曲軸的全纖維鍛壓工藝

曲軸的全纖維鍛壓工藝引言鍛壓這是制造業(yè)之中金屬成形和加工的一種十分重要的生產(chǎn)手段，其不僅僅可以賦予產(chǎn)品一定的結(jié)構(gòu)形狀，而且能直接起到改善和提高產(chǎn)品組織性能的作用。隨著科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)化程度的提高，而鍛壓技術(shù)也獲得一定程度的進(jìn)步以及更新，當(dāng)前不僅僅可以在常規(guī)金屬材料加工之中有著十分重要的作用，同時其也可以在種種高合金鋼、稀有金屬合金、粉末冶金等等特種材料同產(chǎn)品的生產(chǎn)之中發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。1、曲軸概述曲軸是發(fā)動機(jī)中重要的旋轉(zhuǎn)件，主要功能是把各個活塞組件傳來的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩，通過傳動裝置驅(qū)動車輛行駛；與此同時，還要驅(qū)動發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備和電氣裝置。由于氣缸內(nèi)的壓力作用是連續(xù)的，曲軸所受扭轉(zhuǎn)則是波動的，因此旋轉(zhuǎn)中伴隨有較為激烈的振動。因此曲軸在工作中除了正常磨損外，還會出現(xiàn)其他一些損傷，影響發(fā)動機(jī)的正常工作。全纖維曲軸是將一根圓形鋼棒，放在一套專用的模具內(nèi)擠壓而成。由于這種曲軸具有連續(xù)不斷的金屬纖維，大大提高了它的抗沖擊和耐疲勞性能，延長了使用壽命，并可節(jié)約一半左右的鋼材，減少70%加工時間。曲軸的全纖維鍛壓工藝最初是由法國R.Raede-err研究成功的，近十余年來已有許多國家先后引進(jìn)此項新技術(shù)并予以采用。它是目前一種先進(jìn)的曲軸鍛造工藝方法。全纖維鍛壓工藝是利用曲軸本身的形狀特點，在專用的模具內(nèi)，借助墩粗和彎曲的聯(lián)合工序，將一根加熱了的圓形坯料分拐進(jìn)行鍛壓。成形過程可用下面示意圖(圖1)來說明圖1曲拐成形過程示意圖2、曲軸的全纖維鍛壓工藝簡介2.1、全纖維鍛造工藝模具設(shè)計以18X64mm曲軸為例，可以看出，除了耳板兩端螺栓孔之外，其余表面皆為凈鍛表面。拔長型槽設(shè)計(計算從略)。拔長坎部高度a=22mm,長度c=30mm，寬度B=60mm，深度h=30mm.(2)滾擠型槽設(shè)計。滾擠型槽高度計算如表2所示。滾擠型槽鉗口部分尺寸：n=0.2d坯+6=12mm；m=(1~2)n=24mm、取m=25mm；R=0.1d坯+6=9mm、取R=10mm；寬度B=60mm.。切斷型槽使用后切刀，其可以布排在鍛模左后方，15°斜排。為了確保鍛造之時錯移量最小，其可以較為便捷安全操作，同時也可以盡量節(jié)省鍛模材料。因為連接環(huán)材料其實20MnVB鋼，而其工藝性能比較好，形狀簡單是對稱彎曲形，也可以大批量生產(chǎn)，為了可以便于操作，方便模具制造，不斷提升生產(chǎn)效率，因為使用分開式擺動凹模結(jié)構(gòu)彎曲模，2.2、全纖維鍛壓工藝鍛成的曲軸的優(yōu)勢采用全纖維鍛壓工藝鍛成的曲軸，與普通自由鍛造曲軸相比主要有下面兩大優(yōu)點:1.曲軸的機(jī)械性能特別是耐疲勞和耐沖擊性能得到改善。這是由于金屬纖維連續(xù)不斷、鋼錠中心部分與曲軸中心基本一致、加工后不外露以及可用較小鋼錠進(jìn)行鍛壓等特點所致；機(jī)械加工余量小，節(jié)約了大量的材料和加工工時。這主要是山于曲拐能用鍛造方法成形。此外，還具有廢品少、生產(chǎn)率高、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點。它適合于具有一定批量的中、大型曲軸鍛造,很多國家用來鍛造內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)、船用發(fā)動機(jī)等曲軸。2.3、鐓鍛工藝過程典型階段坯料的外形變化曲軸成型過程中，其塑性流動大致能分為三個不同區(qū)域,即曲柄、主軸徑和曲柄銷區(qū)。曲柄銷區(qū)受上下沖頭的夾緊作用，隨沖頭向下運(yùn)動,基本上為無變形的剛體運(yùn)動，而主軸徑區(qū)也由于曲柄成型模塊的夾緊作用，做水平剛體運(yùn)動。