میله های اتصال آهنگری: فرآیند، مواد و نحوه انتخاب سازنده

چرا میله های اتصال باید جعلی باشند، نه ریخته گری؟

شاتون تحت یکی از سخت ترین شرایط بار در هر موتوری کار می کند. هر ضربه قدرت میله را به سمت فشرده سازی هل می دهد. هر ضربه اگزوز و ورودی آن را به تنش می کشاند. تنش‌های خمشی ناشی از نیروهای جانبی پیستون را اضافه کنید و میله بارگذاری خستگی با چرخه بالا و کاملا معکوس را برای صدها میلیون سیکل مشاهده می‌کند.

میله های اتصال ریخته گری - چه آهن و چه آلومینیوم - با ریختن فلز مذاب در قالب تولید می شوند. فرآیند انجماد تخلخل داخلی، حفره های انقباض و ساختارهای دانه ای با جهت گیری تصادفی را معرفی می کند. اینها عیوب زیبایی نیستند. آنها سایت های شروع خستگی هستند. تحت بارگذاری چرخه ای، ریز ترک ها از این حفره ها پخش می شوند تا زمانی که شکستگی رخ دهد.

آهنگری این حالت شکست را با شکل دادن به میله تحت نیروی فشاری در حالی که فولاد در حالت پلاستیکی (اما جامد) قرار دارد، از بین می برد. ساختار دانه فلز در اطراف خطوط قطعه جریان دارد و یک ریزساختار پیوسته و هم تراز و بدون حفره داخلی ایجاد می کند. نتیجه قطعه ای است که استحکام خستگی، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه ذاتا برتر است - نه از طریق ترفندهای پس از پردازش، بلکه از طریق نتیجه متالورژیکی خود عملیات آهنگری. برای مقایسه مستقیم زمانی که آهنگری بهتر از ریخته‌گری در اجزای ساختاری است، به این تحلیل مراجعه کنید ریخته گری در مقابل آهنگری برای اجزای ماشین آلات مهندسی .

مواد مورد استفاده در آهنگری میله های اتصال

انتخاب مواد سقف را برای هر معیار عملکردی که میله تمام شده می تواند به دست آورد تعیین می کند. سه دسته اصلی مورد استفاده امروزه عبارتند از فولاد کربن متوسط، فولاد آلیاژی (عمدتاً درجه 4340) و آلیاژ آلومینیوم. هرکدام موقعیت مشخصی را در ماتریس عملکرد-هزینه اشغال می کنند.

فولاد آلیاژی SAE 4340 - یک گرید کروم نیکل - مولیبدن - معیار صنعت برای کاربردهای سخت است. ترکیبی از سختی پذیری عمیق و استحکام تسلیم بالا، آن را به انتخاب ارجح برای موتورهای توربوشارژ، سوپرشارژ یا موتورهای با تراکم بالا تبدیل می کند. فولادهای خنثی نشده و تمپر شده (NQT) مانند 38MnVS6 در برنامه های تولید انبوه خودروها جایگاه خود را به دست می آورند زیرا تنها از طریق خنک سازی کنترل شده پس از فورج به خواص مکانیکی مورد نظر می رسند و مرحله عملیات حرارتی اختصاصی را حذف می کنند و هزینه ساخت را کاهش می دهند. برای یک درمان گسترده تر از چگونگی تأثیر درجه مواد بر نتایج جعل، راهنمای انتخاب مواد آهنگری مناسب برای کاربردهای صنعتی معیارهای انتخاب را به طور عمیق پوشش می دهد.

فرآیند کامل آهنگری میله اتصال

میله های اتصال به عنوان آهنگرهای دقیق محور بلند طبقه بندی می شوند. هندسه آنها - یک پرتو باریک که دو سوراخ با قطرهای مختلف را به هم متصل می کند - نیاز به کنترل ابعادی دقیق در هر مرحله دارد. توالی استاندارد فورج گرم شامل هشت مرحله است.

