中 要 连杆是一种传动零件，是发动机的重要组成部分，对质量和性能都有较高的 要求，有 “保安件”之称，关系到发动机在工作过程中的性能和安全。连杆主要 由连杆体、连杆螺栓和连杆螺盖三部分组成。连杆工作的应力环境复杂，发动机 的 很大一部分来自连杆，为减小这种 ，连杆件的质量应尽可能的小，同 时保证较高的强度。连杆的重要加工面为大小头的孔及两端平面，中间杆身部分 为非加工面。锻造连杆的强度和韧性高，表面精度高，便于进行机械加工。而且 生产效率高，技术成熟，使得大约90%的连杆通过锻造工艺生产。 连杆的作用是传递运动及功率，工作的应力环境较为复杂，不但要承受汽缸 工作传递的压力，还要承受横向和纵向的惯性力，恶劣的工作环境导致连杆要具 有优良的力学性能才能保证使用的可靠性。连杆的破坏一般都是由以过量变形及 疲劳断裂引起的。因40 Ｃr、45 钢或40MnB 等调质钢力学性能较好，是连杆毛坯 通常的选择。合金钢虽具有较高的强度，但在复杂应力条件下的性能堪忧。 连杆模锻生产的工艺繁多，通常为单件生产，而一模两件的工艺则一般为两 模膛对向排列的形式。本文主要内容为连杆并排式一模两件锻造工艺的设计过程。 ：连杆 ； 模锻 ； 工艺 ； 质量 The connecting rod is a transmission part, is an important part of the engine, the quality and performance have a higher demand, security said, related to the engine in the course of the performance and safety. The connecting rod is mainly composed of connecting rod body, connecting rod bolt and connecting rod screw cover. The stress of the connecting rod is complicated, and the vibration of the engine is mostly from the connecting rod. To reduce this vibration, the quality of the connecting rod should be as small as possible while ensuring high strength. The important working surface of the connecting rod is the hole of the head and the ne of both ends, and the middle shaft part is the non-working surface. Forged connecting rods with high strength and toughness, high surface accuracy and ease of machining. And the production efficiency is high, the technology is mature, making about 90% of the connecting rod through the forging process. The role of the connecting rod is to convey the movement and power, the working stress environment is more complex, not only to bear the pressure of cylinder