脹斷連桿鍛造工藝解析

文／鞏清華·南宮市精強連桿有限公司

脹斷連桿鍛造工藝解析

文／鞏清華·南宮市精強連桿有限公司

隨著脹斷連桿的普遍使用，脹斷連桿材質也不斷推陳出新，從C70S6到 36MnVS4、46MnVS5和70MnVS4。在繁雜的脹斷材料品種中，C70S6以其良好的裂解性能、低價的成本，備受使用者青睞。由于脹斷連桿獨特的性能要求，鍛造工藝就顯得更加重要。

由于采用脹斷工藝加工，因此塑性不能過高，當斷面收縮率值接近40%，在脹斷時內孔變形大，且脹斷部位容易掉渣，使脹斷截面存在缺口；如果強度過高，當抗拉強度接近1050MPa時，切削性差；當鐵素體含量過高時(F＞10%)，加工有毛刺，易造成疲勞失效，并且成品安裝時內孔不圓導致連桿在發動機里工作時間隙不均勻，影響發動機的壽命；由于脹斷后連桿蓋和連桿體為原配，為了確保截面的吻合，脹斷連桿不得存在內應力等。為了避免這些情況的發生，就必須制定合理的鍛造工藝。

鍛造工藝過程

下面以C70S6材質連桿為例，結合我公司生產實踐，分析鍛造工藝過程。

⑴原材料準備。以國外進口材料為主，隨著國內鋼廠冶煉技術的不斷提高，國內材料也可達到連桿機械性能、金相組織、硬度等要求。

⑵下料。采用鋸床下料。

⑶加熱。用非接觸式紅外線測溫儀檢測料的加熱出爐溫度，驗證調整中頻爐的溫度顯示儀表。加熱溫度和過程參數合格后方可進行生產。

⑷輥鍛。加熱后的坯料采用輥鍛的方式制坯，合理的輥鍛可以提高材料的利用率，減少折疊、缺材等鍛造缺陷，使產品的金屬流線更加合理。

⑸模鍛。分為三個工位，分別是壓扁、預鍛和終鍛，壓扁工序使得連桿各部位易于充滿，預鍛的目的主要是改善金屬在終鍛模膛中的流動條件，避免在鍛件上產生折疊。使金屬易于充滿終鍛模膛，減少終鍛模膛的磨損，提高整套鍛模的壽命。

⑹切邊、沖孔。采用復合模，一次完成。“熱鍛切邊、沖孔復合模具”的使用，使生產節拍加快；提高了鍛件質量，鍛件被氧化現象明顯減輕，鍛件的“溫控處理”入風機溫度得到了保障。

⑺熱校正。在校正模膛內對熱狀態的鍛件進行校正，提高了鍛件各部尺寸穩定性，提高鍛件平面度、對稱度的穩定性。尤其是小頭異型的連桿，提高了異型對中心面的對稱度精度。

⑻BY處理。BY處理的質量，直接影響到連桿的加工性能以及連桿的壽命。采用BY風冷處理機，根據外界溫度的不同，調整BY處理機各區的風冷、風速，使冷卻后的鍛件達到其性能要求。

⑼拋丸滾光。連桿鍛件表面壓應力達350MPa以上。

⑽探傷。100%磁力探傷，探傷后退磁。

⑾檢驗。連桿鍛件尺寸和形位公差均應符合要求。

中頻感應加熱溫度的確定

加熱溫度的高低，直接影響鍛件的金相組織。在開發脹斷連桿過程中，起初設計加熱溫度與其他連桿的加熱溫度一樣，但是發現鍛件的金相組織難以滿足要求。為此制定了不同加熱溫度、其他條件不變的試驗，結果如表1所示。從表1中可以看出：鍛造加熱溫度越低，晶粒度越細，屈服、抗拉強度均低，伸長率和斷面收縮率均低；溫度越高晶粒度越粗，屈服、抗拉強度均高，伸長率和斷面收縮率均低，同時也可以發現，溫度低的情況下，鐵素體含量也高，綜合各種數據，將加熱溫度確定為1210～1240℃，連桿各項指標均達要求。

熱校正

為確保鍛件厚度尺寸，根據尺寸公差要求，采用熱校正工序。平面度、直線度也得到保證，保證了連桿質量的穩定，為機加工做好準備。

脹斷連桿分為大、小頭都是平面和小頭異型連桿兩種。對于大、小頭都是平面的連桿，熱校正模具可以不做出模腔，直接用兩個模具平面校正連桿。小頭異型的連桿為了保證它的異型對稱度（否則影響襯套在小孔內的裝配），必須做出模腔，并且，筋部腹板高度底于連桿腹板處高度，筋頂高度是理論尺寸即可達到校正的目的。圖1所示為小頭異型連桿的熱校正工序。

表1 不同加熱溫度下的金相組織及力學性能

冷卻條件的確定

相同的條件，不同的冷卻狀態，金相組織結果差距較大。試驗證明：冷卻速度越高晶粒越細，鐵素體沿晶界析出，導致鐵素體含量偏高；相反由于冷卻速度減慢，晶粒長大，沿晶界析出的鐵素體總量減少，故工藝上選擇在BY風機上進行冷卻。根據外界溫度條件的不同，調整風速、風量等工藝參數，達到連桿金相組織和性能的要求。

另外，如果冷卻速度太快，會導致連桿內應力大，使得連桿在裝機后大孔變形，引起燒瓦的現象。為解決這一問題，我們把冷卻到400℃～450℃的連桿鍛件，放到保溫箱內，緩慢冷卻。

圖1 小頭異型連桿的熱校正

結束語

綜上，脹斷連桿的鍛造工藝參數四要素為：加熱溫度、外界的溫度、風量、風速。隨著脹斷材料的不斷增加及其金相組織和性能要求的不同，以上各種參數作相應的變化。如：材料46MnVS4的BY處理就不用風冷，采用自然冷卻即可。如果在北方的冬季，可以采用幾支連桿疊放降低冷卻的速度，來獲得最終產品所需的力學性能和金相組織。