连杆常见问题解决方案

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连杆是汽车发动机的核心零件之一，其失效形式是疲劳断裂和过量变形，通常疲劳断裂的部位是在连杆上的三个高应力区域。连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。锻造连杆的材料主要是非调质钢，对应力集中很敏感，因此，在连杆外形、过渡圆角等方面要求严格。连杆锻件生产中，常见的问题有脱碳、折纹、错差、切边拉痕、胀断掉渣等。本文主要针对锻造连杆的常见问题及解决方法进行阐述，希望对大家有借鉴作用。

锻造连杆常见问题

锻件脱碳

⑴发生问题。连杆一般要求脱碳≤0.3mm(部分产品要求脱碳≤0.2mm)，不允许全脱碳。非调质钢连杆在生产过程中，易产生脱碳现象，超出标准脱碳层的连杆，使用寿命将受到影响。脱碳形成的主要原因是：坯料温度过高、加热时间过长、高温料箱内堆积或炉内长时间保温、多次加热，以及电加热炉急剧升温等。连杆脱碳较严重的情况如图1所示。

⑵解决方案。1)加强生产过程质量控制，避免出现料温过高、多次加热、闷料等情况；2)改进加热炉，一方面缩短加热时间，另一方面避免加热中的坯料在炉子衔接部位暴露在空气中，如图2(a)所示；3)增设了高温棒料冷却输送带，避免高温棒料堆积，如图3所示。改进后的脱碳效果如图4所示。

图1 连杆脱碳0.39mm，全脱碳0.12mm

图2 改进加热炉

图3 高温坯料冷却输送带

图4 改进后的效果（脱碳深度在0.1mm左右）

锻件折纹

⑴发生问题。连杆大部分表面都是非加工面，且表面质量要求很高，一旦出现折纹只能报废，导致连杆废品率高达7%左右，造成极大的浪费，折纹实物如图5所示。

⑵解决方案。此类型的折纹，主要原因是辊锻模具设计缺陷及使用维护不当，导致坯料的端头或辊坯缺陷造成的。措施：1)辊锻模具型槽尾部开通，便于调整辊坯长度，确保辊坯长度方向完全覆盖模具型槽，如图6所示；2)辊锻模具型槽优化，确保辊坯坯料分配与锻模型槽相应部位对应，如图7所示；3)增加辊锻机夹钳喷水除氧化皮工序，避免氧化皮堆积后夹伤坯料，如图8所示；4)制订辊锻模具使用、维护及更换规则，避免模具上的砂眼、疲劳纹等在辊坯上形成缺陷；5)优化连杆辊坯压扁厚度尺寸，使辊坯缺陷排到飞边上，避免打入锻件形成折纹。

图5 连杆折纹

图6 辊锻模具型槽开通

图7 优化辊锻模具型槽

图8 辊锻机夹钳堆积氧化皮夹伤坯料

锻件错差

⑴发生问题。连杆错差要求较高，错差≤0.5 mm，部分连杆要求错差≤0.3mm，锻件错差将导致产品加工后出现壁厚超差、孔边缘倒角不均匀、孔内黑皮等现象，产品错差现象如图9所示。

图9 连杆错差产生的现象

⑵解决方案。针对连杆形状、错差类型等问题，采用措施：1)优化锻模锁扣结构；2)锻模局部补偿设计等；3)改进顶出结构。

如图10所示，连杆属于长轴类产品，如果模具有足够的空间，由两个侧锁扣更改为四角角锁扣，能有效改善锻件扭转错差。

图10 优化锁扣结构

如图11所示，小头是楔形类的连杆，切边冲孔极易变形，导致分模面上下形状不对称，划线表现为锻件错差，通过模具对应部位的补偿设计，弥补了切边冲孔变形量，确保错差量在公差范围内。

图11 模具补偿设计

如图12所示，因连杆大小头顶出不同步，产生的变形量大小不一，变形量大的肉眼即可发现，变形量小的只能通过错差检测表现出来。通过顶大小头连皮使锻件出模的方法，能有效避免此类问题。

图12 改进顶出结构

锻件切边拉痕

⑴发生问题。连杆表面质量要求十分严格，切边部位出现的拉痕，不但影响表面质量，有的探伤时还挂磁，为了控制此缺陷，生产中不得不频繁停设备拆装切边模、打磨修理凹模刃口，既影响生产效率，又降低了模具使用寿命，已经生产出的锻件，拉痕浅的需要打磨修复，拉痕深的只能报废，导致连杆生产成本极高。切边拉痕如图13所示。

图13 切边拉痕

⑵解决方案。切边拉痕的产生，主要是切边凹模的使用环境较特殊，刃口易产生微小裂纹，当裂纹里夹有氧化皮时，就在锻件上留下了深浅不一的划痕，因此把问题转换为解决切边凹模刃口开裂，措施：1)凹模刃口倒圆角，如图14所示；2)凹模刃口表面涂层处理，如图15所示。

图14 凹模刃口倒圆角

图15 凹模涂层处理

实践证明，对刃口进行特殊处理后，凹模的使用寿命由平均4000件左右提高到平均15000件以上，连杆的切边质量和生产效率有了大幅提高，生产成本得到了有效控制。

胀断掉渣

⑴发生问题。连杆胀断面的金属掉渣数量、形状、厚度及长度都有相应的技术要求，如某连杆胀断面的金属掉渣应少于3个且为片状、厚度不大于2mm、总长应小于4mm。实际生产中连杆胀断掉渣废品率高达1%左右，因胀断掉渣的发现工序较晚，因此造成了极大的浪费，较高的胀断掉渣废品率提高了产品的生产成本。连杆胀断掉渣如图16所示。

⑵解决方案。改造控温冷却线，设置速冷、保温、缓冷三个区，增加保温时间，各区域可以有效调整风量，并增加了搅拌风机，根据不同产品的特性还可以加热保温，连杆控温冷却线如图17所示。

图16 胀断掉渣

图17 连杆控温冷却线

总结

为了解决连杆生产中常见脱碳、折纹、错差、切边拉痕、胀断掉渣等问题需要注意以下几点。

⑴脱碳解决方案：避免料温过高、避免多次加热、避免闷料、改进加热炉杜绝急剧升温、增设了冷却输送带避免甩出的高温棒料堆积。

⑵连杆折纹解决方案：一方面确保辊坯的长短、宽窄、形状与锻模型槽匹配，另一方面要保持坯料表面平整、过渡部位圆滑。

⑶连杆错差要注意真假错差的区别，即错差是锻模错移导致的还是锻件局部变形造成的，前者比较好解决，后者需要从锻打成形、切边、冲孔、校正各工序逐一查找出变形工序，然后采取对应措施。

⑷切边拉痕的解决方案：切边凹模刃口由直角改为小圆角，凹模做涂层处理(建议凹模分块，降低模具成本)。

⑸胀断掉渣解决方案：连杆控温冷却线设置速冷、保温、缓冷三个区，增加保温时间。

作者简介

顾军，工程师，主要从事锻造工艺设计及质量控制工作，以连杆、轮毂、拖钩类锻件为主，涉及的其他产品有法兰轴、链板节、活塞等。曾参与的锻造钢活塞项目和变速箱齿轮腹板冲孔项目分别获得一汽集团公司二等奖和三等奖。