張曉旭 郭海萍 趙艷敏 李晶晶

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

曲板互成120°三拐曲軸鍛造工藝研究

張曉旭 郭海萍 趙艷敏 李晶晶

(沈陽(yáng)鑄鍛工業(yè)有限公司鍛造分公司，遼寧110142)

闡述了曲板互成120°三拐曲軸鍛件的整體鍛造成型工藝方法及操作要點(diǎn)，最終生產(chǎn)出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的三拐曲軸。

曲軸；鍛造工藝；成型

曲軸是活塞式往復(fù)壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，它接受電動(dòng)機(jī)以扭矩形式傳來(lái)的動(dòng)力，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)壓縮氣體而做功。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受復(fù)雜、交變的動(dòng)態(tài)載荷，它的可靠性直接影響整機(jī)的可靠性和使用壽命。曲軸作為往復(fù)泵動(dòng)力端中最關(guān)鍵的受力零件，隨著往復(fù)泵功率密度的不斷提升和強(qiáng)化，曲軸的工作條件愈加苛刻。因此，對(duì)曲軸鍛件本身的性能要求也就越高。三拐曲軸鍛件在生產(chǎn)過(guò)程中的主要難點(diǎn)有：一是鍛件形狀復(fù)雜，由3個(gè)互成120°的曲板組成，成型時(shí)保證角度準(zhǔn)確是自由鍛控制的難點(diǎn)；二是成型過(guò)程控制不當(dāng)容易產(chǎn)生脫節(jié)，造成鍛件報(bào)廢；三是無(wú)損檢測(cè)要求較嚴(yán)，制造難度較大。

1 三拐曲軸鍛件圖及技術(shù)要求

我們?yōu)槟彻旧a(chǎn)的三拐曲軸，鍛件圖如圖1。材質(zhì)為42CrMoA，超聲檢測(cè)執(zhí)行GB/T 6402—2008中規(guī)定的4級(jí)，要求單個(gè)點(diǎn)狀不連續(xù)缺陷當(dāng)量直徑在?3 mm以下，長(zhǎng)條或密集形點(diǎn)狀不連續(xù)缺陷的當(dāng)量直徑在?2 mm以下。

2 三拐曲軸鍛造工藝過(guò)程

2.1 原材料的選用

(1)該三拐曲軸所用材質(zhì)為高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼42CrMoA，執(zhí)行GB/T 3077—1999。由于對(duì)三拐曲軸的低倍組織及非金屬夾雜物的要求比較嚴(yán)格，為保證其質(zhì)量，采用電渣重熔鋼錠，減少鋼錠原材料本身的夾雜與偏析，控制S、P≤0.015%、[H]≤3×10-6。

(2)鍛件重3300 kg，采用4.1 t電渣重熔鋼錠鍛造，溫度范圍為1220～750℃。

2.2 鍛造成型過(guò)程分析

圖 1 三拐曲軸鍛件圖Figure 1 Forging drawing of three-throw crankshaft

(1)為確保鍛件(見(jiàn)圖1)中3個(gè)曲板Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部位之間互成120°，首先需要鍛制正六方鍛坯。要求六方必須保證尺寸，角度正確，避免在后序變形時(shí)因此而發(fā)生角度失控。根據(jù)三拐曲軸板部寬度和厚度截面尺寸680 mm×380 mm，確定鍛制六方鍛坯的尺寸為六方700 mm。

(2)成型的方式。一種是將圖1所示Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分，分別壓正六角形面對(duì)面方向，使其互成60°角。但是以六角形面對(duì)面壓曲拐部分時(shí)，壓后角對(duì)角變形較大，當(dāng)壓六邊形角時(shí)，操作機(jī)轉(zhuǎn)角時(shí)失去了基準(zhǔn)，角度控制難度增加，容易造成角度失控。因此，本文中采用另一種方式，將圖1所示Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分分別壓正六角形角對(duì)角方向，使其互成60°角。

(3)曲拐部分角度的控制是該六拐曲軸鍛造成型過(guò)程中最關(guān)鍵的部分。為了更有效控制曲拐部分角度，設(shè)計(jì)了專用角度校正砧子，將壓好的曲板放在角度校正砧內(nèi)，壓相鄰的曲板，使得角度控制更準(zhǔn)確，操作更方便快捷。曲板間角度控制示意圖如圖2所示。

圖2 曲板間角度控制示意圖Figure 2 Schematic of angle control between crankthrow plates

2.3 具體鍛造變形過(guò)程

4.1 t電渣重熔鋼錠尺寸規(guī)格為?740 mm×?710 mm×1250 mm。

Ⅰ火：鐓粗至?1100 mm。根據(jù)鍛件檢測(cè)要求，鍛造比選取K≥4。4.1 t鋼錠的現(xiàn)有尺寸規(guī)格，直接拔長(zhǎng)顯然不能滿足鍛比的要求，需要增加鐓粗工序，提高鍛比，以有效的打碎鑄態(tài)組織，提升曲軸鍛件的綜合性能指標(biāo)。鐓粗后增加保溫時(shí)間，有利于金屬元素?cái)U(kuò)散均勻和改善偏析程度，同時(shí)也為鍛造時(shí)焊合大截面鍛件心部的空隙缺陷創(chuàng)造有利條件。因此在鐓粗后嚴(yán)格控制保溫溫度，并將保溫時(shí)間增加20%，使坯料加熱均勻，為走扁方拔長(zhǎng)，進(jìn)行中心壓實(shí)，焊合坯料中心疏松，創(chuàng)造必要條件。

