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三拐曲轴锻造工艺

摘要:详细阐述一种整体三拐曲轴锻造成型的新工艺及操作要点,通过对锻造成型变形工艺的设计、配合特殊角度的使用,生产出锻件合格率高,金属纤维流线更合理的曲轴,使用寿命长。同时简化操作,改善工人劳动环境。

三拐曲轴

前言

   曲轴是活塞式压缩机的动力传动核心部件,将电机的旋转运动转换为往复运动的部件,负担传递活塞式压缩机的全部驱动功率,承受拉、压、剪切、弯曲、扭转等交变复合作用,因此作为压缩机的关键部件,曲轴锻件的质量对产品的整体性能起着至关重要的作用。由于三个曲拐互成120°角,锻造成型难度大,目前成型工艺存在锻件尺寸、角度不易合格,锻造余量较大等缺点。根据曲轴的构造的特点(如图1),公司提出一种新型的锻造工艺方法,通过合理的设计变形工艺,提高曲轴的一次合格率和生产效率,同时改善工人劳动环境。

1、常见的三拐曲轴的锻造方法及其存在的问题


方法一:

  采用钢锭锻造,第一火压钳口,去锭底、镦粗;第二火拔长成扁方下料;第三火用窄砧子,拔Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ轴径至尺寸;第四火压机锤头压住Ⅴ部,操作机夹持冒口端顺时针扭转Ⅶ部60°,压机锤头压住Ⅴ部,操作机夹持水口端逆时针扭转Ⅲ部60°,拔长I、Ⅱ部至尺寸,精整其余各部至尺寸出成品。

   该成型方法存在的主要问题是第四火加热温度较高,扭转工序中,曲轴因自身重力作用发生的弯曲和扭转产生的变形相互叠加,容易导致尺寸不合格而报废;其次,利用操作机夹持曲拐处时容易夹出凹坑,并极易损坏钳口液压系统,对设备危害较大;操作难度大,对工人技术要求高,曲拐处锻造余量大,合格率较低。

方法二:

   采用钢锭锻造,第一火压钳口,去锭底、镦粗;第二火拔长成正六方下料;第三火依次将Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ部位压成扁方,操作机顺时针旋转60°,Ⅳ、Ⅴ部压扁方。操作机逆时针旋转120°,Ⅲ部压扁方。拔出Ⅰ、Ⅱ轴径部位;第四火用窄砧子拔出Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ部位,最后精整至成品尺寸。

采用该成型方法存在的主要问题是钢锭压正六方,再将正六方压扁方,最后将扁方压成轴径为圆的成品尺寸时因金属的不对称变形,极易导致曲轴整体角度、尺寸不合格,需多次校直角度,且一次合格率较低。

2技术要求

   整体锻造三拐曲轴选用材质42CrMoA,质量要求很严:锻件执行JB/T5000.8-98标准;超声波探伤执行GB/T6402-2008 标准,要求缺陷当量单点≤φ2mm。锻件图见图1

三拐曲轴锻件图

3、工艺方案

3.1 原材料的选用及工艺规划

  材料生产过程中采用的牌号是42CrMoA,工艺路线:钢锭加热→压钳口→倒棱→去锭底→镦粗→拔长→压轴径→压三个曲拐成扁方(三个拐互成120°角)→精整各部位至成品尺寸。具体锻造变形工序见表1

三拐曲轴锻造工序

3.2 具体锻造变形过程

   由三拐曲轴零件图样确定出所需的钢锭重量为16.6 吨,采用30MN 水压机锻造。将钢锭装入燃气加热炉中加热,使钢锭温度均匀、透烧,加热温度1200℃~1220℃。

    第一火:钢锭压钳口、倒棱、去锭尾。

   第二火:利用镦粗平台进行镦粗,镦粗至φ1450mm,镦粗比大于1.9。采用上平、下型砧子,将镦粗后的钢锭拔长至φ770mm。单次压下量≥120mm。钢锭通过镦粗变形,增加锻比,使本工序拔长锻造比达到3.5 以上,可以有效破碎钢锭粗大树枝晶、焊合内部疏松等缺陷,进一步提高产品内在质量。

  第三火:将圆形坯料用三角压刻,采用根据成品曲轴尺寸设计的专用窄平砧,拔长轴径Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ部位。

  第四火:采用上平砧、下宽平砧压Ⅶ部成扁方;操作机顺时针旋转60°,配合特制角度尺测量角度,Ⅴ部压扁方;操作机逆时针旋转120°,配合特制角度尺测量角度,Ⅲ部位压扁方,期间注意三个曲拐必须互相呈120°,精整各部位至成品尺寸。压扁方时送进量要大,便于曲拐部位展宽。

   锻造后的毛坯锻件装入热处理炉正火,正火温度880±10℃,退火温度670±10℃,细化晶粒,减少锻造应力,降低锻件硬度,利于后续加工。

3.3 新工艺要点

  针对曲轴成型后各拐角度尺寸不合格、锻造余量大以及生产效率低等问题,新工艺在设计整体锻曲轴锻造工艺时,关键在于采取了锻制圆形坯料直接下料的新方法,将坯料锻造成台阶轴,利用操作机和特殊角度尺的配合,将三个互成120°角的曲拐锻造成型,同时三个曲拐压扁时送进量要控制合理,保证曲拐宽度尺寸。检验后探伤,高倍、低倍等全部合格,尺寸一次合格率达到98%以上,该工艺取得了很好的效果。


4、结论

   实践证明,采用新型的锻造成型工艺,并采用特制角度尺配合锻造成型,使三拐曲轴锻件尺寸一次合格率达到98%以上,且锻件的金属纤维流线更好,满足产品质量要求,减少曲拐处锻造余量,降低锻件毛坯工艺重量,减少产品制造成本,降低操作难度,改善生产环境,易于实现批量生产。


宋体锻造曲轴尺寸