電液錘生產(chǎn)線連桿毛坯鍛造工藝研究及缺陷預防.pdf

1、連桿是汽車發(fā)動機的重要組成部分，是發(fā)動機上承受沖擊載荷和動態(tài)應力最強烈的零件，因此要保證優(yōu)良的強度、剛度和疲勞性能。同時，由于發(fā)動機震動很大一部分來自連桿，所以對連桿提出了嚴格的尺寸，重量和表面質(zhì)量的要求。隨著社會的發(fā)展，自動化的生產(chǎn)方式被逐漸引入連桿生產(chǎn)領域，以應對迅速提高的人力成本，同時追求更高的生產(chǎn)效率。在這種背景下，楔橫軋+電液錘自動生產(chǎn)線被研發(fā)出來，并成為目前最先進的連桿生產(chǎn)系統(tǒng)。在電液錘自動生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)中生產(chǎn)連桿時，楔橫軋

2、制坯工序中坯料的彎曲缺陷是影響生產(chǎn)線自動運轉的最大威脅。
　　本文以連桿電液錘自動生產(chǎn)線為研究對象，對影響生產(chǎn)線正常運轉的核心問題進行了分析。利用數(shù)值模擬方法對工廠的實際生產(chǎn)狀況進行了仿真，取得了電液錘自動生產(chǎn)線生產(chǎn)連桿過程中的全部力能參數(shù)及三維場變量的信息。在此基礎上，構建了連桿電液錘自動生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)，對制坯過程中出現(xiàn)的彎曲、縮頸、堆料和中心疏松缺陷進行了研究，得到了解決這些缺陷的思路和方法，并對模具參數(shù)對這些缺陷的影響規(guī)律進

3、行了研究。論文的主要研究工作有以下幾點：
　　①對連桿毛坯楔橫軋過程中產(chǎn)生的彎曲缺陷進行了分析，根據(jù)軋制過程中坯料的受力狀態(tài)和溫度變化，分析了彎曲產(chǎn)生的各階段的特點，分析發(fā)現(xiàn)影響彎曲的主要原因是軋制順序和模具結構設計不合理，造成坯料受力不平衡，從而產(chǎn)生了彎曲。根據(jù)彎曲的產(chǎn)生原因，形成了解決彎曲的基本思路。
　　②分析了連桿毛坯楔橫軋過程中縮頸缺陷的產(chǎn)生機理，提出了斷面收縮率分配系數(shù)的概念，并研究了斷面收縮率分配系數(shù)對縮頸量的

4、影響規(guī)律。研究表明解決多楔二次軋制條件下坯料縮頸問題的關鍵就是在模具設計時，保證兩次軋制的變形量均勻，盡量使斷面收縮率分配系數(shù)接近于1。
　?、圻B桿毛坯楔橫軋過程中產(chǎn)生堆料的主要原因是模具斜楔阻礙了材料在軸向上的流動。在此基礎上，研究了堆料產(chǎn)生的條件，形成了解決堆料問題的基本思路。研究表明，影響堆料缺陷的主要工藝參數(shù)是斜楔上的摩擦系數(shù)和斜楔的成形角。模具設計時，在滿足其它條件的前提下，為了防止產(chǎn)生堆料缺陷，應該盡量使摩擦系數(shù)接近1

5、，而使成形角接近28°。
　　④對連桿毛坯桿部和小頭部位出現(xiàn)中心疏松的機理進行了分析，并根據(jù)產(chǎn)生中心疏松時坯料的應力-應變狀態(tài)對中心疏松的類型進行了劃分，將中心疏松劃分為擴展型和約束型兩種。擴展型中心疏松出現(xiàn)的原因在于，坯料中心部位和表面變形都比較劇烈，而且受到模具長時間的碾壓，使它受到高頻率的波動的應力作用，從而促進了中心疏松的產(chǎn)生。而約束型中心疏松出現(xiàn)的原因在于，斜楔阻礙了金屬的正常流動，而使軋件表面變形比較劇烈，而心部基本沒

6、有變形，成為一個變形孤島，在這種變形極度不均勻的“孤島效應”影響下，在心部就產(chǎn)生了很大的交變的拉應力，當拉應力達到屈服極限時，就萌發(fā)了中心疏松。
　?、萁⒘诉B桿電液錘自動生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)，明確了系統(tǒng)中的能量和物質(zhì)的流動，根據(jù)工藝過程將連桿在該生產(chǎn)線上的鍛造過程分為輸入層，處理層和輸出層，其中處理層包括了楔橫軋制坯和模鍛成形兩個子層。對影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素進行了總結，對各層中的因素對鍛造過程的影響進行了分析，進一步明確了楔橫軋制坯是

7、影響生產(chǎn)線自動運轉的關鍵因素。
　　⑥提出了新的預測多楔兩道次軋制中心疏松的思路，即不同應力-應變狀態(tài)下產(chǎn)生的中心疏松，應該采用不同的方法進行研究和預測。在預測擴張型中心疏松時，在數(shù)值模擬模型中引入了多孔材料模型，通過相對密度的變化衡量中心該型中心疏松。在預測約束型中心疏松時，采用預先在坯料上挖孔，然后根據(jù)孔直徑的變化來預測的方法。
　?、邔⒀芯砍晒麘糜谶B桿電液錘自動生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)的楔橫軋制坯中，提出了新的模具結構，采用空