Ⅱ火：走扁方大壓下量拔長(zhǎng)至截面為正六方700 mm的坯料。該火次工藝參數(shù)的合理確定，對(duì)曲軸中心壓實(shí)，保證其內(nèi)部質(zhì)量具有重要意義。采用走扁方拔長(zhǎng)法，拔長(zhǎng)過(guò)程中，每次壓下率都在20%左右，使坯料始終處于呈扁方狀態(tài)，在橫向截面表現(xiàn)為壓扁?？刂瓶v向砧寬比W/H在0.6～0.8之間，橫向料寬比0.5

(1)先將鐓粗后的坯料預(yù)拔至□980 mm；

(2)滿砧進(jìn)給壓下率20%，開(kāi)始第一次走扁方拔長(zhǎng)，以180°翻轉(zhuǎn)，壓至截面1200 mm×630 mm；

(3)翻轉(zhuǎn)90°開(kāi)始進(jìn)行第二次走扁方拔長(zhǎng)，以180°翻轉(zhuǎn)，壓至截面920 mm×720 mm；

(4)翻轉(zhuǎn)90°壓至截面?770 mm，按六方拔長(zhǎng)至正六方形截面700 mm。

Ⅲ火～Ⅳ火：進(jìn)行角度預(yù)置，在不同部位、不同方向鍛出曲拐，并使用簡(jiǎn)易工具對(duì)曲拐角度進(jìn)行修整，出成品。三拐曲軸曲拐鍛造變形過(guò)程如表1所示。具體鍛造變形過(guò)程如下：

(1)夾持A端，將Ⅳ和Ⅴ部分壓至截面680 mm×380 mm，每次翻轉(zhuǎn)必須90°或180°，壓出Ⅳ部分曲板。拔長(zhǎng)Ⅴ部分至鍛件圖尺寸，暫不剁頭，并以此Ⅴ部分作為鉗口，便于后續(xù)操作。

(2)掉頭，夾持Ⅴ部分，以Ⅳ部分為壓下方向基準(zhǔn)，操作車逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，上窄砧，將Ⅲ部分壓至截面680 mm×380 mm，翻轉(zhuǎn)方向同上必須90°或180°。

(3)在變形過(guò)程(2)基礎(chǔ)上逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°，將Ⅱ、Ⅰ部分壓出成品。

(4)精鍛出成品。

2.4 鍛造變形過(guò)程控制要點(diǎn)

鍛制正六方鍛坯要求六方要正，保證尺寸、角度的準(zhǔn)確性，避免在后序變形時(shí)因此而發(fā)生角度失控。壓曲板時(shí)，要壓正六角形角對(duì)角方向，使其互成60°角。同時(shí)，為了保證角度的準(zhǔn)確性，借助 專用角度校正砧子，將壓好的曲板放在角度校正砧內(nèi)，壓相鄰的曲板，使角度控制更準(zhǔn)確，操作更方便快捷。整個(gè)鍛造過(guò)程中一定要注意旋轉(zhuǎn)方向，防止將3個(gè)曲拐角度壓反，造成角度錯(cuò)誤無(wú)法修復(fù)。同時(shí)要控制好卡料尺寸，防止曲拐脫節(jié)。

表1 三拐曲軸曲拐鍛造變形過(guò)程Table 1 Schematic of forging deformation process of three-throw crankshaft

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，利用簡(jiǎn)單工具，采用角度預(yù)置法整體鍛造三拐曲軸，可以保證互成120°的3個(gè)曲板之間角度準(zhǔn)確，是一種新型的鍛造工藝方法。所鍛曲軸金屬纖維連續(xù)無(wú)扭曲，鍛件質(zhì)量較好。通過(guò)鐓粗后走扁方大壓下量拔長(zhǎng)的方法，可以保證三拐曲軸鍛件的內(nèi)部質(zhì)量滿足超聲檢測(cè)要求。

[1] 逯偉，付前進(jìn)，王永亮. 整鍛三拐曲軸鍛造新工藝[J]. 大型鑄鍛件，2014(2)：42-43.

編輯 杜青泉

Research on Forging Process of Three-Throw Crankshaft

ZhangXiaoxv，GuoHaiping，ZhaoYanmin，LiJingjing

This paper introduces the integral forming process of three-throw crankshaft and the key points of operation, the three-throw crankshaft has finally been manufactured.

crankshaft, forging technology, forming

TG316

B

2017—04—15

張曉旭(1982—)，男，工程師，學(xué)士，從事鍛造工藝及鍛后熱處理工藝研究。