1、连杆锻造的工艺与设备选择简述连杆是汽车发动机中的主要传动部件之一。连杆的作用是把活塞与曲轴联接起来，使活塞的往复直线运动变为曲柄的回转运动，以输出动力。连杆工作环境温度一般为 90100，运转速度为30005000r/min，在工作中承受着急剧变化的动载荷，受力情况较差，因此需要有较高的强度。为了保持高速下曲轴的平衡状态，对连杆不仅有较高的尺寸精度要求，而且对质量公差也需要严格控制。国内连杆的市场需求分析连杆属于长轴类精密锻件，市场需求量巨大。2015 年我国汽车产销均突破 2450 万辆，连续 7 年蝉联全球第一（见图 1）。2016 年有望超过 2600 万辆。汽车产销总体呈平稳增长态势，
2、2014 年产销同比增长 7.26%和 6.86%，2015 年为增长 3.3%与 4.7%。图 1 近十年中国汽车产量汽车锻件需求量维持小幅度增长的状态，近年来国内汽车发动机用连杆锻件的年需求量超过一亿支。另外，2015 年我国摩托车销量1882 万辆，创近 10 年新低，摩托车连杆年需求为 2000 万只。按每年发动机总产量大约为 55006000 万台，单缸机为26002800 万台计，估计国内连杆需求量大约为 1.61.8 亿支。如果把眼光放远一些，连杆的国际市场前景广阔。连杆分类连杆按材料分类可以分为调质钢连杆和非调质钢连杆。调质钢连杆是指连杆锻造成形后需通过淬火和高温回火热处理最终
3、达到性能要求的连杆，非调质钢连杆是指连杆锻造成形后通过锻后控制冷却速度来达到性能要求的连杆。按结构分类可以分为分体式连杆和整体式连杆。分体式连杆是指连杆体和连杆盖在锻造时就是分离的连杆，整体式连杆是指连杆体和连杆盖整体锻造，通过后续加工再分离的连杆。整体式连杆按照杆盖剖分方式可分为胀断连杆和切分连杆。锻造工艺连杆的典型锻造工艺流程如图 2 所示，一般流程为：下料剥皮中频加热制坯分料模锻成形冲孔、切边、热校正调质或非调质钢可控冷却抛丸磁粉探伤外观检验冷精压直线度检验校直防锈装箱入库。由于对连杆流线的要求越来越高，辊锻制坯成为连杆锻造的主流制坯工艺。楔横轧工艺制坯精度较高，但用该工艺制坯容易出现锻
4、造流线不合格的缺陷。图 2 一种连杆锻造工艺流程照片连杆的自动辊锻制坯工艺自动辊锻机是专用制坯设备，生产效率高，坯料精度好，已成功地用于连杆锻造生产线的制坯工序，使用效果良好，是目前最常用的制坯工艺。连杆辊锻工艺一般设计为杆部 4 道次辊锻，孔型选择为圆椭圆方椭圆方，小头部为两道次辊锻，孔型选择为圆椭圆圆。扇形辊锻模包角 85。模具材料一般选用 5CrNiMo，可以采用焊补修复的办法延长模具寿命。图 3 是用 460mm 自动辊锻机辊锻制坯的一种柴油机连杆的辊锻件、锻件和飞边的照片。可以看出，辊锻件的形状规整，锻件飞边很小而且均匀。图 3 一种柴油机连杆辊锻件、锻件和飞边照片与自由锻制坯相比，
5、自动辊锻制坯工艺有显著的技术经济优势，可归纳为如下几点：提高锻件质量。辊锻机制坯时间固定、形状准确、节拍稳定，到达模锻主机的坯料温度和尺寸一致性好，有利于锻件质量的提高，也有利于控制连杆锻件的重量公差；节约原材料。锻件材料利用率较空气锤制坯有较大提高；节约能源。由如下两方面构成：每件节省的坯料所需的加热能量；辊锻机组主电机功率明显小于空气锤的压气机电机功率；提高效率。如 460mm 辊锻机转数为 65rpm，自动辊锻时 4 道次辊锻耗时不到 4s，考虑机械手接送料、抛料、横移回位等辅助工作时间，辊锻生产效率在 68s/件，比空气锤制坯的效率有较大提高；提高锻造模具寿命。辊锻制坯后因坯料精化，锻
