粉末鍛造與連桿成形

1、粉末鍛造與連桿成形粉末鍛造與連桿成形粉末鍛造的定義：粉末鍛造的定義： 粉末鍛造是指將燒結的預成形坯, 經(jīng)加熱后,在閉式模中鍛造成零件的工藝, 是將傳統(tǒng)的粉末冶金和精密模鍛結合起來的一種新工藝。 它是將傳統(tǒng)粉末冶金和精密鍛造結合起來的一種新工藝，并兼兩者的優(yōu)點。粉末鍛造的特點：粉末鍛造的特點： （1）近凈成型，材料利用率高 （2）機械性能高，力學性能突出 （3）成分可調整 （4）生產(chǎn)效率高 （5）產(chǎn)品成本低 （6）鍛件精度高 （7）鍛造模具和切削刀具壽命高粉末鍛造的優(yōu)點：粉末鍛造的優(yōu)點： （1）鍛造工序少 粉末鍛造只需要一副模具一次鍛打成形，而普通鍛造常需多副模具和多次鍛打。 （2）鍛造壓力小

2、粉末鍛造時，隨著工件壓實程度的增加，變形抗力隨之增大，但所需鍛壓力比普通模鍛小，如130汽車差速器行星齒輪，鋼坯鍛造需250300T壓機粉末鍛造只需80T壓機。粉末鍛造的優(yōu)點：粉末鍛造的優(yōu)點： （3）粉末鍛造無飛邊，機械加工量少，材料利用率可高達90%以上（普通模鍛為40%-50%）。 （4）鍛件尺寸精度高和表面粗糙度低，可達精密模鍛水平。 （5）粉末鍛造可成形復雜的零件，如齒輪、花鍵軸等。工藝流程：工藝流程： 工藝要點：工藝要點： （1）粉末原料，包括粉末原料的還原、磁選、篩分、混料 （2）預成形坯的設計：其形狀必須在斷裂極限和最佳性能值之間。主要有兩種預制坯：近似鍛件形狀與簡單形狀。 （3

3、）加熱 （4）鍛造 （5）后續(xù)處理，如退火、調質或時效處理。也可進行各種表面處理，如滲碳淬火、氧化和蒸汽處理等。應用：應用： 典型產(chǎn)品包括粉末鍛造連桿、齒輪、軸承環(huán)、活 塞等。 粉末鍛造的發(fā)展：粉末鍛造的發(fā)展： 經(jīng)過近40年的持續(xù)發(fā)展，粉末鍛造已經(jīng)發(fā)展成為一項先進的金屬加工工藝，增加了許多新的應用，其發(fā)展趨向于在零件的最初設計狀態(tài)就越來越多的選用粉末鍛造工藝，形成這種趨勢的原因： (1) 在長期的高壓疲勞應用中, 其使用記錄證明粉末鍛件的性能是可靠的。粉末鍛造的發(fā)展：粉末鍛造的發(fā)展： (2) 凈成型或近凈成型能力、獨有的冶金特性以及結合了熱處理的工藝, 降低了總制造成本。 (3) 與常規(guī)的加工

4、方法相比, 粉末鍛造避免了大量的資本投入。 (4) 粉末鍛造材料性能和工藝參數(shù)獲得了廣泛的認可。未來發(fā)展趨勢：未來發(fā)展趨勢： 粉末鍛造未來的發(fā)展趨勢主要是工藝和應用的擴展。高沖擊力/高速度鍛造的發(fā)展, 將使更小零件的粉末鍛造成為可能。連桿的成形工藝連桿的成形工藝 發(fā)動機連桿承擔著把活塞的直線運動，通過曲柄轉換為往復回轉運動，不僅要求抗拉、抗彎、而且要求耐磨、耐沖擊，其綜合機械性能要求苛刻。連桿成形的工藝分析：連桿成形的工藝分析： 1.連桿的受力特點與質量要求 連桿是內燃機車柴油機重要的運動件, 其承受3 方面的作用力: 氣缸內燃氣爆發(fā)產(chǎn)生的周期性沖擊力; 活塞連桿組高速往復運動產(chǎn)生的周期性慣性

