第四章__EA888發(fā)動機(jī)連桿脹斷工藝改進(jìn)方案

1、第四章 EA888發(fā)動機(jī)連桿脹斷工藝改進(jìn)方案 4.1 鍛造前改進(jìn)措施 第一、為了確定EA888連桿的鍛造加熱溫度，與白城中一精鍛股份有限公司的同志們一起做了大量的工藝實驗。因為鍛造前的加熱溫度與鍛造后的冷卻速度是互相制約、互相關(guān)聯(lián)的，所以，把此項放在4.2與鍛造后冷卻速度的控制等問題一并詳細(xì)闡述。第二、針對鍛造加熱溫度不穩(wěn)定的幾個產(chǎn)生原因，分別采取了如下措施：1針對人工擺料有時間斷、不連續(xù)的問題，和設(shè)備制造廠家共同協(xié)商、研究，在原有設(shè)備上增加了自動上料裝置。這種上料裝置只需將料倒入上料機(jī)，通過上料機(jī)的震動，實現(xiàn)設(shè)備自動排序、自動上料，進(jìn)料速度還可以調(diào)節(jié)。自動上料速度均勻，上料連續(xù)，避免了因上料

2、間斷、不連續(xù)導(dǎo)致的加熱溫度不穩(wěn)定問題。2針對新舊料混在一起加熱的問題，白城中一在工藝文件中明確規(guī)定，加熱過的坯料與未加熱過的坯料不能同時加熱。這就避免了因新舊料相混加熱而導(dǎo)致的加熱溫度不穩(wěn)定問題。第三、針對輥坯質(zhì)量不合格的產(chǎn)生原因，分別采取了如下措施：針對輥坯大頭抓傷問題，對輥鍛機(jī)送料鉗爪進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，原材料由原來的改為5CrNiMo改為1Cr18Ni9Ti,同時重新設(shè)計了加工工藝，更好地保證了垂直度、對稱度要求。改進(jìn)后的接料鉗爪，基本上避免了輥坯抓傷的問題。 第四、針對輥鍛模磨損后會出現(xiàn)輥坯拉傷的問題，從兩方面采取了措施：1引進(jìn)了輥鍛模表面離子氮化工藝，離子氮化是利用輝光放電這一物理現(xiàn)象對

3、金屬材料表面強(qiáng)化的氮化法。在低壓的氮氣或氨氣等氣氛中，爐體和被處理工件之間加以直流電壓，使產(chǎn)生輝光放電，在被處理表面數(shù)毫米處出現(xiàn)急劇的電壓降，氣體中的離子朝著圖4-1箭頭所示方向向陰極移動。當(dāng)接近工件表面時，由于電壓劇降而被強(qiáng)烈 加速，轟擊工件表面，離子具有的動能轉(zhuǎn)變成熱能，加熱了被處理工件，同時一部分離子直接注入工件表面，一部分離子引起陰極濺射，從工件表面“濺出”電子和原子，“濺出”的鐵原子和由于電子作用而形成的原子態(tài)氨結(jié)合，形成FeN。FeN由于吸附和在表面上蒸發(fā)，因受到高溫和離子轟擊而很快地分解為低價氮化物而放出氮。一部分失去氮的鐵又被濺射到輝光等離子氣體中與新的氮原子相結(jié)合，促進(jìn)氮化。

4、經(jīng)離子氮化處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等。通過對輥鍛模表面進(jìn)行離子氮化處理，大大提高了輥鍛模的抗磨損能力，使輥鍛模的壽命提高了2倍以上，極大程度地減少了輥坯拉傷的發(fā)生。圖4-1 離子氮化的表面反應(yīng)圖2在輥鍛模上增加了吹風(fēng)裝置。輥鍛模上增加吹風(fēng)裝置后，每輥一個坯料，吹風(fēng)裝置會自動吹去輥鍛模型腔內(nèi)殘留的氧化皮，避免氧化皮粘結(jié)在模具型腔上，從而避免輥坯拉傷。針對輥坯有飛刺、折疊的問題。白城中一新購買了兩個專業(yè)軟件，一個是專用于輥鍛模設(shè)計的德國VeraCAD軟件，另一個是專用于鍛造模擬的俄羅斯Q-Form軟件。這兩個軟件的應(yīng)用，不僅提高了輥鍛模設(shè)計

