CN109822038B - 船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，采用自由锻的方式，将钢锭锻造成低速柴油机连杆毛坯；将该毛坯的两端锯平，并将杆部加工，预处理成低速柴油机连杆模锻坯料；用加热炉局部加热低速柴油机连杆模锻坯料的厚端或薄端；用局部模锻两端异形连杆的模具对已加热端进行模锻，成形该端的内凹面，同时成形过渡面及外形，得低速柴油机连杆半成品；对另一端加热，更换模具，成形另一端的内凹面，过渡面及外形，得低速柴油机连杆。本发明能在自由锻压机上实现连杆模锻，制坯简单，模锻无偏载，成形力小；形尺寸与连杆零部件外形接近，可仿形锻造形状复杂的大锻件；能保持连杆两端分叉的金属连续性，大幅减少工艺敷料，成本低。

Description

船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法

技术领域

本发明属于大锻件模锻成形技术领域，具体涉及一种船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法。

背景技术

船用柴油机连杆是船舶发动机中的重要零件，两端分别与活塞杆、曲轴(曲柄)连接，起到将活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传递给曲轴，实现运动和能的传递。船用柴油机连杆在工作中受到来自活塞的循环拉压，以及转化运动时产生的横向、纵向惯性力，所承受的应力状态复杂。因此，要求船用柴油机连杆既要具有较高的强度和抗疲劳性能，又要具有足够的刚性和韧性。

船用柴油机连杆(见图6)，外形复杂，重量及尺寸规格大，2t-6t，长度2m-3m。现有技术为自由锻+机械加工的方式生产，自由锻方式生产的现低速柴油机连杆毛坯10(见图2)，图中实线是毛坯外形，双点划线为连杆零件外形。其存在以下几个突出问题：

1、在自由锻方式下，连杆锻件厚端外球面、薄端锥面，自由锻无法精准锻出，只能锻成方台阶，经后续机械加工去除材料，得到外形尺寸，毛坯需要大量工艺辅料，此工艺辅料是自由锻锻造方式下必需的工艺辅料，无法克服，故造成原材料的巨大浪费，也造成了大量的机加工工时浪费；船用柴油机连杆两端的内凹面，自由锻无法锻出，自由锻只能全部锻成实心，后续机加工去除材料，得到内凹面；

2、船用柴油机连杆外形复杂，而自由锻精度本身较低，因此通常需要预留40-50mm机加工余量，造成机加工工时的浪费。

3、自由锻生产的船用柴油机连杆毛坯，机械加工去除材料成形两端外形和内凹面，切断了金属纤维，破坏了锻造组织的连续性，削弱了锻造船用柴油机连杆的内部质量优势，对船用柴油机连杆的质量和寿命不利。

对于小型连杆，如汽车发动机连杆(重量1kg～2kg)，通常在模锻压力机上，全模锻成形，即，坯料放入上下模具内，模锻出整个连杆，精度高，效率高。采用与小连杆相似的全模锻不可实现，原因在于：1.船用柴油机连杆重量高达数吨，全模锻所需的力非常巨大，预计需要数十万吨压力；2.薄端和厚端厚度尺寸、形状相差很大，成形力不对称，全模锻时产生严重偏载。船用柴油机连杆采用全模锻，在设备方面和技术方面均都不具有可行性。

综上，研究开发一种用于局部模锻船用柴油机连杆的方法，分别局部模锻成形船用柴油机连杆两端，具有非常重要的现实意义、价值。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种能减少工艺辅料，可节约原材料40％以上，机械加工量减少80％左右，能有效缩短制造周期，降低加工成本的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法。

本发明目的的实现方式为，船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，具体步骤如下：

1)自由锻制坯，采用自由锻的方式，将钢锭锻造成低速柴油机连杆毛坯；

①所述低速柴油机连杆毛坯的厚端与模锻成型船用低速柴油机连杆厚端的关系为：低速柴油机连杆毛坯厚端锥部与杆部夹角＞120°；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯厚端体积为模锻成型船用低速柴油机连杆厚端体积的1.05～1.2倍，

