CN105328104B - 用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及锻造工艺 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及锻造工艺，该模具包括：上凸模、下凸模、连杆机构、设置于上模座的上凹模和设置于下模座的下凹模，其中：下凸模的连接端与下冲头支撑座相连，其工作端穿设于下凹模中部，上凸模的连接端与上冲头垫块下端相连，其工作端穿设于上凹模中部，连杆机构设置于上冲头垫块上端，锻压锻件时，上凸模、上凹模、下凸模和下凹模组成闭式模膛，本装置保证了锻件几何尺寸的稳定性，质量偏差不超过30g，减少了材料的消耗，降低了成本。连杆经过淬火和退火等后续加工后，其强度是一般连杆的2倍，连杆的截面惯性矩平稳变化。所述的模具在整个锻造过程中运行平稳无冲击。

Description

用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及 锻造工艺

技术领域

本发明涉及的是一种汽车发动机关键零部件制造领域的技术，具体是一种用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及其锻造工艺。

背景技术

随着生态环保标准的提高，要求在不增加汽车发动机连杆质量和尺寸的前提下，提高零件强度、精度和平衡性。而汽车发动机连杆一般都是采用开式模锻，在开式模膛周边设有飞边槽，锻造过程中，多余的金属可流入飞边槽中。锻造完成后的连杆都要经过切边、整形，这不仅增加了材料消耗，而且使切边后的连杆在分模面上金属流线外露，形成应力腐蚀源。由于采用开式模锻，锻造后的连杆的厚度公差难以控制，连杆的重量误差常常超差，使得连杆要按配重分组进行机械加工。这不能保证连杆工作条件的同一性，连杆几何参数的细微差别导致各个连杆的端面的惯性矩不同，导致发动机内部燃烧功不平衡。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN85202826，公开日为1986年07月06日，公开了一种管接头多向模锻装置，包括上模板、动圈和下模板内分别装有四组以下的楔形工作机构和卸料机构，以及可适用于模锻的二通、三通和四通管接头。该装置主要用模锻管接头等短轴类锻件，不能进行长轴类连杆锻造。况且动圈与下模板分离，降低了加工精度和生产效率。

中国专利文献CN201807661，公开日为2011年04月27日，公开了一种用于闭式模锻的冲校模具结构，包括下模座、上模座、冲孔凸模、校正上模和校正下模，上模座和下模座之间通过导柱相连，在上模座下表面通过弹性活动拉杆连接有活动垫板，活动垫板的底部固定校正上模，下模座上表面固定校正下模，做上模座中固定有用于冲除锻件中央通孔连皮的冲孔凸模，该冲孔凸模轴向贯穿活动垫板和校正上模并与锻件中央通孔相对应。该装置只能用来锻压盘类零件，不能用于长轴类锻件的模锻。

中国专利文献CN102049456A，公开日为2011年05月11日，公开了一种40Cr钢机体座类零件的多向模锻工艺及模具，属于金属材料塑性成型技术领域，目的在于有效地避免现有开式模锻工艺和等温模锻工艺存在的问题，该多向模锻工艺，包括下料、加热、多向模锻步骤，多向模锻过程为：1)下棒料经中频感应加热至1000℃～1180℃；2)用多向模锻模具对加热毛坯一次成型，该发明的多向模锻模具，包括对称的左右侧凸模，上半凹模、下半凹模、侧凸模固定板以及有上下模座组成的模架。但该模具结构是垂直分模，没有足够合模力，在锻造连杆类锻件时，要精确成形工字型截面需要比成形力还大的合模力，若用该模具成形，锻件势必出现飞边、尖角和难充型部位，因充不满而使锻件报废；该装置的分模成形冲头只有一个，造成锻件体内金属流动不均匀，存在较大的残余应力。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于汽车发动机关键零件制造的连杆无飞边模锻闭塞模具及其锻造工艺。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种连杆无飞边模锻模具，包括：上凸模、下凸模、连杆机构、设置于上模座的上凹模和设置于下模座的下凹模，其中：下凸模的连接端与下冲头支撑座相连，其工作端穿设于下凹模中部，上凸模的连接端与上冲头垫块下端相连，其工作端穿设于上凹模中部，连杆机构设置于上冲头垫块上端，上凸模和下凸模的工作端宽度b与锻件深度横截面宽b_n相等，锻压锻件时，上凸模、上凹模、下凸模和下凹模组成闭塞模膛。