5、效率，更重要的是提高了設(shè)計精度。在模擬過程中，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，從而在設(shè)計階段消除，避免了輥坯飛刺、折疊問題的產(chǎn)生。4.2 鍛造中改進(jìn)措施第一、針對鍛件折紋返工率高的問題，采取了如下措施：1.改進(jìn)EA888終鍛模具設(shè)計。加大筋部和腹板過渡處圓角，原設(shè)計此處圓角為R3，更改后圓角為R4。2. 改進(jìn)EA888預(yù)鍛模具設(shè)計，主要是改進(jìn)桿部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，減小筋部厚度，加大拔模斜度，加大筋部和腹板過渡處圓角。第二、針對鍛件超重廢品多的問題，對EA888模具設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn)：1減小大頭孔處的拔模斜度，由原來的6°改為3°；2減小沖孔連皮厚度，由原來的2.4改為1.8，以減小沖孔力及變形量；

6、3更改筋部及腹板厚度尺寸，使之與大小頭厚度尺寸相匹配；4增加大頭前端平面厚度，以補償因沖孔造成的變形量。第三、 針對鍛件錯差大的問題，采用德國進(jìn)口防松楔鐵代替了原有的固定楔鐵，這種新型楔鐵調(diào)整是利用楔型調(diào)整機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的。它借助于放在后肘板肘承座與機(jī)架后壁間的兩個楔鐵來調(diào)整，當(dāng)擰動螺母，借絲桿使后楔鐵沿機(jī)架后壁上升時，前楔鐵則沿平行于機(jī)架側(cè)壁上的導(dǎo)槽向前移動，因而推動肘板與動顎也向前移動，使模具和夾持器夾緊。第四、針對鍛件充不滿、氧化坑、標(biāo)記不清的問題，采取了以下措施：1對石墨潤滑劑供應(yīng)商進(jìn)行了重新評定、篩選，最后選定了供貨質(zhì)量最穩(wěn)定的一家供應(yīng)商。同時對石墨潤滑裝置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，使石墨能更好地

7、霧化，以避免石墨形成塊粘結(jié)在模具型腔中，從而避免充不滿、氧化坑缺陷的產(chǎn)生。2改變了在模具上打標(biāo)記的方法。因為原有的打標(biāo)記方法，不僅標(biāo)記看起來參差不齊，極不美觀，而且降低模具使用壽命，容易造成標(biāo)記不清缺陷。為了解決這一問題，最開始提出了一個方案，就是購置一臺打標(biāo)機(jī)。為此，聯(lián)系了國內(nèi)的很多打標(biāo)機(jī)生產(chǎn)廠家，并發(fā)去模具樣塊進(jìn)行試加工。但由于模具材料為4Cr5MoSiV1，經(jīng)過淬火和三次高溫回火處理，處理后模具的硬度在HRC50左右，目前，在國內(nèi)尚未找到適應(yīng)白城中一生產(chǎn)需要的打標(biāo)機(jī)。為此，與白城中一的工程師經(jīng)多次研究、摸索，找到了一個比較好的解決方案。即，將鍛件上要求的標(biāo)記內(nèi)容用三維設(shè)計軟件，設(shè)計成類似

8、手工打標(biāo)用的字頭形狀，通過數(shù)控編程加工成電極，再用電腐蝕加工的方法，將標(biāo)記加工到模具上。這種方法加工出的標(biāo)記，在鍛打過程中不粘結(jié)氧化皮，而且字體標(biāo)準(zhǔn)、字跡清晰，美觀，效果非常好。第五、針對切邊后殘留飛邊不均勻、有毛刺和切邊拉傷問題，這些問題都是由于切邊凸模和切邊凹模磨損后造成的。采取了如下具體措施：改進(jìn)堆焊切邊凹模刃口的工藝。白城中一原來一直使用哈爾濱生產(chǎn)的普通焊條，采用電焊工藝，使用這種工藝堆焊后有兩大缺點，一是在焊接過程中很容易形成氣孔等缺陷，導(dǎo)致的結(jié)果是線切割加工刃口時常會發(fā)生因局部不導(dǎo)電而停機(jī)，或是出現(xiàn)鉬絲繞行，嚴(yán)重影響加工質(zhì)量，有時甚至造成工件報廢。二是用這種焊條堆焊的刃口耐磨性低，

