一种非调质连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法

申请号 CN201710445853.X 申请日 2017-06-14 公开(公告)号 CN107199443A 公开(公告)日 2017-09-26
申请人 吉林大学; 发明人 李达; 汪乐乐; 马品奎; 吴灿;
摘要 本 发明 属于 发动机 连杆 领域,具体涉及一种适用于 汽车 发动机非调质 钢 连杆锻件毛坯的铸锻复合成形工艺;包括如下步骤:a)熔炼非调质钢;b)浇注成形连杆铸件坯:将熔炼好的非调质钢金属液通过浇注系统注入 铸造 模具 中,充型 凝固 ,铸出铸件坯;c)将铸件坯冷却落砂:空冷至常温后落砂;d)表面清理:清理浇冒口、毛刺和铸件坯表面的砂;e)将铸件坯加热;f) 模锻 成形:将加热后的铸件坯放入 锻造 模具中最终成形;g)将锻件坯切边;h)将锻件坯调控冷却;本发明采用的铸锻成形复合工艺,能一次性获得近终产品的连杆,可有效降低能耗,提高生产效率;本发明采用非调质钢,省去了后续的调质处理,因此具有节能和环保的优点。
权利要求

1.一种非调质汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于,包括如下步骤:
a)熔炼非调质钢;
b)浇注成形连杆铸件坯:将熔炼好的非调质钢金属液通过浇注系统注入铸造模具中,充型凝固,铸出铸件坯;
c)将铸件坯冷却落砂:空冷至常温后落砂;
d)表面清理:清理浇冒口、毛刺和铸件坯表面的砂;
e)将铸件坯加热;
f)模锻成形:将加热后的铸件坯放入锻造模具中最终成形;
g)将锻件坯切边;
h)将锻件坯调控冷却。
2.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤b)中所述铸造模具,由上模、下模、浇注系统和冒口组成,一模四件,分型面设置在连杆铸件坯平横置一半的平面上,为保证金属液在充型时流动平稳,铸件坯水平放置,采用中心顶浇铸,铸件坯型腔均匀分布在浇注系统的四周,金属液从浇口杯直接进入直浇道,在直浇道末端设置直浇道窝,充分缓冲金属液的流动速度,内浇道水平切入铸件坯的大头,冒口分布在内浇道切入处用于补缩。
3.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤b)中所述铸件坯的尺寸,是根据铸件坯锻造时的锻造比,材料的铸造收缩率、起模斜度、工艺补正量和后续锻造工艺因素得到铸件坯的尺寸;所述锻造比,主要是指能够有效消除铸坯中的缩松、缩孔和气孔缺陷,细化晶粒,并且成形出合格连杆锻件坯所需的最小锻造比。
4.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤b)中所述铸件坯是采用普通砂型铸造方法铸造,铸坯时采用一模多件;铸件坯铸造过程中直接铸造成形出连杆大小端孔。
5.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤e)中所述加热是指:使用中频炉缓慢加热铸件坯到1150~1250℃。
6.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤f)中所述锻造模具采用闭式热模锻,由终锻模膛一次成形;分模面选在具有最大水平投影尺寸的位置上,为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置选在锻件坯侧面的中部;终锻后由冲连皮工序清除两端孔内生产的连皮。
7.根据权利要求1所述的一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤f)中所述模锻成形,模锻的加热温度控制在900~1100℃之间。
8.一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤f)中所述的铸件坯放入锻造模具中进行锻造,锻造工艺采用闭式热模锻,包括终锻和冲连皮两步工序。
9.根据权利要求1所述的一种非调质钢连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
步骤h)中所述冷却是指:所述锻件坯控制冷却在通过式的辊链炉中进行,通过式的辊链炉分三区控温,一、二具有加热与冷却功能,三区只有冷却,锻件坯通过后可通过控制各区的温度,实现冷却速度的控制;锻件坯入炉温度、出炉温度和连杆在炉中的运行时间由非调质钢材料的冷却工艺合理选择,出炉后空冷。
10.根据权利要求1所述的一种非调质钢连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,其特征在于:
所述非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法还包括如下步骤:
1)喷丸处理;
2)检测。