所述的下模座通过弹性部件设置于模框中，上模座与下模座通过设置于模框中的枢轴活动相连。

所述的弹性部件为设置于模框两侧的氮气弹簧。

所述的上模座顶部设有过渡垫板，该过渡垫板中部穿设有顶杆。

所述的连杆机构包括：纵向连杆结构和横向连杆结构，其中：纵向连杆结构与过渡垫板和上冲头垫块相连，该纵向连杆结构在顶杆作用下使上冲头垫块相对于上模座向上运动，横向连杆结构与上冲头垫块、枢轴滑套和过渡垫板相连，该横向连杆结构在枢轴滑套作用下使上冲头垫块相对于上模座向下运动。

所述的上凸模包括：大头孔上冲头、杆体上冲头和小头孔上冲头，其中：大头孔上冲头、杆体上冲头和小头孔上冲头依次紧密排列。

所述的下凸模包括：大头孔下冲头、杆体下冲头和小头孔下冲头，其中：大头孔下冲头、杆体下冲头和小头孔下冲头依次紧密排列。

所述的下冲头支撑座中设有一端与大头孔下冲头、杆体下冲头相连的测力计。

本发明涉及使用上述模具的模锻方法，包括以下步骤：

1)将毛坯感应加热到1140～1160℃，而后经过拔长、滚挤使其具有连杆轮廓；

2)对毛坯进行预锻后，将其放置于上述模具的下凹模中，而后在压力机的作用下，上凹模和上凸模随之向下运动，下凹模、上凹模、上凸模和下凸模形成封闭模膛，待锻件在模膛中受到挤压变形直至充满模膛；

3)上凹模和上凸模向上运动，所述模具回复初始状态后，取出锻件；

4)使用冲孔整形复合模具对锻件进行再次锻压后，即得到尺寸形状符合要求的连杆。

技术效果

与现有技术相比，使用本发明所述的装置和方法锻造的连杆无飞边，保证了锻件几何尺寸的稳定性，质量偏差不超过16g，减少了材料的消耗，降低了成本。连杆经过淬火和回火等后续加工后，其强度是一般连杆的2倍，连杆的截面惯性矩平稳变化。所述的模具在整个锻造过程中运行平稳无冲击。

附图说明

图1为本发明连杆闭塞模整体结构示意图；

图中：1顶杆；2过渡垫板；3纵向连杆结构；4上冲头垫块；5横向连杆结构；6上模座；7上冲头固定块；8大头孔上冲头；9杆体上冲头；10小头孔上冲头；11上凹模；12枢轴滑套；13锻件；14杆体下冲头；15小头孔下冲头；16大头孔下冲头；17下凹模；18下冲头固定块；19枢轴；20测力计；21下冲头支撑座；22下模座；23枢轴支撑座；24氮气弹簧；25模框；26上凸模；27下凸模。

图2为模膛杆部截面金属流动受力示意图；

图3为半成品连杆锻件正视图；

图4为连杆锻件杆部横截面形状示意图；

图中：a为本发明无飞边锻件，b为有飞边常规锻件；

图5为连杆锻件的金相图；

图中：a为放大倍率200倍下的纤维流线；b为放大倍率800倍下的显微组织。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：上凸模26、下凸模27、设置于上模座6的上凹模11和设置于下模座22上的下凹模17，其中：上凸模26和下凸模27分别活动设置于上凹模11中部和下凹模17中部。该上凸模26、下凸模27、上凹模11和下凹模17组成闭式模膛。

所述的下模座22设置于模框25中，该下模座22两端通过氮气弹簧24与模框25底部相连。模框25中部凹槽中设有枢轴支撑座23，且位于两端的氮气弹簧24之间。下模座22与上模座6通过枢轴19相连，该枢轴19设置于枢轴支撑座23两侧，使得下模座22和上模座6能够沿着枢轴19上下滑动。枢轴19的顶端能够带动设置于上模座6的枢轴滑套12上下滑动。所述的上模座6顶部设有过渡垫板2，其中部设有通孔，该通孔中滑动设置有顶杆1。

