汽车发动机滚子链的制造工艺优化

6.1.2.1 链板冲压

链条行业中链板冲压设备，从原来的单机单人操作发展到现在自动化，流水线冲压技术，其技术水平得到了快速提高。特别是对于中小规格链条，国内大多数生产厂家基本已实现高速冲裁，采用进口或国产的高速压力机，实现了大卷钢带自动送、卷料、级进模具和复合模具多颗自动冲裁，冲裁速度达120～240次/min。但对于汽车发动机滚子链条来讲，为了降低噪声、减少磨损，且链板的两个直边侧面的表面粗糙度要求高，必须采用精密光亮冲裁，故其模具设计、选材及制造工艺均不同于普通链板模具，目前国内生产汽车链厂家基本采用小间隙复合模的冲压方式进行生产，但在国外如IWIS、椿本等企业现已实现级进模高速冲压方式，不仅产品质量稳定，而且其生产效率为小间隙复合模的冲压方式的10倍以上。

目前国内常用的汽车滚子链链板模具多颗复合模具的结构形式如图6-5所示。

图6-5 链板多颗复合模具结构型式

1—上模座 2—上垫板 3—上夹板 4—凹模背板 5—凹模 6—下脱板 7—下夹板 8—下垫板 9—下模座 10、11—内导套 12—内导柱 13—顶块 14—冲钉 15—冲头 16—销钉 17—弹簧 18—打杆 19、23—螺栓 20—外导套 21—外导柱 22—等高螺栓 24—定位销

为了提高模具的寿命，凹模与卸料板材料选用SKD11，其中导向孔、冲钉孔及落料形腔镶整块硬度质合金，硬质合金镶件材质为CD650；冲钉选用高速工具钢表面镀钛处理，模架材料为45钢，固定板Cr12MoV，垫板材料为Cr12，并全部进行热处理。

为了提高模具精度，模具关键易损件均采用进口高精度数控慢走丝切割设备，使用坐标镗床、坐标磨床或曲线磨床加工以提高模具加工的精度，为了提高模具材料的强度，模具热处理方式采用真空淬火并进行深冷处理。

由于汽车发动机滚子链板的两个直边侧面的表面粗糙度要求高，故在链板材料加工时，对硬度的要求与普通链板不同，一般其成品材料的硬度为78～85HRB，便于光亮带的成形。

6.1.2.2 销轴切削

国内大部分汽车发动机用滚子链条生产企业都普遍采用高速切断机，生产效率可达到300次/min，切削前先进行校直，切削后端面可以不用再刮削平头，切断模口采用高速耐磨新型材料，表面镀层技术，大大提高了模具的使用寿命，增加了产品质量的稳定性。

6.1.2.3 套筒卷制

20世纪90年代我国在该零件加工方面基本实现了专业化生产，而汽车发动机用滚子链的套筒加工方式仍沿用传统的斩印—切断—弯U—包圆—挤形—勒圆的卷制工艺，国内传统的卷制工艺常使工件在缝隙处出现开缝和桃尖现象，影响套筒的圆度和链条节距精度，从而影响链条的工作性能。所以控制套筒的圆度和缝隙是很重要的一个环节。从卷制原理上来说，应使工件材料按圆弧形状充分塑性变形来降低工件内部的残余应力，使接缝回弹开隙减低到最少，并且充分消除挑尖现象。为此，可采用预弯两端然后包圆成形的工艺原理，德国的MRP卷管机可作为这种卷制成形工艺的典型代表。它所生产的工件呈现圆度良好，接缝密合，没有挑尖，内外表面光洁的优质卷制件，此外，生产率也很高，约为250～400件/min。为了使工件的接缝良好并减小缝隙，应在卷制后进行去应力退火，消除冷卷变形工件材料内部的残余应力。在以后的热处理淬火工序前还应适当辅以预热，使热处理后的工件接缝保持良好。

图6-6 带油孔套筒及定向装配

带油孔套筒技术的应用：与现有套筒相比，通过在套筒零件上开有油孔，并实现套筒定向装配即油孔一致朝外（见图6-6），在链条高速运转过程中，加大了铰链副中润滑油的进入量，减少了铰链副的摩擦损失。

6.1.2.4 滚子成形

目前，常用的滚子成形方法有卷制和冷挤两种，只要成形原理和模具精度符合要求，两种方法成形的滚子均可以满足汽车链的使用工况。应该指出，在制造过程中应尽量消除或控制卷制滚子接缝周边的划痕与展延及冷挤滚子内表面的纵向划痕与端部的横向台阶。试验研究表明，上述质量缺陷正是滚子破裂的疲劳裂纹源，也是影响汽车链国产化进程的一个重要“瓶颈”因素之一。

