105高速柴油机连杆设计文献综述

105高速柴油机连杆设计文献综述（通用3篇）

篇1：105高速柴油机连杆设计文献综述

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本科毕业论文（设计）

文献综述

论文（设计）题目：105系列高速柴油机连杆工艺总体方案及指定工装设计

学 院：机械工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级：机自047班 学 号：0403011715 学生姓名： 杨建立 指导教师： 张宇光

2008年 6 月 15 日

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文献综述

一.柴油机连杆加工工艺分析

主要说的是关于传统工艺连杆加工中影响其精度的主要参数和连杆加工工艺路线，连杆加工工艺的分析和改进，以及连杆加工工艺设计中应该注意的问题

反映连杆精度的参数主要有五个：（1）.连杆大端中心面和小端中心面相对于连杆身中心面的对称（2）.连杆大小头孔中心距尺寸精度（3）.连杆大小头孔平行度;（4）.连杆大小头孔的 尺寸精度、形状精度;（5）.连杆大头螺栓孔与接合面的垂直度。传统加工路线：

连杆工艺设计注意问题： 工序安排

定位基准：

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夹具使用

二．发动机连杆的粉末锻造

主要介绍粉末锻造工艺的技术特点、制造工艺流程、主要制造工艺参数、主要生产工序及工艺参数等；国外采用连杆胀断工艺的公司有哪些

1.特点：粉末冶金烧结件作锻造毛坯可一次锻造成形，无飞边，节省加工工时和设备。具有粉末冶金和机械精锻的优点。粉末锻造可实现烧结材料的高密度化，是材料具有高强度和无明显各向异性。a.避免不必要的机械加工，如模锻连杆早热处理前需要经过几到机加工，而粉锻连杆仅需一道机加工。b.质量偏差小，模锻3%-5%，粉锻连杆仅0.5%。c.疲劳轻度高d.零件致密、轻量，密度≥7.8g/cm3,形状及尺寸经一次性锻造即可达到最终产品要求。e.节约能源50%，节约材料40%，有利于环境保护。

2.制造工艺流程: 预合金钢粉→配料机混料→ 压制成预制坯→ 烧结成锻坯→ 快速送入预热的锻模→ 致密化闭模锻造→ 锻件脱模→ 在可控气氛中冷至室温→ 热处理→ 喷丸强化

3.原料参数：德国宝马生产V8发动机连杆所用预合金钢粉成分为w(Mn)=0.3%～0.4%、w(Cr)=0.1%%～0.25%、w(Ni)=0.2%%～0.3%、w(Mo)=0.25%～0.35、w(C)=0.6%,其余为Fe.4.主要工艺参数：

a.配料及混料 经配料计算和准确称取粉重后置于混料机混合20—30分钟至分布均匀；

b.压制预制坯 要对预制坯的设计应合理，对其密度、质量、质量变化和尺寸要求精确控制，避免过负荷损坏模具；

c.烧结预制坯 在通有还原保护气体的专用烧结炉中进行，烧结温度1120—1130℃，至完全合金化，后移至无氧化性气体的温饱炉中于1000℃左右保温；

d.锻造 有两种：利用烧结体预热保温至锻造温度时立即进行锻造，以节省能源。二是在烧结体冷却至室温后，经高频或真空加热进行锻造，其消耗能源较大。烧结体在1000℃时，迅速送入预热至300℃的锻模中进行致密化封闭锻造，可将80%理论密度的烧结体至100%理论密度。烧结坯在出炉时应尽量缩短停留时间，立即送入锻造工序，若锻

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造温度过低，在连杆表层残留微孔隙增多，使连杆密度下降；若停留时间过长连杆内部易被氧化，均会导致连杆冲击韧性和疲劳强度下降。

在热处理时在惰性气体（如氩等）中加热至淬火温度870℃时，立即在油中淬火，后进行570℃回火。

三.连杆大头胀断工艺：

本文主要什么是胀断工艺、胀断工艺的特点、优点、采用的材料、热扩散工艺（TD）及TD处理的使用现状，胀断工艺处理工艺流程等。

1.胀断工艺概念：对连杆大头孔的断裂线处预先加工出两条V型应力集中槽或在毛坯加工时就做出沟槽（图1），然后对其侧面施加径向力（图2），使其在槽处出现裂缝，在径向力的继续作用之下，裂缝继续扩散，最终达到连杆盖从连杆体上分离下来。