1. خالی کردن (برشی): استوک میله با استفاده از برش میله یا اره به وزن دقیق بریده می شود. ثبات وزن در این مرحله به طور مستقیم توزیع مواد در حفره قالب را کنترل می کند.
2. گرمایش القایی فرکانس متوسط: قسمت خالی تا محدوده دمای بهینه آهنگری برای آلیاژ - معمولاً 1100 تا 1250 درجه سانتیگراد برای فولادهای آلیاژی گرم می شود. کوره‌های القایی یکنواختی دما را فراهم می‌کنند که برای پالایش دانه‌ها ضروری است. را ببینید محدوده دمای گرمایش بهینه برای آهنگری فلز برای داده های خاص آلیاژ
3. فورج رول (تهیه بیلت): شمش گرم شده از یک دستگاه آهنگری رول عبور می کند تا حجم مواد را در طول پروفیل طول میله توزیع کند، و پیش فرمی را ایجاد می کند که شکل نهایی میله را قبل از ورود به قالب ها تقریب می کند.
4. پیش آهنگری و آهنگری نهایی (قالب بسته): دو عمل متوالی پرس، میله را شکل می دهد: یک عملیات پیش آهنگری هندسه ناهموار را ایجاد می کند، و یک فورج نهایی در یک مجموعه قالب دقیق به شکل نزدیک به شبکه با فلاش می رسد. بسته به حجم تولید و تلورانس های مورد نیاز از پرس های فورج قالب داغ، پرس های پیچ الکتریکی یا چکش های CNC استفاده می شود.
5. پیرایش، پانچ و اصلاح حرارتی: فلاش کوتاه می شود و سوراخ های پیچ در حالت داغ بلافاصله پس از آهنگری سوراخ می شود. اصلاح حرارتی در حالی که مواد هنوز گرم است از اعوجاج خنک کننده در ساقه باریک میله جلوگیری می کند.
6. عملیات حرارتی: برای فولادهای کوئنچ و تمپر، میله‌ها آستنیته می‌شوند، با روغن کوئنچ می‌شوند و برای دستیابی به سختی و چقرمگی هدف، تمپر می‌شوند. فولادهای NQT این مرحله را از طریق خنک سازی شتاب کنترل شده مستقیماً از فورج دور می زنند. درک کردن تفاوت بین فرآیندهای آهنگری گرم و آهنگری سرد کمک می کند تا روشن شود که چرا تاریخچه حرارتی برای عملکرد سازه بسیار مهم است.
7. شوت پینینگ: میله ها با گلوله های فولادی کوچک برای ایجاد تنش های پسماند فشاری در لایه سطحی منفجر می شوند. این به طور مستقیم با تنش های خستگی کششی مقابله می کند و برای میله های اتصال در نظر گرفته شده برای سرویس سیکل بالا غیر قابل مذاکره در نظر گرفته می شود.
8. پرس دقیق، بازرسی و صاف کردن سرد: تصحیح ابعاد نهایی تحت پرس سرد و به دنبال آن بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI)، بررسی ظاهر سطح و اندازه گیری وزن انجام می شود. مجموعه‌های همسان قبل از بسته‌بندی با تحمل‌های محدود متعادل می‌شوند.

شکستگی: مزیت دقت در انتهای بزرگ

انتهای بزرگ شاتون - سوراخی که روی ژورنال میل لنگ قرار می گیرد - باید به بدنه میله و درپوش یاتاقان تقسیم شود تا امکان مونتاژ فراهم شود. به طور سنتی، این جداسازی با اره کردن یا ماشینکاری کلاهک از بدنه میله به دست می آمد که مواد را حذف می کند و تنوع ابعادی را در سطح جفت گیری ایجاد می کند.

شکافتن شکستگی (همچنین شکافتن ترک یا شکافت انبساط نامیده می شود) مرحله حذف مواد را با یک شکست شکننده کنترل شده در امتداد یک خط جداسازی از پیش بریدگی جایگزین می کند. یک بریدگی در سوراخ انتهایی بزرگ تراشیده شده یا آهنگری می شود و یک سنبه هیدرولیک نیروی شکاف دقیقاً کنترل شده را اعمال می کند. سطح شکست حاصل از نظر توپوگرافی منحصر به فرد است - یک نقشه کاملاً در هم تنیده از ویژگی های ریزساختاری. وقتی کلاهک دوباره سرهم می‌شود، آن سطوح با دقتی در سطح میکرون مشبک می‌شوند و به گردی حفره یاتاقان دست می‌یابند که جداسازی‌های ماشین‌کاری شده نمی‌توانند مطابقت داشته باشند.