说明书全文

一种非调质连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法

技术领域

[0001] 本发明属于发动机连杆领域,具体涉及一种适用于汽车发动机非调质钢连杆锻件毛坯的铸锻复合成形工艺。

背景技术

[0002] 连杆是发动机上的关键零件,在高频载荷下工作,对强度有较高的要求。其加工技术平直接影响着发动机整机的制造水平与产品质量。发动机连杆的成形工艺主要有挤压铸造、楔横轧、辊锻、模锻、粉末冶金锻造等。目前,连杆成形主要采用楔横轧或辊锻制坯+模锻精成形的生产工艺。楔横轧和辊锻等对模具的使用寿命和设备吨位要求较高,采用铸造生产的连杆有缩松缩孔等铸造缺陷
[0003] 近些年非调质钢广泛应用于连杆的生产,这种钢是在低合金钢或中素结构钢的基础上中加入微量元素、铌等,通过控制加热温度、加热速度、冷却速度等方式,使材料在锻后或扎后就获得较好的综合学性能和均匀的微观组织,不必再进行调质热处理

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的一些缺点,提出了一种非调质钢连杆毛坯成形的铸锻复合工艺,即首先铸造成形出连杆的铸件坯,然后进一步对其进行锻造成形,消除铸造疏松、气孔等缺陷并细化晶粒,获得满足表面精度和尺寸要求、性能良好的连杆毛坯。发动机连杆成形的铸、锻复合成形,,不只是简单意义上的二者叠加,而是将相互之间的优势劣势互补,从而改善产品的性能,提高了连杆的使用寿命,降低生产成本。
[0005] 为解决上述技术存在的缺点,本发明采用如下具体方案实现的,结合附图说明如下:
[0006] 一种非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,包括如下步骤:
[0007] a)熔炼非调质钢;
[0008] b)浇注成形连杆铸件坯:将熔炼好的非调质钢金属液通过浇注系统注入铸造模具中,充型凝固,铸出铸件坯;
[0009] c)将铸件坯冷却落砂:空冷至常温后落砂;
[0010] d)表面清理:清理浇冒口、毛刺和铸件坯表面的砂;
[0011] e)将铸件坯加热;
[0012] f)模锻成形:将加热后的铸件坯放入锻造模具中最终成形;
[0013] g)将锻件坯切边;
[0014] h)将锻件坯调控冷却。
[0015] 技术方案步骤b)中所述铸造模具,由上模、下模、浇注系统和冒口组成,一模四件,分型面设置在连杆铸件坯水平横置一半的平面上,为保证金属液在充型时流动平稳,铸件坯水平放置,采用中心顶浇铸,铸件坯型腔均匀分布在浇注系统的四周,金属液从浇口杯直接进入直浇道,在直浇道末端设置直浇道窝,充分缓冲金属液的流动速度,内浇道水平切入铸件坯的大头,冒口分布在内浇道切入处用于补缩。
[0016] 技术方案步骤b)中所述铸件坯的尺寸,是根据非调质钢铸件坯锻造时的锻造比,材料的铸造收缩率、起模斜度、工艺补正量和后续锻造工艺等因素得到铸件坯的尺寸;所述锻造比,主要是指能够有效消除铸坯中的缩松、缩孔和气孔缺陷,细化晶粒,并且成形出合格连杆锻件坯所需的最小锻造比。
[0017] 技术方案步骤b)中所述铸件坯是采用普通砂型铸造方法铸造,铸坯时采用一模多件;铸件坯铸造过程中直接铸造成形出连杆大小端孔。
[0018] 技术方案步骤e)中所述加热是指:使用中频炉缓慢加热铸件坯到1150~1250℃。
[0019] 技术方案步骤f)中所述锻造模具采用闭式热模锻,由终锻模膛一次成形;分模面选在具有最大水平投影尺寸的位置上,为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置选在锻件坯侧面的中部;终锻后由冲连皮工序清除两端孔内生产的连皮。
[0020] 技术方案步骤f)中所述模锻成形,模锻的加热温度控制在900-1100℃之间。
[0021] 技术方案步骤f)中所述的铸件坯放入锻造模具中进行锻造,锻造工艺采用闭式热模锻,包括终锻和冲连皮两步工序;
[0022] 技术方案步骤h)中所述冷却是指:所述的非调质钢连杆锻件坯控制冷却在通过式的辊链炉中进行,通过式的辊链炉分三区控温,一、二具有加热与冷却功能,三区只有冷却,连杆锻件坯通过后可通过控制各区的温度,实现冷却速度的控制;锻件坯入炉温度、出炉温度和连杆在炉中的运行时间由非调质钢材料的冷却工艺合理选择,出炉后空冷。
[0023] 所述非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法还包括如下步骤:
[0024] 1)喷丸处理;
[0025] 2)检测。
[0026] 与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0027] 1)本发明所研究的汽车发动机连杆不仅几何形状复杂而且对使用性能也有严格的要求。铸锻复合成形工艺集合了铸造工艺和锻造工艺的优点,非常适合加工对性能和精度要求都很高且结构复杂的零件。
[0028] 2)本发明采用的铸锻成形复合工艺,能一次性获得近终产品的连杆,可有效降低能耗,提高生产效率。
[0029] 3)本发明先铸后锻得到连杆部位,由于是模锻成形,因此金属流线更合理,大大提高零件使用寿命。
[0030] 4)本发明使用铸造工艺代替预锻步骤铸造出连杆的毛坯;再通过闭式热模锻实现金属组织由铸态向锻态的转变,细化晶粒并改善连杆的局部铸造缺陷
[0031] 5)本发明采用非调质钢,省去了后续的调质处理,因此具有节能和环保的优点。