transmission, but also to withstand horizontal and vertical inertial , poor working environment led to connecting rod to have excellent mechanical properties Guaranteed use of reliability. The failure of the connecting rod is generally caused by excessive deformation and fatigue fracture. Because 40Cr, 45 steel or 40MnB and other quenched and tempered steel mechanical properties are good, is the usual choice of connecting rod blank. Although the alloy steel has a high strength, but in the complex stress conditions, the performance of worrying. Connecting rod forging production of a wide range of products, usually a single piece of production, and a mold two of the process is generally for the two molds in the form of the opposite arrangement. The main contents of this paper are the design process of the two-step forging process. : Connecting Rod ； Die Forging ； Process ； Quality 第1 章 绪论 1 第1 节 选题背景及意义 1 第2 节 研究背景及国内外现状 2 第3 节 锻造行业现状和差距及发展趋势 5 第２章 连杆加工工艺概述 8 第1 节 连杆锻造工艺 8 第2 节 连杆铸造生产工艺 10 第3 节 连杆粉末冶金生产工艺 10 第4 节 连杆裂解新工艺 12 第5 节 精密模锻技术 13 第3 章 汽车连杆的工艺性分析及参数设计计算 15 第1 节 工艺性分析及工艺方案的选择 15 第2 节 锻件图的工艺参数及绘制 18 第4 章 连杆成型工艺过程分析 26 第1 节 毛坯下料 26 第2 节 润滑剂的选用 26 第3 节 模具的预热 27 第4 节 确认加热时间 28 第5 节 锻造温度范围的确定 28 第6 节 切边冲孔 30 第7 节 确定冷却方式及规范 30 第8 节 确定锻后热处理方式及要求 31 第9 节 锻件表面清理 32 第10 节 校正 33 第11 节 精压 33 第12 节 质量检验 33 总结 34 致谢 35 参考文献 36 第1章绪论 第1 节 选题背景及意义 随着几十年的沉淀积累，中国汽车行业厚积薄发，新技术层出不穷，汽车总 产量不断提高。2008 年中国汽车年产量为 936 万辆，产量跃居世界第4 位，较 8 年前提高了4 名，一跃成为汽车大国。可以看出，中国汽车市场的发展潜力巨 大。目前我国汽车零部件制造商遍布 ，已达上百万家，这些制造商是我国汽 车行业发展的基石。 发动机是汽车的心脏，对工作可靠性和安全性都有很高的要求。发动机主要 分为三大类：内燃机、外燃机以及电动机。一般的汽车的动力源都是内燃机，内 燃机的工作原理是将 燃烧时释放的能量转换为汽车的动能，以燃烧材料进行 区分，内燃机又可分为两类：柴油机与汽油机。