大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具及預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法

陳海洲

摘 要：大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法由中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)明，屬于鍛造領(lǐng)域的重要研究成果，適用于大型船用曲軸曲拐彎曲的模具和預(yù)成型毛坯設(shè)計。此項發(fā)明借助計算機模擬技術(shù)，除了能設(shè)計近終型的預(yù)成形毛坯、彎曲上模、V型模外，還能優(yōu)化不同模具的配合使用方法。因此，對大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：船用曲軸；曲拐彎；曲鍛造模具；預(yù)成形毛坯

中圖分類號：TG316.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.04.116

作為鍛造領(lǐng)域影響重大的發(fā)明之一，大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法的主要特點為借助計算機模擬技術(shù)設(shè)計了近終型的預(yù)成型毛坯、曲拐彎鍛、精整模具、模具配合使用方法。因此，此項發(fā)明不僅是鍛造領(lǐng)域的重要研究成果，也是鍛造工藝的一大進步，極具現(xiàn)實意義。

1 設(shè)計方法分析

應(yīng)用中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)明的大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法，能起到消除曲拐彎缺陷、減少曲拐毛坯鍛件加工余量、降低冷加工難度、縮短生產(chǎn)周期等作用。該發(fā)明包括下述3項內(nèi)容。

1.1 近終型預(yù)成形毛坯的設(shè)計

借助計算機模擬技術(shù)設(shè)計近終型預(yù)成形毛坯的步驟分為以下5步：①以曲拐零件的加工圖紙為依據(jù)，對毛坯初形進行設(shè)計；②借助計算機模擬技術(shù)獲得變形后的曲拐毛坯；③在毛坯鍛件內(nèi)置入曲拐零件，并通過數(shù)值化技術(shù)確定各個位置的加工余量；④去除曲拐鍛件的加工余量；⑤借助反變形方法將已去除加工余量的變形鍛件恢復(fù)至變形前的狀態(tài)，即可獲得預(yù)成形毛坯。使用該工藝獲得的預(yù)成形毛坯由2部分構(gòu)成，即板狀曲臂和預(yù)成形毛坯凸臺，V形槽位于其中部兩邊的對稱處。

1.2 曲拐彎鍛和精整模具的設(shè)計

借助計算機模擬技術(shù)設(shè)計曲拐彎鍛、精整模具時，主要以曲拐彎曲時的金屬流動規(guī)律為依據(jù)，并需要確定V形模、插板、上模等的形狀、尺寸的計算公式。其中，各個尺寸都采用極端模擬技術(shù)校核。V形模的功能為：可在曲拐毛坯上壓出V形槽，其位置對應(yīng)于曲拐毛坯中部兩側(cè)的對稱位置，上模接觸毛坯的部位為弧形，下模的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)為楔形；凹模設(shè)置在楔形下模的底表面，下凹模接觸毛坯的部位為弧形；插板兩側(cè)設(shè)有擋板，擋板接觸毛坯的部位為弧形，且與其內(nèi)表面相對應(yīng)。

1.3 模具配合使用方法的設(shè)計

在制備預(yù)成形毛坯時，在將鋼錠拔成帶領(lǐng)預(yù)成形毛坯凸臺的毛坯后，將借助V形模壓槽制備毛坯（V形槽是對稱的，位于毛坯中部）。在曲拐的彎曲鍛造中，先將上、下模與毛坯對中，并借助上平砧壓上模，使毛坯沿下模內(nèi)腔彎曲，直到上模接觸到下凹模時停止彎曲，從而獲得中部為圓柱形的曲拐毛坯。使毛坯從下模中脫出——通過旋轉(zhuǎn)上模使毛坯轉(zhuǎn)動90°。移動臺板，保證上、下平砧與毛坯處于水壓機的操作空間內(nèi)，并通過上、下平砧沿曲柄銷端到曲臂端將毛坯壓向上模。在此過程中，需翻轉(zhuǎn)平砧，以保證曲臂平行、長短一致。取出上模，將其插入插板，并確保毛坯曲臂壓向插板的高度與設(shè)計要求相符。修整外形，并將插板取出。具體如圖1所示。

2 應(yīng)用意義

作為柴油機的關(guān)鍵部件，曲軸的意義巨大。目前，我國的曲軸年需求量已超過200根，但由于國內(nèi)的制造技術(shù)相對滯后，曲軸多購于國外。進口曲軸除了成本高之外，還具有交貨不可靠的風險，導(dǎo)致我國船舶工業(yè)的發(fā)展受到了限制。因此，解決曲軸相關(guān)的技術(shù)問題是非常必要、迫切的。在我國，常見的曲軸多采用半組合式結(jié)構(gòu)。其中，包括自由端軸頸、輸出端軸頸、中間主軸頸、曲拐紅套等部分，前三者的毛坯形狀相對比較簡單，且尺寸較小，所以，整體制造難度不高。但在應(yīng)用過程中，曲拐彎曲成形時內(nèi)開檔出現(xiàn)折疊裂紋的概率較高，且曲臂側(cè)面常存在明顯的缺陷，嚴重影響了鍛件的質(zhì)量，甚至部分鍛件根本無法使用。此外，鍛件加工中還普遍存在余量不均、難度過大、廢品出現(xiàn)率高等問題。

大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法是一種全新的理論方法，將其應(yīng)用于實踐中，不僅可消除曲拐彎鍛中的常見缺陷，還能將鍛件的加工余量降至最低，從而提升曲軸產(chǎn)品的質(zhì)量；可使試驗次數(shù)大大減少，從而降低研究成本；借助計算機模擬技術(shù)，可實現(xiàn)對鍛件尺寸、形狀的準確預(yù)測，從而保證鍛件的質(zhì)量。因此，該項發(fā)明不僅具有重要的理論意義，還具有非常高的實用價值，對解決船舶工業(yè)發(fā)展中的難題起到了一定的幫助。

3 結(jié)束語

在信息技術(shù)取得大發(fā)展、鍛造理論不斷完善的背景下，借助計算機模擬技術(shù)預(yù)測大型鑄鍛件的成形過程已成為一種實用的方法。目前，該設(shè)計方法相應(yīng)的模擬軟件已經(jīng)被開發(fā)出來，這些軟件均能實現(xiàn)金屬塑變過程模擬，并得出較為可靠的結(jié)果。因此，將大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造模具和預(yù)成形毛坯的設(shè)計方法應(yīng)用于實踐中，對促進現(xiàn)代船舶工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1]劉峰.船用曲軸鍛鋼件的超聲波檢測[J].重工與起重技術(shù)，2015（02）：27-29.

〔編輯：張思楠〕