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(gè)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(tái)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(duì)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(chǎng)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(lái)越受到了重視和應(yīng)用。本文采用Pro/E軟件對(duì)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(duì)較低、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、上下模接近時(shí)不能壓靠、完成后有頂出裝置，所以，鍛模不需要承受鍛壓時(shí)產(chǎn)生的過(guò)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(shí)，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(dòng)，是承受鍛造負(fù)荷的主要部件。目前，已經(jīng)開發(fā)出來(lái)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(gè)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(lái)說(shuō)，一個(gè)模塊上可以只設(shè)置一個(gè)模膛，也可以同時(shí)設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)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(gè)模塊只適合設(shè)置一個(gè)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(zhǎng)方形和圓柱形兩種。其中，與圓柱形的模塊相比，長(zhǎng)方形的模塊在調(diào)整和加工時(shí)都更為簡(jiǎn)便，所以，長(zhǎng)方形的模塊在應(yīng)用中更為廣泛。本模具設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)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(shí)，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(shí)，在模鍛時(shí)會(huì)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(cuò)移，同時(shí)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(lái)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(huì)導(dǎo)致模膛中心與鍛模中心的不重合。同時(shí)，因鍛件精度要求較高，如果設(shè)備在長(zhǎng)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(shí)添加導(dǎo)鎖。根據(jù)上述分析將導(dǎo)鎖設(shè)計(jì)為對(duì)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(shí)，金屬在上下模塊的一次行程中成形，這時(shí)積聚在型腔內(nèi)的空氣受壓，如果無(wú)法溢出，就會(huì)在型腔內(nèi)產(chǎn)生較大的壓力，阻礙金屬充滿整個(gè)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(gè)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(gè)方面。同時(shí)，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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)較為復(fù)雜，在加工時(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(duì)模具經(jīng)過(guò)淬火之后才能進(jìn)行，所以，在加工時(shí)刀尖切削刃發(fā)生崩裂甚至整個(gè)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(duì)曲軸鍛模型腔精加工時(shí)宜采用電火花方式進(jìn)行。常見的加工工藝過(guò)程為：模塊鍛坯f毛坯退火f銃削各個(gè)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(tái)，不僅能夠