专利名称：锻造高精度曲轴的模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制造机械部件的模具，尤其涉及一种能够满足高精度要求的 微车曲轴的锻造模具。
背景技术：
曲轴是发动机传递动力的重要零件，工作中承受冲击载荷和循环扭矩，服役状态 恶劣，整体机械性能要求较高。近几年，微车曲轴产品的配套厂家越来越倾向于少机械加 工、甚至不机械加工的方式获得锻钢曲轴毛坯，这就要求锻造曲轴毛坯的轻量化和高精度。 现有技术中，由于通用锻造设备导向精度较差，并且常规微车曲轴模具本身的上下模之间 缺乏导向机构，因此在锻造过程中容易产生错模现象，进而影响产品的精度，例如尺寸、形 状精度、产品一致性等均不能满足高精度要求，同时也大大缩短了模具的使用寿命。另外， 随着高精度曲轴的轻量化要求，下料的规格较小，辅料较少，容易引起填充不足的问题，进 而导致产品不合格、材料的利用率低的现象；这直接导致生产成本提高，产品利润低下，不 利于相关锻造企业的生存和发展。针对上述不足，需要提供一种新的曲轴模具，避免在锻造过程中因发生错模而导 致尺寸和形状精度不够、成品一致性差、产品填充不完全、废品率高、浪费材料等现象，同时 也延长模具的使用寿命，从而节约成本，提高利润率。
发明内容有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种能够在锻造过程中对上下模进行准确导 向，避免发生错模现象的锻造高精度曲轴的模具，所述模具保证了产品的尺寸和形状精度 较高、成品一致性高、填充完全、废品率低，同时也延长模具的使用寿命，节约成本，提高利 润率。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种锻造高精度曲轴的模具，包 括共同围成模腔的上模和下模，所述下模上位于模腔两侧沿竖直方向分别设置导向槽I， 上模上位于模腔两侧分别设置与导向槽I对应的导向凸块I。进一步，所述导向凸块I与导向槽I的结合面斜度a为1°彡a彡3° ；导向凸块 I与导向槽I的结合面之间的工作间隙η为0. 5 mm彡η彡0. 8 mm ；导向凸块I和导向槽 I竖直方向之间的工作间隙Ii1为5mm彡Ii1彡10 mm ；进一步，所述上模的两对角处沿竖直方向分别设置有导向槽II，下模的两对角处 分别设置与导向槽II对应的导向凸块II ；进一步，所述导向凸块II与导向槽II的结合面斜度 为1°彡 彡3° ；导向凸 块II与导向槽II的结合面之间的工作间隙Ii1为0. 3 mm ^ H1 ^ 0. 5 mm;导向凸块II和导 向槽II竖直方向之间的工作间隙Ii3为5mm彡Il3彡10 mm ；进一步，所述下模上位于曲轴模腔轴向两侧平衡板对应区域设置有向上凸出的阻 力墙；[0010]进一步，阻力墙桥部宽度Id2为10 mm ^ b2 ^ 20 mm ；阻力墙的内侧面斜度ει2为 V ^ B2^ 10° ；阻力墙内侧面的最小工作间隙η2为0. 5 mm彡η2彡5 mm ；阻力墙高度h4 为15 mm彡h4彡30 mm ；阻力墙顶部工作间隙h5彡仓部深度；阻力墙侧向工作间隙n3大于 阻力墙内侧面的最小工作间隙112 ；进一步，所述下模靠近模腔一侧的桥部上设置有凸起的阻力筋，上模靠近模腔一 侧的桥部上对应设置与阻力筋相对应的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或 呈局部分段式设置；进一步，所述阻力筋筋体圆角半径R为5 mm^R^ 10 mm;阻力筋筋体圆心高度 h6为1 mm彡h6彡0. 5R ；阻力筋的最大工作间隙h7为1 mm彡h7彡h0。本实用新型的有益效果本实用新型的锻造高精度曲轴的模具，相比现有锻模而 言，在模腔两侧设置有导向槽I和导向凸块I，使得在锻造过程中能够对上模和下模进行 准确导向定位，避免上模和下模在锻压过程中产生错移，紧紧锁扣，使所得产品尺寸、形状 精度较高、产品一致性较好，同时也大大增加了模具的使用寿命。本实用新型的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种 程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实 用新型的实践中得到教导。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明附
