本發(fā)明屬于發(fā)動機連桿領(lǐng)域，具體涉及一種適用于汽車發(fā)動機非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件毛坯的鑄鍛復(fù)合成形工藝。

背景技術(shù)：

連桿是發(fā)動機上的關(guān)鍵零件，在高頻載荷下工作，對強度有較高的要求。其加工技術(shù)水平直接影響著發(fā)動機整機的制造水平與產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)動機連桿的成形工藝主要有擠壓鑄造、楔橫軋、輥鍛、模鍛、粉末冶金鍛造等。目前，連桿成形主要采用楔橫軋或輥鍛制坯+模鍛精成形的生產(chǎn)工藝。楔橫軋和輥鍛等對模具的使用壽命和設(shè)備噸位要求較高，采用鑄造生產(chǎn)的連桿有縮松縮孔等鑄造缺陷。

近些年非調(diào)質(zhì)鋼廣泛應(yīng)用于連桿的生產(chǎn)，這種鋼是在低合金鋼或中碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上中加入微量元素釩、鈦、鈮等，通過控制加熱溫度、加熱速度、冷卻速度等方式，使材料在鍛后或扎后就獲得較好的綜合力學(xué)性能和均勻的微觀組織，不必再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的一些缺點，提出了一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯成形的鑄鍛復(fù)合工藝，即首先鑄造成形出連桿的鑄件坯，然后進(jìn)一步對其進(jìn)行鍛造成形，消除鑄造疏松、氣孔等缺陷并細(xì)化晶粒，獲得滿足表面精度和尺寸要求、性能良好的連桿毛坯。發(fā)動機連桿成形的鑄、鍛復(fù)合成形，，不只是簡單意義上的二者疊加，而是將相互之間的優(yōu)勢劣勢互補，從而改善產(chǎn)品的性能，提高了連桿的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

為解決上述技術(shù)存在的缺點，本發(fā)明采用如下具體方案實現(xiàn)的，結(jié)合附圖說明如下：

一種非調(diào)質(zhì)鋼汽車連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法，包括如下步驟：

a)熔煉非調(diào)質(zhì)鋼；

b)澆注成形連桿鑄件坯：將熔煉好的非調(diào)質(zhì)鋼金屬液通過澆注系統(tǒng)注入鑄造模具中，充型凝固，鑄出鑄件坯；

c)將鑄件坯冷卻落砂：空冷至常溫后落砂；

d)表面清理：清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂；

e)將鑄件坯加熱；

f)模鍛成形：將加熱后的鑄件坯放入鍛造模具中最終成形；

g)將鍛件坯切邊；

h)將鍛件坯調(diào)控冷卻。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄造模具，由上模、下模、澆注系統(tǒng)和冒口組成，一模四件，分型面設(shè)置在連桿鑄件坯水平橫置一半的平面上，為保證金屬液在充型時流動平穩(wěn)，鑄件坯水平放置，采用中心頂澆鑄，鑄件坯型腔均勻分布在澆注系統(tǒng)的四周，金屬液從澆口杯直接進(jìn)入直澆道，在直澆道末端設(shè)置直澆道窩，充分緩沖金屬液的流動速度，內(nèi)澆道水平切入鑄件坯的大頭，冒口分布在內(nèi)澆道切入處用于補縮。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄件坯的尺寸，是根據(jù)非調(diào)質(zhì)鋼鑄件坯鍛造時的鍛造比，材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補正量和后續(xù)鍛造工藝等因素得到鑄件坯的尺寸；所述鍛造比，主要是指能夠有效消除鑄坯中的縮松、縮孔和氣孔缺陷，細(xì)化晶粒，并且成形出合格連桿鍛件坯所需的最小鍛造比。

技術(shù)方案步驟b)中所述鑄件坯是采用普通砂型鑄造方法鑄造，鑄坯時采用一模多件；鑄件坯鑄造過程中直接鑄造成形出連桿大小端孔。

技術(shù)方案步驟e)中所述加熱是指：使用中頻爐緩慢加熱鑄件坯到1150～1250℃。

技術(shù)方案步驟f)中所述鍛造模具采用閉式熱模鍛，由終鍛模膛一次成形；分模面選在具有最大水平投影尺寸的位置上，為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，分模位置選在鍛件坯側(cè)面的中部；終鍛后由沖連皮工序清除兩端孔內(nèi)生產(chǎn)的連皮。

