連桿質(zhì)量有哪些影響因素
來源:www.wxwzddz.cn 發(fā)布時間:2021年09月23日
連桿是汽車發(fā)動機(jī)的“心臟”部件,其精度和性能直接影響著發(fā)動機(jī)的整體質(zhì)量。如:功率輸出、油耗多少、噪聲分貝、平穩(wěn)程度、壽命長短等技術(shù)指標(biāo)都與連桿的質(zhì)量相關(guān)。連桿的質(zhì)量80% 取決于連桿的鍛件質(zhì)量,本文就以C70S6 材質(zhì)的脹斷連桿為例,對影響連桿鍛件質(zhì)量的因素進(jìn)行簡單的剖析。
連桿材料的影響
連桿的鍛后組織是由材料的化學(xué)成分和鍛造工藝所決定的,材料各元素化學(xué)成分的含量是保證鍛后金相組織和力學(xué)性能的先天條件。如果材料進(jìn)廠時不嚴(yán)格把關(guān),導(dǎo)致某些關(guān)鍵微量元素超標(biāo)或不足,單憑以后鍛造工藝改變是完全不可能的。因此,控制原材料的化學(xué)成分含量至關(guān)重要。鍛造廠在購料時必須與鋼廠簽訂嚴(yán)格的技術(shù)協(xié)議,使其控制在規(guī)定的范圍內(nèi),才能為鍛后連桿的質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)奠定可靠的基礎(chǔ),否則將無法實現(xiàn)。C70S6 材料的化學(xué)成分含量詳見表1。
此外,鋼材的宏觀組織、非金屬夾雜物、帶狀組織、晶粒度、熱鐓試驗、脫碳層、表面質(zhì)量、力學(xué)性能等指標(biāo)也應(yīng)在合同規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi),否則不具備鍛造連桿的先天條件。
鍛造工藝的影響。
為了滿足連桿的強度要求,保持良好的塑性、韌性和力學(xué)性能,鍛造工藝主要應(yīng)控制以下四個方面。
(1)鍛造加熱溫度。
提高鍛造加熱溫度可使V、Nb、Ti的碳氮化合物逐漸溶解到奧氏體中,冷卻過程中大量溶解的微合金碳氮化合物析出,可提高鋼的強度和硬度。另一方面,溫度的升高也會帶來一些負(fù)面影響,如奧氏體晶粒長大、顯微組織粗化、韌性下降等。
終鍛溫度。
適當(dāng)控制較低的終鍛溫度可以增加晶粒破碎,有效地產(chǎn)生變形,并誘導(dǎo)分散顆粒的沉淀。同時,再結(jié)晶的驅(qū)動力降低,晶粒細(xì)化,有利于增加鋼的韌性。
(3)變形量和變形率。
當(dāng)變形量和變形速率較大時,奧氏體晶粒破碎,奧氏體粗晶再結(jié)晶為細(xì)晶,晶界增多形成大量先共析鐵素體的細(xì)小相變組織,均勻分布在鋼的組織中,非常有利于增加鋼的韌性。
(4)鍛造后的冷卻速度。
鍛造后的冷卻速度對材料的性能有很大的影響。由于冷卻過程中相變復(fù)雜,自然冷卻不能有效控制非調(diào)質(zhì)鋼的質(zhì)量,所以鍛造后冷卻設(shè)置不受季節(jié)影響的冷卻裝置。事實上,800至500之間的冷卻控制對鋼的強度和韌性有影響,而在該溫度范圍之外的冷卻不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此,冷卻速度的優(yōu)化控制直接影響鋼的組織和性能,必須制定科學(xué)合理的鍛造工藝并嚴(yán)格執(zhí)行才能達(dá)到預(yù)期效果。
連桿外形的影響。
連桿是發(fā)動機(jī)內(nèi)部復(fù)雜系數(shù)高的鍛件,其外部幾何形狀由多個曲面和不規(guī)則形狀組成。它直接影響發(fā)動機(jī)工作時氣缸爆震、碰撞、斷裂和裝配位置的準(zhǔn)確性和合理性。因此,在鍛造連桿時,必須控制以下關(guān)鍵參數(shù),使加工出的連桿能夠滿足圖紙的精度要求,否則無法通過“后天”加工進(jìn)行補償。
(1)連桿孔中心距。
它是影響大小孔不均勻性的主要因素。由于鍛件要求的公差范圍與連桿加工后要求的公差范圍不一致,前者要求的公差較大,后者要求的公差較小。因此,鍛造時,中心距必須控制在中位公差內(nèi),并保持在總公差的1/2以內(nèi),以滿足加工后的要求,否則,環(huán)帶的均勻性將超出公差。
控制連桿中心距波動范圍的關(guān)鍵是控制設(shè)備本身的溫度,保持模座溫度在一個恒定的范圍內(nèi)。此外,應(yīng)根據(jù)不同的鍛造環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,否則只控制鍛造溫度,在同一套模具和相同的初始鍛造溫度下,鍛造連桿的中心距是不同的。
