1、大型曲軸的整體鍛造工藝介紹大型內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用r船船和鐵路丹乍上.而大型曲軸如圖i-i所示）是大型內(nèi)燃機(jī)的關(guān)鍵零部件之一,它把活塞連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為力身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),從而向外輸出功率.曲釉的性能對(duì)內(nèi)燃機(jī)乃至整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和壽命有著直接影響.曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承受著復(fù)雜的載荷,包括彎矩、扭轉(zhuǎn)組合變形和周期性的疲勞載期等【為了應(yīng)對(duì)諸.k雜的作用周曲軸必須具有足期的疲勞甥度和結(jié)構(gòu)剛度.另外，隨著技術(shù)的進(jìn)步.大型內(nèi)燃機(jī)功率也在不斷提升.這就對(duì)ii自輔的件能提出了更高的要求曲軸的或形匚藝是影響曲朝能下；而也因素之一口國(guó).i-i*挈“a型曲軸按照生產(chǎn)方式的不同.大型曲軸大致分為兩類：組合式曲軸和整體式曲釉冏.

2、其中,整體式曲釉主要由鍛造方法生產(chǎn),可分為自由微造法和全纖維彎曲徽鍛法兩種.全纖維方曲徽骰法生產(chǎn)的曲軸能承受更大的動(dòng)力輸出，具有更高的疲勞將度，因此成為廣泛采用的整體式曲燈骰造方法.傳統(tǒng)的曲軸全纖維彎M餓黑法按照加工驚理和裝備結(jié)構(gòu)的不同，/要分為RR法和TR法兩種叫怛是這兩者存在加工參數(shù)固定、曲軸毛坯加工余濯大等映點(diǎn).NRR法是在RR法基礎(chǔ)上開發(fā)的種可靈活調(diào)節(jié)匚藝參數(shù)的徽港方法.但仍存在加工效率低、能耗大等缺點(diǎn).到時(shí)F此.國(guó)內(nèi)提贈(zèng)了NTRNewTR）法曲釉全纖維瑪曲航鍛工藝.很好地克服RR法、NRR法和TR法的缺點(diǎn),由曲軸全纖維鍛鍛工藝達(dá)到了新的水平.本文將從數(shù)值模擬和比例小型試臉網(wǎng)個(gè)角度時(shí)以

3、上四種曲軸全纖維彎曲繳俄方法進(jìn)行分析和比較，以期遴選出最佳的加工工藝參數(shù)并總結(jié)出曲軸全纖維酒懾成形的一般性規(guī)律.每根曲軸包含若干數(shù)量的面拐，可將每個(gè)曲拐視作仙軸的一個(gè)單元，如圖12所示，每個(gè)的拐由三部分組成：主軸頸、曲拐曾和仙柄精。大型曲軸的整體鍛造方法主要有自由鍛造法和全纖維彎曲鍛鍛法。1.2.1自由鍛造法偵鍛_主軸頸預(yù)加工.二二二二二二3&-扭招三巧巨3-圖1-3自由鍛造法生產(chǎn)曲軸毛坯的步驟上世紀(jì)60年代中期之前,我國(guó)大型曲軸毛坯的鍛造均采用自由鍛造法間.自由鍛造法的大致步驟如圖13所示,為:(1)將曲軸毛坯鍛壓成與曲軸尺寸相當(dāng)?shù)木匦涡螤?(2)利用機(jī)加工的方式加工出曲軸的主軸頸：(3)加

