CN103921086B - 小型汽油机连杆的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械锻造领域，公开了一种小型汽油机连杆的锻造方法，包括如下步骤，1）称取原料；2）球磨；3）粉末压坯；4）烧结；5）冷却；6）喷涂石墨粉；7）感应加热；8）锻打和脱模。该锻造方法较现有技术大大改进了连杆的性能，提高了产品质量，降低了废品率，并且减少了加工工序，降低工业能耗，同时提高企业的生产效率。

Description

小型汽油机连杆的锻造方法

技术领域

本发明属于机械锻造领域，涉及一种汽油机连杆的锻造方法，具体涉及一种小型汽油机连杆的锻造方法。

背景技术

连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中，用连杆来连接活塞与曲柄。连杆多为钢件，其主体部分的截面多为圆形或工字形，两端有孔，孔内装有青铜衬套或滚针轴承，供装入轴销而构成铰接。连杆是汽车发动机中的重要零件，它连接着活塞和曲轴，其作用是将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并把作用在活塞上的力传给曲轴以输出功率。连杆在工作中，除承受燃烧室燃气产生的压力外，还要承受纵向和横向的惯性力。因此，连杆在一个复杂的应力状态下工作。它既受交变的拉压应力、又受弯曲应力。连杆的主要损坏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;又要求具有足够的钢性和韧性。连杆是汽车发动机中承受应力最大的零件，欧美日本等国家先后在汽车中使用粉末锻造连杆，其工艺简单，并且机械性能较好，颇受人们关注；同时，为了进一步提高连杆的疲劳寿命，还对连杆表面进行喷丸硬化处理。

粉末锻造工艺已经在外资或合资品牌的汽车上得到应用，但由于小型汽油机连杆质量轻体积小，毛坯冷却速快，难以实现锻打，致使小型汽油机行业仍沿袭传统的金属锻造方式加工连杆。传统的连杆工艺流程需要经过下料、加温、人工拔长变形、加温、模锻、去除飞边、喷砂等工序完成毛坯工序，随后需要经过粗加工、热处理、半精加工、精加工共24道工序。传统制造连杆的工艺存在的缺点较多，主要包括：拉伸、冲击以及抗疲劳性能较差，钢材利用率低，能耗高，传统连杆毛坯加工要将圆钢切断，加温、人工拔长变形、加温、模锻、去除飞边、喷砂，材料利用率较低，需要多次加热，能耗高加工工序多，精度低表面质量差；机械加工工序繁多耗用大量的设备和人力资源：锻造后的连杆大小头均为盲孔状态，加上锻造精度低，表面粗糙，连杆锻造后还需要17道机械加工工序；生产效率低下制造成本高：传统小型汽油机连杆加工从锻造到制成品需要20多道加工工序，生产效率低下，占用厂房面积大耗用设备及加工人员多，效率低制造成本高。

发明内容

本发明的目的是针对目前存在的小型汽油机连杆锻造技术方面存在的不足，提供了一种小型汽油机连杆的锻造方法，该锻造方法较现有技术大大改进了连杆的性能，提高了产品质量，降低了废品率，并且减少了加工工序，降低工业能耗，同时提高企业的生产效率。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的，

一种小型汽油机连杆的锻造方法，其包括如下步骤：1）称取原料；2）球磨；3）粉末压坯；4）烧结；5）冷却；6）喷涂石墨粉；7）感应加热；8）锻打和脱模；

优选地，上述锻造方法包括如下步骤：

1）称取原料：按照重量份取铁1000-1200份，钛4-6份，镍3-4份，锰2-3份，铬1-2份，碳化硅3-4份，碳化钛2-3份，氮化铝2-3份，钛酸钡1-2份，硬脂酸锌1-2份，滑石粉1-2份，钠水玻璃1-2份（优选模数3.2）；石墨粉7-9份；

2）球磨：将铁、钛、镍、锰、铬、碳化硅、碳化钛、氮化铝以及钛酸钡混合得到混合物1，加入适量的水（优选0.1倍混合物1的重量），送入球磨机中球磨，得到400目粉末，然后喷雾干燥、烘干得到混合物2；