汽油机有体积小、转速快等优势， 因此一般乘用车的动力源多为汽油机，但是汽油机也有一些缺点，其百公里油耗 和尾气排放量较大，因此目前一些国外的名牌汽车如奔驰、大众，也使用柴油发 动机。此外，传统汽车一般使用一种发动机，而新型的混合式动力汽车则使用了 两种及以上的发动机，一般为内燃机和电动机等。尽管混合式动力汽车有电动机 作为动力来源，但依然离不开内燃机的辅助。 连杆作为曲轴与活塞间的连接件，作用是将活塞的力与直线往复运动转换为 曲轴的转矩和旋转运动，达到传递力和功率的目的。连杆的生产工艺繁多，其中 为热锻、铸造以及粉末锻造较为常见。由于热锻连杆的高可靠性和低廉的成本， 因此九成以上的连杆由热锻加工，铸造连杆和粉锻连杆占比较小。虽然目前中国 热锻件的生产公司超过2000 家，但不到30 条的连杆 的锻造生产线却难以满 足连杆市场每年超过420 亿元的需求份额。 发动机的性能与时俱进，则连杆的生产工艺也要有相应的进步。提高连杆生 产工艺的主要方向是减小其重量公差和尺寸公差以及提高使用性能。我国的连杆 的生产情况仍不容乐观，连杆的产量虽然尚能满 内市场的供求关系，但产品 的生产效率和质量却远不能达到令人满意的程度，每年仍需要进口大量的高精度 连杆锻件，因此对连杆热锻传统工艺的改进和新工艺的开发已经势在必行。国内 连杆锻造行业的整体水平的提高不仅需要生产单位的努力，还需要科研院校的研 究试验。 第2 节 研究背景及国内外现状 2.1 研究背景 作为传统的基础加工业，锻造行业与大部分制造行业都有着紧密的联系，其 中联系最为紧密的就是汽车行业。许多年来,对于汽车 的打造，一直是潍 柴动力致力发展的目标，这对锻造业有较高的需求。其实，放眼世界，锻造行业 最大的服务对象便是汽车行业，是汽车市场扩大规模的支柱行业之一。所有的汽 车大国如美、日、德，其锻造行业也领跑世界，并且与汽车工业共同进步。 自上世纪 60 年代以来，全球汽车市场规模不断扩大，呈现指数增长的发展 态势。并且随着全球性的资源和能源枯竭紧缺，汽车正以轻量化、环保和节能为 目标发展。连杆，作为汽车发动机的重要组成部分，其技术要求也是越来越高， 因其精度和重量对发动机的性能有着决定性的作用。为了提高发动机的性能，对 连杆的加工材料、生产工艺等的要求也日益提高。 连杆复杂的工作环境导致了其巨大的需求量。2000 全球中小型 车连杆 的年产量为 2.5 亿只左右，而仅中国的需求量就占据了总产量的大约1/10。随 着新世纪的到来，生产力的提高，人民的物质条件稳步提高，汽车代步成了新的 潮流，全世界的汽车行业步入了快速发展期，其中以中国为最，汽车行业的发展 日 异，产能不断提高。现在看来，汽车连杆有着非常大的市场潜力，其需求 量将随着汽车产量的增长而增长。因此，为扩大汽车连杆的市场规模，研发先进 的生产制造工艺尤为重要。 自1950 年起，我国汽车制造业初露峥嵘，而作为与汽车制造业生存发展息 息相关的基础体系之一，锻造行业也随之迅速发展。自 开放以来，特别是世 贸组织 敞开大门以来,中国高速发展的汽车工业为锻造行业的发展壮大带 来了前所未有的机遇提高了锻造业市场在国内的 ,使锻造行业的发展日 异。不仅通过技术改造使老企业焕发了 ，同时还催生了许多以新技术、新产 品为依托的新型锻造企业，并顺应市场趋势而得以快速发展。多年以来，国内锻 造行业欣欣向荣，呈现出持续上升的趋势。汽车行业作为锻造行业的主要服务对 象，其高速发展的态势也为锻造行业的壮大提供了支持。相对的，快速发展的锻 造行业也为汽车行业的发展在一定程度上提供了基础。如连杆的锻造工艺进步， 则发动机的性能也会相应的提高，汽车锻件的产能也对汽车工业的发展有着较大 的影响。 目前，汽车行业逐渐向着 化、全球化的方向发展。国际锻造业也逐渐进 行了全球化采购和生产的发展，以适应汽车行业 化全球化发展的形式。