技術(shù)方案步驟f)中所述模鍛成形，模鍛的加熱溫度控制在900-1100℃之間。

技術(shù)方案步驟f)中所述的鑄件坯放入鍛造模具中進(jìn)行鍛造，鍛造工藝采用閉式熱模鍛，包括終鍛和沖連皮兩步工序；

技術(shù)方案步驟h)中所述冷卻是指：所述的非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件坯控制冷卻在通過式的輥鏈爐中進(jìn)行，通過式的輥鏈爐分三區(qū)控溫，一、二具有加熱與冷卻功能，三區(qū)只有冷卻，連桿鍛件坯通過后可通過控制各區(qū)的溫度，實現(xiàn)冷卻速度的控制；鍛件坯入爐溫度、出爐溫度和連桿在爐中的運行時間由非調(diào)質(zhì)鋼材料的冷卻工藝合理選擇，出爐后空冷。

所述非調(diào)質(zhì)鋼汽車連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法還包括如下步驟：

1)噴丸處理；

2)檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:

1)本發(fā)明所研究的汽車發(fā)動機連桿不僅幾何形狀復(fù)雜而且對使用性能也有嚴(yán)格的要求。鑄鍛復(fù)合成形工藝集合了鑄造工藝和鍛造工藝的優(yōu)點，非常適合加工對性能和精度要求都很高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

2)本發(fā)明采用的鑄鍛成形復(fù)合工藝，能一次性獲得近終產(chǎn)品的連桿，可有效降低能耗，提高生產(chǎn)效率。

3)本發(fā)明先鑄后鍛得到連桿部位，由于是模鍛成形，因此金屬流線更合理，大大提高零件使用壽命。

4)本發(fā)明使用鑄造工藝代替預(yù)鍛步驟鑄造出連桿的毛坯；再通過閉式熱模鍛實現(xiàn)金屬組織由鑄態(tài)向鍛態(tài)的轉(zhuǎn)變，細(xì)化晶粒并改善連桿的局部鑄造缺陷。

5)本發(fā)明采用非調(diào)質(zhì)鋼，省去了后續(xù)的調(diào)質(zhì)處理，因此具有節(jié)能和環(huán)保的優(yōu)點。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1是本發(fā)明所述非調(diào)質(zhì)鋼汽車連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法工藝流程圖；

圖2a是發(fā)動機連桿鍛件坯剖視圖；

圖2b是發(fā)動機連桿鍛件坯正視圖；

圖3是發(fā)動機連桿鑄件坯圖；

圖4是發(fā)動機連桿鑄件坯澆注示意圖；

圖5a是發(fā)動機連桿毛坯的熱模鍛模具圖；

圖5b是發(fā)動機連桿毛坯的模具型腔圖。

圖中：1表示分模面；2表示分型面。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

一種非調(diào)質(zhì)鋼連桿毛坯的鑄鍛成形復(fù)合工藝方法，所述復(fù)合工藝是指先鑄造出連桿的鑄件坯，然后再通過鍛造工藝消除鑄造疏松、氣孔等缺陷并細(xì)化晶粒，并達(dá)到表面精度和尺寸要求，從而復(fù)合成形出連桿的毛坯，包括如下步驟：

1)確定鑄件坯尺寸

根據(jù)連桿的鍛件件圖，結(jié)合鑄造工藝特點、鑄坯鍛造的最佳鍛造比、以及模鍛成形工藝要求，確定鑄件坯的尺寸，即鑄件坯圖。

2)確定鑄造工藝，設(shè)計鑄造模具

根據(jù)已確定的連桿鑄件坯圖，確定鑄造工藝，設(shè)計鑄造模具。

3)確定鍛造工藝，設(shè)計鍛造模具

根據(jù)連桿鍛件圖，結(jié)合鑄件坯尺寸，確定連桿鍛造工藝，設(shè)計鍛造模具。

4)非調(diào)質(zhì)鋼連桿的鑄鍛成形復(fù)合工藝流程如下：

a)熔煉：熔煉非調(diào)質(zhì)鋼，提高氮的含量，有利于鋼的強度；

b)澆注成形出連桿鑄件坯：將熔煉好的金屬液通過澆注系統(tǒng)注入鑄造模具中，充型凝固，鑄出鑄件坯；

c)冷卻落砂：空冷至常溫后落砂；

d)表面清理：清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂等；

e)加熱：使用中頻爐緩慢加熱鑄坯到1150～1250℃左右；

f)模鍛成形：將加熱后的鑄件坯放入鍛造模具中最終成形，模鍛溫度控制在900-1100℃；

g)切邊：切除多余飛邊；

h)調(diào)控冷卻：鍛后冷卻在通過式的輥鏈爐中進(jìn)行，入爐溫度不低于800℃。

確定鑄件坯尺寸：

首先須確定最佳鍛造比，所述最佳鍛造比是指能夠有效消除鑄坯中的縮松、縮孔和氣孔等缺陷，細(xì)化晶粒，并且成形出合格連桿鍛件所需的最小鍛造比，最佳鍛造比可通過實驗或有限元分析確定；然后根據(jù)連桿鍛件圖，也就是冷鍛件圖，要對冷鍛件圖進(jìn)行熱縮放，由材料收縮率和尺寸公差確定熱鍛件圖；最后根據(jù)連桿大小兩端的外部尺寸和大小孔徑、桿部的橫斷面尺寸和長度、材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補正量等因素，由熱鍛件圖確定其鑄件圖。