低速柴油机连杆毛坯厚端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端宽小100～400mm；

低速柴油机连杆毛坯厚端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端厚小50～150mm；

低速柴油机连杆毛坯厚端长由体积、宽和厚计算而得；

②所述低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的杆部与模锻成型船用低速柴油机连杆杆部的关系为：

低速柴油机连杆毛坯的杆部体积为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部体积的0.9～0.95倍，

低速柴油机连杆毛坯的杆部直径为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部直径的1.05～1.1倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的杆部长比模锻成型船用低速柴油机连杆杆部长小50～120mm；

③所述低速柴油机连杆毛坯的薄端与模锻成型船用低速柴油机连杆薄端的关系为：低速柴油机连杆毛坯薄端锥部与杆夹角＞120°；

低速柴油机连杆毛坯薄端体积为模锻成型船用低速柴油机连杆薄端体积的1.05～1.2倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端宽小大100～400mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端小0～50mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端长由体积、宽和厚计算而得；

2)将低速柴油机连杆毛坯的两端锯平，并将杆部加工至精加工10mm余量；低速柴油机连杆毛坯杆部加工段与厚、薄端过渡锥面与低速柴油机连杆毛坯的毛坯面之间采用＞120°锥面过渡；经上述预处理得低速柴油机连杆模锻坯料；

3)采用坯料局部加热炉或可变容隧道式连杆加热炉对低速柴油机连杆模锻坯料的厚端或薄端进行局部加热至锻造温度；

4)采用用于局部模锻两端异形连杆的模具对步骤3)已加热的厚端或薄端进行模锻，成形厚端或薄端的内凹面，同时成形厚端或薄端的过渡面及外形，得低速柴油机连杆半成品；

5)重复步骤3)，用坯料局部加热炉或可变容隧道式连杆加热炉对低速柴油机连杆模锻坯料未局部加热的薄端或厚端进行加热；

6)更换模具，采用用于局部模锻船用低速柴油机连杆的模具，重复步骤4)对步骤5)局部加热的低速柴油机连杆模锻坯料的薄端或厚端进行模锻，成形薄端或厚端的内凹面，同时成形薄端或厚端的过渡面及外形，得低速柴油机连杆。

本发明的突出优点在于：

1、采用自由锻成型的低速柴油机连杆毛坯，不需要专用配置制坯模具，毛坯尺寸要求低，制坯过程简单，无偏载，成形力小，使低速柴油机连杆仿形锻造成为可能；

2、实现了低速柴油机连杆外形的仿形锻造，避免了自由锻连杆所需的工艺辅料，可节约原材料40％以上，机械加工量减少80％左右，有效缩短制造周期，降低加工成本；

3、所需的毛坯简单，低速柴油机连杆毛坯的局部尺寸不需要精确控制，尺寸和外形要求不高，不需专用制坯工装；

4、低速柴油机连杆毛坯直接模锻成形了两端外形和凹面，最大程度地保持低速柴油机连杆两端的金属连续性，克服了自由锻+机械加工方式破坏低速柴油机连杆锻造金属纤维的连续性的弊端。局部模锻技术方案可使低速柴油机连杆提高内部质量，延长了使用寿命。

采用本发明，各种机型的低速柴油机连杆的成形力均在1万吨以下，且不存在偏载问题，故无需对压机设备改造，更不需要投入专用压机。

附图说明

图1是本发明局部模锻成型方式图，

图2是为现低速柴油机连杆毛坯结构示意图；

图3是本发明的低速柴油机连杆毛坯结构示意图；

图4是预处理后低速柴油机连杆模锻坯料结构示意图；

图5是局部模锻厚端得到的低速柴油机连杆半成品结构示意图；

图6是完成两端局部模锻得到的低速柴油机连杆结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图详述本发明。