图 1

据德国Krebsoege公司研究结果，烧结粉末金属连杆的可胀断性较好，铸铁连杆材料最宜使用GTS65-70，锻钢连杆材料是70号钢，但70号钢锻造连杆在胀断时如何保证不带塑性变形的脆性断裂以及其切削加工是该工艺的难点。

2.胀断工艺的优点：2.1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.1.1.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离

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面的磨削加工；2.1.2.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。

2.2.改善了连杆总成的大头孔变形，为采用前分离面以及螺栓孔加工误差以0.01mm单位来计算；而采用胀断工艺之后其误差是以0.001mm单位来计算的.德国Alfing公司3的Volker Ohrnberger和Michael Haehnel两位工程师的研究确定：在粗加工后连杆大头孔不圆都约在12μm左右，在胀断后约在40μm左右，其变形量约为28μm。又据美国Gidding & Lewis Co.的研究：测试50个零件的分析结果，；连杆大头孔的平均直径在胀断前与后的平均变形仅为23μm。

2.3.减少了连杆生产的设备、生产面积以及制造费用，3.1.省掉连杆盖与连杆分离面的磨削加工和螺栓孔经加工的设备投资和这些机床占地面积以及制造费用3.2.在传统工艺中切断后的连杆盖需要单独自动运输装配，而采用胀断工艺后可立即装配。

3.热扩散涂层可提高工具的使用寿命 热扩散工艺可显著硬化材料表面，其硬化层厚度为0.02-0.2mm，该层十分紧密地与基体结成一体，可显著地延长工具的使用寿命，如落料模、冲模、锻模、拉伸模、冷镦模、折弯模和冲头模等。其处理是把零件浸入盐浴里，加热到899-1056℃，加热1-8小时。4.胀断加工工艺路线：

四.涨断连杆爆口原因分析：

本文就连杆涨断后爆口这一最大问题从激光胀断加工工艺、材料试验等角度进行了详细地分析连杆爆口产生的原因，得出S含量低于材料标准要求是产生爆口的关键因素。

1.胀断加工过程中存在的主要问题：影响脆性断裂的因素主要有断裂速度、预加工

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应力槽及材料。影响爆口的重要参数是应力槽的几何形状和深度。

应力槽加工有两种方法，拉刀拉削或激光割削，从原理上看，激光割削避免了拉刀变钝导致应力槽形状不符的要求，因此激光加工应力槽是省时省钱的现代化加工方式。但当激光调焦不精确的话应力槽也会边浅，应力槽作用减小，胀断时的速度及引起断裂的冲击力也变小。因此胀断工艺的材料、应力槽深度、胀断速度、压力等是胀断后连杆大头变形和爆口的主要原因。

经过相关试验分析（有分析数据和图解）：S含量低，材料脆性增强，长生爆口的倾向增大。

2.最后得出总的结论：

（1）连杆大头变形和爆口是胀断工艺中的主要问题，为确保正常使用，连杆大头变形必须在允许的范围内，并使爆口异常尽可能的少。

（2）爆口异常主要原因可能是应力槽深度过浅，材料过脆。

（3）对比现实生产情况可知，爆口工废率出现异常的可能原因为连杆材料问题，其中毛坯的S含量低于材料标准要求导致材料脆性增大是产生爆口的关键因素。

（4）锻钢件的热处理工艺也是影响零件机械加工性能的原因之一，对于连杆毛坯采取确当的工艺方法进行热处理，可有效的改善连杆的性能。五.用常规粉末冶金工艺制造汽车连杆

本文从连杆造价与重量方面的改进、连杆设计、材料的选择分析、研制铁基粉末冶金材料的生产参数、应力分析、回火温度与耐久极限及切削加工性能的关系、疲劳试验、铸造与烧结连杆重量的比较等方面进行分析和总结。

