1、粉末锻造与连杆成形,材控2班 马欣,材料学院,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
2、，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250300T压机粉末锻造只需80T压机。,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 （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
3、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。,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。 (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
4、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。
5、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。,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
6、。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。,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,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
7、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。,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-
8、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） 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（）制作承受拉压力的外圈；另一种连杆是用多向层压（）制作的。使用这些技术制作了剖分式和整体式连杆。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
9、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：,连杆成形的工艺分析：,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。,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
10、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： （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
11、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。,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=7801000MPa、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-1=290MPa提高到粉末锻件的-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;,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,
12、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。,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%。,The End Thank You!,
