一种全纤维曲轴镦挤成形过程组合模具轴向间距调整方法与流程

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。

镦挤成形工艺采用的是逐拐成形方式，该工艺在成形各拐时，必须对当前成形曲拐进行角度定位，确保各拐之间的角度。目前，在镦挤成形过程中，组合模具的间距一般按照台阶轴毛坯图和锻件图的设计尺寸进行计算。然而，直接依据两个图纸的设计值导致的问题是：一、加热后的坯料难以放入模具中；二是成形后的单个曲拐轴向长度严重超差。

为了确保曲轴轴向尺寸满足设计要求，计算组合模具内部的间距、各个组合模具之间的间距就尤为重要。

技术实现要素：

针对曲轴镦挤成形过程时上料对组合模具内部与各个组合模具之间的间隙要求，提高了一种全纤维曲轴镦挤成形过程组合模具轴向间距调整方法，该方法的解决过程如下：

在不改变台阶轴毛坯与曲轴锻件原始设计的情况下，通过调整组合模具水平间距，提高曲轴锻件主轴颈轴向方向长度的尺寸精度。

镦挤成形模具的水平镦粗模和水平止推模间距，假设台阶轴毛坯的主轴颈、连杆颈、曲臂区的轴向长度分别为pz、pl、pq；曲轴锻件单拐主轴颈和连杆颈轴向长度、曲臂轴向厚度为fz、fl、fq；镦粗模厚度为td；镦粗模用于固定坯料的长度为dz；曲轴共有n个曲拐；各拐从左至右依次成形等已知条件下，依据下列方法确定各个曲拐成形前的模具在水平方向的间距：

（1）第1个曲拐成形前，左右两侧的水平镦粗模和错拐模间距l1均设置为pz+pq-fq+5mm~25mm；右侧水平镦粗模中的成形和止推模间距l2为pl+0.5×(pz−dz)。

（2）第2~n-1个曲拐成形时，左右两侧的水平镦粗模和中间错拐模间距均l1设置为pq-fq+5mm~25mm；右侧水平镦粗模和止推模间距l2为pq+1mm~5mm；左侧水平镦粗模和止推模间距l0为fq+2mm~10mm，且l0+dz=fz+fq-1mm~2mm。

（3）第n个曲拐成形时，左右两侧的水平镦粗模和中间错拐模间距均设置为pq−fq+5mm~25mm；左侧水平镦粗模和止推模间距l0为pq+2mm~5mm，且l0+dz=fz+fq−1mm~2mm，l2于与毛坯设计尺寸相等。

本发明在不改变台阶轴毛坯与曲轴锻件原始设计的情况下，通过调整组合模具水平间距，提高曲轴锻件主轴颈轴向方向长度的尺寸精度。

附图说明

图1为曲轴锻件关键尺寸；

图2为图1左部的放大图；

图3为第1拐成形组合模具位置及参数定义；

图4为图3左部的放大图；

图5为第2拐至第n-1拐成形的组合模具相对位置；

图6为图5中部的放大图；

图7为第n拐成形的组合模具相对位置；

图8为图7中部的放大图。

图中，3-1为错拐模，3-2为右水平止推模，3-3为右水平镦粗模，3-4为左水平镦粗模，3-5为左水平止推模。

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

某6拐曲轴，单个曲拐的主轴颈长度fz=30mm、曲臂厚度fq=28mm、连杆颈长度fl=60mm；台阶轴预制坯主轴颈长度pz=32mm、曲臂厚度pq=58mm、连杆颈长度pl=62mm；镦粗模的td=20mm、dz=28mm。那么各个曲拐成形前的模具在水平方向的间距：

第1拐成形时：

l1=pz+pq-fq+5mm~25mm=32mm+58mm-28mm+5~25mm=62mm+5~25mm，考虑到曲轴尺寸较小，l1取值为70mm。

l2=pl+0.5×(pz−dz)=62mm+0.5×(32mm−28)=64mm

第2~5拐成形时：

l1=pq-fq+5mm~25mm=58mm-28mm+5mm~25mm=30mm+5mm~25mm，考虑到曲轴尺寸较小，l1取值为38mm。

l2=pq+1mm~5mm=58mm+1mm~5mm，取60mm

l0=fq+2mm~10mm=28mm+2mm~10mm，因l0+28=30+28-1mm~2mm，取29mm。

第6拐成形时：

l1=pq-fq+5mm~25mm=58mm-28mm+5mm~25mm=30mm+5mm~25mm，考虑到曲轴尺寸较小，l1取值为38mm。

l0=fq+2mm~10mm=28mm+2mm~10mm，因l0+28=30+28-1mm~2mm，取29mm。

l2取决于料头长度，

实施例2

某18拐曲轴，单个曲拐的主轴颈长度fz=50mm、曲臂厚度fq=72mm、连杆颈长度fl=96mm；台阶轴预制坯主轴颈长度pz=60mm、曲臂厚度pq=124mm、连杆颈长度pl=98mm；镦粗模的td=112mm、dz=48mm。那么各个曲拐成形前的模具在水平方向的间距：

第1拐成形时：

l1=pz+pq-fq+5mm~25mm=60mm+124mm-72mm+5~25mm=112mm+5~25mm，考虑到曲轴尺寸较大，l1取值为130mm。

l2=pl+0.5×(pz−dz)=98mm+0.5×(60mm−48)=104mm

第2~17拐成形时：

l1=pq-fq+5mm~25mm=124mm-72mm+5mm~25mm=52mm+5mm~25mm，考虑到曲轴尺寸较大，l1取值为70mm。

l2=pq+1mm~5mm=124+1mm~5mm，取130mm

l0=fq+2mm~10mm=72mm+2mm~10mm，因l0+48=50+72+1mm~2mm，取73mm。

第18拐成形时

l1=pq-fq+5mm~25mm=124mm-72mm+5mm~25mm=52mm+5mm~25mm，考虑到曲轴尺寸较大，l1取值为70mm。

l0=fq+2mm~10mm=72mm+2mm~10mm，因l0+48=50+72+1mm~2mm，取73mm。

该方法针对镦挤成形工艺所采用的组合模具结构将不可避免的产生轴向塑性流动、造成主轴颈长度超差的问题，依据预制坯、曲轴锻件、组合模具的几何参数，在成形前调整组合模具的水平间距，可以将单个主轴颈轴向长度控制在设计值的±0.5mm范围之内，曲轴的每个曲臂加工余量偏差值≤1mm，应该该方法可有效提高了全纤维曲轴锻件成品率、质量一致性。

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过程组合模具轴向间距调整方法，该方法针对镦挤成形工艺所采用的组合模具结构将不可避免的产生轴向塑性流动、造成主轴颈长度超差的问题，依据预制坯、曲轴锻件、组合模具的几何参数，在成形前调整组合模具的水平间距，可以将单个主轴颈轴向长度控制在设计值的±0.5mm范围之内，曲轴的每个曲臂加工余量偏差值≤1mm，应该方法可有效提高了全纤维曲轴锻件成品率、质量一致性。

技术研发人员：林军;陈强;康凤;黄树海;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：2019.04.16