4、熱主軸頸,通過(guò)天車扭轉(zhuǎn)備曲拐至正確角度,最后加工出曲軸各部分形狀。自由鍛造法使用的工具和工裝比較簡(jiǎn)單，但是其缺點(diǎn)也很突出：生產(chǎn)效率低、匚時(shí)多：加工余量大，材料利用率低：加工完成后，曲軸內(nèi)部金屬纖維被過(guò)多地切斷，同時(shí)，質(zhì)量較差的鋼錠中心部位暴露在曲柄銷和曲拐臂內(nèi)側(cè)表而，影響了曲軸鍛件質(zhì)量“叫從而降低了曲軸的性能.因此，自由鍛造法多應(yīng)用小批昆曲軸和大型低速內(nèi)燃機(jī)曲軸的生產(chǎn).1.2.2曲軸全纖維彎曲鎖鍛法彎曲模徽和模圖1-4彎曲餓鍛法示意圖如圖】-4所示.畤曲鎖鍛法是指用相當(dāng)曲軸主軸頸大小的坯料，以呼曲和鎖粗兩種工序?qū)⑶S的曲拐逐個(gè)加工成形的方法(a)祚全纖維曲軸(b)全纖維曲軸圖1-5曲軸內(nèi)部纖推

5、形式對(duì)比這種曲軸加工方法與自由鍛造法相比,加工的曲軸內(nèi)部金屬纖維基本連續(xù)，且金屬纖維組織流向與曲卻分外形吻如圖L5(b)所示)，這就避免在后續(xù)機(jī)加工時(shí)金屬纖維組織被大量切斷因此彎曲鎖鍛法乂被稱為全纖維彎曲鎖鍛法.全纖維曲軸能承受更大的動(dòng)力輸出，具有更高的疲勞強(qiáng)度。據(jù)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)證明：全纖維曲軸較之非全纖維曲軸，疲勞強(qiáng)度至少可提高20%以上曲軸的彎曲像鍛法是一種雙向鍛造方法，采用局部加熱的方式，加工過(guò)程大致為：(1)軸坯同時(shí)或者交叉受到鈉粗力和彎曲力的作用，最終在模具模腔的約束下形成單拐：2)軸坯沿軸向旋轉(zhuǎn)一定角度后，重復(fù)之前的銳粗彎曲復(fù)合過(guò)程形成第二個(gè)單拐：(3)按照以上方法逐次鍛鍛出各

6、個(gè)曲拐直至形成預(yù)期的多拐曲軸.彎曲鋤鍛法按照其加工裝置I：作原理的不同主要分為四種：RR法、NRR(NewRR)法、TR法和NTR(NcwTR)法。1. RR法20世紀(jì)30年代末,法國(guó)工程師R.Rorder發(fā)明了一種大型曲軸全纖法彎曲鋤鍛法，稱為“RR法”,其設(shè)備簡(jiǎn)圖及工作原理如圖14所示.圖14RR法設(shè)備簡(jiǎn)圖其工作原理是：彎曲沖頭固定在模架上，水樂(lè)機(jī)推動(dòng)上橫梁向下運(yùn)動(dòng)，樂(lè)力為P”，一部分壓力作用在彎曲沖頭上，產(chǎn)生向下的彎曲力只：鋤粗沖頭捏底板上，水壓機(jī)的另一部分壓力由兩側(cè)斜面轉(zhuǎn)化為水平方向的鍛粗力0冊(cè).在彎曲力和鍛粗力的共同作用下，曲軸的一個(gè)曲拐就形成了。而于不同曲軸的加工,可以選擇不同的斜

7、面角度，斜面用度。可通過(guò)更換墊片來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。RR法與自由鍛造法相比，可以節(jié)省大約55%以上的原材料)，大大減小了加工余量:機(jī)械加工工時(shí)可減少60%左右另外,RR法加工的曲軸內(nèi)部金屬纖維基本連續(xù)“6咀分布合理，疲勞強(qiáng)度相對(duì)用自由鍛造法加工的加軸具有顯著提升.但是，由其加工原理可知,RR法的缺點(diǎn)也很明顯“Z(D水壓機(jī)提供的壓力通過(guò)斜面轉(zhuǎn)化為水平的小粗力，由于斜面角度固定,且水壓機(jī)壓力保持不變“町，水平分力大小也就保持恒定。諭鍛過(guò)程末段需要的鎖粗力很大，因此時(shí)水壓機(jī)的動(dòng)力提出了更高的要求。另外，斜而傳力裝置的摩擦損失較大，經(jīng)濟(jì)性欠佳。據(jù)相關(guān)資料介紹，該設(shè)備的水平徽粗力僅相當(dāng)廣設(shè)備公稱壓力的33%,可