所述的下凸模27包括：大头孔下冲头16、杆体下冲头14和小头孔下冲头15，其中：大头孔下冲头16、杆体下冲头14和小头孔下冲头15的连接端依次设置于下冲头支撑座21上端，且通过设置于该下冲头支撑座21两侧的下冲头固定块18固定。该下冲头支撑座21下端设置于枢轴支撑座23中部。下冲头支撑座21内设有测力计20，测力计20的上端与大头孔下冲头16和杆体下冲头14的下端紧密接触。

所述的下凹模17设置于下模座22上端中部，且套设在下凸模27上端即工作端，其能够沿着小头孔下冲头15和大头孔下冲头16的外表面滑动，可以增加或减薄两头孔中连皮厚薄以调节因材料超差所引起的多余或不足，保证锻件充满而不出飞边。

所述的上凸模26包括：大头孔上冲头8、杆体上冲头9和小头孔上冲头10，其中：大头孔上冲头8、杆体上冲头9和小头孔上冲头10的连接端即上端依次设置于上冲头垫块4的下端，且通过上冲头固定块7固定。上冲头垫块4活动设置于上模座6的上端凹槽中，且能够在凹槽中上下滑动。

所述的上冲头垫块4上端设有纵向连杆结构3，该纵向连杆结构3的两个支点分别设置于上冲头垫块4上端和过渡垫板2下侧。当顶杆1相对于过渡垫板2向下运动时，顶杆1通过纵向连杆结构3使得上冲头垫块4带动上凸模26相对于上模座6向上运动。

所述的上冲头垫块4上端设有横向连杆结构5，该横向连杆结构5与枢轴滑套12上端和上冲头垫块4上端相连。当锻压锻件时，枢轴滑套12相对于上模座6向上运动，该枢轴滑套12通过横向连杆结构5使得上冲头垫块4相对于枢轴滑套12向下运动。

所述的上凹模11设置于上模座6下端。所述下凸模27设置于上凹模11中部通孔中，且能够上下滑动。

如图2所示，上凸模26的宽度b等于锻件深度横截面宽b_n，模膛高度保持不变，这样消除了金属从模膛中挤出的可能性。金属与模具表面的摩擦力τ_μ阻碍金属流入凸模与凹模的缝隙中，从而减少锻件13出现端面毛刺的可能性。

锻压工件时，预锻件13设在下凹模17上，压力机的上滑块下行，带动上模座6、上凹模11和上凸模26向下运动。上凹模11和下凹模17合模前，枢轴19上端进入枢轴滑套12中。上凹模11和下凹模17合模后，上模座6和下模座22一起向下运动，枢轴滑套12在枢轴19的作用下相对向上运动，并通过横向连杆结构5迫使上凸模26向下运动。上凸模26和下凸模27以相同速度相向运动，对模膛中的预锻件13上下同时相等施力，取得均匀变形。压力机上滑块回程，模具所有零件恢复原始状态，上滑块继续向上，顶杆1向下运动并通过纵向连杆结构3提升上凸模26，以打开模具取出锻件13。通过调节横向连杆结构5可以调节上凸模26的相对于上模座6的速度。

本实施例锻件为汽车发动机连杆，质量为1750g，材料为合金钢。

使用所述的连杆无飞边模锻模具进行模锻包括以下步骤：

1)将毛坯在中频感应加热炉里加热到1150±10℃，而后立刻输送到液压锤上进行拔长、滚挤，预锻，使毛坯具有连杆的轮廓。

2)对毛坯进行预锻后，将其放置于上述连杆无飞边模锻模具的下凹模中，而后在压力机的作用下，上凹模和上凸模随之向下运动，下凹模、上凹模、上凸模和下凸模形成封闭模膛，锻件在模膛中受到挤压变形直至充满模膛。