图1为本实用新型下模的结构示意图；附图2为附
图1中M-M向剖视图；附图3为附
图1中A-A向剖视图；附图4为附
图1中P-P向剖视图；附图5为附
图1中Q-Q向剖视图；附图6为附
图1中H-H向剖视图；附图7为附
图1中C-C向剖视图。
具体实施方式
附
图1为本实用新型下模的结构示意图，附图2为附
图1中M-M向剖视图，附图3 为附
图1中A-A向剖视图，附图4为附
图1中P-P向剖视图，附图5为附
图1中Q-Q向剖视 图，附图6为附
图1中H-H向剖视图，附图7为附
图1中C-C向剖视图。如图所示，本实用 新型的锻造高精度曲轴的模具，包括共同围成模腔3的上模1和下模2，所述下模2上位于 模腔3两侧沿竖直方向分别设置导向槽I，上模1上位于模腔两侧分别设置与导向槽I对 应的导向凸块I 5。本实用新型的锻造高精度曲轴的模具，由于在模腔两侧轴向设置有导向 槽I和导向凸块I，使得在锻造过程中能够对上模和下模进行准确导向定位，避免上模和 下模在锻压过程中产生错移，紧紧锁扣，使所得产品尺寸、形状精度较高、产品一致性较好， 同时也大大增加了模具的使用寿命。本实施例以重约13公斤，合模尺寸为长X宽X高 =600mmX380mmX400mm的微车曲轴模具为例，其中导向凸块I的高度h为70mm，该数值需 结合导向凸块I的宽度、模块长度及设备封闭高度综合选择，以防止高度过大导致导向凸块刚度和强度下降，但在条件允许的情况下应尽量取大值；导向凸块II的高度Ii2为^mm， 导向凸块II宽度的取值需根据高度取值进行强度校核后确定，同时还需要注意不与阻力墙 型面发生干涉。作为对上述实施例的进一步改进，所述导向凸块I 5与导向槽I的结合面斜度 (具体指结合面与竖直方向的夹角)a为1°，导向耳I与导向槽I结合面的斜度 a合理取值能够保证良好的运行工况和较高导向精度，本实施例中a取2° ；导向凸块I 5 与导向槽I的结合面之间的工作间隙η为0.5 mm^n^O.8 mm，该间隙取值需综合考虑设 备精度及允许的错模公差，过小会对运行工况造成影响，过大则会对锻造精度造成影响，本 实施例η取0. 5mm。导向凸块I 5和导向槽I竖直方向之间的工作间隙Ii1为5mm彡Ii1彡10 mm，由于导向耳I底面非工作表面，在本结构中只需要预留5_10 mm间隙作让位，即可保证 本实用新型能够良好工作，本实施例中Ii1取8mm。作为对上述实施例的进一步改进，所述上模1的两对角处沿竖直方向分别设置有 导向槽II，下模2的两对角处分别设置与导向槽II对应的导向凸块II 6，由于在曲轴的成形 后期，系统模锻力急剧增加，因此在对角方向设置导向槽II和导向耳II，用于平衡水平错移 力矩，防止过大的力全部施加在导向槽I和导向耳I上，进一步增加安全性和保险性。作为对上述实施例的进一步改进，所述导向凸块II 6与导向槽II的结合面斜度 (具体指结合面与竖直方向的夹角) 为1°彡 彡3°，导向凸块II与导向槽II结合面的 斜度 合理取值能够保证良好的运行工况和较高导向精度，本实施例中 取2° ；导向凸 块II 6与导向槽II的结合面之间的工作间隙1为0.3 mm ^ H1 ^ 0. 5 mm，该间隙取值需 综合考虑设备精度及允许的错模公差，过小会对运行工况造成影响，过大则会对锻造精度 造成影响，本实施例Ii1取0. 3mm ；导向凸块II和导向槽II竖直方向之间的工作间隙Ii3为 5mm ^ h3 ^ 10 mm，由于导向凸块II顶面非工作表面，在本结构中只需要预留5 —10 mm间 隙作让位，即可保证本发明能够良好工作，本实施例中Ii3取8mm。作为对上述实施例的进一步改进，所述下模2上位于曲轴模腔轴向两侧平衡板对 应区域设置有向上凸出的阻力墙4。由于其在曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙， 用于阻止锻压过程中金属料的外流，使所得产品填充饱满度较高，材料的利用率较高，节约 生产成本。