重庆潍柴某型曲轴RR法镦锻工艺优化设计

2015-06-22匡利华中车资阳机车有限公司李天国杭州巨星有限公司

锻造与冲压 2015年23期

文／匡利华·中车资阳机车有限公司李天国·杭州巨星有限公司

重庆潍柴某型曲轴RR法镦锻工艺优化设计

文／匡利华·中车资阳机车有限公司李天国·杭州巨星有限公司

本文分析了潍柴某型曲轴结构特点和优化前锻造工艺特点，结合半成品交货状态和技术要求进行了锻造工艺优化设计，并通过试验和实际生产验证了该工艺方案的合理性与可行性；锻造工艺优化后，单支曲轴节省坯料665kg，经济效益显著。

某型柴油机是重庆潍柴在吸收了国内外同类机型先进技术的基础上，自行设计、制造的新型柴油机，标定功率为1103～1470kW，转速为750～1000r/min，缸径为250mm，冲程为300mm。该系列柴油机具有结构紧凑、使用可靠、经济技术指标优良、通用性强等优点，可作为近海或内河航运的客船、货船、陆用发电机组以及其他动力装置等的原动力。

产品结构分析

该款曲轴由6个曲拐、3个飞轮端法兰和1个自由端法兰组成。其产品结构参数如表1所示，产品三维图如图1所示。此产品与其他曲轴产品相比，主要特点为第12曲柄（为方便起见，本文定义从自由端起向“P”端曲拐依次为1→6拐，曲柄依次为1→12曲柄）为止推轴承挡曲柄，其曲柄圆直径比其他11个曲柄圆直径大，且曲柄厚度比其他曲柄厚，因此锻造难度大。

表1 产品结构参数

图1 产品三维图

工艺优化前锻造工艺特点

工艺优化前锻造工艺

优化前锻件是以第12曲柄（大曲柄）进行放量设计，因此1～11曲柄的锻造余量很大，材料用料浪费，同时增加下道工序加工量。具体工艺参数如表2所示。

工艺优化目的和依据

⑴工艺优化目的。根据优化前的工艺特点通过工艺优化提高材料利用率，节约成本。

⑵工艺优化依据。锻件设计对第1～11曲柄和第12曲柄分别放量设计，从而优化曲柄设计，同时优化主轴颈径向余量和开档余量。

表2 工艺优化前锻件主要工艺参数

锻造工艺优化设计

锻件优化设计

⑴曲柄优化。分模线由原来的单分模优化为曲线式双分模，从而优化了曲柄圆周余量，锻件轮廓与产品轮廓线高度吻合，余量均匀，最小的余量达到12.5mm。工艺优化前后的双拐锻件二维图如图2所示，图中双点划线为交货状态轮廓线，实线为锻件轮廓线。

图2 工艺优化前后双拐锻件二维图

⑵主轴颈直径和开档余量优化。主轴颈直径由φ243mm优化为φ235mm，主轴颈开档由100mm优化为108mm。

⑶坯料规格优化。坯料规格为台阶坯，其直径φ293mm部分优化为φ275mm，直径φ271mm部分优化为φ253mm。

工艺优化前后参数对比

优化后锻件重量减轻了383kg，坯料重量减少了665kg，材料利用率显著提高。表3为工艺优化前后参数对比表。

工装图设计

工装的主要作用为成形、夹紧和定位，成形部分有弯曲上模、弯曲下模和弯曲上模镶块；定位部分有定位挡板和曲拐定位模；夹紧部分有夹紧挡板和夹紧模。

为节省工装费用，根据锻造工艺优化结果，除新制一套成形模外，其他工装均将原有的工装进行改造后使用。

生产验证

⑴为验证工艺和锻造工装设计的合理性，进行了双拐锻造试验。图3为双拐锻造实物，曲柄成形良好，无缺肉塌角等缺陷。划线结果为：开档方向余量最小为3mm；曲柄圆周方向的余量最小为6mm；曲拐半径第1拐和第2拐分别为R1=139.5mm，R2=142mm；连杆颈顶部最小余量为5mm。成形效果良好，基本满足下工序加工要求。但有些地方还需要进一步优化，如平衡块安装面上飞边大、曲拐半径比实际要求的150mm小。

⑵针对第1次双拐锻造试验结果，分析曲柄平衡块安装面上起飞边的成因。该曲轴锻件的特点为曲柄平衡块安装面与主轴颈顶部基本齐平，落差只有1.5mm；因此该轴在挤压成形过程中平衡块安装面上容易出飞边。飞边存在对锻件长度尺寸会有一定影响，在曲轴挤压成形时存在RR模具压不靠的风险，从而造成锻件偏长。

表3 前后工艺参数对比

图3 第1次双拐试验锻件实物

根据上述分析，将弯曲上模体进行优化，即两型腔外侧增加了两个飞边槽，如图4所示。将平衡块上飞边装入所设计的飞边槽中，这样在曲轴挤压成形过程中不会影响RR模具压靠，避免曲轴锻件偏长。

经过对工装的优化，进行第2次双拐试验，并且锻造过程中在弯曲上模体上加垫10mm，增加错拐行程，即增加曲拐半径。图5为第2次双拐锻造试验的锻件实物，划线结果：开档方向余量均匀，最小为5mm，曲拐半径第1拐为149mm，第2拐为150mm。由此可见，弯曲上模体开飞边槽对锻件的长度控制效果明显，在弯曲上模体上加垫对增加曲拐半径有效。

⑶双拐试制成功，投入了整轴和小批量试生产，为确保锻件长度不偏长或短，要求操作工锻造时需待前面挤压完成的曲拐冷硬冷黑后方可装炉加热。图6为小批量生产锻件实物图。