6、造飞边小，因而对模具的磨损小，有利于锻造模具寿命的提高；减少人员。自动辊锻机可以做到无人操作；减小模锻主机打击力。由于精化毛坯，减小了模锻主机的打击力，对延长模锻主机的使用寿命有利。使用辊锻机也有一些对降低成本不利的方面：辊锻机和空气锤相比，一次性投入大；由于设备结构复杂，有机械、液压、气动、程控等各种系统，设备维护难度较大，费用较高；辊锻模设计调试较为复杂，另外增加了辊锻模的加工和维修费用。由于尺寸放大关系，坯料的下料误差会造成辊锻件的长短有误差，这对自动化操作带来不利影响。几种常见的连杆锻造装备数控/程控模锻锤。目前广泛使用程控电液锤/数控模锻锤，优点：打击速度快，有利成形，效率高；缺点：
7、一般无顶出，震动和噪音问题，实现自动化有较大难度。热模锻压力机。优点：水平方向精度高，生产效率高，工作台面宽阔，有利于模具安装和实现机械化；缺点：因设备刚度问题，如果工艺过程不能保持稳定，可能会对连杆质量公差造成影响。螺旋压力机。国内目前有摩擦压力机、电动螺旋压力机、高能螺旋压力机等几种，高能螺旋压力机是开发较早的新型螺旋压力机，但结构稍显复杂，电动螺旋压力机目前已经成为厂家优先选择的锻压设备，图 4 为一条以高能螺旋压力机为主机的连杆锻造生产线。螺旋压力机优点：结构较简单，成本较低，可以实现自动化，模具打靠保证高度方向尺寸，对保证连杆重量公差有利；缺点：顶出为液压，有故障可能性，台面宽度和抗
8、偏载能力不如热模锻压力机。图 4 一条安阳锻压为日本设计的连杆锻造生产线锻造机械化和自动化装置锻造操作机。最早的锻造机械化装置是人工驾驶的锻造操作机，一般用于重型生产线，用以夹持锻坯配合水压机或锻锤完成送进、转动、调头等动作，有助于改善劳动条件，提高生产效率。根据需要，锻造操作机也可用于装炉、出炉。锻造操作机结构分有轨和无轨两种，其传动方式有机械式、液压式和混合式等。此外，还有专门用于某些辅助工序的锻造操作机，如装取料操作机和工具操作机等。为了配合锻造操作机的工作，有时还配置锻坯回转台，以方便锻坯的调头。锻造操作机仅仅解决了省力的问题，是一种机械化操作装置，还不能算自动化装置。坐标式锻造机械手
9、。上世纪 80 年代从德国引进热模锻压力机成套技术时也引进了锻造自动化技术，装备是程控液压传动的坐标式机械手。多关节机器人。现在，多关节机械手或称机器人被广泛应用于锻造自动化生产线。多关节机械手是自动执行工作的机器装置，靠自身动力和控制能力来实现各种功能。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行（图 5）。图 5 多关节机器人及其夹钳步进梁机械手。锻造步进梁机械手一般用于中小型模锻生产线，一般将步进梁安装在主机上，用于多工位锻造的操作，其他工序间的操作一般用机器人来连接。步进梁机械手能够配套热模锻压力机、螺旋压力机、液压压力机等设备。伺服驱动的步进梁机械手一般可在 X、Y、Z 三个方向
10、的空间内，实现与压机动作节拍一致的夹持、上升、前进、下降、释放、后退、夹持的循环动作，从而在储料位、墩粗位、成形位、切底位、出料位等多个工位上将工件定距、步进传送。步进梁机械手高效、可靠，是连杆锻件自动化生产的优选方式。结束语小型辊锻机替代空气锤为连杆锻件制坯，在提高效率，降低料耗和能耗的同时，还可为自动化操作提供必要的条件，为发挥其优势，需要提高辊锻机的可靠性和生产效率；自动化连杆生产线是未来发展方向，和回转体锻件相比，难度增大，步进梁应该是主要的自动化实现形式，锤锻实现自动化难度应该充分估计，连杆锻造迈向智能制造前途光明，道路曲折；切边冲孔校正一体化复合模具值得尝试，并且一上马有可能马上见效，不要怕模具复杂，锻造模具未来的趋势是越来越复杂；连杆锻造生产线在注重质量的同时应该注重生产效率，一模两件已广泛使用，不可忽视换模的时间消耗，快换模具和模架将来应该是常规配置；粉末锻造连杆国内几乎是空白，需要进行该项技术的观察研究；企业应密切注意新能源汽车的发展动向，以准确判断连杆市场走向，提前做好应对准备。
