴承孔的加工在结构、工艺流程具有相似性的剖分类零件加工，如发动机曲轴箱轴承座的裂解加工。

本发明具有如下的技术优势：

（1） 本发明突破了裂解技术对连杆选料的局限，可把如铝合金、钛合金、40Cr等材料用于裂解型连杆的制造；

（2） 通过在连杆大头预制裂解界面，在室温下实现连杆体与连杆盖的裂解剖分，能有效的改善连杆裂解过程中存在的撕裂、裂不开、掉渣、断裂面变形等问题。

（3） 与传统机械锯切、磨削结合面的普通连杆制造方法相比，本发明简化了连杆的加工工序，减少了精加工设备及刀具投资，节省能源，产品合格率高。

（4） 这种方法制造的的连杆体、盖复位精度高，其复位精度与断裂前一致，且反复拆、装的情况下不会因螺栓的磨损而使复位精度变差。

附图说明

图1为连杆举例示意图。

图2为连杆金属型铸模装配体主视图。

图3为图2的A-A剖面。

图4为图2的F-F剖面。

图5为图2中C处局部放大图，显示定位台阶。

附图中：1.连杆小头   2.连杆体  3.裂解面  4.连杆盖  5.螺栓  6.上模一  7.下模一   8.上模二  9.下模二  10.分流锥  11.定位块   12、分流道一  13、分流道二  14.分流道三  15.排气塞  16.直浇道  17.箔材定位台阶 18.箔膜  19.垂直分型面 20.水平分型面 21脱模螺杆。

具体实施方法

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明专利的具体实施方式作进一步详细说明。

实施例：

图1是本实施例连杆的示意图。该连杆包括连杆体2、连杆盖4，两者由裂解面3上的犬牙交错结构精确啮合，再通过螺栓5锁紧。

实施例连杆选用锻铝合金LD10，其熔点650摄氏度。锻铝合金属于铝-镁系高强度基体铝合金，具有强度和刚度高、易于切削和塑性加工，可进行热处理强化，固溶处理加人工时效后强度高，做连杆材料能大大减轻产品重量和增加连杆承载稳定性。裂解用材料选用AZ31箔材，箔材厚度为0.15mm，AZ30的组成成分为：w（Al）=2.5％~3.5％，w（Zn）=0.6%~1.4％，w（Si）=0.1％，w(Cu)=0.05%，Mg：余量，Ni、Fe微量。该合金熔点为650摄氏度，具有良好的强度与延展性，易于进行塑性加工。

连杆采用金属模重力铸造，装置采用组合式金属模具，模具装配体示意图如图2所示，包括上模一6、下模一7、上模二8、下模二9、定位块11、分流锥10、排气塞15、顶杆21等，上模一6与下模一7上下合模组成连杆体型腔，上模一6与下模一7外侧分别开设定位定位槽，定位块11精确定位上模一6与下模一7，模具设有两个相互垂直的分型面，水平分型面20保证铸件顺利脱模，垂直的分型面19内设置有间隙夹膜结构，用于箔材的放置与固定，即在上模一6和下模一7的型腔端面内设置高度为1mm的矩形凸台，上模二8和下模二9的型腔端面对应位置设置矩形凹腔，其深度为1.15mm，模具装配中凸台和凹腔相互配合，两者的间隙供箔膜18的放置，利用合模锁紧力夹紧箔膜18，且定位台阶17（图5）的配合能保证上模一6与上模二8、下模一7与下模二9装配的精确定位。

浇注系统设计中，直浇道16在分流锥10位置之后分为三个分浇道，在下模一7上开设分浇道一12和分浇道二13连通连杆体型腔，下模二9上开设分浇道三14连通连杆盖型腔。

金属型重力铸造，浇注连杆时的铝合金浇注温度680～750℃；铝水至浇注转移时间控制在10s以内；充型速度0.1～0.13m/s；充型时间5～8s；模具工作温度180～250℃；留模时间10s；涂料采用水基乳化涂料。

连杆铸造模具（图2）的安装次序是：先将上模一6与下模一7合模组成连杆体型腔，由定位块11保证精确定位，再将下模二9与下模一7合模，并在凸台面和凹腔配合形成的间隙内放置用于裂解的AZ31箔材，在直浇道16内安装分流锥10，接着将上模二8与上模一6合模，由定位台阶17保证精确定位，最后安装排气塞15、顶杆21等组件，并对各零件位置状况、配合面的密合状况进行研合调整。浇注时，金属液由直浇道16注入，充型注满，待金属冷却后，拆卸模具上的锁紧螺钉，拆除上模一6、上模二8，由脱模螺杆21顶出连杆铸件。

铸件清理及热处理后，裂解连杆。在连杆大头部位靠近界面3的内孔边缘处开初始槽，采用裂解设备定位并固定连杆，在室温条件下通过在大头孔内施加胀断载荷，裂纹从初始槽萌生，沿预置的裂解面向外定向扩展，实现下连杆体部2与盖体部4的无屑剖分，且两断裂平面基本平整，表面有犬牙交错结构，利用其断口特性，使得分离后的连杆体、盖能精确合装，无需机加工对合表面。

Claims (6)

1.一种裂解型连杆的制造方法，其特征在于：铸造时在连杆型腔的位于连杆体与连杆盖连接部位处放置箔材、网状材料或粉末材料，使其与浇注的金属熔液相互作用，冷却后形成裂解界面；连杆裂解时在连杆的大头孔内施加胀断载荷，使连杆体（2）和连杆盖（4）沿预制的裂解界面断裂剖分，利用两断裂面上形成的相互啮合的犬牙交错结构，合装连杆体与连杆盖。

2.根据权利要求1所述的一种裂解型连杆的制造方法，其特征在于：铸造时采用金属模铸造、砂型铸造、熔模铸造。

3.根据权利要求1所述的连杆制造方法，其特征在于：在形成所述裂解界面后，再对连杆毛坯进行锻造加工。

4.根据权利要求1所述的一种裂解型连杆的制造方法，其特征在于：在所述箔材表面涂抹微量粉末制成复合膜材，箔材厚度为0.02~0.25mm。

5.实施权利要求1所述的连杆制造方法的装置，其特征在于：采用组合式模具，包括上模一（6）、下模一（7）、上模二（8）、下模二（9）、分流锥（10）、定位块（11）；上模一（6）与下模一（7）上下合模组成连杆体型腔，上模一（6）与下模一（7）外侧分别开设定位定位槽，定位块（11）精确定位上模一（6）与下模一（7），再将下模二（9）与下模一（7）合模，在连杆铸造装置的垂直分型面（19）处设置相互配合的凸台面和凹腔结构，凸台高度比凹腔深度小0.02~0.25mm，并在凸台面和凹腔配合形成的间隙内放置用于裂解的材料，在直浇道（16）内安装分流锥（10），上模二（8）与上模一（6）合模后由凸台和凹腔形成的定位台阶（17）精确定位。

6.根据权利要求 5所述的一种裂解型连杆制造方法的装置，其特征在于：所述直浇道（16）在分流锥（10）位置之后分为三个分浇道，在下模一（7）上开设分浇道一（12）和分浇道二（13）连通连杆体型腔，下模二（9）上开设分浇道三（14）连通连杆盖型腔。

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