提高锻件质量有效方法
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提高锻件质量有效方法
——大中型柴油机连杆模锻件
姓名： 学号： 专业：材料加工工程 指导教师：
目录ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目录
1、序言 2、提高锻件质量有效方法分类 3、连杆锻件 4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法 5、总结
1、序言
1、序言
锻件毛坯质量的好坏直接影响成品的 质量，也就是说提高锻件质量，对提高锻 件精度、节约金属材料、降低锻造成本、 提高生产效率有着重要意义，所以要有效 的寻找提高锻件质量的有效方法。
4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法
4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法
大中型连杆模锻件通常尺寸较大，质 量较重。由于受到锻模尺寸的限制，考虑 到模锻锤上操作的劳动强度和锻模易破裂 及成本等因素，一般不设计制坯模腔，更 大连杆甚至没有设计预锻模腔，而是采用 自由锻制坯 。
锻件质量与模具设计时所选择的参数的 关系非常大。 若参数选择不当，将导致锻模返修甚 至锻件返修和报废，严重影响生产进度，增 加生产成本。
4.2锻件折叠
4.2锻件折叠
锻件产生塑性变形时，由于金属的流动、 转折处易形成折叠； 当锻件圆角小，制坯尺寸、润滑和操作 不当，易产生折叠； 尤其是 10t 以下的模锻锤，滚挤、弯曲、 预锻、终锻在同一锻模上，锻造时更易产 生折叠。
( 1) 工字形杆身折叠（图2—4） ( 2) 圆弧过度处折叠（图5） ( 3) 连杆大头平面周向折叠
谢谢观看！
要求： 具有足够的疲劳强度和结构刚度，须选 用高强度材料； 具有合理的结构形状； 原材料通常选用45号钢、 35CrMo、 42CrMo 和18CrNiWA 等合金钢； 表面质量及尺寸精度要求很高 。
为了提高连杆锻造质量， 除把好原材 料、下料、加热、切边、热处理、清理等 关外，最主要的是解决好工艺、工装设计。 本文从模具设计参数选择出发, 总结出模锻 件质量与锻模设计的关系。
根据公式 H = h( 1 +δ% ) 式中 H —热锻件图高度 尺寸 ( mm) h —冷锻件图高度 尺寸 ( mm) δ—收缩率 (% ) 计算得到:
H = ( 94-1.1)×( 1+1.25%) ≈94mm
(式中94mm为图1中280连杆锻件大、小 头高度尺寸，1.1mm为高度尺寸的下差) 图 1 280 连杆锻件简图
2、提高锻件质量有效方法分类
2、提高锻件质量有效方法分类
2.1以切代锻 2.2仿形切割成形 2.3胎模锻代替自由锻 2.4以压代锻 2.5锯头代替剁头 2.6建立健全质量保证体系
3、连杆锻件
3、连杆锻件
定义：连杆是柴油机的重要零件之一，它 将 活塞和曲轴连接起来，把气缸内燃料所 产生的气体压力传递到曲轴上去，输出扭 矩。
图5 R 280圆弧处折叠形成过程 5 280 如图5 所示为280连杆容易在R280 圆弧过度处产生折 叠，这是由于在自由锻制坯时大头与杆身交界处圆弧半径 偏小或斜度过大，在模锻成形时，由于此处需要的金属较 多，坯料难以充满，形成空穴，按照最小阻尼定律，金属 充满后，多余金属充填空穴，以至形成折叠，其变形过程 如图10a、b、c，后经修改圆弧半径和斜度，消除了端部折 叠。
3.3连杆大小头孔中心距超长
3.3连杆大小头孔中心距超长
连杆大小头孔中心距是连杆机械加工的定位尺 寸，因没有加工余量，在模锻时也不因模膛磨损 和变形而发生变化。 产生中心距超长原因主要是弯曲、翘曲部分 在热校正时伸长，而此时的温度又偏低，使伸长 部分收缩不回去，而影响校正温度的有工序次数 及工序间的配合快慢，杆身横截面形状和尺寸、 连杆及锻模材质等。
