電液錘生產(chǎn)線連桿毛坯鍛造工藝研究及缺陷預(yù)防.pdf

1、連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，是發(fā)動(dòng)機(jī)上承受沖擊載荷和動(dòng)態(tài)應(yīng)力最強(qiáng)烈的零件，因此要保證優(yōu)良的強(qiáng)度、剛度和疲勞性能。同時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)很大一部分來(lái)自連桿，所以對(duì)連桿提出了嚴(yán)格的尺寸，重量和表面質(zhì)量的要求。隨著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)化的生產(chǎn)方式被逐漸引入連桿生產(chǎn)領(lǐng)域，以應(yīng)對(duì)迅速提高的人力成本，同時(shí)追求更高的生產(chǎn)效率。在這種背景下，楔橫軋+電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線被研發(fā)出來(lái)，并成為目前最先進(jìn)的連桿生產(chǎn)系統(tǒng)。在電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)中生產(chǎn)連桿時(shí)，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(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大威脅。
　　本文以連桿電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線為研究對(duì)象，對(duì)影響生產(chǎn)線正常運(yùn)轉(zhuǎn)的核心問題進(jìn)行了分析。利用數(shù)值模擬方法對(duì)工廠的實(shí)際生產(chǎn)狀況進(jìn)行了仿真，取得了電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)連桿過程中的全部力能參數(shù)及三維場(chǎng)變量的信息。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了連桿電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)，對(duì)制坯過程中出現(xiàn)的彎曲、縮頸、堆料和中心疏松缺陷進(jìn)行了研究，得到了解決這些缺陷的思路和方法，并對(duì)模具參數(shù)對(duì)這些缺陷的影響規(guī)律進(jìn)

3、行了研究。論文的主要研究工作有以下幾點(diǎn)：
　?、賹?duì)連桿毛坯楔橫軋過程中產(chǎn)生的彎曲缺陷進(jìn)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(diǎn)，分析發(fā)現(xiàn)影響彎曲的主要原因是軋制順序和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。
　?、诜治隽诉B桿毛坯楔橫軋過程中縮頸缺陷的產(chǎn)生機(jī)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(duì)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(guān)鍵就是在模具設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)。在此基礎(chǔ)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(shè)計(jì)時(shí)，在滿足其它條件的前提下，為了防止產(chǎn)生堆料缺陷，應(yīng)該盡量使摩擦系數(shù)接近1

5、，而使成形角接近28°。
　?、軐?duì)連桿毛坯桿部和小頭部位出現(xiàn)中心疏松的機(jī)理進(jìn)行了分析，并根據(jù)產(chǎn)生中心疏松時(shí)坯料的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)對(duì)中心疏松的類型進(jìn)行了劃分，將中心疏松劃分為擴(kuò)展型和約束型兩種。擴(kuò)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(zhǎng)時(shí)間的碾壓，使它受到高頻率的波動(dòng)的應(yīng)力作用，從而促進(jìn)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(dòng)，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(gè)變形孤島，在這種變形極度不均勻的“孤島效應(yīng)”影響下，在心部就產(chǎn)生了很大的交變的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，就萌發(fā)了中心疏松。
　?、萁⒘诉B桿電液錘自動(dòng)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(dòng)，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(gè)子層。對(duì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)各層中的因素對(duì)鍛造過程的影響進(jìn)行了分析，進(jìn)一步明確了楔橫軋制坯是

7、影響生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素。
　?、尢岢隽诵碌念A(yù)測(cè)多楔兩道次軋制中心疏松的思路，即不同應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)下產(chǎn)生的中心疏松，應(yīng)該采用不同的方法進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)。在預(yù)測(cè)擴(kuò)張型中心疏松時(shí)，在數(shù)值模擬模型中引入了多孔材料模型，通過相對(duì)密度的變化衡量中心該型中心疏松。在預(yù)測(cè)約束型中心疏松時(shí)，采用預(yù)先在坯料上挖孔，然后根據(jù)孔直徑的變化來(lái)預(yù)測(cè)的方法。
　?、邔⒀芯砍晒麘?yīng)用于連桿電液錘自動(dòng)生產(chǎn)線鍛造系統(tǒng)的楔橫軋制坯中，提出了新的模具結(jié)構(gòu)，采用空