本发明的具体步骤如下：

1)自由锻制坯，采用自由锻的方式，将钢锭锻造成如图3所示的低速柴油机连杆毛坯。

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的扁方与杆部之间的厚端过渡锥部6-1、薄端锥部8-1，不要求绝对规则，允许存在30mm以下的自由锻砧子遗留的不规则凹坑。

①所述低速柴油机连杆毛坯的厚端锥部6-1、厚端端部一6-2.1与模锻成型船用低速柴油机连杆厚端6的关系为：低速柴油机连杆毛坯厚端锥部6-1与杆部7-1的夹角＞120°；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯厚端锥部6-1、厚端端部一6-2.1的体积为模锻成型船用低速柴油机连杆厚端体积的1.05～1.2倍，

低速柴油机连杆毛坯厚端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端宽小100～400mm；

低速柴油机连杆毛坯厚端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端厚小50～150mm。

低速柴油机连杆毛坯厚端长由体积、宽和厚计算而得。

②因低速柴油机连杆毛坯的杆部在模锻过程中会略有伸长，直径需预处理加工，故所述低速柴油机连杆毛坯的杆部一7-1与模锻成型船用低速柴油机连杆杆部7的关系为：

低速柴油机连杆毛坯的杆部体积为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部体积的0.9～0.95倍，

低速柴油机连杆毛坯的杆部直径为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部直径的1.05～1.1倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的杆部长比模锻成型船用低速柴油机连杆杆部长小50～120mm；

③低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的薄端锥部8-1、薄端端部一9-1.1与模锻成型船用低速柴油机连杆薄端锥部8、薄端端部9的关系为：连杆模锻坯料毛坯薄端锥部8-1与杆部7-1夹角＞120°；

低速柴油机连杆毛坯薄端体积为模锻成型船用低速柴油机连杆薄端体积的1.05～1.2倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端宽小100～400mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端厚小0～50mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端长由体积、宽和厚计算而得。

2)将低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的两端锯平，去除两端多余料；将杆部加工至精加工10mm余量；低速柴油机连杆毛坯杆部加工段与厚、薄端过渡锥面与低速柴油机连杆毛坯的毛坯面之间采用＞120°锥面过渡；经上述预处理得图4所示的，厚端端部二6-2.2、薄端端部二9-1.2的低速柴油机连杆模锻坯料。

3)采用本发明同日申请的《坯料局部加热炉》或《可变容隧道式连杆加热炉》对低速柴油机连杆锻件料局部加热厚端6-1、6-2.2至锻造温度。

用坯料局部加热炉加热的具体方法为：

打开炉门，液压缸活塞杆伸出，翻转平台绕转轴翻转至水平状态；将低速柴油机连杆模锻坯料水平状态吊装到到翻转机构的翻转平台上，并将低速柴油机连杆模锻坯料需加热端放入坯料局部加热炉内；选择与坯料非加热段截面和尺寸相吻合的孔的离合子、母，安到炉门上；关闭炉门，离合子和离合母的孔与低速柴油机连杆模锻坯料非加热段精密贴合；开启热源，对低速柴油机连杆模锻坯料需加热段进行加热；在锻造温度下充分保温后，打开炉门，液压缸活塞杆回程，带动翻转平台绕转轴向下翻转至竖直状态；吊走低速柴油机连杆模锻坯料，低速柴油机连杆模锻坯料需加热段加热过程完成；

局部加热时应尽量减小对船用低速柴油机杆部7-1的热影响区；

用可变容隧道式连杆加热炉加热的方法是，低速柴油机连杆模锻坯料挂在载物台上，需加热端朝上，非加热端处于基坑内，插入密封块密封；挂有低速柴油机连杆模锻坯料的载物车沿轨道向前行进，进入炉腔，重复上述过程，后续载物车首尾相接，依次装炉，进料数量达到预订数量后，随移动小车载进料炉门密封炉腔；加热系统进行加热至锻造温度；出炉时，开出料炉门，炉内所有载物车、进料炉门全部向前移动一个工位，第一件低速柴油机连杆模锻坯料推出炉腔，关闭出料炉门，其余低速柴油机连杆模锻坯料继续保温；出炉后抽出密封块，吊钳夹持低速柴油机连杆模锻坯料退出U型槽并吊走；重复上述过程，完成出料。