連桿非加工面之間的相對位置。
對于連桿頂部、腹板、螺孔兩側(cè)、異形小孔端面等非加工面,單次測量各零件尺寸均在合格范圍內(nèi)。但有的在公差上限,有的在公差下限,容易造成相對位置超出圖紙要求的范圍。造成這種現(xiàn)象的原因主要與模具設(shè)計有關(guān),雖然有資格測量模具這些部分的相對位置。
但是在鍛造過程中,由于各種原因,金屬的速度和流向不能完全符合設(shè)計者的意愿。模具型腔窄而深,底弧小,過渡不順暢,容易導(dǎo)致金屬流動速度慢,導(dǎo)致鍛件未滿或勉強滿的現(xiàn)象。此外,材料阻擋槽的位置、尺寸、橋的寬度和間隙設(shè)計不當(dāng),容易導(dǎo)致金屬快速流動。這些都是設(shè)計上的缺陷,設(shè)計者要在實踐中反復(fù)跟進(jìn)和討論,根據(jù)實際鍛造情況逐步修改模具,以達(dá)到預(yù)期目的。但要遵循模具設(shè)計的原則,即型腔的形狀不一定與“反”形完全一致,金屬的流速和流向可以改變。
連桿設(shè)計的影響。
加工后,連桿應(yīng)根據(jù)實際重量分組(一些連桿孔也應(yīng)分組),每組的重量應(yīng)相差規(guī)定的克數(shù),并分成規(guī)定數(shù)量的組。但實際上,鍛件加工后的重量控制范圍往往達(dá)不到給定的重量范圍。如果達(dá)到這個范圍,加工后會超過給定的組數(shù),這將增加大量的鍛造成本。主要原因是連桿圖紙尺寸和重量不匹配。
因為大部分連桿圖紙不是廠家設(shè)計的,而且這些圖紙確實存在非加工面輪廓尺寸被限制在上(下)公差內(nèi)等問題,但加工后連桿的成品重量已經(jīng)分布在分組表的下(上)極限內(nèi)。當(dāng)尺寸和重量參數(shù)不允許修改時,鍛造重量范圍必然會減小。在這種情況下,它們尺寸的上下限只能在加工面自由公差不要求的部位進(jìn)行微調(diào),使重量范圍盡可能趨于裝配范圍。但加工后達(dá)不到組的范圍。好的辦法是改變設(shè)計參數(shù),以符合客觀事實。
結(jié)束語
綜上所述,要達(dá)到理想的連桿精度,必須從源頭抓起,從設(shè)計抓起,抓住影響質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序。只有這樣,我們才能制造出理想的產(chǎn)品。
連桿材料的影響
連桿的鍛后組織是由材料的化學(xué)成分和鍛造工藝所決定的,材料各元素化學(xué)成分的含量是保證鍛后金相組織和力學(xué)性能的先天條件。如果材料進(jìn)廠時不嚴(yán)格把關(guān),導(dǎo)致某些關(guān)鍵微量元素超標(biāo)或不足,單憑以后鍛造工藝改變是完全不可能的。因此,控制原材料的化學(xué)成分含量至關(guān)重要。鍛造廠在購料時必須與鋼廠簽訂嚴(yán)格的技術(shù)協(xié)議,使其控制在規(guī)定的范圍內(nèi),才能為鍛后連桿的質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)奠定可靠的基礎(chǔ),否則將無法實現(xiàn)。C70S6 材料的化學(xué)成分含量詳見表1。
此外,鋼材的宏觀組織、非金屬夾雜物、帶狀組織、晶粒度、熱鐓試驗、脫碳層、表面質(zhì)量、力學(xué)性能等指標(biāo)也應(yīng)在合同規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi),否則不具備鍛造連桿的先天條件。
鍛造工藝的影響。
為了滿足連桿的強度要求,保持良好的塑性、韌性和力學(xué)性能,鍛造工藝主要應(yīng)控制以下四個方面。
(1)鍛造加熱溫度。
提高鍛造加熱溫度可使V、Nb、Ti的碳氮化合物逐漸溶解到奧氏體中,冷卻過程中大量溶解的微合金碳氮化合物析出,可提高鋼的強度和硬度。另一方面,溫度的升高也會帶來一些負(fù)面影響,如奧氏體晶粒長大、顯微組織粗化、韌性下降等。
終鍛溫度。
適當(dāng)控制較低的終鍛溫度可以增加晶粒破碎,有效地產(chǎn)生變形,并誘導(dǎo)分散顆粒的沉淀。同時,再結(jié)晶的驅(qū)動力降低,晶粒細(xì)化,有利于增加鋼的韌性。
(3)變形量和變形率。
當(dāng)變形量和變形速率較大時,奧氏體晶粒破碎,奧氏體粗晶再結(jié)晶為細(xì)晶,晶界增多形成大量先共析鐵素體的細(xì)小相變組織,均勻分布在鋼的組織中,非常有利于增加鋼的韌性。