采用胀断工艺有如下优点：1.简化了连杆及连杆盖的设计要求，2.采用连杆胀断工艺后，连杆与连杆盖的分离面是最完全的啮合，所以其无需再进行机加工，省略了分离面的磨削加工； 3.连杆体与连杆盖装配时无需额外的精确定位，如螺栓孔定位（或定位环孔），只需螺栓拉紧即可，这样省去了螺栓孔的精加工（铰或镗）。

所以与传统连杆加工方法相比，胀断工艺具有很大的优势，其减少了加工工序、节省精加工设备、节省刀具磨损、节材料和能源、降低生产成本等，连杆胀断加工技术还可提高连杆承载能力、抗剪能力、杆和盖的定位精度及装配质量，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有很重要作用。

五.发动机连杆裂解制造工艺及设备

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裂解连杆要求其材料塑性变形小、强度好、脆性适中、工艺性好，即在保证连杆强韧综合性能指标的前提下，限制连杆的韧性指标，使断口呈现脆性断裂特征。

用于裂解连杆的主要材料为粉末烧结材料、高碳微合金非调质钢、球墨铸铁及可锻铸铁，其中C70S6 高碳微合金非调质钢连杆和粉末烧结锻造连杆应用最广。

C70S6 高碳微合金非调质钢的金相组织为珠光体’断续的铁素体，其成分特点是：低硅、低锰、添加微量合金元素钒及易切削元素硫，合金元素的范围较窄，具有较好的切削加工性能。C70S6 裂解连杆锻件在锻造过程中无特殊要求，应在1150摄氏度锻造后采取强风冷却。

裂解连杆锻造毛坯形状和尺寸与普通连杆毛坯无太大区别，但为减少裂解过程中的裂解力及裂解时的大头孔变形，在不影响断裂面啮合的情况下，应尽量减少大头孔中心处断裂截面积。

此外，断裂剖分的结合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、连杆杆身和连杆盖的定位精度、装配质量大幅度提高。

采用裂解技术加工连杆的核心工序为加工裂解槽及有控裂解、定扭矩装配螺栓 合理设计裂解槽，可有效提高缺口效应与应力集中系数、降低裂解力、提高断裂效率与质量。裂解槽形状与尺寸由张角、曲率半径、槽深、槽长等4 个参数决定。

国内常用的裂解槽加工方法有机械拉削、线切割，美国RA YCON、德国AL FIN G 和MAUSER 等公司采用水刀和激光加工

YAG固体激光器加工裂解槽具有切缝窄、速度快、无刀具磨损、易裂解、重复精度高的特点，可降低裂解力、减少大头孔裂解变形。但由于激光器的输出功率与模式、重复频率与脉宽、切割速度、光斑直径与焦点位置、光束入射角、辅助气体压力等加工参数，以及熔点、沸点、导热性和对激光的吸收等材料特性，均对槽宽均匀性、槽深一致性以及槽面质量产生很大影响，因此激光器的选择、加工参数的调整非常重要。

载荷施加方式、大小、速度对断裂有重要影响。试验表明，采用“背压”裂解方法，并施加瞬态阶跃裂解主动载荷，有利于保证裂解质量。

在装配螺栓过程中需保证裂解后的连杆杆身与连杆盖完全啮合、不错位。为防止错位或施加扭矩不一致，应同时进行两侧螺栓的装配。装配螺栓需要进行螺栓预装配及定扭矩装配。螺栓预装配可强化断裂面。预装配后将扭矩卸载，使连杆杆身与连杆盖分离，对断裂面进行吸尘或采用高压气体清渣，然后按连杆的技术要求重新装配螺栓至所要求的