曲柄區(qū)則是兩剛性區(qū)間的過度去，其速度模式完全受該兩區(qū)域運(yùn)動的影響，在靠近曲柄銷的材料以向下運(yùn)動為主，并且自上向下逐漸加強(qiáng);主軸徑附近的材料自于該區(qū)的運(yùn)動類似，并且從上往下逐漸減弱；曲柄中間區(qū)域的材料受曲柄銷和主軸徑運(yùn)動的復(fù)合作用。隨著變形過程的進(jìn)行，曲柄銷與主軸徑逐漸形成偏心，而曲柄區(qū)域則被鐓粗。曲柄區(qū)域的塑性流動能從圖2清楚看出，由于兩鐓粗端的摩擦約束作用，曲柄部分各橫截面的x向運(yùn)動以中截面B-B為最大，但對于整個曲柄區(qū)沿y向下運(yùn)動明顯占優(yōu)，這樣截面由初始圓形逐漸變?yōu)闄E圓。B-B截面的水平鐓粗效果最大，到第594步，在該截面處首先與模腔發(fā)生接觸，至此曲軸的成型過程以此時為標(biāo)志分為自由成形和限制成形兩個階段。從圖2看出當(dāng)曲柄中截面與模腔發(fā)生接觸時，由于接觸部位的約束作用,使得該截面的塑性流動分為上下兩部分，上部的材料向上流動明顯加大,而下部的向下流動略有增加，但是因為材料向下運(yùn)動速度比向上運(yùn)動要快得多，所以模具的下腔首先充滿。同時，由于此時曲柄銷與主軸徑之間的偏心也較大，曲柄部分的材料受曲柄銷與主軸徑運(yùn)動的影響也越來越小,開始向尚未充滿的區(qū)域流動，直至變形過程結(jié)束。圖2不同階段的A-A,B-B,C-C截面網(wǎng)格圖和縱向剖面網(wǎng)格圖2.4、高溫結(jié)構(gòu)材料的鍛壓加工鈦鋁合金因具有低密度、高剛性及良好的高溫強(qiáng)度、抗蠕變和抗氧化能力等特點而作為高溫結(jié)構(gòu)材料已得到廣泛應(yīng)用，且近年來不斷開發(fā)出新的品種。鍛壓加工在提高此類材料性能方面發(fā)揮著重要的作用，如對Ti-10V-2Fe-3Al,可通過在其a+&區(qū)進(jìn)行50%的鍛壓形變和適當(dāng)?shù)臒崽幚恚乖璸相粒子沿鍛壓延伸的縱向伸長,而初生的a相則均勻分布，從而使合金實現(xiàn)強(qiáng)度和韌性的有效組合;對含Nb8.5%且具雙相組織(DP)的TANB合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3W-0.3B-0.05Y)和TANM合金(Ti-45Al-8.5Nb-0.3Mo-0.05Y),經(jīng)1280°C/2h保溫處理后進(jìn)行變形量約為78%的鍛壓加工，由于Nb原子的固溶強(qiáng)化及高溫穩(wěn)定性的發(fā)揮，其室溫和高溫強(qiáng)度均明顯高于普通鈦鋁合金。又如對在含少量Mo、V及Ti的基礎(chǔ)上再添加微量Nb所形成的第三代微合金鋼，可通過一定的模鍛工藝及隨后的迅速冷卻而獲得細(xì)晶組織，其間氰化鈮的彌散沉積取代了模鍛過程中鋼的再結(jié)晶，而快速冷卻則有利于均布碳化物的馬氏體結(jié)構(gòu)的形成。目前，瑞典的沃爾沃汽車公司生產(chǎn)的模鍛件已有50%采用這種微合金鋼。2.4、 滑座和底座材料均為55號鑄鋼，滑座每只重4噸，底座重4.5噸。左、右滑座在上壓模斜面的作用下，沿著底座上的導(dǎo)軌向中間移動，產(chǎn)生水平壓力，對坯料進(jìn)行徽粗。上壓模和滑座間，滑座和底座間的接觸面，是高壓下的滑動面，在材料和制作上要求較高。在上壓模和滑座之間先采用球鐵和45號鋼作為摩擦面，因材料太軟都傷很大，以致于受力不均，發(fā)生過滑座和底座導(dǎo)軌咬合不能滑動的現(xiàn)象丫后來一律采用55號鑄鋼，刮傷現(xiàn)象大大減輕。滑座和痛擔(dān)導(dǎo)軌也同樣一律采用55號鑄鋼，情況良好。2.5、 坯料的加熱在專用的加熱爐中分段加熱，加熱一次壓一個曲拐。在專用的加熱爐中分段加熱，加熱一次壓一個曲拐。入和取出。燃料為柴油，油泵壓力1.6公斤/厘米2,壓縮空氣通過減壓閥后噴出，壓力為2公斤/厘米2。油壓和風(fēng)壓均可調(diào)節(jié)。耗油量每小時約巧公斤。坯料采用快速加熱法，從室溫加熱到鍛造溫度（1250°C）需45分鐘。2.6、吊具坯料是由吊具來操縱的，坯料一端放入吊具孔內(nèi)，用螺釘固緊，吊具上有三個互成120“的吊環(huán)，通過吊鉤吊在橫架上的一端，橫架的另一端掛一吊鉤，吊住坯料，其部位視實際情況而定，只要使坯料處于水平和不妨礙操作。橫架吊在天車上。吊具上三個互成120。的吊孔是為了使被吊的坯料在入模內(nèi)前處于比較正確的位置以便于操作。2.7、校驗由于坯料長而重（坯料長4059毫米，鍛好后長2442毫米，重700多公斤）；工藝上是局部加熱，分段多次鍛造；再加上吊運(yùn)和鍛壓時的一些因素，因此鍛件有彎曲。據(jù)測量，主軸頸彎曲最大有7到8毫米，所