与此 同时，当前汽车行业的技术创新发展日 异，新技术层出不穷，汽车制造业展 开了新一轮以减轻汽车重量，减少新产品开发时间，节能低耗为目标的科技革新。 锻造行业的迅速发展得益于汽车行业对锻件需求量的不断提高，汽车行业为 锻造行业提供了发展的基础，在全世界的锻件年总产量中，汽车锻件占据了较大 比例。一般来说，模锻工艺与汽车行业相互促进、共同进步，因此伴随着又一次 的汽车行业技术革新，锻造行业在节材环保、模具生产、锻造成形等领域的技术 开发也将取得喜人的成果。 2.2 国内外研究现状 新工艺、新材料和新模具的开发以及应用等一直是热锻连杆的重点研究方向。 新近出现的连杆裂解工艺和粉末锻造技术就是新工艺研究的主要成果。连杆裂解 工艺可以使连杆体和连杆盖脆性断裂，无需机械加工便可分离，有效的减少了整 体的加工时间，但裂解工艺也对材料的力学性能及微观组织有了更高的要求。粉 末锻造技术则是将使用压力机加工工艺、粉末烧结以及热凝固技术结合起来，用 以生产密度较高的零部件。轻质合金和非调质钢的使用是新材料的主要研究方向， 这为高性能连杆的出现提供了支持。由于成本原因，非调质钢和轻质合金主要面 向对象不同，非调质钢则主要面向普通的微小型车发动机，而轻质合金为高档汽 车所采用。新型模具的开发一般包括一模两腔模具的设计，可有效的提高产能， 但模具设计更加复杂繁琐，而且锻件质量也难以控制。 （1） 理工大学的 、胡建华重点研究了铝合金连杆，对铝合金连杆 挤压铸造的工艺方案和模具结构进行研究，分析了不同的工艺方案对最终成品质 量的影响和作用，对比了各种挤压铸造方式的特点，确定了合理的挤压铸造工艺 参数。同时得出结论，相较于传统锻钢连杆，通过挤压铸造工艺成形的铝合金连 杆，其生产成本大大的降低。挤压铸造一般分为间接及静压两种工艺，都是制造 出优质铝合金连杆的方法，然而间接挤压铸造连杆的强度及韧性仍低于静压挤压 铸造连杆。考虑到成本及效率等原因，间接挤压铸造工艺适用于大批量生产。模 具的结构设计要考虑到连杆的性能要求和外形特点等方面的要求，并结合合理的 挤压铸造工艺参数如压力、温度、速度、时间等才能保证稳定并连续地生产出质 量合格的铝合金连杆。 （2）吉林大学辊锻工艺 、 、 、 等分析了连 杆裂解工艺的断裂机理和产生条件，并对连杆裂解的材料、预制源裂纹槽、定向 裂解、定扭矩装配螺栓等一系列裂解连杆加工的 技术与工艺进行了探讨分析。 研究并开发了定向裂解机床，该机床具有“背压”断裂的功能，并针对汽车连杆 的裂解加工过程进行了数值模拟和试验分析。试验结果表明：减少裂解加工载荷 与裂纹槽的位置以及几何参数的合理设计并确保加工精度 关。背压断裂加 工方法对提高裂解加工精度有巨大的帮助，在瞬时受力的情况下，背压力和裂解 力比值的合理分配能够得到较高质量断裂面。 （3） 济南大学机械工程专业的 开发了精密锻造连杆的设备与工艺,同 时又研发了楔横轧机自动制坯,感应加热炉自动加料,楔横轧模具计算机辅助设 计,坯料温度自动分类、切边冲孔、热校正复合模具等众多新技术。 （4） 德国一所大学数年前曾以碳纤维增强工程塑料为原料进行汽车连杆 的制造，其成品重量还不到锻钢连杆的一半，可惜由于材料造价等问题，使其 成本是传统锻造连杆的 6～7 倍。因成本与性能不匹配，这一新型连杆还难以 在市场中推广。因为铝具有强度高、密度低的特性，故采用铝基材料是显著减 轻汽车连杆重量的 。 丰田汽车公司生产汽车连杆所使用的体积占比为 40% 的氧化铝长纤维增强铝基复合材料，质量比同体积锻钢减轻了超过1/3 。 本田公司的一部分中小型汽车连杆采用不锈钢纤维增强铝基复合材料制 造，这种新材料连杆至少有 5 万件已装车试用。 （5） 德国保时捷汽车公司于上世纪 70 年代中期最早在其生产的标准系 列汽车上使用粉末锻造连杆。 丰田汽车公司则于上世纪 80 年代初开始使 用，至 1992 已达250 万根的年产量。 