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扭矩。

一般裂解槽深度小于等于0.7mm，圆角半径小于等于0.3mm，裂解后大头孔直径平均变化量小于等于0.08mm

篇2：105高速柴油机连杆设计文献综述

关键词：柴油机,连杆,静态应力分析,预应力模态分析

0 引言

柴油机连杆是内燃机的主要运动件之一, 其作用是将活塞的往复直线运动变成曲轴的回转运动, 并在活塞和曲轴之间传递作用力, 它的结构强度直接影响内燃机的正常运转。然而, 柴油机连杆在工作中受力复杂, 主要受到活塞销传来的周期性的气体作用力、活塞往复运动的惯性力和因连杆的变速摆动所产生的惯性力矩[1], 这一方面导致连杆发生疲劳断裂, 另一方面, 周期性的力和力矩也能造成共振, 导致动应力增加, 从而加速连杆发生疲劳破坏。针对这一问题, 传统的连杆静态设计并不能完全满足设计要求, 因此, 连杆组件的动态特性设计与研究俨然已经成为当前内燃机零部件设计的重要课题, 而作为动态特性研究主要方法之一的模特分析广泛应用于实践[2]。然而, 当前一方面对连杆的模态分析都是针对单一的连杆而言, 并非针对整个连杆组件, 这毫无疑问不符合工程实际的特征, 另一方面, 传统的模态分析技术无法有效地处理含有接触关系的非线性系统的装配体模态分析问题, 尽管人们对此采取了一些线性化的近似处理方法, 如将装配体视为不含联接的单一实体零件或将零件间的联接简化成线性弹簧等, 但这种线性化的简化分析方法难以对含有非线性接触联接的装配体进行准确分析[3]。

因此, 为了更符合实际情况, 本文基于AN-SYS有限元软件对整套连杆系统进行接触模态分析, 进而得到连杆组件的接触模态特性, 这可为连杆的结构优化设计和技术改进提供重要的参考依据。

1 连杆组件三维模型与连杆系统有限元模型建立

1.1 连杆组件三维模型建立

本文利用ANSYS软件在对文献[6]中连杆模型有所改进的基础上建立如下图1所示的连杆组件三维模型。

1.2 连杆系统及其有限元模型建立

为了更真实地模拟连杆组件的实际工作状况, 以尽可能达到准确分析的目的, 本文对图2所示的连杆系统进行模拟研究, 其中连杆系统由曲柄销和图1所示的连杆组件组成。

1.2.1 连杆系统材料特性参数

本文连杆系统材料特性参数如表1, 并且其中弹性模量和泊松比均不随温度变化而变化[4]。

1.2.2 连杆系统有限元网格划分

本文采用SOLID45单元对连杆体、连杆盖、连杆螺栓进行智能网格划分, 对轴瓦、衬套、曲柄销进行六面体网格划分。最终, 连杆组件网格划分如下图2所示。

2 接触模态分析方法

目前, 求解接触模态分析的典型方法常常采用有预应力模态分析法, 因此, 分析之前需要理解有预应力模态分析的原理。其中, 对于有预应力的模态分析是相对与无预应力的模态分析而言, 由于篇幅关系, 在这里对无预应力的模态分析不做过多说明, 只进行简单介绍有预应力的模态分析原理[5]。

进行有预应力模态分析首先需要进行静力结构分析, 其计算公式为

从而, 再将得出的应力刚度矩阵用于计算结构分析, 即 ([σ0]→[S) ], 这样就得出有预应力的模态分析方程为

3 连杆系统接触模态分析

接触问题属于带约束条件的泛函极值问题, 本文采用基于求解器的直接约束法, 并使用CON-TACT174接触单元和TARGE170目标单元来模拟连杆组件相应部位的接触分析。而对于连杆系统的接触模态分析首先需要进行连杆系统的结构静力分析, 再把静应力当作预应力施加在模型上, 最后进行连杆系统的模态分析。

3.1 连杆系统结构静力分析

3.1.1 连杆系统边界条件的处理

内燃机结构有限元分析的误差主要来源于边界条件的处理不当, 而不在于有限元单元的离散误差, 因此, 边界条件的处理对分析结果至关重要。针对这一问题, 本文尽可能模拟连杆的实际工作情况, 设定连杆系统边界条件有如下两类。

(1) 接触边界条件。本文设定的标准接触对有连杆体与轴瓦、连杆盖与轴瓦、轴瓦与曲柄连杆轴颈、衬套与连杆体、螺栓与连杆盖、螺栓与连杆体。最终接触加载图为如图4所示。