(4)鍛造后的冷卻速度。
鍛造后的冷卻速度對材料的性能有很大的影響。由于冷卻過程中相變復(fù)雜,自然冷卻不能有效控制非調(diào)質(zhì)鋼的質(zhì)量,所以鍛造后冷卻設(shè)置不受季節(jié)影響的冷卻裝置。事實上,800至500之間的冷卻控制對鋼的強度和韌性有影響,而在該溫度范圍之外的冷卻不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此,冷卻速度的優(yōu)化控制直接影響鋼的組織和性能,必須制定科學(xué)合理的鍛造工藝并嚴(yán)格執(zhí)行才能達(dá)到預(yù)期效果。
連桿外形的影響。
連桿是發(fā)動機(jī)內(nèi)部復(fù)雜系數(shù)高的鍛件,其外部幾何形狀由多個曲面和不規(guī)則形狀組成。它直接影響發(fā)動機(jī)工作時氣缸爆震、碰撞、斷裂和裝配位置的準(zhǔn)確性和合理性。因此,在鍛造連桿時,必須控制以下關(guān)鍵參數(shù),使加工出的連桿能夠滿足圖紙的精度要求,否則無法通過“后天”加工進(jìn)行補償。
(1)連桿孔中心距。
它是影響大小孔不均勻性的主要因素。由于鍛件要求的公差范圍與連桿加工后要求的公差范圍不一致,前者要求的公差較大,后者要求的公差較小。因此,鍛造時,中心距必須控制在中位公差內(nèi),并保持在總公差的1/2以內(nèi),以滿足加工后的要求,否則,環(huán)帶的均勻性將超出公差。
控制連桿中心距波動范圍的關(guān)鍵是控制設(shè)備本身的溫度,保持模座溫度在一個恒定的范圍內(nèi)。此外,應(yīng)根據(jù)不同的鍛造環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,否則只控制鍛造溫度,在同一套模具和相同的初始鍛造溫度下,鍛造連桿的中心距是不同的。
連桿非加工面之間的相對位置。
對于連桿頂部、腹板、螺孔兩側(cè)、異形小孔端面等非加工面,單次測量各零件尺寸均在合格范圍內(nèi)。但有的在公差上限,有的在公差下限,容易造成相對位置超出圖紙要求的范圍。造成這種現(xiàn)象的原因主要與模具設(shè)計有關(guān),雖然有資格測量模具這些部分的相對位置。
但是在鍛造過程中,由于各種原因,金屬的速度和流向不能完全符合設(shè)計者的意愿。模具型腔窄而深,底弧小,過渡不順暢,容易導(dǎo)致金屬流動速度慢,導(dǎo)致鍛件未滿或勉強滿的現(xiàn)象。此外,材料阻擋槽的位置、尺寸、橋的寬度和間隙設(shè)計不當(dāng),容易導(dǎo)致金屬快速流動。這些都是設(shè)計上的缺陷,設(shè)計者要在實踐中反復(fù)跟進(jìn)和討論,根據(jù)實際鍛造情況逐步修改模具,以達(dá)到預(yù)期目的。但要遵循模具設(shè)計的原則,即型腔的形狀不一定與“反”形完全一致,金屬的流速和流向可以改變。
連桿設(shè)計的影響。
加工后,連桿應(yīng)根據(jù)實際重量分組(一些連桿孔也應(yīng)分組),每組的重量應(yīng)相差規(guī)定的克數(shù),并分成規(guī)定數(shù)量的組。但實際上,鍛件加工后的重量控制范圍往往達(dá)不到給定的重量范圍。如果達(dá)到這個范圍,加工后會超過給定的組數(shù),這將增加大量的鍛造成本。主要原因是連桿圖紙尺寸和重量不匹配。
因為大部分連桿圖紙不是廠家設(shè)計的,而且這些圖紙確實存在非加工面輪廓尺寸被限制在上(下)公差內(nèi)等問題,但加工后連桿的成品重量已經(jīng)分布在分組表的下(上)極限內(nèi)。當(dāng)尺寸和重量參數(shù)不允許修改時,鍛造重量范圍必然會減小。在這種情況下,它們尺寸的上下限只能在加工面自由公差不要求的部位進(jìn)行微調(diào),使重量范圍盡可能趨于裝配范圍。但加工后達(dá)不到組的范圍。好的辦法是改變設(shè)計參數(shù),以符合客觀事實。
結(jié)束語
綜上所述,要達(dá)到理想的連桿精度,必須從源頭抓起,從設(shè)計抓起,抓住影響質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和關(guān)鍵工序。只有這樣,我們才能制造出理想的產(chǎn)品。
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