材料要求：为了便于卷制或冷挤压成形，材料必须进行球化退火，成品材料表面光滑，无拉毛，麻点，凹坑等缺陷，硬度75～85HRB。

卷制工艺：该设备为卷管机，方法：斩印→切断→弯U→包圆→勒圆

冷挤压工艺：该设备为6工位冷挤机，工艺方法为切料→1#镦平校形→2#镦平挤定位孔→3#挤压拉伸→4#长度整型→5#冲底，同时内孔精挤→6#去废料（见图6-7）。

图6-7 滚子冷挤机工艺方法

6.1.2.5 链板等温淬火

普通链条的链板零件，在行业内普遍采用网带式热处理生产线，质量比较稳定，基本能够满足该类链条的使用要求。但对于汽车发动机用链条来讲，由于链条的使用特性决定了链板必须具较高的强度和疲劳性能，不仅材料选取与普通链条不同，同时对其热处理方式也提出了更高的要求，国外在20世纪90年代已采用了可控气氛网式等温淬火工艺。在国内从转炉式简易等温淬火方式已逐步发展至可控气氛网带式等温淬火（见图6-8），已基本达到了先进发达国家的技术水平。

图6-8 可控气氛网带式等温淬火炉

6.1.2.6 销轴渗铬渗钒技术

销轴渗铬可以有效提高其耐磨性能并延长整链的使用寿命，目前销轴渗铬技术已逐步在链条行业得到了推广；行业内主要采用的方式为固体渗铬法渗铬，以其优异的性能、简洁的工艺、广泛的材质适应能力以及低廉的生产消耗，迅速获得了国内发动机链条企业的青睐。

销轴渗铬在高温下通过表面吸收以Cr及Cr、Fe、C之间相互扩散，此时铬与钢中的碳在零件表面形成一层高Cr的碳化物层，即渗铬层，因此，销轴材料必须具有足够高的含碳量才能进行渗铬，经渗铬后其硬度可高达1200～1800HV，具有突出的耐磨、耐蚀及抗高温性能。

1.渗铬销轴主要工艺流程

1）补碳。对于低中碳合金钢材质的销轴而言，销轴必须进行渗碳（补碳），使其表面具有较高的含碳量，以便于高Cr的碳化物的形成。补碳后，销轴渗层深度为0.25～0.30mm，表面硬度为79HRA（或90HR15N）以上，补碳淬火后应去应力回火。

2）渗铬。(www.xing528.com)

a.装罐。轴料与渗剂比例1∶1，必须混合均匀，使销轴表面与渗剂充分接触；装载要满，少留或尽量不留空隙；装好后用适量高温密封胶封口，严格禁止密封胶混入渗剂。

b.渗铬。渗罐入炉后，无须中温驱气，直接升温至工作温度；注意应分阶段逐步升温，防止外层与心部渗剂工作不一致；炉温控制在1000～1020℃最佳；保温时间，按渗铬层深度在4～8h选取；渗罐随炉温冷却至500℃以下吊出，自然冷却至100℃以下即可出零件；注意出罐时清理干净封口胶，严格禁止污染渗剂。

c.整体热处理。为了提高销轴的强度，根据渗铬后的基体含碳量情况进行淬火、回火。具体热处理工艺可参见表6-1所列。

2.渗铬销轴表面缺陷判定

众所周知，渗铬层表面易出现应力腐蚀造成的点状缺陷（见图6-9），为此提出如下的判定方法，以供参考。

表6-1 渗铬后销轴整体淬火工艺推荐表

注：渗铬销轴加热时，推荐采用氮气进行保护，以防止渗铬层氧化。

图6-9 渗铬销轴表面缺陷判定参考

1）（X+Y）/2=0.6mm以上，则判定为不合格。

2）腐蚀坑洞的尺寸为0.7mm×0.5mm以上不合格。

3）腐蚀坑洞的个数大于或等于10个时无论尺寸多大多小都判为不合格。

随着汽车发动机链条对耐磨性能的更高要求，销轴渗钒技术已在行业内被逐步采用，行业内运用较成熟的渗钒方法为固体法，其原理与销轴渗铬类同。

6.1.2.7 链板孔挤压

链板孔挤压也是一种强化工艺，它是用钢球或专用冲头对链板孔眼进行挤扩，使孔眼表层产生塑性变形，从而产生残余压应力。每当孔眼处因受载而产生较大拉应力时，就可被预留的残余压应力抵消一部分，从而提高链板的抗疲劳性能。研究表明，当挤压的相对过盈量为0.017～0.02mm时，强化效果最佳，约可提高疲劳强度30%。

此外，板孔中压入过盈衬套、孔边压环槽、压孔边等方法也都能提高链板的疲劳强度。

6.1.2.8 喷丸处理

发动机正时链在高速运行时，承受着反复作用的交变载荷、速度也为交变，因此易于疲劳破坏。为提高其抗疲劳性能，可对组成链条的各零件进行喷丸处理。喷丸处理是一种强化工艺，经处理后的这些零件表层保留有残余压应力，因而可提高其抗疲劳性能。如对于链板，当钢丸粒度取φ0.3～φ0.5mm，喷丸速度为38m/s，喷丸时间为20min左右，经喷丸处理的工件疲劳强度可增加15%左右。