9、即凹模使用壽命低。為此，新購置了一臺氬弧焊焊機(jī)，并選用了美國進(jìn)口的威特焊條，采用這種新工藝以后，焊接氣孔缺陷不再出現(xiàn)，線切割加工后工件質(zhì)量明顯提高。由于使用的焊條是熱鍛模具專用焊條，焊接后硬度可達(dá)HRC56以上，大大提高了切邊凹模刃口的耐磨損能力，從而降低了因切邊凹模磨損導(dǎo)致的切邊毛刺、切邊拉傷等缺陷的發(fā)生幾率。第六、針對大頭沖孔后有毛刺的問題，在進(jìn)行EA888連桿鍛模設(shè)計時，對大頭孔處進(jìn)行了特殊的設(shè)計，如圖7所示，減小大頭孔處的拔模斜度，將大頭孔處的拔模斜度設(shè)計為3°，沖孔連皮厚度，也由原來的2.4改為1.8，這樣就大大減少了需要沖除掉的金屬，減小了沖孔力，也就延緩了沖頭的磨損，從

10、而減少了沖孔毛刺的產(chǎn)生。圖4-2 EA888連桿模具大頭孔設(shè)計示意圖第七、針對沖孔后可能出現(xiàn)桿部彎曲的問題，從兩方面采取了措施：1針對沖頭易磨損導(dǎo)致的彎曲問題，從韓國訂制了表面經(jīng)過特殊涂層處理的專用沖頭，這種沖頭耐熱磨損能力強(qiáng)，而且表面不粘結(jié)氧化皮，沖孔質(zhì)量好，沖頭壽命高，沖孔變形小，也就不容易出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。2在切邊沖孔后采用了熱壓工藝，EA888連桿熱壓工藝是指連桿在熱狀態(tài)下，切邊沖孔后，利用壓力機(jī)對連桿大小頭平面進(jìn)行精整、校正，一方面可以提高連桿的表面尺寸精度，另一方面對連桿進(jìn)行校正，避免彎曲。4.3 鍛造后改進(jìn)措施鍛造后，坯料的加熱溫度及鍛后冷卻速度控制，直接決定連桿的內(nèi)部質(zhì)量。EA88

11、8連桿的技術(shù)要求為：鍛件采用鍛造余熱正火處理，金相組織為珠光體+鐵素體，鐵素體含量不超過35%。力學(xué)性能指標(biāo)要求如下表4-1：表4-1：抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度延伸率斷面收縮率9501100MPa750MPa12%30% 要想達(dá)到EA888連桿的技術(shù)要求，難點就在于鐵素體含量的控制。要想控制鐵素體的含量，首先要知道鐵素體是怎么樣形成，或者說是怎么樣析出的，這要根據(jù)Fe-Fe3C合金相圖中組織轉(zhuǎn)變過程來分析。從Fe-Fe3C相圖，對于36MnVS4我們處理為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量0.34，即不考慮合金元素對臨界溫度、熱處理工藝參數(shù)等的影響，依據(jù)過冷度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響，就是說珠光體轉(zhuǎn)變偽共析區(qū)左濃度線，即

12、根據(jù)Acm低溫延長線，并根據(jù)杠桿定律計算：在Ar3稍下，鐵素體量55；在650，鐵素體量51；在550，鐵素體量38；在500，鐵素體量35。 為此，我們分溫度段用不同的冷卻速度進(jìn)行了試驗：實驗條件：一臺高溫爐，使用溫度8001150；一臺低溫爐，使用溫度700；一臺速冷裝置，風(fēng)壓達(dá)到1000Pa；一部美國雷泰的紅外測溫儀。我們利用3件精鍛連桿，對其進(jìn)行重新加熱，采用了4種控制冷卻的方案：1）950奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，緩冷到850吹冷，待降溫冷卻至550后，等溫處理保溫時間60MIN，出爐緩慢冷卻；2）1150奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，直接吹冷，待降溫冷卻至550后，

