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476QL发动机曲轴锻件工艺研究哈尔滨哈飞工业锻造公司颜斌摘要：介绍了模具结构的改进，对476QL曲轴锻件的成形过程进行了分析。关键词：模具结构锻造成形分析成形力曲轴是发动机的关键零件，形状复杂，工作条件苛刻，既承受交变应力作高速运转，又传递大扭矩。对抗疲劳性、耐磨性和强度有很高的要求。476QL曲轴用于一种新型发动机，该型号曲轴比我厂原生产过的曲轴外形尺寸都大。如何在2500吨高能螺旋压力机上生产出476QL型曲轴锻件是我们需要研究的课题。一、476QL曲轴锻造工艺过程的确定476QL曲轴锻件的三维造型见图1，是微型车发动机用4拐曲轴。锻件重量约14.3kg，长度为468.6mm，宽度为130.5mm,厚度为112mm,锻件材料为40Cr,模锻拔模斜度为3°，要求分模面错移量不大于0.8mm,直线度不大于1.0mm,残留飞边不大于1.0mm。图1：476QL曲轴锻件的三维造型从工艺上分析，476QL曲轴锻件有较深的平衡块和拐，且拐和平衡块之间距离较小，用其它制坯设备起不到作用，也不适合压弯工序。确定的工艺过程：下料→中频感应加热→镦粗→预锻→终锻→热切边→热校正→余热正火→吹砂。二、锻造成形分析1、工艺参数按曲轴最大截面计算的面积为9475mm2，相应折算后的棒料尺寸为Φ105mm，我们采用了镦粗工序，最终毛坯选取Φ90mm的棒料，长度为418mm，锻造时毛坯放料中心位置为曲轴中心线往小端前移7～8mm处，锻造分模选取水平中心位置，毛坯初始锻造温度定为1200℃，终锻温度高于850℃。2、成形过程分析及改进在毛坯加热到1200℃条件下，毛坯在预锻终了时形成的飞边形状如图2所示，型腔高度方向的充满度为96%。最深处的型腔均未充满。图2：预锻时毛边形状及截面充满情况为了保证锻件的型腔角部有较高的充满度，可在未充满的部位的分模面上增加摩擦阻力，即粗糙化桥部飞边处接触面或在局部增加阻力沟槽；改善模具型腔表面润滑条件，对模具型腔表面抛光，减小模具型腔表面的磨擦系数，有利于型腔充满。在成形分析中，以不同的接触面状态，可获得不同的载荷值，型腔表面磨擦系数越小（即型腔抛光好），为金属流动所需的力就越小。三、成形力的计算与分析成形力计算：P=KF=50×714.6=35730KN……………………（1）式中：P——成形力（KN）F——锻件投影面积+飞边面积（50%）（cm2）K——系数（K为50）我们在锻造成形时，使用2500T高能螺旋压力机，高能螺旋压力机长期使用的打击力一般不能大于名义吨位的1.25～1.35倍（31250～33750KN）。生产时采用的是三步成形方案：第一步镦粗的载荷相对非常小，约1100KN；第二步预锻，毛坯随着上模的下降，将金属压入型腔并形成飞边，由于飞边的阻力作用，强迫金属进一步流向型腔，成形力快速增长，到预锻结束时成形力达22000～23500KN；第三步终锻，在终锻过程中，由于初始阶段模具与坯料尚未完全接触，这时载荷小，当接触完全后载荷急剧增加，最终达到成形需要的力28000KN。从计算所得成形力与实际成形力比较两者相差7000KN。我们分析原因有：1、计算公式采用的系数是在理论终锻温度时总结出来的。理论终锻温度为850℃，这时材料强度极限高。而我们实际操作时，加快操作速度能使锻坯在较高的温度下完成整个锻造过程，实测终锻温度能在950℃以上完成，所以成形力小。2、通过对模具型腔表面进行抛光及合理调整模具圆角，可减小流动阻力，减小最终成形力。四、模具结构特点由于476QL曲轴锻件比我们以往干过的曲轴外形尺寸都大，我们现有模架是按465Q曲轴锻件设计的，两者长度相差63mm，宽度相差8.5mm，原有顶料位置都不行，我们在不改变原有模架尺寸的情况下，重新设计了一个过渡垫板（图3），将顶料杆位置外移，由于476QL型锻件长度尺寸增加，为保证模具的强度，我们分析模块受力情况后，确定可在模具长度方向局部加长，这样能保证打击力还在模块承力区域，又能保证模具的壁厚要求，满足了强度的需要。图3：过渡垫板图4：曲轴锻模五、结论1、锻造成形主要是为了保证型腔充满，生产出合格的锻件。经生产证明，我们设计的模具结构保证了曲轴锻造成形，已锻造出1000件合格的锻件交付用户。2、在成形过程和模具设计中，要合理利用锻件金属材料流动与模具表面之间的磨擦，磨擦有时会对锻件成形带来一些负面影响。如加速模具表面磨损，影响锻件表面质量，增加成形力等，但合理利用磨擦作用，可更好地控制材料的流动方向，有利于型腔充满。3、模具型腔表面抛光越好，越利于金属向型腔流动；而分模面和桥部越光阻力越小，材料更易于向型腔外流动，使飞边增大，型腔高度方向充满度降低。有意识地设置局部阻力沟槽，能限制材料向两边流动，增加曲轴模具型腔高度的充满度，改善材料流动状态。参考文献《锻压手册》机械工业出版社1993年