福特汽车公司后来居上，从 1987 年 开始大量采用该连杆，至 年其产量已达 万根。德国宝马公司于 世 纪 年代初开始在其 设计的8 缸内燃机上使用粉锻连杆，当年的年产量 就已经超过60 万。 第3 节 锻造行业现状和差距及发展趋势 3.1 现状和差距 （1）锻造企业空有数量，却不具规模，管理水平不足，难以在国际市场中 占据一席之地。目前国内 的锻造企业接近7000 家，然而真正能面向全球市 场的却只有300 多家，其余都是中小型企业，管理水平较差，己经无法跟上 汽车行业的发展速度。 （2）整个锻造业的工艺水平难以达到国际标准。除了属于中国 、 汽车等大型企业的几条专业锻件生产线外，其它企业无论是工艺还是设备还都处 于几十年前的水平，相比之下非常 ，虽然加工出的产品勉强能满足汽车行业 的使用需求，但开发后继乏力和过低的生产效率都是大问题。 （3） 生产技术、工装较为原始,导致员工工作环境恶劣,污染环境。 （4） 有色金属锻件、小型精密锻件的产能难以满足轿车行业的需求。 （5）CAD/CAE/CAM 等计算机辅助技术的应用规模过小。与平面CAD 技术的 广泛使用不同，三维CAD 技术鲜有使用，中小型企业很少使用UG、pro E、CATIA 等三维软件参与产品工艺及模具的开发，前期产品工艺的软件模拟不足，导致一 次开发失败率居高不下，新产品需要多次调试分析，大大的延长了产品的开发周 期。 （6）锻造产品的专业生产线数量较少。使用普通设备配合 模具来生产 汽车锻件是一般锻造企业的选择，使用专业化生产线来生产产品的企业较少，导 致生产能力和成品率低下，人为操控生产过程的难度大。 （7）汽车锻件的研发水平普遍不足。我国的锻造企业只有开发普通锻件生 产工艺的水准，与欧美工业强国的研发实力还有较大的差距，培养一批兼备汽车 零部件技术和锻造技术的综合性人才是国内锻造行业的当务之急。 3.2 未来发展趋势及展望 汽车行业将会是未来中国新的经济支柱之一， 预测至本世纪20 年 代中期，中国将以 1800 万的总产量成为世界汽车大国之首。若按一辆车对应 5 到6 根连杆来计算，仅我国汽车连杆就会有将近1 亿根的市场需求，这预示着发 动机连杆市场的未来将会空前广阔。为适应高性能发动机对连杆的愈发严格的质 量需求，高韧性、高强度、高精度和轻量化将成为发动机连杆新的发展目标，因 此，传统的连杆制造工艺将进行一个重大的抉择，要么被时代抛弃，要么推陈出 新改变传统工艺。现有的连杆生产工艺的发展趋势如下： （1） 粉末冶金连杆（一般分为粉末锻造、热粉末挤压和粉末烧结等）依 靠其节能低耗、材料利用率高、高精度及强度等优点，未来会占据较大的市场份 额。但因其在制粉方面的要求过于严苛，同时各个工步的设备也必须有足够的精 度，这一技术目前还不够成熟，仍需完善和进步，才能扩大其市场竞争力。 （2） 铸造连杆的材料利用率高、成本低廉并且工艺简单，已有几十年的 生产历史，工艺完善，因此铸造连杆仍将是一部分发动机的选择。但随着模锻设 备和粉末冶金锻造工艺的不断进步，铸造连杆的市场占有率将会被进一步的 。 （3） 考虑到设备投资相对较高，目前连杆企业更新设备较为缓慢，模锻 连杆将仍会在未来不短的一段时间里继续保持其主导地位。伴随着塑性近净成形 技术的不断完善和进步，部分企业与研究机构也将加入到对连杆的近净成形技术 开发的行列，锻造连杆的市场地位也将因此得到大大的提高。此外，应用 CAD/CAE/CAPP 计算机辅助技术辅助连杆锻造成形，能够大大提高模锻连杆的生 产能力。 （4） 碳纤维增强塑料连杆作为新型复合材料连杆，具有同体积下质量最 轻的优势，但由于其高昂的成本和尚未成 生产工艺，短时间内仍难以形成规 模并在市场上占据一席之地。面对未来广阔的市场前景，锻造连杆不应满足于现 状，只有致力于降低设备投资，提高其产品质量和成形精度，才能提高锻造连杆 的市场地位。 