作为对上述实施例的进一步改进，所述阻力墙4桥部宽度Id2为10 mm彡Id2彡20 mm，综合考虑设备运行的平稳性及模具受载破坏的危险，b2应尽可能取小的数值，但如果过 小，则会因飞边过窄导致后续中飞边压入锻件本体形成折迭或者对切边产生不良影响。如 果太大，则会占据导向槽I的位置，从而影响导向槽和导向耳的强度；本实施例中，1 取 15mm ；阻力墙4的内侧面斜度 为7°彡 彡10°，经实验研究分析可知，阻力墙4斜度 的取值与填充能力及最大成形载荷均呈反比，因此，从降低最大成形载荷提高填充能力的 角度考虑，阻力墙斜度％应尽可能取小值，但也不可小于拔模斜度，以防止锻件粘模导致 出模困难，本实施例中 取8° ；阻力墙4内侧面的最小工作间隙n2为0. 5 mm ^ n2 ^ 5 mm，实验研究证明，阻力墙内侧面间隙对填充能力及最大成形载荷的影响趋势相反，较小的 间隙取值可以获得较好的锻件整体填充状态，但也会导致最大成形载荷的显著增加，因此， 该参数的取值需要综合考虑产品填充和模具负荷的综合影响，本实施例n2取2mm ；阻力墙4 高度比为15 mm Sh4 <30 _，阻力墙高度对填充能力及最大成形载荷的影响趋势与阻力墙间隙成正相关，本实施例中h4取20mm ；阻力墙4顶部工作间隙h5 >仓部深度(仓部是 指围绕锻模桥部外侧用于容纳多余金属的空腔，仓部深度是指仓部底面到分模面之间的距 离)，该间隙的作用主要是容纳通过阻力墙后的多余金属，因此不能小于仓部深度；阻力墙4 侧向工作间隙n3大于阻力墙内侧面的最小工作间隙n2，由于对金属起约束作用的主要是阻 力墙的内侧面，而左右两侧面的影响并不明显，因此在一般情况下，该阻力墙墙体的左右两 侧面间隙宽度n3，应比阻力墙墙体内侧面的间隙宽度112宽，该结构是为了不影响多余金属 在模锻后期排除型腔时的持续性和均勻性，防止产生回流折迭等缺陷。作为对上述实施例的进一步改进，所述下模靠近模腔一侧的桥部上设置有凸起的 阻力筋7，上模靠近模腔一侧的桥部上对应设置与阻力筋7相对应的凹槽；阻力筋分别与其 同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置；阻力筋7的设置，一方面可提供较阻力沟更 大的材料水平外流阻力，促使坯料向型腔深处填充；另一方面也可与模具中间的阻力墙结 构联合为一整体，构成横向的强阻力区，促使坯料向长度方向填充曲轴远端型腔。当然，分 段式设置同样能发挥阻止材料水平外流的作用。该结构解决了模具端头空间限制无法布置 阻力墙的困难；本实施例中，所述下模上靠近小头模腔一端对称设置轴向呈“八”字型凸起 的阻力筋7，上模上靠近小头模腔一端对称设置轴向呈“八”字型的与阻力筋7相配合的凹 槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置，均能提供较强的侧向阻 力。作为对上述实施例的进一步改进，所述阻力筋7筋体圆角半径R为5 mm^R^ 10 mm，R的取值需要综合考虑小头模腔一端的空间大小和阻力筋的受力大小等，本实施例中，R 取8mm ；阻力筋7筋体圆心高度h6为1 mm彡h6彡0. 5R，由于阻力筋8整体越高，可提供的 水平阻力越大，锻件填充性越好，因此，设计时往往将阻力筋8整体升高一定数值，但该值 不能大于筋体圆角半径数值的一半，即0. 5R，以防止阻力筋8强度下降，在水平力的作用下 变形或者断裂失效，本实施例中h6取0. 3R ；阻力筋7的最大工作间隙h7为1 mm < h7 < hQ (此处Iitl飞边厚度)，该最大间隙在设计上体现为筋体凸凹部分的圆心距，该间距的存在构 成了凸凹筋体间的腔体结构，可用于容纳一定量的飞边金属，因此不宜过小，本实施例中h7 取 Imm0为了保证本实用新型的精度，本实用新型的模具采用以下方法制造，具体包括以 下步骤首先，按基准垫板及图纸尺寸加工出上模或下模；然后对加工好的上模或下模进 行实际测量采集数据；最后通过数控编程保证间隙量的方式制造另一块模体。传统工艺中， 通常采用根据图纸尺寸加工的方式制造模具及其导向机构，由于制造基准的不稳定性，采 用保证尺寸的方式极易发生间隙的跳动和偏差，使模具的导向精度降低，生产中出现错模 量过大引起锻件报废。采用本发明的方法制造的模具导向精度高，锻件的错模得到了有效 的控制。经统计，锻件实际的错模量小于0.15 _，效果明显。采用本实用新型“依据实测结果配合制造”的方式保证导向机构间隙，并按照本实 用新型限定的参数合理取值，所得产品与传统模具锻造所得的曲轴产品性能相比，有益效 果十分显著。具体结果如下