13、并等溫60MIN，出爐緩慢冷卻；3）1150奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，直接吹冷，待降溫冷卻至550后，停止吹風(fēng)緩慢冷卻；4）1150奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，緩冷到850，吹風(fēng)冷卻，待降溫冷卻至550后，停止吹風(fēng)緩慢冷卻。實驗分析：對于第一種控冷方案，“950奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，緩冷到850吹冷，待降溫冷卻至550后，等溫處理保溫時間60MIN，出爐緩慢冷卻”，得到非常細(xì)的等軸鐵素體和珠光體組織，分布均勻，鐵素體量4559，硬度為3.753.9。很明顯，加熱并保溫時鋼中的VN或VCN不能分解和固溶到奧氏體中，或者較少，抑制奧氏體晶粒長大并成為隨后先共析鐵素體

14、析出的一致性和依附的異質(zhì)核心，提高了連續(xù)冷卻時的臨界冷卻速度。盡管我們設(shè)想實驗采用的過冷度較大，但實際上沒形成過冷，或者說提供的強(qiáng)制吹風(fēng)冷卻速度并不充分。對于第二、三、四種控冷方案，“1150奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，直接吹冷，待降溫冷卻至550后，并等溫60MIN，出爐緩慢冷卻”，“1150奧氏體化加熱和保溫30MIN結(jié)束后，直接吹冷，待降溫冷卻至550后，停止吹風(fēng)緩慢冷卻”及“1150奧氏體化加熱和保溫60MIN結(jié)束后，緩冷到850，吹風(fēng)冷卻，待降溫冷卻至550后，停止吹風(fēng)緩慢冷卻”對比情況見表4-2示：表4-2：控冷方式及檢測項目方案二方案三方案四有無緩冷無無有吹冷開始溫度11

15、501150850晶粒度5.565.5鐵素體和珠光體晶粒大小均勻性較均勻不均勻不均勻鐵素體分布狀況塊狀，在珠光體內(nèi)有較稍多分布，原奧氏體晶界處的鐵素體也較粗大原奧氏體晶界為主，斷續(xù)，較細(xì)小塊狀，原奧氏體晶界近乎連續(xù)，在珠光體（原奧氏體晶粒）內(nèi)的較晶界分布的稍粗大鐵素體量343233硬度3.33.53.353.43.33.55對比第三和第四方案，討論一： 根據(jù)鐵素體大小和分布，分析原因，VN或VCN在850的緩冷中在奧氏體晶內(nèi)和晶界都發(fā)生粗化，包括分解并固溶的VN或VCN重新在原位置再析出，以及已有的VN或VCN的合并，這樣減少鐵素體異質(zhì)形核位置，固溶的V在晶界擴(kuò)散增加析出數(shù)量；但同時，隨著緩冷

16、過程，奧氏體中的碳濃度分布均勻性的偏差也在減小，根據(jù)Fe-Fe3C相圖A3和Acm線，濃度散差減小，分散度降低，相似濃度或相同偏差的區(qū)域也應(yīng)在增大，這樣的區(qū)域也易于析出為同一鐵素體晶粒。上述兩條可以解釋緩冷過程使鐵素體稍顯粗大以及在晶界分布較多以至塊狀連續(xù)分布。對比第三和四方案，表現(xiàn)出有緩冷的塊狀，原奧氏體晶界近乎連續(xù)，在珠光體內(nèi)的較晶界分布的稍粗大。對比第二和第三方案，討論二：根據(jù)鐵素體大小和分布，分析原因，在550的等溫處理中，繼續(xù)發(fā)生鐵素體的析出。在奧氏體晶內(nèi)VN或VCN繼續(xù)析出，顆粒數(shù)量增加；在晶界包括原奧氏體晶界，或許也包括鐵素體和奧氏體界面（相界）處析出；上述兩點的等溫過程中析出，看出鐵素體數(shù)量多，晶粒較不等溫處理的稍大；也包括在已析出的化合物顆粒上析出長大而形成粗化，包括分解并固溶的VN或VCN重新在原位置再析出，以及已有的VN或VCN的合并，與在奧氏體晶界新析出的化合物顆粒綜合效應(yīng)，這樣在奧氏體晶界鐵素體異質(zhì)形核位置數(shù)量幾乎不變時，有等溫的鐵素體奧氏體晶界處的鐵素體晶粒尺寸較大。對比第二和第三方案，表現(xiàn)出有等溫過程的鐵素體體積分?jǐn)?shù)大、晶粒大、分布較均勻。 100×組織 500×組織圖4-3：950奧氏體化加熱和保溫30min結(jié)束后，緩冷到850吹冷，待降溫冷卻至55