6.1.2.9 链条装配

汽车发动机用滚子链条装配前期是采用专用装配机组装，完成后经过机械式手动加载预拉跑合、手工拆整、手工更换正时标记、滚压式铆头和手工环接，测量长度，最后由人工进行总检后清洗，上油包装入库工艺流程，以上工序不仅分散且自动化程序低，每一道工序完成后进入下一道工序时都要搬运链条，而且手工操作烦琐，加工速度慢，链条的装配精度不高，已无法满足汽车发动机的使用要求。

在国外，如IWIS、博格华纳、椿本等汽车链专业生产厂已完全实现链条的自动化装配（见图6-10），链条零件从进入装配生产线后直至产品清洗包装，所有的工序均在该生产线上完成，整条生产线结构紧凑，生产效率高，而且在生产线增加了防错和自动检测功能，链条的装配质量稳定可靠。

图6-10 国外链条装配生产线

在我国，随着链条装配技术的发展，在参考国外先进装配的技术上，也形成了自有知识产权的链条自动化装配系统（见图6-11），与原有装配技术相比，链条装配机依次有序连接有正时标记链板更换装置、铆头装置、检测装置、预拉跑合装置、链条拆节装置和自动环接装置，构成了一种链条自动化装配系统。链条装配机将链条零件进行组装，组装后通过正时标记链板更换装置进行外链板的拆除和正时标记链板的安装，随后由压铆装置实现链条跳铆，通过检测装置对零件缺件缺损、销轴长短、链条紧死节等进行检测并标记，检测合格后的链条通过预拉跑合装置加载测试，最后链条拆节装置对链条进行拆节并计数，拆节后由自动环接装置进行环接并铆头。链条自动化装配系统整条生产线均为PC控制，生产效率达到了320节/min以上，操作人员最多仅需2名，工作效率比传统方式提高了3倍以上，而且大大提高了产品周转速度和产品质量的稳定性。

图6-11 链条自动化装配生产线示意图

装配线的预拉跑合处理是链条铆头检测后进行的，在一定的拉力下经受一定时间的拉伸磨合这样的一种强化工艺。它的好处是能使链条各组成零件的配合处载荷分布趋于均匀，并使它们正确就位。一般其预拉跑合载荷设定为整链抗拉强度的二分之一至三分之二的范围内，实践表明当载荷达到三分之二抗拉强度时，链板孔缘处材料达到屈服状态，则在卸载后就会在这些部位产生残余压应力，从而可以提高链板的抗疲劳性能。预拉处理对于链条铰链的支承表面来说，实质上是一种冷作加工，可使载荷在支承表面分布趋于均匀；预拉跑合处理对于双排链来说是特别需要和必不可少的一道工序。

随着各汽车发动机主机厂对链条使用寿命和NVH要求的不断提高，链条套筒露头和定向装配技术在行业内已逐步得到了推广，采用该新装配工艺减少了链条转动过程中的摩擦阻力、降低了噪声、提高疲劳强度和耐磨性能，同时提高了套筒与内链板的连接牢固度。链条套筒露头式内链节结构，与传统的不露头结构相比，露头式内链节结构能使链条的各内外链节之间的横向位移量更小，使内外链节之间沿套筒轴线方向的冲击更小，而且基本上避免了内外链板的相互冲撞、摩擦和磨损，保持链条在高速下更平稳的运行。滚子链的套筒一般多为卷制成形，它在装配时其接缝在内链板孔中的位置是随机的。由于套筒接缝区有挑尖形成，若接缝恰好处在传力区，则对铰链副的磨损显然不利；若采用套筒定向装配，使其接缝总处在非传力区，则可以明显改善铰链副的磨损和保持链节的节距精度。此外，为定向装配套筒而在其筒体上所开的装配用工艺孔还能导入更多的润滑油，使铰链副充分润滑，进一步改善其在高速工况下的耐磨损和抗胶合能力。

6.1.2.10 清洗上油技术

清洁度最早应用于航空航天工业。20世纪60年代初美国汽车工程师协会（SAE）和美国宇航工业协会（AIA）开始使用统一的清洁度标准，进而全面地应用于航空和汽车行业。汽车发动用滚子链作为发动机的关键零件，其清洁度指标已是汽车行业的一项硬性要求。链条由零件经过设备加工装配而成，所以清洁度分为零件清洁度和产品清洁度。产品的清洁度与零件的清洁度有直接的关系，同时还与生产工艺过程、车间环境、生产设备及人员有密切关系，因此封闭式的管理和生产模式已在行业内逐步实施。但链条产品出厂前的清洗是决定该链条清洁度是否达标的关键工序，一些先进的全自动封闭式超声波清洗上油设备已逐渐运用至汽车发动机链条产品上。其流程如下：

链条退磁→超声波粗洗→高压喷淋→超声波精洗→再次高压喷淋→甩干→上油→甩干，上述工序全部在一台封闭式设备上完成，各工序之间通过PC控制，实现自动化生产，有效地控制了链条的清洁度。