粉末锻造与连杆成形讲解

粉末锻造的优点：
• （3）粉末锻造无飞边，机械加工量少，材 料利用率可高达90%以上（普通模锻为 40%-50%）。
• （4）锻件尺寸精度高和表面粗糙度低，可 达精密模锻水平。
• （5）粉末锻造可成形复杂的零件，如齿轮、 花键轴等。
工艺流程：
工艺要点：
• （1）粉末原料，包括粉末原料的还原、磁 选、筛分、混料
连杆成形的工艺分析：
• 决定产品质量的主要因素有两个方面, 一是 组成产品各个零部件的内部机械性能; 另一 个是产品尺寸加工精度。其中零部件的机 械性能对设备的寿命及其运行的安全性起 了决定作用。它的好坏主要取决于其毛坯 成形工艺及其热处理方法的优劣。
粉末锻造连杆的特点：
与传统铸造连杆、锻造连杆相比，粉末锻造 连杆具有以下特点：
试验结果表明，这种塑料连杆能显著轻量化，并在发动机中最多可减少40%的摆动物 体的质量。但它至今尚未获得令人满意的疲劳强度，并由于纤维材料价格昂贵和生产 布放纤维的工艺复杂，使制造成本居高不下。除非在工艺和材料上有大的革新和突破， 否则难以产业化。
不同连杆制造工艺比较：
连杆成形的Βιβλιοθήκη Baidu艺分析：
• 4.连杆成形工艺类型 连杆加工的发展方向是: 减轻连杆质量,在高 承载能力批量生产中尽可能减少连杆的质 量公差( 目前, 粉末锻造连杆的质量精度可 达 1% , 锻钢连杆为 2 . 5% ) ; 在现有基础 上进一步提高锻件表面质量; 采用新型材料 节能材料( 目前采用非调质钢和控锻控冷技 术) , 降低连杆成本。另外, 由于产品更新换 代的加快, 各种使用性能指标的不断提高, 对产品质量也提出了更高要求。
粉末锻造的发展：
• 经过近40年的持续发展，粉末锻造已经发 展成为一项先进的金属加工工艺，增加了 许多新的应用，其发展趋向于在零件的最 初设计状态就越来越多的选用粉末锻造工 艺，形成这种趋势的原因：
• (1) 在长期的高压疲劳应用中, 其使用记录 证明粉末锻件的性能是可靠的。
粉末锻造的发展：
• (2) 净成型或近净成型能力、独有的冶金特 性以及结合了热处理的工艺, 降低了总制造 成本。
粉末锻造连杆的特点：
（4）连杆的质量偏差小, 仅0.5%, 而普通锻造连杆 的质量偏差为2.5%;
（5）连杆尺寸精度高, 同时结合裂解法剖分连杆体 和盖, 使得机械加工工序大幅减少。粉末锻造连杆 大头均采用裂解加工工艺, 裂解加工具有加工工序 少、生产效率高、设备投资小、制造成本低、产 品质量好、装配精度高、承载能力强等诸多优点, 是一种极具竞争力和发展潜力的连杆加工新技术。 裂解加工要求在保证连杆强韧性综合性能指标的 前提下, 限制连杆的韧性指标, 使裂解断口呈现脆 性断裂特性, 以便具有良好的啮合性。
连杆成形的工艺分析：
• 3.连杆先进工艺： 撑断工艺：配粉-压制-烧结-热锻-机加
在连杆体和盖的剖分部位开一缺口, 然后采用涨开方法将 它们撑开, 从而产生一个不需任何加工的, 呈锯齿形及精配 好的分型面。采用此种新切断工艺, 不仅能使上下轴瓦的 适配准确, 而可省去剖分时的机械加工。
连杆的典型工艺分析
粉末锻造与连杆成形
粉末锻造的定义：
• 粉末锻造是指将烧结的预成形坯, 经加热后, 在闭式模中锻造成零件的工艺, 是将传统的 粉末冶金和精密模锻结合起来的一种新工 艺。
• 它是将传统粉末冶金和精密锻造结合起来 的一种新工艺，并兼两者的优点。
粉末锻造的特点：
• （1）近净成型，材料利用率高 • （2）机械性能高，力学性能突出 • （3）成分可调整 • （4）生产效率高 • （5）产品成本低 • （6）锻件精度高 • （7）锻造模具和切削刀具寿命高
粉末锻造连杆的特点：
（6）连杆可省材( 约40%) 和节能( 约50%) 。 （7）粉末锻造采用粉末坯料的秤量法, 使得每一连
杆质量相同, 无需分组配重; （8）关于产品成本。与普通模锻加工方法相比,因
为加工精度高, 可以大幅度节省机械加工, 提高材 料利用率, 对节省工时和降低成本有显著的效果。 由于原材料粉末在连杆总成成本中所占领的比例 高,因此越能节省机械加工的零件采用粉末锻造就 越有利。也就是说, 机械加工工序越多越复杂的零 件, 改为粉末锻造后, 降低成本越有效, 连杆就是这 样的一种零件。如某型汽车发动机连杆, 粉末锻造 的价格为普通模锻的50%。
连杆成形的工艺分析：
• 1.连杆的受力特点与质量要求