4)采用本发明同日申请的《用于局部模锻两端异形连杆的模具》对已加热端进行模锻，具体方法为：

参照图1，将固定支撑5上的两个半模3打开，低速柴油机连杆模锻坯料2已加热端向上，吊装入半模中间；推拉头推动两个半模合模；套外模圈4，将两合模的半模箍住。压机驱动冲头1压入半模内的已加热端，成形该端得如图5所示的低速柴油机连杆半成品。外模圈连同半模、低速柴油机连杆半成品用本申请人同日申请的《大锻件吊钳》一起吊出，外模圈分离移开，半模拉开，吊出低速柴油机连杆半成品；

所述两个半模组成的型腔与连杆两端外形相一致，型腔预留精加工余量3-5mm。

所述冲头与低速柴油机连杆两端的厚端或薄端的内凹面一致，内凹面预留5-10mm精加工余量。

5)重复步骤3)，《坯料局部加热炉》或《可变容隧道式连杆加热炉》对低速柴油机连杆锻件料未局部加热的薄端，进行加热；局部加热时应尽量减小对杆部的热影响区；

6)更换模具，采用本发明同日申请的《用于局部模锻船用低速柴油机连杆的模具》，重复步骤4)对经步骤5)低速柴油机连杆锻件料局部加热的薄端进行模锻；成型如图6所示的低速柴油机连杆。

本发明先加热厚端还是薄端，加热及成形顺序不限，为便于本发明实施，本发明采用先加热成形厚端，再加热成型薄端。

本发明加热厚端或薄端至锻造温度并保温，加热温度和保温时间根据钢种和截面大小，按照行业规范进行计算确定；加热时，注意密封，减小杆部的热影响区。

Claims (6)

1.船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于具体步骤如下：

1）自由锻制坯，采用自由锻的方式，将钢锭锻造成低速柴油机连杆毛坯；

①所述低速柴油机连杆毛坯的厚端与模锻成型船用低速柴油机连杆厚端的关系为：低速柴油机连杆毛坯厚端锥部与杆部夹角＞120°；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯厚端体积为模锻成型船用低速柴油机连杆厚端体积的1.05~1.2倍，

低速柴油机连杆毛坯厚端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端宽小A，A为100~400mm；

低速柴油机连杆毛坯厚端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆厚端厚小B，B为50~150mm；

低速柴油机连杆毛坯厚端长由体积、宽和厚计算而得；

②所述低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的杆部与模锻成型船用低速柴油机连杆杆部的关系为：

低速柴油机连杆毛坯的杆部体积为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部体积的0.9~0.95倍，

低速柴油机连杆毛坯的杆部直径为模锻成型船用低速柴油机连杆杆部直径的1.05~1.1倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯的杆部长比模锻成型船用低速柴油机连杆杆部长小C，C为50~120mm；

③所述低速柴油机连杆毛坯的薄端与模锻成型船用低速柴油机连杆薄端的关系为：低速柴油机连杆毛坯薄端锥部与杆夹角＞120°；

低速柴油机连杆毛坯薄端体积为模锻成型船用低速柴油机连杆薄端体积的1.05~1.2倍，

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端宽比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端宽小D，D为100~400 mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端厚比模锻成型船用低速柴油机连杆薄端厚小E，E为0~50 mm；

低速柴油机连杆模锻坯料毛坯薄端长由体积、宽和厚计算而得；

2）将低速柴油机连杆毛坯的两端锯平，并将杆部加工至精加工10mm余量；低速柴油机连杆毛坯杆部加工段与厚、薄端过渡锥面与低速柴油机连杆毛坯的毛坯面之间采用＞120°锥面过渡；得低速柴油机连杆模锻坯料；

