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影響連桿質量的因素分析
來源:www.topdaoimage.com 發布時間:2021年04月09日
連桿是汽車發動機的“心臟”部件,其精度和性能直接影響著發動機的整體質量。如:功率輸出、油耗多少、噪聲分貝、平穩程度、壽命長短等技術指標都與連桿的質量相關。連桿的質量80% 取決于連桿的鍛件質量,本文就以C70S6 材質的脹斷連桿為例,對影響連桿鍛件質量的因素進行簡單的剖析。

連桿材料的影響

連桿的鍛后組織是由材料的化學成分和鍛造工藝所決定的,材料各元素化學成分的含量是保證鍛后金相組織和力學性能的先天條件。如果材料進廠時不嚴格把關,導致某些關鍵微量元素超標或不足,單憑以后鍛造工藝改變是完全不可能的。因此,控制原材料的化學成分含量至關重要。鍛造廠在購料時必須與鋼廠簽訂嚴格的技術協議,使其控制在規定的范圍內,才能為鍛后連桿的質量全面達標奠定可靠的基礎,否則將無法實現。C70S6 材料的化學成分含量詳見表1。

此外,鋼的宏觀組織、非金屬夾雜物、帶狀組織、晶粒度、熱鐓試驗、脫碳層、表面質量、力學性能等指標也應在合同規定的指標范圍內,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、韌性和力學性能,鍛造工藝主要應控制以下四個方面。

(1)鍛造加熱溫度。

提高鍛造加熱溫度可以使V、Nb、Ti的碳氮化合物逐漸溶解到奧氏,中,冷卻過程中大量溶解的微合金碳氮化合物析出,可以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面影響,如奧氏晶粒長大,顯微組織粗化,韌性降低。

終鍛溫度。

適當控制較低的終鍛溫度可以增加晶粒破碎,有效產生變形,誘導彌散顆粒析出,降低再結晶驅動力,細化晶粒,有利于提高鋼的韌性。

(3)變形量和變形率。

當變形量和變形速率較大時,奧氏體的晶粒破碎,奧氏體的粗晶粒再結晶為細晶粒。隨著晶界的增加,有大量的形核點,形成大量細小的先共析鐵素體相變結構,均勻分布在鋼結構中,非常有利于鋼韌性的提高。

(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雜,自然冷卻不能有效控制非調質鋼的質量,所以鍛造后冷卻設置不受季節影響的冷卻裝置。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揮其應有的作用。因此,冷卻速度的優化控制直接影響鋼的組織和性能,必須制定科學合理的鍛造工藝并嚴格實施,才能達到預期的效果。

連桿外形的影響

連桿是發動機內部復雜系數高的鍛件,其外部幾何形狀由多個曲面和不規則形狀組成。它直接影響發動機工作時氣缸爆震、碰撞、斷裂和裝配位置的準確性和合理性。因此,在鍛造連桿時,必須控制以下關鍵參數,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”加工進行補償。

(1)連桿孔中心距離。

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,而后者要求的公差較小。因此,在鍛造時,中心距必須控制在中間公差內,并保持在總公差的1/2以內,以滿足加工后的要求,否則環帶的均勻性將超出公差。

控制連桿中心距波動范圍的關鍵是控制設備本身的溫度,保持模座溫度在一個恒定的范圍內。此外,應根據不同的鍛造環境進行適當的調整,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。

對于非加工表面,如連桿頂部、腹板、螺孔兩側、異形小孔端面等,每次單次測量的尺寸都在合格范圍內。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。造成這種現象的原因主要與模具設計有關,雖然有資格

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計者的意愿。窄而深的模腔、小的底弧和不光滑的過渡容易導致金屬流速緩慢,從而導致鍛件未滿或勉強滿的現象。另外,擋料槽的位置、尺寸、橋寬、間隙設計不當,容易造成金屬流動過快。這些都是設計上的缺陷,設計者要在實踐中反復跟進討論,根據實際鍛造情況逐步修改模具,才能達到預期目的。但要遵循模具設計的原則,即模具型腔的形狀不一定與“反”形完全一致,金屬的流速和流向是可以改變的。

連桿設計的影響

連桿加工完成后,應根據實際重量進行分組(一些連桿孔徑也應進行分組)。每組的重量相差指定的克數,并被分成指定數量的組。但實際上,鍛件加工后的重量控制范圍往往達不到給定的重量范圍。如果達到這個范圍,加工后會超過給定的組數,這將增加大量的鍛造成本。主要原因是連桿圖紙的尺寸和重量不匹配。

由于大多數連桿圖紙不是由制造商設計的,這些圖紙確實存在諸如非加工表面的輪廓尺寸被限制在上(下)公差內,但加工后連桿的成品重量已被分配在分組表的下(上)極限內等問題。當尺寸和重量參數不允許修改時,鍛造重量范圍必然會減小。在這種情況下,它們尺寸的上限和下限只能在要求非加工表面自由公差的位置進行微調,使重量范圍盡可能趨向于裝配范圍。但加工后達不到組數的范圍。好的辦法是改變設計參數,使之符合客觀事實。

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