曲軸鍛模工藝及模具設(shè)計(jì)研討

這種曲軸適宜采用水平分模。由于其中的4個平衡塊都不需要機(jī)加工需要機(jī)加工的位置只有連桿頸、主軸頸和大小頭的臺階軸等部位。但由于曲軸的鍛造精度要求高，一般上下模的對稱度要求W0.3mm，甚至更高，所以鍛造難度比較大。由于大部分曲軸形狀較為復(fù)雜，自成體系，在制造上和其他鍛件的生產(chǎn)有著很大的區(qū)別，如果采用人工計(jì)算、設(shè)計(jì)曲軸鍛件和鍛模的方法，難度大、工序多，已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)精度要求和市場的要求。特別是因?yàn)楫?dāng)前的生產(chǎn)不斷向著高復(fù)雜、高精密、多品種以及設(shè)計(jì)制造的短周期方向發(fā)展，鍛模CAD/CAM技術(shù)越來越受到了重視和應(yīng)用。本文采用Pro/E軟件對133曲軸的鍛模進(jìn)行設(shè)計(jì)。曲軸鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于熱模鍛壓力機(jī)的工作速度相對較低、運(yùn)動平穩(wěn)、上下模接近時不能壓靠、完成后有頂出裝置，所以，鍛模不需要承受鍛壓時產(chǎn)生的過剩能量，不用考慮鍛模受力面積的大小，在這種情況下，鍛模大多是在通用模架內(nèi)添加帶型槽鑲塊的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)的鍛模主要包括通用模架、模塊、模塊墊板、模塊緊固件、導(dǎo)套、導(dǎo)柱、頂出機(jī)構(gòu)等不同的零件。在設(shè)計(jì)熱模鍛壓機(jī)模具結(jié)構(gòu)時，主要應(yīng)該考慮模架、模塊、導(dǎo)鎖、排氣孔、收縮率等。模架模架的作用是緊固模塊，并且能夠傳遞鍛壓機(jī)頂料運(yùn)動，是承受鍛造負(fù)荷的主要部件。目前，已經(jīng)開發(fā)出來的模架類型有很多，可供選擇使用，當(dāng)然，也可以根據(jù)不同的工藝需要自行設(shè)計(jì)。較為常用的有兩種：一是壓板式模架，二是定位鍵式模架。根據(jù)133曲軸的實(shí)際情況一般選用定位鍵式模架作為基礎(chǔ)。這種模架的優(yōu)點(diǎn)是：先用鍵實(shí)現(xiàn)鑲塊、墊板以及模座進(jìn)行前后左右方向上的定位，再用螺栓把三部分緊固成一個整體。定位鍵呈十字型分布，鑲塊的尺寸可以在較大范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。模塊在組合式模具中，模塊是其中最重要的主體。在模塊上需要開設(shè)成形的模膛，而模膛的尺寸則由熱鍛件圖的尺寸和形狀確定。一般來說，一個模塊上可以只設(shè)置一個模膛，也可以同時設(shè)置兩個或多個模膛。在本套曲軸的模具中，由于曲軸的形狀較為復(fù)雜，在一個模塊只適合設(shè)置一個模膛。模塊的結(jié)構(gòu)和形式應(yīng)當(dāng)和模架的結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)，一般在應(yīng)用中有長方形和圓柱形兩種。其中，與圓柱形的模塊相比，長方形的模塊在調(diào)整和加工時都更為簡便，所以，長方形的模塊在應(yīng)用中更為廣泛。本模具設(shè)計(jì)采用長方形結(jié)構(gòu)，其尺寸定為600mmX380mm。導(dǎo)鎖利用鍛壓機(jī)進(jìn)行模鍛時，雖然有良好的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可是，如果鍛件的分模面是斜面、曲面，或者鍛模和模膛中心存在較大的偏移量時，在模鍛時會產(chǎn)生一定量的水平分力，這種水平分力很容易引起鍛模與鍛件之間的錯移，同時增加了壓機(jī)導(dǎo)軌、模具導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的磨損。