连续矫直及其拉矫机的研究与应用

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1、连杆锻造的工艺与设备选择简述连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一。连杆的作用是把活塞与曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。连杆工作环境温度一般为90～100℃，运转速度为3000～5000r/min，在工作中承受着急剧变化的动载荷，受力情况较差，因此需要有较高的强度。为了保持高速下曲轴的平衡状态，对连杆不仅有较高的尺寸精度要求，而且对质量公差也需要严格控制。国内连杆的市场需求分析连杆属于长轴类精密锻件，市场需求量巨大。2015年我国汽车产销均突破2450万辆，连续7

2、年蝉联全球第一（见图1）。2016年有望超过2600万辆。汽车产销总体呈平稳增长态势，2014年产销同比增长7.26%和6.86%，2015年为增长3.3%与4.7%。图1近十年中国汽车产量汽车锻件需求量维持小幅度增长的状态，近年来国内汽车发动机用连杆锻件的年需求量超过一亿支。另外，2015年我国摩托车销量1882万辆，创近10年新低，摩托车连杆年需求为2000万只。按每年发动机总产量大约为5500～6000万台，单缸机为2600～2800万台计，估计国内连杆需求量大约为1.6～1.8亿支。如果

3、把眼光放远一些，连杆的国际市场前景广阔。连杆分类连杆按材料分类可以分为调质钢连杆和非调质钢连杆。调质钢连杆是指连杆锻造成形后需通过淬火和高温回火热处理最终达到性能要求的连杆，非调质钢连杆是指连杆锻造成形后通过锻后控制冷却速度来达到性能要求的连杆。按结构分类可以分为分体式连杆和整体式连杆。分体式连杆是指连杆体和连杆盖在锻造时就是分离的连杆，整体式连杆是指连杆体和连杆盖整体锻造，通过后续加工再分离的连杆。整体式连杆按照杆盖剖分方式可分为胀断连杆和切分连杆。锻造工艺连杆的典型锻造工艺流程如图2所示，一

4、般流程为：下料→剥皮→中频加热→制坯分料→模锻成形→冲孔、切边、热校正→调质或非调质钢可控冷却→抛丸→磁粉探伤→外观检验→冷精压→直线度检验校直→防锈装箱→入库。由于对连杆流线的要求越来越高，辊锻制坯成为连杆锻造的主流制坯工艺。楔横轧工艺制坯精度较高，但用该工艺制坯容易出现锻造流线不合格的缺陷。图2一种连杆锻造工艺流程照片连杆的自动辊锻制坯工艺自动辊锻机是专用制坯设备，生产效率高，坯料精度好，已成功地用于连杆锻造生产线的制坯工序，使用效果良好，是目前最常用的制坯工艺。连杆辊锻工艺一般设计为杆部4

5、道次辊锻，孔型选择为圆→椭圆→方→椭圆→方，小头部为两道次辊锻，孔型选择为圆→椭圆→圆。扇形辊锻模包角85º。模具材料一般选用5CrNiMo，可以采用焊补修复的办法延长模具寿命。图3是用460mm自动辊锻机辊锻制坯的一种柴油机连杆的辊锻件、锻件和飞边的照片。可以看出，辊锻件的形状规整，锻件飞边很小而且均匀。图3一种柴油机连杆辊锻件、锻件和飞边照片与自由锻制坯相比，自动辊锻制坯工艺有显著的技术经济优势，可归纳为如下几点：⑴提高锻件质量。辊锻机制坯时间固定、形状准确、节拍稳定，到达模锻主机的坯料温度

6、和尺寸一致性好，有利于锻件质量的提高，也有利于控制连杆锻件的重量公差；⑵节约原材料。锻件材料利用率较空气锤制坯有较大提高；⑶节约能源。由如下两方面构成：①每件节省的坯料所需的加热能量；②辊锻机组主电机功率明显小于空气锤的压气机电机功率；⑷提高效率。如460mm辊锻机转数为65rpm，自动辊锻时4道次辊锻耗时不到4s，考虑机械手接送料、抛料、横移回位等辅助工作时间，辊锻生产效率在6～8s/件，比空气锤制坯的效率有较大提高；⑸提高锻造模具寿命。辊锻制坯后因坯料精化，锻造飞边小，因而对模具的磨损小，有

7、利于锻造模具寿命的提高；⑹减少人员。自动辊锻机可以做到无人操作；⑺减小模锻主机打击力。由于精化毛坯，减小了模锻主机的打击力，对延长模锻主机的使用寿命有利。使用辊锻机也有一些对降低成本不利的方面：①辊锻机和空气锤相比，一次性投入大；②由于设备结构复杂，有机械、液压、气动、程控等各种系统，设备维护难度较大，费用较高；③辊锻模设计调试较为复杂，另外增加了辊锻模的加工和维修费用。由于尺寸放大关系，坯料的下料误差会造成辊锻件的长短有误差，这对自动化操作带来不利影响。几种常见的连杆锻造装备⑴数控/程控模锻锤

8、。目前广泛使用程控电液锤/数控模锻锤，优点：打击速度快，有利成形，效率高；缺点：一般无顶出，震动和噪音问题，实现自动化有较大难度。⑵热模锻压力机。优点：水平方向精度高，生产效率高，工作台面宽阔，有利于模具安装和实现机械化；缺点：因设备刚度问题，如果工艺过程不能保持稳定，可能会对连杆质量公差造成影响。⑶螺旋压力机。国内目前有摩擦压力机、电动螺旋压力机、高能螺旋压力机等几种，高能螺旋压力机是开发较早的新型螺旋压力机，但结构稍显复杂，电动螺旋压力机目前已经成为厂家优先选择的锻压设备，图4为一条以高能螺