连杆是内燃机车柴油机重要的运动件, 其承受3 方面的作 用力: 气缸内燃气爆发产生的周期性冲击力; 活塞连杆组高 速往复运动产生的周期性惯性力; 高速运转时产生的周期 性弯曲力。在这些交变载荷的作用下, 主连杆的主要失效 形式是疲劳断裂,这要求主连杆具有较轻的质量, 足够的疲 劳强度和刚度。同时, 还要保证连杆表面无折叠、 裂纹和 横向磨痕等缺陷。因此, 柴油机连杆在制造过程中不仅要 严格控制好原材料的材质、锻造工艺、 热处理质量、 成 品质量和表面质量, 而且要保证主连杆的加工精度及形位 公差, 这样才能使主连杆受力均匀, 寿命更长。连杆的使用 工况为复杂的交变应力，失效方式为断裂、变形和磨损。
（1）连杆各部位的密度可达7.8g/cm3( 相对 密度的99%以上) , 尤其是接近连杆小头一 端的杆部易断裂部位, 能获得设计所要求的 密度;
粉末锻造连杆的特点：
（2）连杆锻后空冷或淬火。锻后空冷与非调 钢的性质相同, 要在金属粉中添加可弥散强 化基体的合金元素, 最终组织为珠光体+铁 素体。锻后直接淬火连杆的强度和韧性通 过锻造提高粉坯的密度和添加合金元素保 证, 使粉末锻造连杆具有足够的淬透性, 从 而达到锻钢连杆的水平。
• (3) 与常规的加工方法相比, 粉末锻造避免 了大量的资本投入。
• (4) 粉末锻造材料性能和工艺参数获得了广 泛的认可。
未来发展趋势：
• 粉末锻造未来的发展趋势主要是工艺和应 用的扩展。高冲击力/高速度锻造的发展, 将 使更小零件的粉末锻造成为可能。
连杆的成形工艺
• 发动机连杆承 担着把活塞的 直线运动，通 过曲柄转换为 往复回转运动， 不仅要求抗拉、 抗弯、而且要 求耐磨、耐冲 击，其综合机 械性能要求苛 刻。
连杆的典型工艺分析
3.锻造连杆： 模锻：下料-坯料加热-锤上模锻或曲柄压力 机上模锻-切边-退火-清理-润滑-体积精压切边-平面精压-锻件检验-入库 辊锻：下料-坯料加热-辊锻-切边-退火-清理 -润滑-体积精压-切边-平面精压-锻件检验入库
模锻成形工艺（分型面的选择）
连杆的典型工艺分析
4.铸造-锻压复合工艺： 原料-熔融-浇铸-落砂处理-热处理-热模压机加工（喷丸强化-撑断剖分连杆体与盖）
粉末锻造连杆的特点：
（3）连杆小头及杆部等关键部位, 力学性能 可达:Rm=780～1000MPa、 Rp0.2=540MPa、A=15%、Z=35%; 连杆 疲劳强度完全可以达到锻钢连杆的水平, 甚 至强度更高。如美国赛车连杆的疲劳强度 从普通模锻件的σ-1=290MPa提高到粉末锻 件的σ-1=340MPa, 分析表明这是由于基体 中晶粒较细、无偏析、且呈现连续纤维分 布所致;
• 1.模铸连杆：传统铸造工艺具有成本较低的 优势和多年的生产经验，因而可以采用了 模铸工艺生产连杆，以珠光体可锻铸铁连 杆和球铁连杆为代表。
• 模铸：把液态的钢水浇铸成固态的钢坯， 每浇一次要做模具，冷却再脱模，占地面 积大，时间比较长，生产效率低。
连杆的典型工艺分析
• 2.粉末锻造连杆： 金属制粉-配料混合-压制成形-烧结-锻造-喷 丸处理-机械加工（采用胀断技术使连杆和 连杆盖分离）-检验常规粉末冶金（一次烧 结）工艺。
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粉末锻造的优点：
• （1）锻造工序少 粉末锻造只需要一副模具 一次锻打成形，而普通锻造常需多副模具 和多次锻打。
• （2）锻造压力小 粉末锻造时，随着工件压 实程度的增加，变形抗力随之增大，但所 需锻压力比普通模锻小，如130汽车差速器 行星齿轮，钢坯锻造需250～300T压机粉末 锻造只需80T压机。
5.粉末冶金等温压制工艺： 原料粉末-等温压制-钻孔与攻螺纹-烧结-回 火-断裂剖分。
连杆的典型工艺分析
6.粉末热挤压-锻造工艺：
其显微组织比铸造的晶粒细小且均匀分布，故具有低热膨 胀、高耐磨性、高强度等特性。
7.碳纤维强化工艺：一是使用层压塑料制作承受压应力的
杆身和用碳纤维增强塑料（ＣＦＲＰ）制作承受拉压力的 外圈；另一种连杆是用多向层压（ＣＦＲＰ）制作的。使 用这些技术制作了剖分式和整体式连杆。
• （2）预成形坯的设计：其形状必须在断裂 极限和最佳性能值之间。主要有两种预制 坯：近似锻件形状与简单形状。
• （3）加热 • （4）锻造 • （5）后续处理，如退火、调质或时效处理。
也可进行各种表面处理，如渗碳淬火、氧 化和蒸汽处理等。
应用：
• 典型产品包括粉末锻造连杆、齿轮、轴承环、活 塞等。
连杆成形的工艺分析：
• 2.连杆的最新材料
• 非调质钢：由于省略了锻后的热处理，非调质钢 不仅节省了生产工序，从而降低了成本。复合材 料：复合材料的高成本制约了其大范围的应用。 钛合金材料：我国钛矿储量世界第一，所以钛在 我国有广阔的应用前景，最大障碍是其高成本， 故而降低成本是钛合金研制和生产工艺开发的重 点。粉末冶金材料：国内，一汽丰越发动机厂生 产的V6系列发动机连杆采用的是粉末冶金锻造连 杆。粉末冶金连杆有技术经济性的优点，与锻钢 相比有较好的机械性能和重量精度。