فراتر از دقت ابعادی، شکاف شکستگی، اجازه ماشینکاری روی سطح جداسازی را حذف می‌کند، حذف مواد در تکمیل را کاهش می‌دهد، و قابلیت «ترک‌خوردن» را امکان‌پذیر می‌کند که باعث می‌شود میله‌های فورج پودری مستقیماً با میله‌های فورج شده دقیق در خطوط تکمیلی با حجم بالا قابل تعویض باشند. این تکنیک اکنون استانداردی برای شاتون های اتصال خودروهای سواری و دیزلی سبک در تولید انبوه است. برای اطلاعات بیشتر در مورد مزایای دقت تکنیک های آهنگری دقیق، نگاه کنید به مزایای آهنگری دقیق نسبت به آهنگری سنتی .

فورج داغ در مقابل فورج پودر برای میله های اتصال

دو مسیر فرآیندی بر تولید میله اتصال در مقیاس صنعتی غالب است. انتخاب بین آنها تصمیمی در مورد حجم تولید، الزامات دقت ابعادی و ساختار هزینه است.

قالب داغ آهنگری (شکستگی تقسیم قطره آهنگری) از سهام میله فرفورژه شروع می شود. این استحکام مواد خام بالاتری را ارائه می دهد - فولاد فرفورژه 4340 چقرمگی بیشتری نسبت به گریدهای متالورژی پودری مشابه ارائه می دهد - و برای دوره های تولید کوچک تا متوسط ​​یا کاربردهایی که نیاز به عملکرد مکانیکی اوج دارند، مانند میله های اتصال دیزل سنگین یا موتوراسپرت، مناسب است. سرمایه گذاری ابزار قابل توجه است، اما هزینه هر قطعه در مقیاس رقابتی است.

آهنگری پودر از یک پیش‌فرم پودر فلز متخلخل شروع می‌شود که دوباره گرم شده و در یک پرس آهنگری کاملاً متراکم می‌شود. خروجی نزدیک به شبکه به طور چشمگیری زمان ماشینکاری پس از فورج را کاهش می دهد و باعث می شود که باس متعادل کننده در انتهای کوچک حذف شود و عملیات ثانویه کاهش یابد. سازگاری ابعادی در طول یک دوره تولید به اندازه کافی محکم است تا از مونتاژ خودکار با حداقل مرتب سازی پشتیبانی کند. تحقیقات فنی SAE نشان داده است که مواد جدید فورج پودری با استحکام بالا می‌توانند الزامات عملکرد خستگی نسل بعدی موتورهای بنزینی و دیزلی را برآورده کنند و به طور مستقیم با گریدهای فولادی فرفورژه در برنامه‌های با حجم بالا حساس به هزینه رقابت کنند. برای بررسی دقیق آن تحقیق محک زنی، نگاه کنید به مقاله فنی SAE مقایسه آهنگری پودر و فورج قطره ای برای تولید شاتون .

استانداردهای کنترل کیفیت در آهنگری شاتون

شاتونی که از بازرسی بصری عبور می کند اما دارای درز زیرسطحی است، در نهایت در میدان از کار می افتد. آزمایش غیر مخرب دقیق اختیاری نیست - این مکانیسمی است که توسط آن تغییرات فرآیند آهنگری قبل از مونتاژ مشاهده می شود.