3）粉末压坯：往混合物2中添加步骤1）称取的硬脂酸锌1-2份，滑石粉1-2份以及钠水玻璃1-2份，随后搅拌均匀，然后在8-10Mpa压力下压坯得到混合物3；

4）烧结：将混合物3在氮气保护气氛下700-800℃进行烧结5小时，制备成连杆粉末成型毛坯；

5）冷却：以20-25℃/分钟的降温速率冷却步骤4）制备的毛坯至室温；

6）喷涂石墨粉：在毛坯表面均匀喷涂步骤1）称取的石墨粉7-9份，然后静置5-10分钟；

7）感应加热：进入在氮气保护气氛下，感应加热10-20秒钟；

8）锻打和脱模：最后控制毛坯温度在800℃-850℃的条件下移入模具中快速锻打、脱模即得。

优选地，硬脂酸锌，滑石粉以及石墨粉的粒径为400目，钠水玻璃的模数为3.2。

本发明取得的有益效果主要包括：

1.本发明锻造工艺简单可行，实现了无切屑或少切屑，大幅度减少连杆加工工序，大量节省厂房、设备及人力资源；

2.本发明通过选择各种金属原料，配比合理，使产品的机械强度、延伸率以及抗疲劳强度有所提高；通过添加水玻璃、滑石粉、硬脂酸锌以及滑石粉，使得产品内部组织结构的纵横均匀度，合金粉末分散均匀；

3.本发明的锻造方法不仅适用于小型汽油机连杆粉末锻造，还非常适用于其他重量轻、几何形状复杂、尺寸精度高、机械性能要求高，大批量生产的粉末锻造零部件。

4.本发明产品锻打后连杆密度大于7.9g/cm³，加工余量在0.1mm以下,大幅度减少了机械加工工作量和传统锻件加热次数。

具体实施方式

以下将采用具体的实施例来对本发明作进一步的解释，但是不应当看作是对本发明创新精神的限制。

实施例1

一种小型汽油机连杆的锻造方法，包括如下步骤：1）称取原料；2）球磨；3）粉末压坯；4）烧结；5）冷却；6）喷涂石墨粉；7）感应加热；8）锻打和脱模；具体包括如下步骤：

1）称取原料：按照重量份取铁1000份，钛4份，镍3份，锰2份，铬1份，碳化硅3份，碳化钛2份，氮化铝2份，钛酸钡1份，硬脂酸锌1份，滑石粉1份，钠水玻璃1份；石墨粉7份；

2）球磨：将铁、钛、镍、锰、铬、碳化硅、碳化钛、氮化铝以及钛酸钡混合得到混合物1，加入0.1倍混合物1重量的水，送入球磨机中球磨，得到400目粉末，然后喷雾干燥、烘干得到混合物2；

3）粉末压坯：往混合物2中添加步骤1）称取的硬脂酸锌1份，滑石粉1份以及钠水玻璃1份，随后搅拌均匀，然后在8Mpa压力下压坯得到混合物3；其中，硬脂酸锌以及滑石粉的粒径为400目，钠水玻璃的模数为3.2；

4）烧结：将混合物3在氮气保护气氛下700℃进行烧结5小时，制备成连杆粉末成型毛坯；

5）冷却：以20℃/分钟的降温速率冷却步骤4）制备的毛坯至室温；

6）喷涂石墨粉：在毛坯表面均匀喷涂步骤1）称取的石墨粉7份，然后静置5分钟；石墨粉的粒径为400目；

7）感应加热：在氮气保护气氛下，感应加热10秒钟；

8）锻打和脱模：最后控制毛坯温度在800℃的条件下移入模具中快速锻打、脱模即得。

实施例2

一种小型汽油机连杆的锻造方法，其包括如下步骤：1）称取原料；2）球磨；3）粉末压坯；4）烧结；5）冷却；6）喷涂石墨粉；7）感应加热；8）锻打和脱模；具体包括如下步骤：

1）称取原料：按照重量份取铁1100份，钛5份，镍4份，锰3份，铬2份，碳化硅4份，碳化钛3份，氮化铝3份，钛酸钡2份，硬脂酸锌2份，滑石粉2份，钠水玻璃2份，石墨粉8份；

2）球磨：将铁、钛、镍、锰、铬、碳化硅、碳化钛、氮化铝以及钛酸钡混合得到混合物1，加入0.1倍混合物1重量水，送入球磨机中球磨，得到400目粉末，然后喷雾干燥、烘干得到混合物2；

3）粉末压坯：往混合物2中添加步骤1）称取的硬脂酸锌2份，滑石粉2份以及钠水玻璃2份，随后搅拌均匀，然后在9Mpa压力下压坯得到混合物3；其中，硬脂酸锌以及滑石粉的粒径为400目，钠水玻璃的模数为3.2；