因模具设计参数选择不当而产生的主 要缺陷有: ( 1) 锻件高度锻不靠, 缺肉充不满； ( 2) 折叠； ( 3) 中心距超长等。
4.1锻件高度锻不靠
4.1锻件高度锻不靠
由于连杆质量较大，尤其是大头料多， 因此需要的锻造力较大，往往产生小头较 能锻靠，在大头锻不靠情况。 为避免锻件高度方向因锻不靠超差造 成缺肉充不满或锻造次数过多，锻模寿命 降低，大型连杆热锻件图高度尺寸在设计 模具时采用下差设计法，即把锻件图上锻 件下差尺寸作为计算热锻件尺寸时的锻件 名义尺寸，选取的收缩率为1.25%。 如图1所示 280机车柴油机连杆锻件即采 用了此法。
根据生产大中型连杆模锻件的经验，总结 出大中型连杆模锻时选取中心距收缩率Z 参 数，如表1所示。
表1 中心距收缩率选取参数 Z
5、总结
5、总结
通过对有代表性的大中型柴油机连杆在蒸 汽—空气模锻锤锻造时，易产生的连杆模锻件高 度尺寸锻不靠，连杆的工字形杆身、圆弧过度处、 大头平面周向折叠及连杆大小头孔中心距超长等 几种常见质量问题的形成原因进行了分析，提出 了合理选择锻模设计参数、结构，对大中型连杆 模锻件高度尺寸超差、折叠、大小头孔中心距超 长等质量问题得到有效控制，解决了模锻工艺的 关键难点，经过长期大批量生产实践表明：锻造 质量问题的产生有很多情况是由于工艺、工装设 计不当造成的，只要选取了合理的技术参数，一 些常见质量问题是可以得到很好解决。
工字形截面两筋板高而窄中间腹板宽而薄，不允许有折叠产生，而横截面 有矩形凸台和圆形凸台的工字形杆身截面在锻造过程中容易在转角处产生 折叠。
图2工字形杆身横截面有矩形矩凸台
图3 工字形杆身横截面有圆形矩凸台
图4 形成锻件折叠过程
要避免在锻造过程中在工字形杆身上 圆角处产生折叠，采取的措施有： 1) 送入终锻前的毛坯采用预锻或自由 锻制坯成合适的杆身形状； 2) 在设计预锻模膛时，要适当加大工 字形杆身上的圆角和内斜度； 3) 控制预锻后坯料的截面积，使预锻 后坯料放到终锻模膛中变形时，大体上在 充满两筋以后终锻的过程刚好结束，而不 是充满终锻模膛后尚还有大量多余金属外 流，由此可避免在终锻时产生折叠。
——大中型柴油机连杆模锻件
姓名： 学号： 专业：材料加工工程 指导教师：
目录ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1、序言 2、提高锻件质量有效方法分类 3、连杆锻件 4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法 5、总结
1、序言
1、序言
锻件毛坯质量的好坏直接影响成品的 质量，也就是说提高锻件质量，对提高锻 件精度、节约金属材料、降低锻造成本、 提高生产效率有着重要意义，所以要有效 的寻找提高锻件质量的有效方法。
4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法
4、连杆模锻件质量问题及有效解决方法
大中型连杆模锻件通常尺寸较大，质 量较重。由于受到锻模尺寸的限制，考虑 到模锻锤上操作的劳动强度和锻模易破裂 及成本等因素，一般不设计制坯模腔，更 大连杆甚至没有设计预锻模腔，而是采用 自由锻制坯 。
锻件质量与模具设计时所选择的参数的 关系非常大。 若参数选择不当，将导致锻模返修甚 至锻件返修和报废，严重影响生产进度，增 加生产成本。
4.2锻件折叠
4.2锻件折叠
锻件产生塑性变形时，由于金属的流动、 转折处易形成折叠； 当锻件圆角小，制坯尺寸、润滑和操作 不当，易产生折叠； 尤其是 10t 以下的模锻锤，滚挤、弯曲、 预锻、终锻在同一锻模上，锻造时更易产 生折叠。
( 1) 工字形杆身折叠（图2—4） ( 2) 圆弧过度处折叠（图5） ( 3) 连杆大头平面周向折叠
谢谢观看！
要求： 具有足够的疲劳强度和结构刚度，须选 用高强度材料； 具有合理的结构形状； 原材料通常选用45号钢、 35CrMo、 42CrMo 和18CrNiWA 等合金钢； 表面质量及尺寸精度要求很高 。