5、力; 高速運轉時產(chǎn)生的周期性彎曲力。在這些交變載荷的作用下, 主連桿的主要失效形式是疲勞斷裂,這要求主連桿具有較輕的質量, 足夠的疲勞強度和剛度。同時, 還要保證連桿表面無折疊、 裂紋和橫向磨痕等缺陷。因此, 柴油機連桿在制造過程中不僅要嚴格控制好原材料的材質、鍛造工藝、 熱處理質量、 成品質量和表面質量, 而且要保證主連桿的加工精度及形位公差, 這樣才能使主連桿受力均勻, 壽命更長。連桿的使用工況為復雜的交變應力，失效方式為斷裂、變形和磨損。連桿成形的工藝分析：連桿成形的工藝分析： 2.連桿的最新材料 非調質鋼：由于省略了鍛后的熱處理，非調質鋼不僅節(jié)省了生產(chǎn)工序，從而降低了成本。復合材料：復

6、合材料的高成本制約了其大范圍的應用。鈦合金材料：我國鈦礦儲量世界第一，所以鈦在我國有廣闊的應用前景，最大障礙是其高成本，故而降低成本是鈦合金研制和生產(chǎn)工藝開發(fā)的重點。粉末冶金材料：國內，一汽豐越發(fā)動機廠生產(chǎn)的V6系列發(fā)動機連桿采用的是粉末冶金鍛造連桿。粉末冶金連桿有技術經(jīng)濟性的優(yōu)點，與鍛鋼相比有較好的機械性能和重量精度。連桿成形的工藝分析：連桿成形的工藝分析： 3.連桿先進工藝： 撐斷工藝：配粉-壓制-燒結-熱鍛-機加 在連桿體和蓋的剖分部位開一缺口, 然后采用漲開方法將它們撐開, 從而產(chǎn)生一個不需任何加工的, 呈鋸齒形及精配好的分型面。采用此種新切斷工藝, 不僅能使上下軸瓦的適配準確, 而可

7、省去剖分時的機械加工。連桿的典型工藝分析連桿的典型工藝分析 1.模鑄連桿：傳統(tǒng)鑄造工藝具有成本較低的優(yōu)勢和多年的生產(chǎn)經(jīng)驗，因而可以采用了模鑄工藝生產(chǎn)連桿，以珠光體可鍛鑄鐵連桿和球鐵連桿為代表。 模鑄：把液態(tài)的鋼水澆鑄成固態(tài)的鋼坯，每澆一次要做模具，冷卻再脫模，占地面積大，時間比較長，生產(chǎn)效率低。連桿的典型工藝分析連桿的典型工藝分析 2.粉末鍛造連桿： 金屬制粉-配料混合-壓制成形-燒結-鍛造-噴丸處理-機械加工（采用脹斷技術使連桿和連桿蓋分離）-檢驗常規(guī)粉末冶金（一次燒結）工藝。連桿的典型工藝分析連桿的典型工藝分析3.鍛造連桿： 模鍛：下料-坯料加熱-錘上模鍛或曲柄壓力機上模鍛-切邊-退火-清

8、理-潤滑-體積精壓-切邊-平面精壓-鍛件檢驗-入庫 輥鍛：下料-坯料加熱-輥鍛-切邊-退火-清理-潤滑-體積精壓-切邊-平面精壓-鍛件檢驗-入庫 模鍛成形工藝模鍛成形工藝（分型面的選擇）連桿的典型工藝分析連桿的典型工藝分析4.鑄造-鍛壓復合工藝： 原料-熔融-澆鑄-落砂處理-熱處理-熱模壓-機加工（噴丸強化-撐斷剖分連桿體與蓋）5.粉末冶金等溫壓制工藝： 原料粉末-等溫壓制-鉆孔與攻螺紋-燒結-回火-斷裂剖分。連桿的典型工藝分析連桿的典型工藝分析6.粉末熱擠壓-鍛造工藝： 其顯微組織比鑄造的晶粒細小且均勻分布，故具有低熱膨脹、高耐磨性、高強度等特性。7.碳纖維強化工藝：一是使用層壓塑料制作承受

