連桿是汽車發(fā)動機(jī)(圖1)的“心臟”部件，其精度和性能直接影響著發(fā)動機(jī)的整體質(zhì)量。如：功率輸出、油耗多少、噪聲分貝、平穩(wěn)程度、壽命長短等技術(shù)指標(biāo)都與連桿的質(zhì)量相關(guān)。連桿的質(zhì)量80% 取決于連桿的鍛件質(zhì)量，本文就以C70S6 材質(zhì)的脹斷連桿(圖2)為例，對影響連桿鍛件質(zhì)量的因素進(jìn)行簡單的剖析。

  連桿材料的影響

  連桿的鍛后組織是由材料的化學(xué)成分和鍛造工藝所決定的，材料各元素化學(xué)成分的含量是保證鍛后金相組織和力學(xué)性能的先天條件。如果材料進(jìn)廠時不嚴(yán)格把關(guān)，導(dǎo)致某些關(guān)鍵微量元素超標(biāo)或不足，單憑以后鍛造工藝改變是完全不可能的。因此，控制原材料的化學(xué)成分含量至關(guān)重要。鍛造廠在購料時必須與鋼廠簽訂嚴(yán)格的技術(shù)協(xié)議，使其控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，才能為鍛后連桿的質(zhì)量全面達(dá)標(biāo)奠定可靠的基礎(chǔ)，否則將無法實(shí)現(xiàn)。C70S6 材料的化學(xué)成分含量詳見表1。

  此外，鋼材的宏觀組織、非金屬夾雜物、帶狀組織、晶粒度、熱鐓試驗(yàn)、脫碳層、表面質(zhì)量、力學(xué)性能等指標(biāo)也應(yīng)在合同規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)，否則不具備鍛造連桿的先天條件。

  鍛造工藝的影響

  為了滿足連桿的強(qiáng)度要求，保持良好的塑性、韌性和力學(xué)性能，鍛造工藝主要應(yīng)控制以下四個方面。

  (1)鍛造加熱溫度。

  提高鍛造加熱溫度可以使V、Nb、Ti的碳氮化合物逐漸溶解到奧氏，中，冷卻過程中大量溶解的微合金碳氮化合物析出，可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，另一方面，溫度的升高也會帶來一些負(fù)面影響，如奧氏晶粒長大，顯微組織粗化，韌性下降。

  終鍛溫度。

  適當(dāng)控制較低的終鍛溫度，可增加晶粒破碎，有效產(chǎn)生變形，誘發(fā)彌散顆粒析出，降低再結(jié)晶驅(qū)動力，細(xì)化晶粒，有利于增加鋼的韌性。

  (3)變形量和變形率。

  當(dāng)變形量和變形速率較大時，奧氏體的晶粒尺寸破碎，奧氏體的粗晶再結(jié)晶為細(xì)晶。隨著晶界增多，有大量的形核點(diǎn)，形成大量細(xì)小的先共析鐵素體相變組織，這些組織均勻分布在鋼組織中，對鋼韌性的提高非常有利。

  (4)鍛造后的冷卻速度。

  鍛造后的冷卻速度對材料的性能有很大的影響。由于冷卻過程中相變復(fù)雜，自然冷卻不能有效控制非調(diào)質(zhì)鋼的質(zhì)量，所以鍛造后冷卻設(shè)置不受季節(jié)影響的冷卻裝置。事實(shí)上，800至500之間的冷卻控制對鋼的強(qiáng)度和韌性有影響，而在該溫度范圍之外的冷卻不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，冷卻速度的優(yōu)化控制直接影響鋼的組織和性能，必須制定科學(xué)合理的鍛造工藝并嚴(yán)格執(zhí)行才能達(dá)到預(yù)期效果。

  連桿外形的影響

  連桿是發(fā)動機(jī)內(nèi)部復(fù)雜系數(shù)高的鍛件，其外部幾何形狀由多個曲面和不規(guī)則形狀組成。如圖3。它直接影響發(fā)動機(jī)工作時氣缸爆震、碰撞、斷裂和裝配位置的準(zhǔn)確性和合理性。因此，在鍛造連桿時，必須控制以下關(guān)鍵參數(shù)，使加工出的連桿能夠滿足圖紙的精度要求，否則無法通過“后天”加工進(jìn)行補(bǔ)償。

  (1)連桿孔中心距。

  它是影響大小孔不均勻性的主要因素。由于鍛件要求的公差范圍與連桿加工后要求的公差范圍不一致，前者要求的公差較大，后者要求的公差較小。因此，鍛造時，中心距必須控制在中位公差內(nèi)，并保持在總公差的1/2以內(nèi)，以滿足加工后的要求，否則，環(huán)帶的均勻性將超出公差。如圖4。

  控制連桿中心距波動范圍的關(guān)鍵是控制設(shè)備本身的溫度，保持模座溫度在一個恒定的范圍內(nèi)。此外，應(yīng)根據(jù)不同的鍛造環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，否則只控制鍛造溫度，在同一套模具和相同的初始鍛造溫度下，鍛造連桿的中心距是不同的。

  連桿非加工面之間的相對位置。

  對于非加工表面如圖5)，如連桿肋頂部、腹板、螺孔兩側(cè)、異形小孔端面，單次測量各部位尺寸均在合格范圍內(nèi)。但有的在公差上限，有的在公差下限，容易造成相對位置超出圖紙要求的范圍。的原因

  但是在鍛造過程中，由于各種原因，金屬的速度和流向不能完全符合設(shè)計(jì)者的意愿。模具型腔窄而深，底弧小，過渡不順暢，容易導(dǎo)致金屬流動速度慢，導(dǎo)致鍛件未滿或勉強(qiáng)滿的現(xiàn)象。此外，擋料槽的位置、尺寸、橋?qū)挕㈤g隙設(shè)計(jì)不當(dāng)，容易造成金屬流動過快。這些都是設(shè)計(jì)上的缺陷，設(shè)計(jì)者要在實(shí)踐中反復(fù)跟進(jìn)討論，根據(jù)實(shí)際鍛造情況逐步修改模具，才能達(dá)到預(yù)期目的。但要遵循模具設(shè)計(jì)的原則，即型腔的形狀不一定與“反”形完全一致，金屬的流速和流向可以改變。

  連桿設(shè)計(jì)的影響

  連桿加工后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際重量進(jìn)行分組(某些連桿孔徑也應(yīng)進(jìn)行分組)。每組的重量相差指定的克數(shù)，并被分成指定數(shù)量的組。但實(shí)際上，鍛件加工后的重量控制范圍往往達(dá)不到給定的重量范圍。如果達(dá)到這個范圍，加工后會超過給定的組數(shù)，這將增加大量的鍛造成本。主要原因是連桿圖紙尺寸和重量不匹配。

  由于大部分連桿圖紙不是廠家設(shè)計(jì)的，這些圖紙確實(shí)存在非加工面輪廓尺寸被限制在上(下)公差內(nèi)，但加工后連桿的成品重量已經(jīng)分布在分組表的下(上)極限內(nèi)等問題。當(dāng)尺寸和重量參數(shù)不允許修改時，鍛造重量范圍必然會減小。在這種情況下，它們的尺寸上下限只能在需要非加工面自由公差的位置進(jìn)行微調(diào)，使重量范圍盡可能趨于裝配范圍。但不能達(dá)到加工后的組數(shù)范圍。好的辦法是改變設(shè)計(jì)參數(shù)，以符合客觀事實(shí)。