(2) 位移边界条件。为了综合分析连杆的整体应力情况, 本文设定位移边界条件为固定约束曲柄销两端面。

3.1.2 连杆系统载荷分析

本文连杆系统的载荷主要包括连杆承受螺栓预紧力、连杆轴瓦装配时产生的预紧力以及连杆衬套过盈产生的预紧力。其中, 螺栓预紧力通过在螺栓单元节点上施加节点温度, 温差使单元收缩而实现准确的预紧力;连杆轴瓦装配预紧力和连杆衬套过盈量产生的预紧力均以面力的形式作用在接触面上, 同意用温升的方法加载。另外, 本文连杆系统工况主要包括压缩工况和拉伸工况[6], 其受力主要按余弦分布规律加载在小头上。最终压缩工况和拉伸工况余弦载荷加载分别如下图5和图6所示。

3.1.3 连杆系统等效应力分析

通过施加上述边界条件、预紧力和施加载荷连杆接触分析等效应力图如下图7和图8所示

由图7可知, 在压缩工况下, 连杆大小端与杆身破坏处应力最大, 应力分布主要集中在杆身及其杆身附件小头区域;而由图8可知, 在拉伸工况下, 连杆大端和杆身处应力较小, 只有杆身和连杆小端过渡处外侧面稍大, 同时, 小端内表面也出现了最大应力, 这是有应力集中的结果。

通过分析, 尽管局部区域存在应力集中, 但远小于材料的屈服强度, 并且其应力分布情况也比较符合连杆强度的研究资料及使用实践经验, 充分说明此次应力计算结果的可靠性。

3.2 连杆系统模态分析

连杆系统静力结构分析完成后, 再进行有预应力模态分析, 其中, 模态提前方法为Block Lanczos分块法, 同时要选中计算预应力选项。考虑到低阶模态决定了结构的动态特性[8], 因此, 本文在压缩工况和拉伸工况两种情况下的模态提取数均为10, 并且由于实际工作中, 连杆的小端随着活塞的平动在缸体内做平动和一定幅度的摆动, 连杆的大头绕着曲柄做回转运动。因此, 本文在对连杆小端的轴向和切向施加了平动约束, 使连杆小头只能沿着缸体内平动和绕活塞销转动, 并且对连杆大头的轴向 (Z轴) 施加平动约束、X轴和Y轴施加转动约束, 使连杆在XY平面内做平面运动[7]。最终, 在压缩工况下和拉伸工况下前10阶的固有频率分别见表2和表3所示。另外, 考虑篇幅的原因, 拉伸工况下的连杆组件的模态振型图在此不予说明, 只考虑压缩工况下连杆组件的模态振型图。

由表2和表3知, 在压缩工况下, 200~1000Hz有4阶模态, 1000~1500Hz有3阶模态, 1500~2000Hz有3阶模态, 在拉伸工况下, 200~1000Hz有3阶模态, 1000~1500Hz有3阶模态, 1500~2000Hz有2阶模态。通过分析, 我们可知柴油机连杆在拉伸工况下的固有频率比压缩工况下的固有频率大, 并且其中在1000、1500、2000附近模态均较密集, 极其容易引起共振。

另外, 由压缩工况振型图还可以看出, 在第2-9阶模态中, 连杆的大头部分存在失圆现象, 其结果会导致连杆大头与连杆轴颈配合失常, 产生一系列故障, 甚至会使连杆断裂。所以在连杆设计时应尽量避免这些情况的发生。

4 结论与展望

通过本次对4V-105柴油机连杆系统接触模态特性分析, 我们可得相关结论并作如下展望:

(1) 通过连杆系统结构静力分析, 所得到的连杆组件应力分布情况与实际相符, 从而验证本次边界条件处理的合理性;

(2) 通过考虑到装配特性中非线性因素的影响, 因此本次所得到的连杆组件固有频率结果在理论上更接近于实际结构的动态特性;

(3) 4V-105柴油机连杆在拉伸工况下的固有频率比压缩工况下要高;

(4) 通过分析得到连杆组件在相应工况下的固有频率和振型, 这可为连杆组件的优化设计和技术改进提供重要的参考依据;

(4) 接触模态还不是真正意义上的非线性模态, 真正意义上的非线性系统的模态除了与结构的刚度有关外, 还与载荷和初始条件有关;

(5) 非线性系统的模态还是时变的, 在振动过程中的不同的时刻, 系统的模态也是不同的, 不同于结构动力学意义下的模态。

参考文献

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[2]王晓云, 罗丹.任耿鑫.基于ANSYS的485Q型连杆动态特性分析[J].机械传动, 2011, 35 (8) :81-84.

