謝秀紅，吳本剛，朱德嵩

（1.江蘇省技術(shù)產(chǎn)權(quán)交易所，江蘇南京210008;2.南京汽車集團(tuán)，江蘇南京210037;3.南京汽車鍛造有限公司，江蘇南京 210033）

0 引言

左曲軸是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要組成部分，采用熱擠壓成形工藝應(yīng)用于左曲軸鍛件的生產(chǎn)既能滿足產(chǎn)品的品質(zhì)要求，又能最大限度降低生產(chǎn)成本。經(jīng)反復(fù)試制與經(jīng)驗(yàn)積累，通過(guò)對(duì)左曲軸的工藝分析，采用逆向法計(jì)算零件毛坯，并調(diào)整凸、凹模間隙配合與飛邊橋部寬度等一系列工藝改進(jìn)措施，使左曲軸生產(chǎn)操作更方便、產(chǎn)品品質(zhì)更穩(wěn)定，從而最終確定了其熱擠壓成形工藝方案。

1 熱擠壓設(shè)計(jì)工藝

圖1所示為摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的左曲軸鍛件圖。其材料為20CrMoH，質(zhì)量1.9 kg?；隗w積不變?cè)瓌t，采用逆向法計(jì)算零件毛坯［1］，經(jīng)過(guò)分析、計(jì)算，此件盤(pán)部質(zhì)量為1.4 kg，桿部細(xì)長(zhǎng)，質(zhì)量為 0.5 kg，不宜采用鐓粗法鍛造，于是決定采用熱擠壓成形工藝方法進(jìn)行鍛造。

圖1 左曲軸鍛件圖

由于對(duì)熱擠壓工藝沒(méi)有足夠的經(jīng)驗(yàn)，所以先設(shè)計(jì)了一 套試驗(yàn)性生產(chǎn)模具，進(jìn)行小批量調(diào)試。初步設(shè)計(jì)工藝步驟為:第一步預(yù)鍛先擠出部分桿部，第二步終鍛再擠出其余的桿部并使盤(pán)部成形。其中桿部頂端最難充滿，所以預(yù)鍛時(shí)應(yīng)讓這一段先成形，使終鍛時(shí)整個(gè)桿部容易成形。這樣可以減小終鍛時(shí)的擠壓變形抗力，從而使盤(pán)部比較容易充滿。這樣設(shè)計(jì)，可使熱擠壓成形力盡可能分散到各道工步上，緩解預(yù)鍛擠壓抗力較大的狀況，以免預(yù)鍛模提前報(bào)廢。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)、改進(jìn)，確定了如圖2所示的預(yù)鍛鍛件圖。桿部長(zhǎng)度約為80 mm，其中桿部頂端30 mm長(zhǎng)的一段與鍛件圖的最終形狀相同。設(shè)計(jì)模具時(shí)，把閉式預(yù)擠壓的凸、凹模作成單邊間隙0.2 mm的圓柱面間隙配合，為了使終鍛毛刺容易切除，又考慮到終鍛時(shí)的擠壓變形抗力不太大，所以終鍛模設(shè)計(jì)成帶有飛邊槽的自由式擠壓鍛模［2］。（圖3）。

這時(shí)，擬定的工藝流程為:第一工步，坯料鐓粗去除氧化皮;第二工步，閉式預(yù)擠壓（帶下頂桿）;第三工步，有飛邊終鍛成形（帶下頂桿）。其生產(chǎn)的主要鍛壓設(shè)備為2 500 t熱模鍛壓力機(jī)。

2 存在問(wèn)題

通過(guò)小批量的試生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)該方案預(yù)期的效果不太理想。主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:

1）預(yù)鍛時(shí)，鍛件毛刺包在凸模上，難以出模。

2）預(yù)鍛的凸、凹模間隙難以調(diào)整，容易造成單邊間隙過(guò)大或過(guò)小，致使預(yù)擠壓形成的毛刺在圓周上分布很不均勻，妨礙預(yù)鍛毛坯在終鍛模的定位，而且毛刺會(huì)內(nèi)翻被打進(jìn)鍛件中形成折疊，造成鍛件報(bào)廢。

3）終鍛時(shí)，盤(pán)部不易充滿，并且厚薄不均。

3 工藝改進(jìn)

經(jīng)過(guò)多次的分析、研究與反復(fù)試驗(yàn)，把預(yù)擠壓模的凸、凹模圓柱面間隙配合改為斜度為7°的圓錐面間隙配合（合模時(shí)單邊間隙為0.2 mm）。這樣一來(lái)，就克服了預(yù)鍛時(shí)出模難的問(wèn)題。此外，由于凸、凹模間隙是一個(gè)隨時(shí)間變化的變量，壓力機(jī)滑塊越接近下死點(diǎn)，凸、凹模的間隙就越?。ǖ较滤傈c(diǎn)時(shí)凸、凹模的間隙為0.2 mm），預(yù)鍛時(shí)所產(chǎn)生的金屬流動(dòng)阻力也隨著壓機(jī)的下行而變得越來(lái)越大，所產(chǎn)生的閉式擠壓力也就越來(lái)越大，這些比較符合長(zhǎng)錐桿件熱擠壓塑性成形變形力的函數(shù)分布規(guī)律［1］和曲柄壓力機(jī)工作時(shí)的力學(xué)特點(diǎn)［3］，使得預(yù)擠壓成形更加輕松。這時(shí)，擠壓所產(chǎn)生的毛刺在圓周上分布得也比較均勻，再加上毛刺呈圓錐面分布，終鍛時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生定位困難和毛刺向內(nèi)翻形成折疊之類的問(wèn)題了。同時(shí)，為了增大終鍛時(shí)的成形力，使盤(pán)部更易充滿，把終鍛模的飛邊橋部寬度從原來(lái)的10 mm增加到20 mm（圖4）。

圖4 改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后的左曲軸熱擠壓成形工藝方案，克服了以往工藝方案的諸多缺點(diǎn)。它使得生產(chǎn)線上工人操作更方便、產(chǎn)品品質(zhì)更穩(wěn)定，而且更充分利用了模具資源，使鍛模壽命獲得了成倍地提高，從而大大降低了生產(chǎn)成本。經(jīng)過(guò)3個(gè)月時(shí)間的生產(chǎn)驗(yàn)證，未發(fā)現(xiàn)其他問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不斷努力，此項(xiàng)工藝也日趨完善，為南京汽車鍛造有限公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］汪大年.金屬塑性成形原理［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［2］洪深澤.擠壓工藝及模具設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］羅晴嵐.曲軸鍛件的生產(chǎn)與模鍛線設(shè)計(jì)［J］.鍛壓機(jī)械，2001（2）:6-11.