汽车连杆粉末锻造工艺

国外按产品质量组成具体的连贯成一个整体的粉末锻造生产线。图 2 为日本一家制钢所粉末锻造生产 线的平面图。
图 2 粉末锻造生产线
该生产线由旋转式电阻烧结加热炉，锻造加热炉，粉末锻造压机和粉末预成形压机等主要设备组成，
其设备的主要规格见表 2。
表 2 生产线上设备的规格
粉末锻造
生产线编号
预成形压机 (kN)
粉末锻造工艺流程
一般的粉末锻造工艺流程如图 1 所示，即对经过适当配方和混合的粉末用与制造普通烧结件相同的方 法使其成形，制成低密度的预成形件，并以此作为锻造毛坯，在烧结后进行热态锻造。当预成形体中含有 润滑剂时，在烧结之前应增加润滑剂脱除工序。烧结后如果冷却了，需在锻造前必须再加热。在锻造后的
烧结 热处理之前，常常需要某种程度的机械加工。整个工艺过程中除短时间的锻造外，全部加热都在防氧化的
产品成本低
与普通模锻加工方法相比，首先因为加工精度高，可以大幅度地节省机械加工，提高材料利用率，对 节省工时和降低成本有很大的经济效果。因为原材料粉末在成本中所占的比例较高，从生产中证明，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，原耒机械加工工时越多的零件，改为粉末锻造后， 在节省工时和降低成本方面就越能获得更大的效果。如某种型号轿车发动机的连杆，粉末锻造的价格仅为 普通模锻的 50%。
图 4 为连杆的密度分布。
图 4 连杆的密度分布
锻件精度高
由于锻造的加热温度较低，且又在防氧化的保护气氛中进行，没有氧化皮，故可以获得较高尺寸精度 和较低表面粗糙度的锻件，制件表面在高温下受到模具型腔光滑表面的熨平，光泽。
现以大量生产粉末锻件的实测数据与普通锻件进行比较见表 3。
表 3 两种工艺参数的比较
23
结束语
目前，粉末锻造工艺方法已经成熟，作为一种精减工序，减少公害和节约资源的，合乎时代要求的技 术，是一项跨世纪的先进的高新技术。随着轿车工业的高速发展，轿车零部件将朝着高性能和低成本的方 向发展。基于粉末锻造零件具有精度高，性能高，材料利用率高，成本低等优点，因而在轿车上的应用日 趋增多。今后，有更多的轿车零部件将被粉末锻造件替代的时刻马上来临。
预成形 密模锻，获得了与普通模锻件相同密度，形状复杂的精密锻件。 它既有粉末冶金成形性能较好的优点，又发挥锻造变形有效地改变金属材料组织和性能作用的特点， 使粉末冶金和锻造工艺在生产上取得了新的突破，是边缘专业的学科，特别适宜大批量生产高强度，形状 复杂的结构零件，因此在各工业部门中有较大推广应用的发展前途。
ｌ
９■§Ａ 图 3 为固体模锻与粉末锻造的制件比较和粉末锻造精密模具。
口ｌｆｑ孟＆一ｌ＆ Ｓ鲁曼ｔ＆ｑ‘担． ．｝ｔｉｆＡ誊 Ｆ． ＆，‘｝矗＃Ｐｏ臻｝
＆．目ｉ＆ＲＥ
０１‘ｉ§口４＆ Ｅａ Ｆｔ二７ｓ一蔬．＆碡ｎ々＝水善
Baidu Nhomakorabea
＾＝Ｆ．二”耳ｃｕ毛ｍ＃九
口ｘ３ｎ¨＆Ｄ最一§４＿Ｄ Ｓ￡＆§Ｅａ
图 3 固体模锻与粉末锻造的制件比较和粉末锻造精密模具
从长期生产实践证明，用粉末锻造工艺代替普通模锻，据资料统计可得如下明显的优点：
成形性能高
由于粉体颗粒较细，倒入模具型腔时，象流体一样充填型腔各处成形性能极高，所以对各种形状复杂 的锻件都能顺利成形。毛坯对零件的材料利用率已达 100%，即不留任何的金属加工余量以及敷料。
力学性能高
如美国赛车连杆的疲劳强度从普通模锻件σ ＝290MPa 增加到粉末锻件σ ＝340MPa，经金相分析指出， 这是由于基体中晶粒较细，无偏析，且呈连续纤维方向的情况下等原因所致。由此可见，粉末锻件连杆零 件的力学性能明显超过了普通模锻件。
粉末 汽车连杆粉末锻造工艺
文／洪慎章·上海交通大学塑性成形技术与装备研究院 传统的普通模锻和机械加工方法已难以满足当今汽车，摩托车等工业生产中高质量，高精度，高效率，