4）烧结：将混合物3在氮气保护气氛下750℃进行烧结5小时，制备成连杆粉末成型毛坯；

5）冷却：以22℃/分钟的降温速率冷却步骤4）制备的毛坯至室温；

6）喷涂石墨粉：在毛坯表面均匀喷涂步骤1）称取的石墨粉8份，然后静置7分钟；石墨粉的粒径为400目；

7）感应加热：进入在氮气保护气氛下，感应加热15秒钟；

8）锻打和脱模：最后控制毛坯温度在820℃的条件下移入模具中快速锻打、脱模即得。

实施例3

一种小型汽油机连杆的锻造方法，其包括如下步骤：1）称取原料；2）球磨；3）粉末压坯；4）烧结；5）冷却；6）喷涂石墨粉；7）感应加热；8）锻打和脱模；上述锻造方法具体包括如下步骤：

1）称取原料：按照重量份取铁1200份，钛6份，镍4份，锰3份，铬2份，碳化硅4份，碳化钛3份，氮化铝3份，钛酸钡2份，硬脂酸锌2份，滑石粉2份，钠水玻璃1份，石墨粉9份；

2）球磨：将铁、钛、镍、锰、铬、碳化硅、碳化钛、氮化铝以及钛酸钡混合得到混合物1，加入0.1倍混合物1的重量水，送入球磨机中球磨，得到400目粉末，然后喷雾干燥、烘干得到混合物2；

3）粉末压坯：往混合物2中添加步骤1）称取的硬脂酸锌2份，滑石粉2份以及钠水玻璃1份，随后搅拌均匀，然后在8Mpa压力下压坯得到混合物3；其中，硬脂酸锌和滑石粉的粒径为400目，钠水玻璃的模数为3.2；

4）烧结：将混合物3在氮气保护气氛下8000℃进行烧结5小时，制备成连杆粉末成型毛坯；

5）冷却：以25℃/分钟的降温速率冷却步骤4）制备的毛坯至室温；

6）喷涂石墨粉：在毛坯表面均匀喷涂步骤1）称取的石墨粉9份，然后静置10分钟；石墨粉的粒径为400目；

7）感应加热：进入在氮气保护气氛下，感应加热20秒钟；

8）锻打和脱模：最后控制毛坯温度在850℃的条件下移入模具中快速锻打、脱模即得。

实施例4

采用本发明实施例1-3锻造的小型汽油机连杆的性能参数测试：采用实施例1-3锻造的连杆和市场普通连杆作对比，试验结果如下表1：

表1

结论：本发明锻造工艺较佳，简单可行，适用于大规模工业化生产，其锻造制备的连杆适用于小型汽油机，其在疲劳极限、脆性断面、断面收缩率、抗疲劳强度、冲击韧度以及延伸率等参数均大大提高。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种小型汽油机连杆的锻造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）称取原料：按照重量份取铁1000-1200份，钛4-6份，镍3-4份，锰2-3份，铬1-2份，碳化硅3-4份，碳化钛2-3份，氮化铝2-3份，钛酸钡1-2份，硬脂酸锌1-2份，滑石粉1-2份，钠水玻璃1-2份，石墨粉7-9份；

2）球磨：将铁、钛、镍、锰、铬、碳化硅、碳化钛、氮化铝以及钛酸钡混合得到混合物1，加入适量的水，送入球磨机中球磨，得到400目粉末，然后喷雾干燥、烘干得到混合物2；

3）粉末压坯：往混合物2中添加步骤1）中的硬脂酸锌，滑石粉以及钠水玻璃，随后搅拌均匀，然后在8-10Mpa压力下压坯得到混合物3；

4）烧结：将混合物3在氮气保护气氛下700-800℃进行烧结5小时，制备成连杆粉末成型毛坯；

5）冷却：以20-25℃/分钟的降温速率冷却步骤4）制备的毛坯至室温；

6）喷涂石墨粉：在毛坯表面均匀喷涂步骤1）中的石墨粉，然后静置5-10分钟；

7）感应加热：在氮气保护气氛下，感应加热10-20秒钟；

8）锻打和脱模：最后控制毛坯温度在800℃-850℃的条件下移入模具中快速锻打、脱模即得。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硬脂酸锌，滑石粉以及石墨粉的粒径为400目，所述钠水玻璃的模数为3.2。