[3]杨伟, 马星国, 尤小梅.基于ANSYS的齿轮装配体模态分析[J].沈阳理工大学学报, 2008, 27 (4) :72-75.

[4]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社, 1989, 347.

[5]马晓峰.ABAQUS 6.11中文版有限元分析从入门到精通[M].北京:清华大学出版社, 2013.227-232.

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[7]魏玉娜, 陈仲海, 王连宏.基于ANSYS的柴油机连杆有限元模态分析[J].机械工程与自动化, 2013 (2) :60-61.

篇3：柴油机连杆锻造切冲校复合模设计

关键词 连杆;变形;切冲校复合模

中图分类号 TG315 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0097-01

0 前言

锻件在锻造成型后的切边、冲孔变形是影响锻件质量的一个重要原因。对于体盖整体锻造的连杆毛坯,切边和冲孔导致的变形主要有以下两种:一是因为切边造成的连杆盖螺栓孔处的拉切变形,该处的变形会使连杆加工后螺栓孔的壁厚不均匀,影响连杆质量,严重的会造成连杆的报废。二是因冲孔造成的孔部变形,该处的变形会使连杆加工后大头孔壁厚不均,还因变形使加工量不均匀,对加工过程也会产生一定影响。为了提高连杆毛坯的质量,必须解决上述问题。

如何解决切边、冲孔的变形问题呢?经了解,现在大部分的厂家采取切边、冲孔后校正的方式。就我厂来说,也是采用切边、冲孔后校正,或切边后冲孔校正复合的方式。根据多年的生产经验,采用上述方式并不是非常理想。原因如下:一是采用校正的方式不能使变形完全恢复,只是使连杆毛坯加工后尽量减少废品出现。二是对校正模的要求很高,校正模稍有变形就会导致废品产生。后来根据变形的方向和部位,采用对锻模的相关部位进行修磨,增加锻件在这部分的材料,变形后仍能保证加工量的方式,可有效提高校正模的使用寿命,降低废品率。但是这会增加很大的工作量,并且因为变形程度受切边、冲孔时的温度和锻模的使用状态等影响,波动很大,修磨量难以掌握。

为彻底解决切边冲孔的变形问题,决定进行切边、冲孔、校正复合模的设计开发,以提高锻件质量,降低制造成本。现以R系列连杆为例,对切冲校复合模的设计进行分析和说明。

1 切、冲、校复合模的设计原理

根据大量的实際经验得出,锻件在锻造过程中,除锻打时因锻件出模困难造成弯曲变形外,在锻造过程中一般不会出现变形的情况。也就是说,大部分的变形是因为在切边、冲孔过程中,受到切边、冲孔剪切力影响产生的变形。可以设想如能在切边、冲孔的过程中,不仅消除在锻造过程中产生的弯曲变形,还使锻件不再产生变形,也就不需要校正,从而达到了校正的目的。根据经验及相关资料,我们认为,只要在切边、冲孔过程中给锻件一定的压紧力,可消除切边、冲孔过程中的剪切力影响,从而使锻件不产生变形或变形程度控制在要求的范围内,达到校正后的效果。根据这一原理,进行了切冲校复合模的设计。