توالی کنترل کیفیت استاندارد برای فورجینگ میله های اتصال دقیق شامل روش های زیر است: بازرسی ذرات مغناطیسی (MPI) دو بار استفاده می شود - یک بار پس از آهنگری (برای گرفتن لبه ها، درزها و ترک های سطحی از تماس قالب) و یک بار پس از عملیات حرارتی (برای تشخیص ترک ها). MPI به طور قابل اعتماد ناپیوستگی های سطحی و نزدیک به سطح را در فولادهای فرومغناطیسی تشخیص می دهد. تست سختی راکول تایید می کند که عملیات حرارتی به سختی هدف در سراسر مقطع میله دست یافته است. مقادیر سختی خارج از مشخصات دمای آستنیته نادرست، سرعت خاموش کردن ناکافی، یا خطاهای تمپر را نشان می دهد. بازرسی ابعادی با استفاده از تجهیزات CMM قطر سوراخ ها، طول مرکز به مرکز، صافی ساقه و وزن را بررسی می کند. تطبیق وزن در یک مجموعه میله برای تعادل موتور بسیار مهم است. تست خستگی روی میله‌های نمونه از هر دسته تأیید می‌کند که لات با الزامات یکپارچگی ساختاری مشخص شده توسط مشتری یا استانداردهای قابل اجرا ASTM/SAE مطابقت دارد.

برای تفکیک کامل روش‌های آزمایش و استانداردهای اعمال شده در سیستم‌های کیفیت آهنگری دقیق، به این منبع در روش های تست متالورژی و کنترل کیفیت در آهنگری .

نحوه انتخاب سازنده آهنگری برای میله های اتصال

همه تامین کنندگان آهنگری برای تولید میله های اتصال با تلورانس های دقیق مجهز نیستند. هندسه قطعه - محور طولانی، مقطع متغییر، نیازمندی‌های حفره‌های محکم - نیاز به پیکربندی تجهیزات خاص و کنترل‌های فرآیندی دارد که ممکن است فروشگاه‌های آهنگری همه‌منظوره آن را حفظ نکنند.

معیارهای زیر باید ارزیابی تامین کننده را هدایت کنند:

• قابلیت تجهیزات: تامین کننده باید خطوط اختصاصی آهنگری میله اتصال را با قابلیت پیش‌فرم فورج رول، قالب‌های پیش فورج و فرج نهایی، و ایستگاه‌های یکپارچه برش/منگنه‌کاری راه‌اندازی کند. آهنگری تک قالب روی یک چکش عمومی برای میله های دقیق مناسب نیست.
• گواهی مواد: نیاز به گواهینامه آسیاب برای تمام انبارهای ورودی و آنالیز شیمیایی در فرآیند. برای میله‌های درجه 4340، بررسی کنید که آلیاژ با استاندارد ASTM A29 یا معادل آن مطابقت دارد و گرما از بیلت تا میله نهایی قابل ردیابی است.
• کنترل عملیات حرارتی: تأیید کنید که تأمین‌کننده کوره‌های عملیات حرارتی با جو کنترل‌شده را با یکنواختی دمای مدرج کار می‌کند. اتمسفر کنترل نشده باعث کربن زدایی در سطوح میله می شود - خطر شروع خستگی که تشخیص آن دشوار است و برگشت آن غیرممکن است.
• MPI و زیرساخت بازرسی ابعادی: قابلیت MPI داخلی، بدون قرارداد فرعی، تضمین می کند که فرکانس تست و پوشش با سرعت تولید مطابقت دارند.
• قابلیت تقسیم شکستگی: برای برنامه‌های OEM خودرو، تأیید کنید که تامین‌کننده دارای تجهیزات شکستگی است و می‌تواند داده‌های گرد بودن حفره را از دوره‌های تولید نشان دهد.
• سفارشی سازی و نمونه سازی: برای پلتفرم‌های موتور غیر استاندارد، توانایی تامین‌کننده برای طراحی و برش مجموعه‌های قالب جدید، اجرای دسته‌های نمونه اولیه و تکرار بر روی هندسه یک مزیت مهم است.

فناوری Jiangsu Nanyang Chukyo در فورجینگ های قالب دقیق برای کاربردهای سخت در سراسر جهان تخصص دارد. ماشین آلات مهندسی و سیستم های انتقال خودرو ، با عملیات حرارتی داخلی، تست MPI و قابلیت های بازرسی تمام بعدی. برای پروژه هایی که نیاز به راه حل های آهنگری سفارشی دارند، راهنمای انتخاب تامین کننده آهنگری فلزی سفارشی معیارهای اضافی را برای ارزیابی شرکا در هندسه های پیچیده ترسیم می کند.