附图说明

[0032] 下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0033] 图1是本发明所述非调质钢汽车连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法工艺流程图
[0034] 图2a是发动机连杆锻件坯剖视图;
[0035] 图2b是发动机连杆锻件坯正视图;
[0036] 图3是发动机连杆铸件坯图;
[0037] 图4是发动机连杆铸件坯浇注示意图;
[0038] 图5a是发动机连杆毛坯的热模锻模具图;
[0039] 图5b是发动机连杆毛坯的模具型腔图。
[0040] 图中:1表示分模面;2表示分型面。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0042] 一种非调质钢连杆毛坯的铸锻成形复合工艺方法,所述复合工艺是指先铸造出连杆的铸件坯,然后再通过锻造工艺消除铸造疏松、气孔等缺陷并细化晶粒,并达到表面精度和尺寸要求,从而复合成形出连杆的毛坯,包括如下步骤:
[0043] 1)确定铸件坯尺寸
[0044] 根据连杆的锻件件图,结合铸造工艺特点、铸坯锻造的最佳锻造比、以及模锻成形工艺要求,确定铸件坯的尺寸,即铸件坯图。
[0045] 2)确定铸造工艺,设计铸造模具
[0046] 根据已确定的连杆铸件坯图,确定铸造工艺,设计铸造模具。
[0047] 3)确定锻造工艺,设计锻造模具
[0048] 根据连杆锻件图,结合铸件坯尺寸,确定连杆锻造工艺,设计锻造模具。
[0049] 4)非调质钢连杆的铸锻成形复合工艺流程如下:
[0050] a)熔炼:熔炼非调质钢,提高氮的含量,有利于钢的强度;
[0051] b)浇注成形出连杆铸件坯:将熔炼好的金属液通过浇注系统注入铸造模具中,充型凝固,铸出铸件坯;
[0052] c)冷却落砂:空冷至常温后落砂;
[0053] d)表面清理:清理浇冒口、毛刺和铸件坯表面的砂等;
[0054] e)加热:使用中频炉缓慢加热铸坯到1150~1250℃左右;
[0055] f)模锻成形:将加热后的铸件坯放入锻造模具中最终成形,模锻温度控制在900-1100℃;
[0056] g)切边:切除多余飞边
[0057] h)调控冷却:锻后冷却在通过式的辊链炉中进行,入炉温度不低于800℃。
[0058] 确定铸件坯尺寸:
[0059] 首先须确定最佳锻造比,所述最佳锻造比是指能够有效消除铸坯中的缩松、缩孔和气孔等缺陷,细化晶粒,并且成形出合格连杆锻件所需的最小锻造比,最佳锻造比可通过实验或有限元分析确定;然后根据连杆锻件图,也就是冷锻件图,要对冷锻件图进行热缩放,由材料收缩率和尺寸公差确定热锻件图;最后根据连杆大小两端的外部尺寸和大小孔径、杆部的横断面尺寸和长度、材料的铸造收缩率、起模斜度、工艺补正量等因素,由热锻件图确定其铸件图。
[0060] 确定铸造工艺,设计铸造模具:
[0061] 所述连杆铸造工艺确定主要包括:铸坯采用普通砂型铸造方法,转包浇注,铸件坯的成形可一模四件;连杆铸件坯为对称铸件,分型面设置在连杆铸件坯水平横置一半的平面上,铸造模具由上模、下模、浇注系统和冒口组成,一模四件,为保证金属液在充型时流动平稳,铸件坯水平放置,采用中心顶浇铸,铸坯型腔均匀分布在浇注系统的四周,金属液从浇口杯直接进入直浇道,在直浇道末端设置直浇道窝,充分缓冲金属液的流动速度,内浇道水平切入铸件坯的大头,考虑到补缩距离和热节处位置,冒口分布在内浇道切入处用于补缩。
[0062] 确定锻造工艺,设计锻造模具:
[0063] 所述连杆铸件坯的锻造工艺的确定包括:采用闭式热模锻,由终锻模膛一次成形;分模面选在具有最大水平投影尺寸的位置上,为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置选在锻件侧面的中部;确定锻件形状复杂系数、材质系数、锻件收缩率、始锻温度和终锻温度等;终锻后由冲连皮工序清除两端孔内生产的连皮。
[0064] 所述的非调质钢连杆锻件坯控制冷却在通过式的辊链炉中进行,通过式的辊链炉分三区控温,一、二具有加热与冷却功能,三区只有冷却,连杆锻件坯通过后可通过控制各区的温度,实现冷却速度的控制;锻件坯入炉温度、出炉温度和连杆在炉中的运行时间可由非调质钢材料的冷却工艺合理选择,出炉后空冷。
[0065] 发动机连杆毛坯的铸锻复合工艺流程还包括如下步骤:
[0066] 6)喷丸处理:使连杆表面发生塑性变形,形成一层强化层,提高疲劳强度;
[0067] 7)检测:检测连杆的尺寸和内部组织结构是否达到要求。
[0068] 附图2为某汽车厂生产的发动机连杆毛坯锻件图,锻件材料为C70S6,应用本发明成形工艺流程如下:
[0069] 1)确定铸坯件尺寸:根据连杆锻件图,结合铸造工艺特点、锻造比和锻造工艺要求,确定铸件坯的尺寸,即铸件坯图;
[0070] 2)确定铸造工艺,设计铸造模具:根据已确定的连杆铸件坯图,确定铸造工艺,设计铸造模具;
[0071] 3)根据连杆锻件图,结合铸件坯图和连杆锻造工艺要求,设计锻造模具;
[0072] 4)冶炼浇注:采用砂型铸造工艺,每个锻件质量约为0.8kg,锻件长度约为186.25mm,大头宽度74.5mm,小头圆直径34.5mm,厚度24.6mm;杆部宽度23mm,厚度14mm,凹槽深度5mm;
[0073] 5)冷却落砂:在空气中冷却到常温后落砂;
[0074] 6)表面清理:清理浇冒口、毛刺和铸件坯表面的砂等;
[0075] 7)加热:采用中频感应加热炉将铸件坯加热至锻造工艺所需的温度1150~1250℃;
[0076] 8)闭式热模锻成形:将加热后具体一定温度的毛坯放入闭式模锻模具内进行模锻成形,模锻温度控制在900~1100℃,最终模拟分析得到最佳压扁量3mm;
[0077] 9)切边:切除多余的飞边;
[0078] 10)调控冷却:在通过式的辊链炉中进行,入炉温度不低于800℃,设备三区控温,一、二具有加热与冷却功能,三区只有冷却,温度控制在250~500摄氏度,连杆在炉中的运行时间为12~15min,出炉后空冷;
[0079] 11)喷丸:采用喷丸去除化皮,使连杆表面发生塑性变形,形成一层强化层,提高疲劳强度;
[0080] 12)检测:检测连杆的尺寸和内部组织结构是否达到要求。
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