2 切冲校复合模的设计

2.1 设计计算

根据有关资料,经计算得出,该连杆所需的切边力为120.4吨,冲孔力为19.6吨,该连杆生产线所配的切边设备为250吨曲柄压力机,因此设备能力足够。

2.2 压紧力的选择

选择合适的压紧力是切、冲、校复合模设计成功与否的关键。在查阅大量的资料后,确定可作为压紧力的装置有两种。

弹簧压紧:根据相关的资料得出,能够满足切、冲、校复合模使用要求的只有喋形弹簧。但是喋簧的伸缩量太小,即使多个叠加也只能达到很小的伸缩量。伸缩量太小会造成下一步设计困难,在制造完成后的生产过程中调整很不方便。

气缸压紧:与碟形弹簧相比,气缸所能提供的压力和伸缩量的选择范围大,使用和调整更加灵活和方便,所以选择气缸作为压紧力的装置。

2.3 气缸形式的选择

在确定使用气缸作为压紧力的装置后,又对气缸的结构形式进行了选择对比:

密闭式气缸:气缸内的气体完全密封,依靠调节气缸内气体的压力来调节气缸的压力。优点:体积小,可提供的压力大。缺点:气缸压力随着压下量的增大而增大,而模具的闭合点被模具包围,从外面观察不到,一旦压下量过大,容易出现事故。因为气缸所受的压力较大,所以要求加工质量高。

一般气缸:在气缸的底部通入压缩空气,在压缩空气压力固定的情况下,只能靠改变气缸活塞的直径改变压力。优点:加工质量相对要求低,提供的压力稳定。缺点:体积大、压力小。

通过对比,尽管密闭式气缸在使用方面优点较多,但是因为该类模具没有设计、制造经验,出于安全方面的考虑,采用一般气缸的结构形式,如果压力方面达不到要求,可以在此基础上改为密闭式。

2.4 气缸设计

考虑到力量平衡,采用左右各一个气缸提供压力。考虑到安装尺寸等原因,确定气缸内径为260mm,行程为50mm,底部通入5Kg/cm2压缩空气,单个气缸可提供压力为2.86吨。

切边凸模、校正下模按切边模热锻件图制造,使锻件在切边和冲孔的过程中完全包含在其中,在气缸的压力下,防止产生变形;切边凹模按照切边模热锻件图制造。考虑到锻模的变形情况,将其设计为分体式,以便于调整;为了方便切边凹模的调整和增加底座的使用寿命,设计了凹模底座;在气缸充气状态下,校正下模与切边凹模基本平齐,以方便在切边前放锻件,并且在切边、冲孔后使锻件容易取出;在校正下模处于最高点和最低点时,气缸的活塞距离缸盖(上)和缸盖(下)有不小于5mm的距离,以保护气缸;为防止校正下模在工作时顶歪,损坏切边凹模,增加了导向柱,使其在和冲孔冲头座共同作用下,使校正下模垂直升降;为防止在特殊情况下气缸的压力不能顶出锻件,增加了拉杆、拉板,以拉出锻件,保护模具;使二个气缸的作用力的中心尽量与锻件切边、冲孔力的中心重合,使其受力平衡。将气缸直接固定在下模座上,方便模具的装卸;将冲孔冲头设计比切边凹模低7mm,以分散切边、冲孔的剪切力。

3 切冲校复合模的验证

在制造完成后,将该模具进行了验证。验证情况如下:

1)能顺利完成切边、冲孔动作,锻件可在气缸压力作用下自动顶出,达到设计要求。

2)因为气缸压力设计偏小,锻件出现轻微变形,但与以前工艺过程(锻件在切边后,进行冲、校)相比,变形程度明显减小,锻件质量有了明显提高,完全满足锻件的要求。在积累一定经验后,可将气缸改为密封式,以增大气缸的压力,使锻件的变形更小,质量更好。

3)与以前的工艺相比,将两道工序合并成一道工序完成,劳动强度降低,可节约人工1人。

4 结束语

切、冲、校复合模设计是在没有相关资料的状态下,独立完成的,试验获得圆满成功,已经应用于批量生产,它可以有效提高锻件质量,降低锻造成本。尤为重要的是,该复合模的成功设计为其他类似产品的工艺开发提供了宝贵的经验,它可以在所有具有切边、冲孔工序的锻件中推广应用,具有非常高的实用价值。

参考文献

[1]锻模设计手册.

[2]机械设计手册.

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