第２章 连杆加工工艺概述 目前国内外常见的连杆加工技术主要分为铸造法、粉末冶金法、烧结锻造 法、粉末锻造法和锻造法等，而新兴加工技术如粉末热挤压——锻造铝合金生 产连杆及碳纤维强化塑料生产连杆等也呈发展态势。铸造法生产连杆的优点是 其成本低廉。粉末锻造法生产连杆的优越性则在于其力学性能优异，质量相对 锻造、铸造制连杆较轻，尺寸精度较高。同时其它新工艺制造连杆的方法也有 了较大的进步，但由于技术尚显稚嫩、生产成本居高不下等限制，均在连杆制 造中所占的 很低。 锻造法制造的连杆由于其生产效率高、制件强度高等优点，同时价格上也 有着很大的优势，广泛应用于连杆制造，尤其是伴随锻造连杆工艺的不断更新 和进步，锻造连杆的质量和力学性能也不断得到提升，市场占有率、价格优势 也随之进一步提升。虽然锻造连杆的重要地位正在受到来自新工艺如裂解连 杆、挤压铸造连杆、粉末冶金连杆等的 ，但就目前的国内现状看来，这些 技术相对还不够成熟，存在着技术改进和设备的更新等诸多方面的问题，因 此，锻造法生产连杆仍然是我国的连杆加工制造的主要方式。 第1 节 连杆锻造工艺 锻造成形是指通过模具对金属的外形进行限制，使金属发生人为控制的塑性 变形，最终得到具备给定形状与尺寸的零件的生产方式。锻造连杆的基本工艺为 制坯、预锻及终锻，其中预锻是否需要使用由锻件复杂程度决定，制坯和终锻不 可缺少，其余工步可在二者之间添加。连杆的锻造工艺以各工步及设备的不同进 行区分，又有多种分类。其中典型的生产工艺过程为：（1）滚挤制坯（模锻锤） ——模锻锤模锻（模锻锤）；（2）辊锻制坯（辊锻机）——热模锻压力机模锻（热 模锻压力机）；（3）摩擦压力机模锻（摩擦压力机）；（4）楔横轧制坯（楔横轧 机）——热模锻压力机模锻（热模锻压力机）等。 （1） 滚挤制坯（模锻锤）——模锻锤模锻（模锻锤） 模锻锤生产连杆的工艺过程一般为：加热（燃气或燃油）→制坯、预锻、终 锻（模锻锤）→切边（切边压力机）。因为应用时间长，设备更换成本高等缘由， 如今仍有一些企业使用模锻锤进行生产。这种工艺材料利用率低、生产能力不足， 产品易报废，因此难以形成竞争力，一般内部消化，当设备逐渐淘汰，模锻锤模 锻也将 在历史之中。 （2） 辊锻制坯（辊锻机）——热模锻压力机模锻（热模锻压力机） 该工艺流程为：加热（中频感应）→制坯（辊锻机）→预锻、终锻（热模锻 压力机）→切边（切边压力机）→校正。 （3） 摩擦压力机模锻（摩擦压力机） 摩擦压力机模锻发动机连杆的工艺流程一般分为以下两种： ① 一种没有预锻工步，与模锻锤模锻相似：加热（燃气或燃油）→制坯（空 气锤）→终锻（终锻摩擦压力机）→切边（切边压力机）。有些连杆锻后切边有 某些部位容易破坏，对此类零件可刻意降低飞边槽桥部的高度，以减少该部位的 切割厚度。如 S195 连杆，因性能要求，一般采用冷切边工艺，大头搭子是其薄 弱区域，搭子以及附近筋部常常出现加工破坏，产品经常报废。热切边可提高金 属的塑形，进而降低切边废品率，但热切边一般在锻后立刻进行，这使切边工步 的效率大大降低。而若是在设计模具时减少该部位飞边桥部的高度参数，进而使 此处飞边的切边厚度变薄，则可降低切边破坏，有效的增加了优质锻件的数量。 ② 另一种则与热模锻压力机的加工方式相似，制坯采用辊锻，也进行预锻。 摩擦压力机无法应对不均匀的载荷分布，因此预锻工步需要在另一台摩擦压力机 上进行加工，工艺过程与设备为：加热（中频感应）→制坯（辊锻机）→预锻（预 锻摩擦压力机）→终锻（终锻摩擦压力机）→切边（切边压力机）→校正。 显而易见，生产工艺②较工艺①更为先进，生产能力以及锻件质量都超过工 艺①。使用摩擦压力机加工的锻件具有较高的尺寸和形状精度以及表面质量，是 一种低投资高回报的发动机连杆生产方法，生产规模较小，普遍受国内中小厂家 的青睐。 （4） 楔横轧制坯（楔横轧机）——热模锻压力机模锻（热模锻压力机） 该工艺过程一般为：加热（中频感应）→制坯（楔横轧机）→预锻、终锻（热 模锻压力机）→切边（切边压力机）→校正。 热模锻压力机模锻连杆的锻件精度高，表面质量优秀，生产能力强，一般用 于大规模的连杆生产。目前国内热模锻压力机模锻连杆生产线已初具规模，如济 南锻造厂的3150 吨连杆生产线 吨连杆生产线， 汽车锻造总厂的两条2500 吨热模锻连杆生产线等，由于模具磨损较快，设备昂 贵等原因，中小型企业难以使用。 第2 节 连杆铸造生产工艺 铸造连杆在市场所占的 也比较大。常用的铸造连杆金属为可锻铸铁（主 要组织为珠光体）和球墨铸铁。在同重量及强度情况下，锻造连杆的各截面面积 比铸造件小大约1/5，如重量为 745g 的锻造连杆其体积为 94.4cm³，而同重量 的铸造连杆体积则要增大 5.5cm³。可见铸造连杆密度较小，一般在成形后要使 用喷丸工步提高连杆的表面质量，才能使其疲劳强度达到使用要求。 相比模锻连杆，铸造连杆的设计方案灵活多变、产品使用性能强、废料较少 并且节约成本。 在连杆的铸造工艺的发展历程中，以降低机械加工成本为目标，一种新的 加工方法——常温下无屑分开法出现了。自可锻铸铁连杆首次装车试用至今， 由于铸造成本的不断降低和生产工艺的不断优化，铸造连杆在大型汽车发动机 中的使用也日渐增加。例如1994 年，通用汽车公司铸造了超过5000 万只中小 型汽车发动机连杆，发动机排量低于7L 的小微型汽车连杆已均是铸造生产。 第3 节 连杆粉末冶金生产工艺 （1） 粉末锻造连杆生产工艺 用粉末锻造工艺加工的汽车零部件，密度可达到7.8g/ cm³，较正常锻件高， 同时其抗动载能力强、重量低且偏差较小、表面质量好、力学性能优良、产品无 需过多的机加工，同时还具有强度高、材料利用率高以及低污染排放等优点。各 种优点使其远远超过传统铸锻件，因而上世纪70 年代初期，粉末锻造的热潮突 然席卷全球的工业发达国家。自上世纪 80 年代以来，国际汽车行业以迅猛之势 发展，趁着这股浪潮，国际工业强国将粉末锻造连杆大规模的应用于新型汽车之 中。 粉末锻造连杆工艺的生产流程短、工序少，但相对的各道工序的精度和难度 都远高于传统锻造工艺。通常其制造工艺为：预合金钢粉→配料以及混料→ 预制坯→烧结成锻坯→送入预热的锻模（快速）→锻造（致密化闭模）→锻件脱 模→冷却（人为控制）→热处理→表面清理（喷丸强化）→连杆体与盖分离（连 杆裂解工艺）→连杆盖与连杆体装配→最终检验→成品。 由于技术尚未成熟等原因，粉末锻造采用的原料成本远超传统锻造工艺的原 料，合金钢粉末需经过完全预合金化才能使用，同时模具成本也居高不下。因此 尽管粉末锻造连杆自身具备种种优点，但在市场中还要受到一次烧结连杆的 。 因为通过一次烧结工艺制造的连杆强度高、成本低廉，不但普通的铸造连杆市场 受到其较大的影响，一些粉末锻造钢连杆的市场份额也将受到影响。 （2） 一次烧结连杆工艺 因为传统锻造和铸造连杆需要大量的机械加工并且质量不稳定，粉末锻造和 精密模锻连杆的成本又居高不下等原因，连杆的新材料和新工艺的开发已经迫在 眉睫。据 ，Shigeru Suzuki 的研究小组在 1988 年首次用一次烧结法 生产发动机连杆。 通常其制造工艺为：合金粉→混料→ →烧结→烧结态连杆→热处理（淬 火后回火）→表面处理（喷丸强化）→检测力学性能→最终检测→成品连杆。使 用这种流程制造出来的烧结连杆其密度通常大于 7.2g/cm³。6 年后又出现了一 种温压新工艺，采用一次 ——烧结工艺，能使连杆的密度上升大约0.2g/cm ³，成品各部分密度基本相同，力学性能各方面表现优良。 （3） 粉末热挤压——锻造铝连杆工艺 在汽车轻量化发展的趋势下，铝合金零部件的应用的重视程度得到了较大的 提升。由于铝基材料性能的优越性，其密度大约是一般钢材的1/3，而强度却没 有降低多少，由于铝材的特性，其抗腐蚀性能超过了其他轻质金属如镁、钛等， 成本却相对低廉很多。