小型汽车曲轴锻造工艺

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