权利要求1.一种锻造高精度曲轴的模具，包括共同围成模腔(3)的上模(1)和下模(2)，其特征 在于所述下模(2)上位于模腔(3)两侧沿竖直方向分别设置导向槽I，上模(1)上位于模 腔两侧分别设置与导向槽I对应的导向凸块I (5)。
2.根据权利要求1所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述导向凸块I(5)与 导向槽I的结合面斜度a为1° ≤a≤3°；导向凸块I (5)与导向槽I的结合面之间的 工作间隙η为0. 5 mm ≤n≤ 0.8 mm;导向凸块I (5)和导向槽I竖直方向之间的工作间 W^hl 为:5mm≤ h1 ≤ 10 mm。
3.根据权利要求2所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述上模(1)的两对角 处沿竖直方向分别设置有导向槽II，下模(2)的两对角处分别设置与导向槽II对应的导向 凸块II (6)。
4.根据权利要求3所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述导向凸块II(6)与 导向槽II的结合面斜度 为1°≤a1≤3° ；导向凸块II (6)与导向槽II的结合面之间的 工作间隙n1为0. 3 mm ≤ n1 ≤ 0. 5 mm ；导向凸块II和导向槽II竖直方向之间的工作间隙 A3 为:5mm ≤ h3 ≤ 10 mm。
5.根据权利要求4所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述下模(2)上位于曲 轴模腔轴向两侧平衡板对应区域设置有向上凸出的阻力墙(4 )。
6.根据权利要求5所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述阻力墙(4)桥部宽 度、为10 mm≤b2≤20 mm;阻力墙(4)的内侧面斜度办为7。≤2a≤10° ；阻力墙(4) 内侧面的最小工作间隙/ 2为0.5 mm≤n2≤5 mm ；阻力墙(4)高度力4为15 mm≤h4≤30 mm;阻力墙(4)顶部工作间隙A5≥仓部深度；阻力墙(4)侧向工作间隙大于阻力墙内侧 面的最小工作间隙n2。
7.根据权利要求6所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述下模靠近模腔一 侧的桥部上设置有凸起的阻力筋(7)，上模靠近模腔一侧的桥部上对应设置与阻力筋(7) 相对应的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置。
8.根据权利要求7所述的锻造高精度曲轴的模具，其特征在于所述阻力筋(7)筋体圆 角半径R为5 mm ≤ r ≤ 10 mm ；阻力筋(7)筋体圆心高度力6为1 mm≤h6≤0.r,阻力 筋(7)的最大工作间隙力7为1 mm≤h7≤h0。
专利摘要本实用新型提供了一种锻造高精度曲轴的模具，包括共同围成模腔的上模和下模，所述下模上位于模腔两侧沿竖直方向分别设置导向槽Ⅰ，上模上位于模腔两侧分别设置与导向槽Ⅰ对应的导向凸块Ⅰ；本实用新型的锻造高精度曲轴的模具，相比现有锻模而言，在模腔两侧设置有导向槽Ⅰ和导向凸块Ⅰ，使得在锻造过程中能够对上模和下模进行准确导向定位，避免上模和下模在锻压过程中产生错移，紧紧锁扣，使所得产品尺寸、形状精度较高、产品一致性较好，同时也大大增加了模具的使用寿命。
文档编号B21J13/02GK201815620SQ20102054584
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者李路 申请人:西南大学