8、見(jiàn)其效率很低。(2)該鈉鍛方法裝置的結(jié)構(gòu)決定了鎖粗行程和彎曲行程只能同時(shí)進(jìn)行，工藝參數(shù)固定，這就容易使得加工的的曲拐皆在模腔內(nèi)填充不足，只能通過(guò)增加加工余量來(lái)補(bǔ)償“Z2. NRR法日本神戶制鋼公司高砂工廠于20世紀(jì)50年代引進(jìn)了RR技術(shù)，由于改進(jìn)生產(chǎn)工藝的需要，于80年代在沖頭位要加裝了可單獨(dú)控制的用于錯(cuò)拐的彎曲缸.該方法實(shí)現(xiàn)了“預(yù)鎖-鎖西終徽”的鍛造方法，成形效果良好，加工余量和工時(shí)均較RR法大大減少,曲軸鍛件質(zhì)量也相應(yīng)提高。此方法即為NRR(NewRR)法,其原理如圖17所示.圖1-7NRR法設(shè)備簡(jiǎn)圖NRR法的彎曲行程和餓粗行程是相互獨(dú)立的，這樣就在很大程度上實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)的靈活調(diào)整。但是

9、由NRR法是在RR法的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的，因此其缺點(diǎn)也與RR法類似,即斜面?zhèn)髁ρb置能效利用率較低，對(duì)設(shè)備噸位要求較高，經(jīng)濟(jì)性欠佳。3. TR法在RR法基礎(chǔ)上，波蘭波茲南金屬成形研究所的T.Rul教授尸20世紀(jì)60年代發(fā)明了TR法R3,并取得了1:5模擬試驗(yàn)的成功.針對(duì)RR法斜發(fā)傳力的缺點(diǎn),TR法將傳力裝置改進(jìn)為肘桿機(jī)構(gòu),其設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖1方所示.水壓機(jī)橫梁垂直向下勻速運(yùn)動(dòng)，肘桿與鉛垂線的央加入逐漸增大.隨著入的逐漸增大,水平鈉粗速度逐漸戰(zhàn)小,符合曲軸鍛鍛過(guò)程中對(duì)鍛粗工藝的要求另外,在E大小恒定的情況下，水平分力。陵也隨著4的逐漸增大而逐漸變大，這種變化也恰好符合鍛件徽粗變形的需要據(jù)相關(guān)資

10、料介紹，TR法設(shè)備的水平鍛粗力可達(dá)設(shè)備公稱壓力的12倍【川，即相當(dāng)于rr法的3.6倍.這樣就能使設(shè)備能力得到充分發(fā)揮。若使用相同公稱壓力的壓力機(jī)，相比于RR裝置，TR裝理能夠鍛鍛更大尺寸的曲軸口工另外，相對(duì)于RR法,TR法對(duì)于克服曲拐臂塌角缺陷和減小曲軸加工余量也有明顯效果”認(rèn)2.P忌圖L8TR法設(shè)備簡(jiǎn)圖TR法的不足之處仍然是彎曲和曲和過(guò)程的工藝參數(shù)固定，另外,在配套、成出精度等方而，TR法與RR法相差并不大.4. NTR法NTR(NewTR,新TR)法(如是參照NRR法,對(duì)TR法的改進(jìn).NTR法設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖19所示。NTR法設(shè)備中,執(zhí)行鎖粗行程的裝置沿用了TR法裝置的肘桿機(jī)構(gòu),因此其鈉粗速度和鈉粗力的變化規(guī)律與TR法基本相同：陵著入的逐漸增大，水平鎖粗速度逐漸減小，水平分力。翼逐漸變大，這兩種變化均恰好符合鍛件鋤粗變形的需要。而執(zhí)行彎曲I藝過(guò)程的進(jìn)給裝置與NRR法相同,由單獨(dú)控制的油缸