確定鑄造工藝，設(shè)計鑄造模具：

所述連桿鑄造工藝確定主要包括：鑄坯采用普通砂型鑄造方法，轉(zhuǎn)包澆注，鑄件坯的成形可一模四件；連桿鑄件坯為對稱鑄件，分型面設(shè)置在連桿鑄件坯水平橫置一半的平面上，鑄造模具由上模、下模、澆注系統(tǒng)和冒口組成，一模四件，為保證金屬液在充型時流動平穩(wěn)，鑄件坯水平放置，采用中心頂澆鑄，鑄坯型腔均勻分布在澆注系統(tǒng)的四周，金屬液從澆口杯直接進(jìn)入直澆道，在直澆道末端設(shè)置直澆道窩，充分緩沖金屬液的流動速度，內(nèi)澆道水平切入鑄件坯的大頭，考慮到補縮距離和熱節(jié)處位置，冒口分布在內(nèi)澆道切入處用于補縮。

確定鍛造工藝，設(shè)計鍛造模具：

所述連桿鑄件坯的鍛造工藝的確定包括：采用閉式熱模鍛，由終鍛模膛一次成形；分模面選在具有最大水平投影尺寸的位置上，為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移，分模位置選在鍛件側(cè)面的中部；確定鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)、材質(zhì)系數(shù)、鍛件收縮率、始鍛溫度和終鍛溫度等；終鍛后由沖連皮工序清除兩端孔內(nèi)生產(chǎn)的連皮。

所述的非調(diào)質(zhì)鋼連桿鍛件坯控制冷卻在通過式的輥鏈爐中進(jìn)行，通過式的輥鏈爐分三區(qū)控溫，一、二具有加熱與冷卻功能，三區(qū)只有冷卻，連桿鍛件坯通過后可通過控制各區(qū)的溫度，實現(xiàn)冷卻速度的控制；鍛件坯入爐溫度、出爐溫度和連桿在爐中的運行時間可由非調(diào)質(zhì)鋼材料的冷卻工藝合理選擇，出爐后空冷。

發(fā)動機連桿毛坯的鑄鍛復(fù)合工藝流程還包括如下步驟：

6)噴丸處理：使連桿表面發(fā)生塑性變形，形成一層強化層，提高疲勞強度；

7)檢測：檢測連桿的尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是否達(dá)到要求。

附圖2為某汽車廠生產(chǎn)的發(fā)動機連桿毛坯鍛件圖，鍛件材料為c70s6，應(yīng)用本發(fā)明成形工藝流程如下：

1)確定鑄坯件尺寸：根據(jù)連桿鍛件圖，結(jié)合鑄造工藝特點、鍛造比和鍛造工藝要求，確定鑄件坯的尺寸，即鑄件坯圖；

2)確定鑄造工藝，設(shè)計鑄造模具：根據(jù)已確定的連桿鑄件坯圖，確定鑄造工藝，設(shè)計鑄造模具；

3)根據(jù)連桿鍛件圖，結(jié)合鑄件坯圖和連桿鍛造工藝要求，設(shè)計鍛造模具；

4)冶煉澆注：采用砂型鑄造工藝，每個鍛件質(zhì)量約為0.8kg，鍛件長度約為186.25mm，大頭寬度74.5mm，小頭圓直徑34.5mm，厚度24.6mm；桿部寬度23mm，厚度14mm，凹槽深度5mm；

5)冷卻落砂：在空氣中冷卻到常溫后落砂；

6)表面清理：清理澆冒口、毛刺和鑄件坯表面的砂等；

7)加熱：采用中頻感應(yīng)加熱爐將鑄件坯加熱至鍛造工藝所需的溫度1150～1250℃；

8)閉式熱模鍛成形：將加熱后具體一定溫度的毛坯放入閉式模鍛模具內(nèi)進(jìn)行模鍛成形，模鍛溫度控制在900～1100℃，最終模擬分析得到最佳壓扁量3mm；

9)切邊：切除多余的飛邊；

10)調(diào)控冷卻：在通過式的輥鏈爐中進(jìn)行，入爐溫度不低于800℃，設(shè)備三區(qū)控溫，一、二具有加熱與冷卻功能，三區(qū)只有冷卻，溫度控制在250～500攝氏度，連桿在爐中的運行時間為12～15min，出爐后空冷；

11)噴丸：采用噴丸去除氧化皮，使連桿表面發(fā)生塑性變形，形成一層強化層，提高疲勞強度；

12)檢測：檢測連桿的尺寸和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)是否達(dá)到要求。