3）采用坯料局部加热炉或可变容隧道式连杆加热炉对低速柴油机连杆模锻坯料的厚端或薄端进行局部加热至锻造温度；

4）采用用于局部模锻两端异形连杆的模具对步骤3）已加热的厚端或薄端进行模锻，成形厚端或薄端的内凹面，同时成形厚端或薄端的过渡面及外形，得低速柴油机连杆半成品；

5）重复步骤3），用坯料局部加热炉或可变容隧道式连杆加热炉对低速柴油机连杆模锻坯料未局部加热的薄端或厚端进行加热；

6）更换模具，采用用于局部模锻船用低速柴油机连杆的模具，重复步骤4），对步骤5）局部加热的低速柴油机连杆模锻坯料的薄端或厚端进行模锻，成形薄端或厚端的内凹面，同时成形薄端或厚端的过渡面及外形，得低速柴油机连杆。

2.根据权利要求1所述的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于：低速柴油机连杆模锻坯料毛坯允许存在30mm以下的自由锻砧子遗留的不规则凹坑。

3.根据权利要求1所述的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于：步骤3）、步骤5）中用坯料局部加热炉加热的具体方法为：

打开炉门，液压缸活塞杆伸出，翻转平台绕转轴翻转至水平状态；将低速柴油机连杆模锻坯料水平状态吊装到到翻转机构的翻转平台上，并将低速柴油机连杆模锻坯料需加热端放入坯料局部加热炉内；选择与坯料非加热段截面和尺寸相吻合的孔的离合子、母，安到炉门上；关闭炉门，离合子和离合母的孔与低速柴油机连杆模锻坯料非加热段精密贴合；开启热源，对低速柴油机连杆模锻坯料需加热段进行加热；在至锻造温度下充分保温后，打开炉门，液压缸活塞杆回程，带动翻转平台绕转轴向下翻转至竖直状态；吊走低速柴油机连杆模锻坯料，低速柴油机连杆模锻坯料需加热段加热过程完成。

4.根据权利要求1所述的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于：步骤3）、步骤5）中用可变容隧道式连杆加热炉加热的方法是，低速柴油机连杆模锻坯料挂在载物台上，需加热端朝上，非加热端处于基坑内，插入密封块密封；挂有低速柴油机连杆模锻坯料的载物车沿轨道向前行进，进入炉腔，重复步骤3）、步骤5），后续载物车首尾相接，依次装炉，进料数量达到预订数量后，随移动小车载进料炉门密封炉腔；加热系统进行加热至锻造温度；出炉时，开出料炉门，炉内所有载物车、进料炉门全部向前移动一个工位，第一件低速柴油机连杆模锻坯料推出炉腔，关闭出料炉门，其余低速柴油机连杆模锻坯料继续保温；出炉后抽出密封块，吊钳夹持低速柴油机连杆模锻坯料退出U型槽并吊走；重复操作，完成出料。

5.根据权利要求1所述的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于：步骤4）采用用于局部模锻低速柴油机连杆模锻坯料的模具模锻的具体方法是，两个半模打开，两端异形连杆热端向上，吊装入半模中间；推拉头推动两个半模合模；套外模圈箍住；压机驱动冲头压入半模内的已加热端，成形该加热端得半成品；外模圈连同半模、两端异形连杆半成品一起吊出，外模圈分离移开，半模拉开，吊出半成品。

6.根据权利要求5所述的船用低速柴油机连杆局部模锻成型方法，其特征在于：所述用于局部模锻低速柴油机连杆模锻坯料的模具的两个半模组成的型腔与连杆两端外形相一致，型腔预留精加工余量3-5mm；冲头与低速柴油机连杆两端的厚端或薄端的内凹面一致，内凹面预留5-10mm精加工余量。

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