文/高潔·遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

斯太爾六拐模具和扭拐式鍛造工藝

文/高潔·遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展及市場競爭的日益加劇，企業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量及成本控制越來越嚴(yán)格。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟，為汽車提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)配件質(zhì)量優(yōu)劣及其成本控制是一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)是否有競爭力的重要的因素。配件產(chǎn)品質(zhì)量越高，成本越低，企業(yè)的競爭力越強(qiáng)。而發(fā)動(dòng)機(jī)配件中最重要的零件就是曲軸，要想提高曲軸的質(zhì)量，對生產(chǎn)曲軸鍛件所使用的模具進(jìn)行關(guān)注顯得非常重要。本文主要分析斯太爾六拐曲軸模具在生產(chǎn)工藝中遇到的問題，并且給出實(shí)際的解決方法。

生產(chǎn)工藝

分析生產(chǎn)工藝

斯太爾六拐曲軸是用于組裝重型載重汽車用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件，有六個(gè)互成120°的連桿軸頸及12個(gè)平衡塊組成，成品曲軸如圖1所示。

圖1 成品六缸斯太爾曲軸

由于是重型載重汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸，此曲軸必須通過模鍛毛坯成形的方式對其進(jìn)行加工，但此曲軸模鍛難度非常大，具體難點(diǎn)如下：

⑴此曲軸共有12個(gè)平衡塊，與普通六缸曲軸相比多出4個(gè)平衡塊，即多出3、4、9、10平衡塊。

⑵平衡塊外輪廓R較大，熱鍛件的外輪廓R可以達(dá)到117.7mm。

⑶鍛造模鍛斜度僅為3°。

在試驗(yàn)生產(chǎn)該鍛件的過程中，發(fā)現(xiàn)該鍛件終鍛模具3、4、9、10平衡塊凸起部位極易磨損，鍛件很難充滿。因此，通過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，采取改進(jìn)工藝的方式，對3、4、9、10平衡塊原始設(shè)計(jì)分模位置，其模具三維模型如圖2所示。

圖2 3、4、9、10平衡塊模具型腔

試驗(yàn)結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，3、4、9、10平衡塊較大，型腔較深是產(chǎn)生以上問題的根源所在。型腔較深處可達(dá)161mm左右，在模鍛過程中勢必造成該處型腔填充困難，模具凸起處磨損較快，R為40.6mm處出現(xiàn)填充不滿的現(xiàn)象。

為了改善模具型腔較深而導(dǎo)致鍛件填充不滿的狀況，降低模具凸起處高度，下落3、4、9、10平衡塊連桿頸處分型面位置，由65mm改為35mm，連桿頸處分型面下落高度為30mm，下落后平衡塊剖面圖如圖3所示，該處成形模具三維圖如圖4所示。修改后型腔較深處為133mm左右，但連桿頸處加工余量增大，連桿頸外形如圖5所示。

圖3 平衡塊剖面圖

圖4 連桿頸分型位置模具三維圖

圖5 連桿頸外形

以上設(shè)計(jì)雖然改善了模具型腔填充困難及模具壽命較低的情況，但在生產(chǎn)過程中模具凸起處仍然較高，也極易磨損、變形。R為40.6mm處填充困難及填充不滿現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，在生產(chǎn)中不得不加大原材料直徑，增加鍛造溫度，下料規(guī)格為φ167mm×1010mm，下料質(zhì)量為173.6kg，終鍛溫度為1240±20℃。最終導(dǎo)致該產(chǎn)品材料成本居高不下，且在生產(chǎn)過程中不時(shí)出現(xiàn)鍛件過燒現(xiàn)象及填充不滿現(xiàn)象，模具壽命僅為3000件左右。在3000件左右中還包括兩次模具下沉修復(fù)所生產(chǎn)的鍛件數(shù)量，由于3、4、9、10平衡塊終鍛模具型腔模具凸起處較高，磨損較嚴(yán)重，模具每次下沉修復(fù)均不能下沉到缺欠消失為止。

扭拐式鍛造工藝

針對斯太爾六拐曲軸鍛件模鍛成本居高不下的情況，經(jīng)過多方調(diào)研，考察國內(nèi)外六拐曲軸鍛件生產(chǎn)工藝，決定改變傳統(tǒng)的六拐曲軸整體鍛造模式，用扭拐式鍛造方法取代整體式的鍛造方法。在鍛造該曲軸時(shí)將原互成120°的六拐曲軸在終鍛模具型腔內(nèi)鍛造成互成180°六拐曲軸。

圖6 整體鍛造熱鍛件三維模型

圖7 扭拐鍛造熱鍛件三維模型

圖8 扭拐鍛造終鍛模具

■表1 斯太爾六拐曲軸對比數(shù)據(jù)

這樣在模具中就沒有高的凸起，分型面全部為水平，然后使用扭拐機(jī)將互成180°六拐扭拐成互成120°六拐，接著使用壓力機(jī)校正六拐角度，使生產(chǎn)的鍛件符合鍛件圖紙要求。即將原鍛造工藝：預(yù)斷→終鍛→切邊→校正，更改為預(yù)斷→終鍛→切邊→扭拐→校正，非扭拐熱鍛件三維模型如圖6所示，扭拐熱鍛件三維模型如圖7所示，扭拐3、4、9、10平衡塊終鍛模具型腔如圖8所示。通過圖8可以看出終鍛模具型腔最深處僅為65mm左右，材料填充比較容易，不需要更多材料即可使鍛件飽滿成形。

通過改變模鍛成形工藝，斯太爾六拐曲軸鍛造用鋼材質(zhì)量及鍛件質(zhì)量顯著下降，同時(shí)模具壽命也得到較大提高，極大地降低了斯太爾六拐曲軸鍛件的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了該產(chǎn)品在市場上的競爭力。改變鍛造工藝前后有關(guān)下料規(guī)格、下料質(zhì)量、模具壽命等具體對比數(shù)據(jù)如表1所示。

結(jié)束語

大型斯太爾六拐曲軸作為大型發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)的核心部件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、汽車、機(jī)械、船舶等行業(yè)。筆者通過對斯太爾六拐曲軸生產(chǎn)工藝的分析，提出了扭拐式鍛造工藝。這種鍛造工藝解決了斯太爾六拐曲軸整體鍛造法成形困難，無法滿足用戶質(zhì)量要求的難題。