所以，為了避免出現(xiàn)這種情況，常常在鍛模模塊上添加鎖扣來平衡水平分力。在曲軸的鍛模設(shè)計(jì)中，考慮到曲軸模鍛的變形阻力不均勻，會導(dǎo)致模膛中心與鍛模中心的不重合。同時，因鍛件精度要求較高，如果設(shè)備在長期使用后，導(dǎo)向精度也難以達(dá)到產(chǎn)品的精度要求，所以在設(shè)計(jì)時添加導(dǎo)鎖。根據(jù)上述分析將導(dǎo)鎖設(shè)計(jì)為對角形式。本套模具的導(dǎo)鎖尺寸為80mmX80mmX52mm，拔模斜度為3°，導(dǎo)鎖間隙0.2mm。排氣孔當(dāng)終鍛模膛存在較深的型腔時，金屬在上下模塊的一次行程中成形，這時積聚在型腔內(nèi)的空氣受壓，如果無法溢出，就會在型腔內(nèi)產(chǎn)生較大的壓力，阻礙金屬充滿整個型腔內(nèi)部，所以，在模具設(shè)計(jì)中需要考慮在型腔內(nèi)最后充滿金屬的部位開設(shè)若干個排氣孔。在曲軸的模具中，排氣孔的直徑確定為準(zhǔn)2mm，孔深10mm，后部可以用準(zhǔn)5mm的通孔使其與通道相通?？紤]到不同的因素，在Pro/E軟件中設(shè)計(jì)出曲軸（預(yù)）終鍛模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。鍛模材料熱處理及加工工藝鍛模材料選擇133曲軸終鍛模模型如圖3所示。要想選擇合適的鍛模材料，需要考慮眾多的因素，其中鍛造設(shè)備、鍛件材料、型槽深度和復(fù)雜程度、鍛造溫度、鍛件的公差等為關(guān)鍵的幾個方面。同時，與錘鍛模需要承受較大的沖擊載荷不同，壓力機(jī)鍛模則要承受較高的熱載荷。由于鍛模長期處于200°C以上的條件下使用，其材料需要按規(guī)定采用耐熱模具鋼。這類模具鋼的含碳量為0.3%?0.6%，主要元素有Cr、Mo、W、V、Ni等。在鍛模中，對于深模槽和一些大模塊，還要求用具有較好的韌性和淬透性的模具鋼，型槽越深、模塊越大，模塊的強(qiáng)度則應(yīng)選得相對低些。在綜合分析的基礎(chǔ)上，確定選用熱鍛模中最常用的5CrNiMo鋼作為133曲軸的鍛模材料，其化學(xué)成分見表1。鍛模的熱處理鍛模的熱處處理采用油淬方式，一般淬火的溫度在820?860C之間，在500C時回火，最終保證鍛模材料的硬度在45?48HRC之間。需要采用二次回火的方式，使第一次回火后的殘留奧氏體發(fā)生充分轉(zhuǎn)變。曲軸模具加工工藝由于曲軸鍛模相對較為復(fù)雜，在加工時需要采用多種加工工藝和方法。其中鍛模型腔的最終加工精度直接影響著曲軸鍛件的精度，所以，對于型腔的加工精度是鍛模加工的關(guān)鍵所在。特別是曲軸的鍛模型腔形狀較為復(fù)雜，相對較深而又狹窄，加工精度要求又高，所以，加工存在一定的難度。一般地，在型腔較深處切削加工時，要求刀具直徑小，強(qiáng)度相應(yīng)地就降低，特別是精加工大都是在對模具經(jīng)過淬火之后才能進(jìn)行，所以，在加工時刀尖切削刃發(fā)生崩裂甚至整個刀具斷裂的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。綜合考慮以上各種因素，對曲軸鍛模型腔精加工時宜采用電火花方式進(jìn)行。常見的加工工藝過程為：模塊鍛坯f毛坯退火f銃削各個平面一型面粗銃一型面半精銃一模塊淬火一型面電火花精加工（切邊模用線切割機(jī)床加工）f型腔拋光f檢驗(yàn)。結(jié)論由于曲軸結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，在鍛模制造上也具有一定的特殊性。借助于Pro/E設(shè)計(jì)加工平臺，不僅能夠