9、壓應力的桿身和用碳纖維增強塑料（）制作承受拉壓力的外圈；另一種連桿是用多向層壓（）制作的。使用這些技術制作了剖分式和整體式連桿。 試驗結果表明，這種塑料連桿能顯著輕量化，并在發(fā)動機中最多可減少40%的擺動物體的質量。但它至今尚未獲得令人滿意的疲勞強度，并由于纖維材料價格昂貴和生產(chǎn)布放纖維的工藝復雜，使制造成本居高不下。除非在工藝和材料上有大的革新和突破，否則難以產(chǎn)業(yè)化。不同連桿制造工藝比較：不同連桿制造工藝比較： 連桿成形的工藝分析：連桿成形的工藝分析： 4.連桿成形工藝類型 連桿加工的發(fā)展方向是: 減輕連桿質量,在高承載能力批量生產(chǎn)中盡可能減少連桿的質量公差( 目前, 粉末鍛造連桿的質量精度

10、可達 1% , 鍛鋼連桿為 2 . 5% ) ; 在現(xiàn)有基礎上進一步提高鍛件表面質量; 采用新型材料節(jié)能材料( 目前采用非調質鋼和控鍛控冷技術) , 降低連桿成本。另外, 由于產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快, 各種使用性能指標的不斷提高, 對產(chǎn)品質量也提出了更高要求。連桿成形的工藝分析：連桿成形的工藝分析： 決定產(chǎn)品質量的主要因素有兩個方面, 一是組成產(chǎn)品各個零部件的內部機械性能; 另一個是產(chǎn)品尺寸加工精度。其中零部件的機械性能對設備的壽命及其運行的安全性起了決定作用。它的好壞主要取決于其毛坯成形工藝及其熱處理方法的優(yōu)劣。粉末鍛造連桿的特點：粉末鍛造連桿的特點：與傳統(tǒng)鑄造連桿、鍛造連桿相比，粉末鍛造連桿具

11、有以下特點：（1）連桿各部位的密度可達7.8g/cm3( 相對密度的99%以上) , 尤其是接近連桿小頭一端的桿部易斷裂部位, 能獲得設計所要求的密度;粉末鍛造連桿的特點：粉末鍛造連桿的特點：（2）連桿鍛后空冷或淬火。鍛后空冷與非調鋼的性質相同, 要在金屬粉中添加可彌散強化基體的合金元素, 最終組織為珠光體+鐵素體。鍛后直接淬火連桿的強度和韌性通過鍛造提高粉坯的密度和添加合金元素保證, 使粉末鍛造連桿具有足夠的淬透性, 從而達到鍛鋼連桿的水平。粉末鍛造連桿的特點：粉末鍛造連桿的特點：（3）連桿小頭及桿部等關鍵部位, 力學性能可達:Rm=7801000MPa、Rp0.2=540MPa、A=15%

12、、Z=35%; 連桿疲勞強度完全可以達到鍛鋼連桿的水平, 甚至強度更高。如美國賽車連桿的疲勞強度從普通模鍛件的-1=290MPa提高到粉末鍛件的-1=340MPa, 分析表明這是由于基體中晶粒較細、無偏析、且呈現(xiàn)連續(xù)纖維分布所致;粉末鍛造連桿的特點：粉末鍛造連桿的特點：（4）連桿的質量偏差小, 僅0.5%, 而普通鍛造連桿的質量偏差為2.5%;（5）連桿尺寸精度高, 同時結合裂解法剖分連桿體和蓋, 使得機械加工工序大幅減少。粉末鍛造連桿大頭均采用裂解加工工藝, 裂解加工具有加工工序少、生產(chǎn)效率高、設備投資小、制造成本低、產(chǎn)品質量好、裝配精度高、承載能力強等諸多優(yōu)點, 是一種極具競爭力和發(fā)展?jié)摿Φ倪B桿加工新技術。裂解加工要求在保證連桿強韌性綜合性能指標的前提下, 限制連桿的韌性指標, 使裂解斷口呈現(xiàn)脆性斷裂特性, 以便具有良好的嚙合性。粉末鍛造連桿的特點：粉末鍛造連桿的特點：（6）連桿可省材( 約40%) 和節(jié)能( 約50%) 。（7）粉末鍛造采用粉末坯料的秤量法, 使得每一連桿質量相同, 無需分組配重;（8）關于產(chǎn)品成本。與普通模鍛加工