一种全纤维曲轴镦挤成形方法与流程

本发明属于精密塑性成形工艺及设备领域，具体说就是一种全纤维曲轴锻件镦挤成形工艺方法，可用于各种镦挤复合成形(或称为全纤维成形)装置上。

背景技术：

现有柴油发动机较大幅度的提高升功率密度、同时减少其主要零部件尺寸。曲轴是发动机最重要的零部件，其疲劳性能直接影响到发动机运行的可靠性。传统自由锻等工艺制备的曲轴疲劳强度不匹配高功率密度发动机的需求。镦挤复合成形(又称为全纤维成形)制备的曲轴能够较大的提高其耐疲劳性能，是高性能曲轴的首选成形工艺[1]。曲轴镦挤复合成形是采用专用工装系统实现了水平镦粗和垂直错拐双向变形的一种先进制造技术。

现有全纤维曲轴的成形工艺主要采用台阶轴形状的坯料作为成形原材料。受制于镦挤成形设备的结构，台阶轴坯料设计如附图1所示，其中虚线中的坯料为局部变形区，变形区坯料的分类如附图2所示。当采用附图1所示的台阶轴时，在传统全纤维成形上成形时(变形方向如附图3所示)，水平镦粗和垂直错拐速度相互依赖不能独立，在这样的情况下，存在的问题是：一是是导致流线形貌较差。这样不可避免的需要增加台阶轴坯料的体积以便获得充型饱满的单个曲拐，二是流线形貌分布较差，难以发挥全纤维曲轴在疲劳性能上的优势。

[1]康凤.车用曲轴弯曲镦锻成形工艺模拟及试验研究.锻压技术.2014(12)

技术实现要素：

为了克服传统的全纤维成形工艺的缺点，本发明提出了一种全纤维曲轴镦挤成形方法，该发明采用了一种新的台阶轴几何形貌和水平/垂直的速度关系，以便提高充型效果和流线分布形貌。

本发明的技术方案是：

1.采用一种新型台阶轴毛坯外形结构，其特点在于坯料的连杆颈区坯料和曲臂区坯料的连接面由垂直面改为采用斜面，该斜面偏向毛坯的曲臂变形区坯料侧且与毛坯中心的角度为15°～45°或135°～165°。

毛坯变形区与曲轴单拐的体积比控制在1.04～1.09范围之内，台阶轴的连杆颈区/主轴颈区坯料的直径和长度与锻件相同，曲臂变形区坯料长度为圆柱体形状的1.15倍～1.35倍。

设计了成形装置在水平和垂直两个方向速度。镦挤成形装置的水平和垂直方向的位移可以独立加载，并且水平方向和垂直方向的位移分别依赖于曲轴锻件连杆颈的偏心直径、毛坯的曲臂变形区在长度方向的长度，垂直方向的速度为定值，水平方向的速度水平等于方向的位移除以垂直错拐所耗费的时间。

本发明的效果是：单拐曲轴充型饱满、流线分布合理，整根曲轴坯料不会产生流线露头的缺陷、疲劳性能明显提高。

附图说明

图1为传统台阶轴毛坯；

图2为传统台阶轴毛坯分区；

图3-1为变形区的变形方向；

图3-2成形的曲拐；

图4为新台阶轴毛坯；

图5为传统全纤维装置的单拐成形模型；

图6为传统全纤维装置的单拐成形模拟后的流线分布；

图7为新型镦挤工艺下的单拐成形模型；

图8为新型镦挤工艺下的单拐成形模拟后的流线分布；

图9为新预制坯结构参数下的新型镦挤成形工艺成形和传统tr装置成形的充型效果对比图，左边为本发明工艺，右部为传统工艺。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

本发明设计了一种新型台阶轴毛坯外形结构，坯料的连杆颈区坯料和曲臂区坯料的连接面由垂直面改为采用斜面，该斜面偏向毛坯的曲臂变形区坯料侧且与毛坯中心的角度为15到45°。

毛坯变形区与曲轴单拐的体积比控制在1.04～1.09范围之内，台阶轴的连杆颈区/主轴颈区坯料的直径和长度与锻件相同，曲臂变形区坯料长度为原垂直面设计的1.15～1.35倍。

镦挤成形装置的水平和垂直方向的位移可以独立加载，并且水平方向和垂直方向的位移分别依赖于曲轴锻件连杆颈的偏心直径、毛坯的曲臂变形区在长度方向的长度，垂直方向的速度为定值，水平方向的速度水平等于方向的位移除以垂直错拐所耗费的时间。

某曲轴的单拐成形原方案如图5所示，经过模拟，获得的流线形貌如图6所示。经本发明改进后，新方案如图7所示，采用传统的tr装置获得的充型效果和流线形貌如图8所示，采用本发明的速度设置后获得的充型效果和流线形貌如图所示所示。从图5-9可以看出，应用本发明的方法，流线形貌得到了明显改善、充型效果明显提高。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种全纤维曲轴镦挤成形方法，该方法是采用特殊的毛坯结构、水平镦粗和垂直错拐的速度关系，改善曲轴锻件流线分布和充型效果。本发明用于曲轴成形上，可在较低的毛坯与锻件的体积比下获得充型饱满、流线形貌分布合理的高质量曲轴锻件。

技术研发人员：林军;陈文;陈强;康凤;黄树海;王艳彬;胡传凯;夏祥生;赵祖德
受保护的技术使用者：中国兵器工业第五九研究所
技术研发日：2018.12.13
技术公布日：2019.05.10