低消耗及低成本的要求。上世纪末，国外已研制成功的新型金属塑性成形工艺----粉末锻造，先后锻成汽车 连杆和差速器行星齿轮等锻件，并建成世界上第一条粉末锻造生产线。它是常规的粉末冶金工艺和精密锻 造有机结合而发展起来的一项颇具有市场竞争力的 少，无切削金属加工方法。以金属粉末为原料，经过 预成形压制，在保护气氛中进行加热烧结及作为锻造毛坯，然而在压力机上一次锻造成形和实现无飞边精
保护气氛内进行。
加热
锻造
图 1 粉末锻造工艺流程
机械加工 粉末锻造工艺的要求
生产实践表明，要满足技术上要求的粉末锻件，与下列主要工序密切有关：
配料及混料
根据不同产品对粉末的材质和性能要求，选择合适的低合金钢粉，经配料计算和准确称取粉重后，置 于混料机内混和至分布均匀。
压预成形坯
在压制机上将粉料压成预成形坯。对预成形坯的设计应合理，对其密度，质量，质量变化和尺寸要严
生产率高
如轿车发动机连杆的生产工艺，普通模锻把加热后的毛坯进行多道制坯辊锻，又在压力机上进行预锻 及终锻，然而再进行切边，大，小头冲孔，热校正及冷精压等多道工序。而粉末锻造首先是省去了切边， 大，小头冲孔，热校正，冷精压工序，大大提高了生产率。据资料报道，一条粉末锻造生产线的生产率已 达 15～30 件/min。
热处理
20
旋转式电阻 格控制，以避免超负荷而损坏模具。
加热炉
烧结
烧结加热炉 在通有还原性保护气氛的烧结炉中进行，其温度为 1100～1130℃，至完全合金化。然后，将烧结体移 入无氧化性气氛的保温炉(约 1000℃)中进行保温。 闭式模锻
目前烧结体的锻造工艺有两种：一是利用烧结体余热保温至锻造温度时立即进行锻造，以节约能源； 二是在烧结体冷却至室温后，又重新加热，再进行锻造，此法的能源消耗相对增大。烧结体经致密化闭式 模锻时，可将 80%理论密度的烧结体锻造直至接近 100%理论密度。必须指出，在锻造变形中，预成形坯 的形状设计要合理，以减少金属的横向流动及减轻对锻模的磨损。
锻造压机(kN)
KPFL—150—400 KPFL—200—600 KPFL—300—800
1500 2000 3000
4000
压机 6000
8000
KPFL—400—1000
4000
10000
KPFL—500—1200
5000
12000
国外已建成了 18 条粉末锻造生产线。
粉末锻造工艺的优点
粉末预成形2压1 机
参数 尺寸波动(每 100mm) mm
普通模锻 ±1．5
22
粉末锻造 ±0．2
零件重量波动 % 尺寸精度 表面粗糙度 μ m
±3．5 IT13 － IT15
≥12．5
± 0．5 IT6 － IT9
0．8 ～ 3。2
材料利用率高
由于合理的制坯技术，再在较低温度下进行无毛边，无余量的精密闭式模锻，大大提高了材料利用率， 从普通模锻的材料利用率 40%～60%增加到 95%以上。如英国生产了发动机的粉锻连杆，其质量仅为 605g(普通模锻件的毛坯下料质量为 1.2kg)。
粉末锻件的应用实例
国外轿车中用粉末锻造方法制造的重要零件见表 1。
表 1 轿车中的粉末锻件
总成
零件名称
材料
发动机
连杆，连杆盖，凸轮
AISI4200
离合器
离合器毂
AISI4600
变速箱
倒车齿轮，倒车惰轮，变速齿轮，爪销齿轮
AISI4600
差动装置
齿圈，行星齿轮，小齿轮，伞齿轮，螺伞齿轮
AISI4600
模具寿命高
表 4 为粉末锻造工艺的生产条件与普通模锻的比较。
表 4 两种工艺参数的比较
参数
毛坯加热温度
℃
氧化皮
单位压力 MPa
模具寿命 (万件)
普通模锻 1150 有 1500～3000 0．4
粉末锻造 1000 无 400 ～ 800 4 ～10
由表 4 中的数据可知，因粉末坯料的加热温度较低及在无氧化皮的情况下进行锻造，减少了对模具表 面的摩擦。更重要的是，单位压力仅是普通模锻的 1/3 ～1/4，甚至更低，这对模具的受压条件大为改善， 故其模具寿命可提高 10～20 倍以上。