3)上凹模11和上凸模向上运动，所述模具回复初始状态后，取出锻件

4)将锻件转移到冲孔整形复合模中加工，得到连杆。

5)将连杆锻件输送入油槽中进行淬火，接着在箱式炉中回火，以恒温570℃保温90分钟之后出炉，即得到成品连杆。

所述的成品连杆杆部截面形状如图4所示，截面形状与普通不同，弯曲强度大。

采用ZD10/90通用试验机对成品连杆的强度进行测试，三个试样的流动极限值分别为285MPa、282MPa和273MPa。而一般通过有飞边模具制造的连杆测得的流动极限值为150MPa左右。本发明所设计模具除了锻件无飞边具有一系列优点外，由于模具在整个运行中通过杠杆系统驱动；在连杆终锻成形中，承受最大压力的模座部分坐落在氮气弹簧组件上，故整个模具运行平稳无冲击，因此对模具尖角应力集中不敏感。对此，本发明对连杆杆部截面做了修改，如图4a所示。它与常规模锻连杆锻件具有同样截面积而具有不同形状。在这种情况下，按照新工艺所获得连杆弯曲强度几乎达到传统工艺2倍，预见未来要增加发动机功率，不必增加连杆组外廓尺寸和质量。这是由于横截面几何形状不同，这也得到试验证实。

如图5所示，对成品连杆进行金相显微组织检验，锻件有无组织缺陷清晰的晶粒取向，为索氏体型珠光体，平均晶粒尺寸为10～15μm。

与现有技术相比，使用本装置及方法锻造的连杆无飞边，保证了锻件几何尺寸的稳定性，质量偏差不超过16g，减少了材料的消耗，降低了成本。连杆经过淬火和回火等后续加工后，其强度是一般连杆的2倍，连杆的截面惯性矩平稳变化。所述的模具在整个锻造过程中运行平稳无冲击。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征在于，包括：上凸模、下凸模、连杆机构、设置于上模座的上凹模和设置于下模座的下凹模，其中：下凸模的连接端与下冲头支撑座相连，其工作端穿设于下凹模中部，上凸模的连接端与上冲头垫块下端相连，其工作端穿设于上凹模中部，连杆机构设置于上冲头垫块上端，上凸模和下凸模的工作端宽度与锻件深度横截面宽相等，锻压锻件时，上凸模、上凹模、下凸模和下凹模组成闭式模膛；

所述的连杆机构包括：纵向连杆结构和横向连杆结构，其中：纵向连杆结构与过渡垫板和上冲头垫块相连，该纵向连杆结构在顶杆作用下使上冲头垫块相对于上模座向上运动，横向连杆结构与上冲头垫块、枢轴滑套和过渡垫板相连，该横向连杆结构在枢轴滑套作用下使上冲头垫块相对于上模座向下运动，且合模后上、下凸模以相同速度相向运动并同时对坯料施以模锻力。

2.根据权利要求1所述的连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征是，所述的下模座通过弹性部件设置于模框中，上模座与下模座通过设置于模框中的枢轴活动相连。

3.根据权利要求1所述的连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征是，所述的上模座顶部设有过渡垫板，该过渡垫板中部穿设有顶杆。

4.根据权利要求1所述的连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征是，所述的上凸模包括：大头孔上冲头、杆体上冲头和小头孔上冲头，其中：大头孔上冲头、杆体上冲头和小头孔上冲头依次紧密排列。

5.根据权利要求1所述的连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征是，所述的下凸模包括：大头孔下冲头、杆体下冲头和小头孔下冲头，其中：大头孔下冲头、杆体下冲头和小头孔下冲头依次紧密排列。

6.根据权利要求5所述的连杆无飞边模锻闭塞模具，其特征是，所述的下冲头支撑座中设有一端与大头孔下冲头、杆体下冲头相连的测力计。

7.一种基于上述任一权利要求所述模具的锻造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)将毛坯感应加热到1140～1160℃，而后经过拔长、滚挤、预锻使其具有连杆轮廓；

2)对毛坯进行预锻后，将其放置于上述模具的下凹模中，而后在压力机的作用下，上凹模和上凸模随之向下运动，下凹模、上凹模、上凸模和下凸模形成封闭模膛，待锻件在模膛中受到挤压变形直至充满模膛；

3)上凹模和上凸模向上运动，所述模具回复初始状态后，取出锻件；

4)使用冲孔整形复合模具对锻件进行再次锻压后，即得到尺寸形状符合要求的连杆。