为了提高连杆锻造质量， 除把好原材 料、下料、加热、切边、热处理、清理等 关外，最主要的是解决好工艺、工装设计。 本文从模具设计参数选择出发, 总结出模锻 件质量与锻模设计的关系。
根据公式 H = h( 1 +δ% ) 式中 H —热锻件图高度 尺寸 ( mm) h —冷锻件图高度 尺寸 ( mm) δ—收缩率 (% ) 计算得到:
H = ( 94-1.1)×( 1+1.25%) ≈94mm
(式中94mm为图1中280连杆锻件大、小 头高度尺寸，1.1mm为高度尺寸的下差) 图 1 280 连杆锻件简图
2、提高锻件质量有效方法分类
2、提高锻件质量有效方法分类
2.1以切代锻 2.2仿形切割成形 2.3胎模锻代替自由锻 2.4以压代锻 2.5锯头代替剁头 2.6建立健全质量保证体系
3、连杆锻件
3、连杆锻件
定义：连杆是柴油机的重要零件之一，它 将 活塞和曲轴连接起来，把气缸内燃料所 产生的气体压力传递到曲轴上去，输出扭 矩。
图5 R 280圆弧处折叠形成过程 5 280 如图5 所示为280连杆容易在R280 圆弧过度处产生折 叠，这是由于在自由锻制坯时大头与杆身交界处圆弧半径 偏小或斜度过大，在模锻成形时，由于此处需要的金属较 多，坯料难以充满，形成空穴，按照最小阻尼定律，金属 充满后，多余金属充填空穴，以至形成折叠，其变形过程 如图10a、b、c，后经修改圆弧半径和斜度，消除了端部折 叠。
3.3连杆大小头孔中心距超长
3.3连杆大小头孔中心距超长
连杆大小头孔中心距是连杆机械加工的定位尺 寸，因没有加工余量，在模锻时也不因模膛磨损 和变形而发生变化。 产生中心距超长原因主要是弯曲、翘曲部分 在热校正时伸长，而此时的温度又偏低，使伸长 部分收缩不回去，而影响校正温度的有工序次数 及工序间的配合快慢，杆身横截面形状和尺寸、 连杆及锻模材质等。
因模具设计参数选择不当而产生的主 要缺陷有: ( 1) 锻件高度锻不靠, 缺肉充不满； ( 2) 折叠； ( 3) 中心距超长等。
4.1锻件高度锻不靠
4.1锻件高度锻不靠
由于连杆质量较大，尤其是大头料多， 因此需要的锻造力较大，往往产生小头较 能锻靠，在大头锻不靠情况。 为避免锻件高度方向因锻不靠超差造 成缺肉充不满或锻造次数过多，锻模寿命 降低，大型连杆热锻件图高度尺寸在设计 模具时采用下差设计法，即把锻件图上锻 件下差尺寸作为计算热锻件尺寸时的锻件 名义尺寸，选取的收缩率为1.25%。 如图1所示 280机车柴油机连杆锻件即采 用了此法。
根据生产大中型连杆模锻件的经验，总结 出大中型连杆模锻时选取中心距收缩率Z 参 数，如表1所示。
表1 中心距收缩率选取参数 Z
5、总结
5、总结
通过对有代表性的大中型柴油机连杆在蒸 汽—空气模锻锤锻造时，易产生的连杆模锻件高 度尺寸锻不靠，连杆的工字形杆身、圆弧过度处、 大头平面周向折叠及连杆大小头孔中心距超长等 几种常见质量问题的形成原因进行了分析，提出 了合理选择锻模设计参数、结构，对大中型连杆 模锻件高度尺寸超差、折叠、大小头孔中心距超 长等质量问题得到有效控制，解决了模锻工艺的 关键难点，经过长期大批量生产实践表明：锻造 质量问题的产生有很多情况是由于工艺、工装设 计不当造成的，只要选取了合理的技术参数，一 些常见质量问题是可以得到很好解决。
工字形截面两筋板高而窄中间腹板宽而薄，不允许有折叠产生，而横截面 有矩形凸台和圆形凸台的工字形杆身截面在锻造过程中容易在转角处产生 折叠。
图2工字形杆身横截面有矩形矩凸台
图3 工字形杆身横截面有圆形矩凸台
图4 形成锻件折叠过程
要避免在锻造过程中在工字形杆身上 圆角处产生折叠，采取的措施有： 1) 送入终锻前的毛坯采用预锻或自由 锻制坯成合适的杆身形状； 2) 在设计预锻模膛时，要适当加大工 字形杆身上的圆角和内斜度； 3) 控制预锻后坯料的截面积，使预锻 后坯料放到终锻模膛中变形时，大体上在 充满两筋以后终锻的过程刚好结束，而不 是充满终锻模膛后尚还有大量多余金属外 流，由此可避免在终锻时产生折叠。