所以铝合金连杆成为新材料连杆的重要研究目标，受到各 企业及 的广泛关注，铝连杆的粉末热挤压——锻造工艺就是在这样的背 景下诞生的。 因为铝合金的 较低，高温下可靠性降低，所以其最重要的技术指标是在 150 ℃高温时的高疲劳强度以及低膨胀系数。当前的技术条件下只能通过提高硅 的成分比例才可以符合该条件。但因高硅铝合金的铸造性能差，易产生组织差异、 致密性差等缺陷，使产品的可靠性降低，故高硅铝合金在压铸生产中不宜使用。 此外，粉末冶金工艺生产铝合金连杆也会有各种缺陷。经过多年的试验研究，可 将液态铝合金气化成铝合金烟雾，然后以超过每秒 100K 的速度进行高速冷却凝 固，才能得到高硅铝合金粉末，再进行粉末热挤压——锻造等一系列方法最终制 得成品。其微观结构与铸造相比组织致密均匀，高温条件下膨胀系数小，具备高 可靠性、高抗磨性等优点。 研究表明，在铝合金中加入一定量的过渡元素及稀土元素，可获得极精细 的铝合金复合材料，使其具有优良的抗拉性能，以此为材料的汽车连杆，其使 用可靠性将得到巨大提升。 这种新型铝合金连杆，较好的实现了汽车连杆的轻量化要求，远超一般锻 钢铸钢连杆。随着铝合金连杆锻造工艺的优化和成本的减少，有望于本世纪取 代大部分锻钢连杆。其他新材料连杆，如碳纤维强化塑料连杆，能够较大程度 的减轻汽车发动机的重量，但至今仍存在成本昂贵和使用可靠性等缺陷，如果 没有在技术上有重要的创新和优化，在短时间内仍很难成为主流的生产工艺。 第4 节 连杆裂解新工艺 连杆断裂加工新工艺促进了连杆原料、加工工艺、热处理工艺的更新发展。 伴随汽车零部件加工工艺的提高,首先由美德等工业强国率先进行了连杆机加工 工艺的研发，裂解连杆工艺就是其中之一。这种工艺巧妙地运用了连杆断裂机理， 预先对连杆整体锻造的锻件大头孔进行加工，为后期的定向断裂打下基础，然后 对裂纹的延伸进行人为限制，有效地使连杆体与盖分离。因为连杆体和连杆盖是 冷加工下的非塑性断裂，后期装配也简单了很多，因此可以免去不必要的机加工 工序，进而节省连杆机加工线的投资，又节约了大量时间，减小了生产周期。因 为该工艺可节约机床投资，减少耗能，降低成本，并且连杆体和连杆盖的结合紧 密，断裂加工面抗载荷能力强，所以自上世纪末开始断裂连杆技术就广泛应用于 美德等汽车大国，现今我国的 大众、奇瑞等企业也纷纷以高额的代价从德国 引进连杆断裂加工生产线 因其 普通钢材的屈服强度和疲劳极限，一般是连杆断裂加工原料 的不二之选。其基本工艺流程为：加热（中频感应）→辊锻→模锻→冷却（人为 控制）→热处理（余热正火），为保证连杆精度，连杆体和盖的断裂过程不允许 发生塑形变形。 c70s6 需要严格控制其合金的成分，整个连杆的锻造工艺和锻后余热正火过 有严格的要求，例如锻造温度、节拍、冷却过程的风速、及加热时间都要有 严格的范围。 因为裂解连杆的诸多优势,这种新技术在我国将会有 的前景。 第5 节 精密模锻技术 近年来，精密锻造在汽车行业中的应用规模不断扩大，属于近净成形技术。 它以新材料、自动化技术、精密模具加工技术、参数模拟和软件分析等新型科技 成果为基础，改进了传统的锻造生产工艺，使传统工艺精度较低的生产转变为高 效、低消耗、低重量、高质量的成形工艺。传统的塑性成形技术被其提升到精、 净、省的程度，即提高了成品零件的质量，又缩短了生产周期。这种“精密”不 但包括形状及尺寸，还包括了材料加工后的微观结构和使用性能，这是一个兼顾 内在及表面的本质上的进步。精密锻造的汽车零件能够达到IT7——IT9 的尺寸 精度和0.4——0.6 μm 的表面粗糙度。 精密锻造分为： （1） 冷精锻成形技术 （2） 热精锻成形技术 （3） 温精锻成形技术
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