大型船用曲轴曲柄弯锻成形的工艺分析- .pdf

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1、。塑墨．1栏目主持田；文难救瓣大型船用曲轴曲柄弯锻成形的工艺分析齐齐哈尔齐翔建筑安装工程公司(黑龙江161042)肖敏北京中冶京诚金属加工与检验工程技术研究所(100176)孙亮1．概述大型船用发动机曲轴为组合或半组合结构，半组合曲轴的曲柄以整体锻件为毛坯，锻件体积大、形状复杂，要求曲柄销和曲臂金属纤维流向连续。目前世界各地多采用弯锻工艺成形曲柄，其工艺为：预锻(见图1a)一弯曲(见图1b、1c)一压平(见图1d)。图2K90曲柄锻件2．数值模拟模型及成形质量影响因素根据多次试算，通过对多组DEFORM数值模拟结果的分析比较，初步确定了曲柄毛坯

2、、模具的形状及尺寸。曲柄毛坯和成形工件、模具及载荷均具有双面对称性，可取毛坯和模具的1／4建立三维实体模型。图3为弯曲工艺的三维实体模型及其工件与模具的相对位置。采用四面体单元划分网格，刚塑性材料模型，模具为绝对刚体。图l大型船用曲轴曲柄弯锻工艺弯锻法操作简便，金属纤维流向好，弯曲时所用模具简单，所需设备能力小。但成形工件各部分材料在变形中互相牵制，弯曲压平时不易控制，极易在曲柄根部内侧及曲柄销处产生缺陷。为满足加工要求，不得不加大毛坯，致使材料利用率很低。本文以某大型曲柄为例，利用数值模拟和试验研究相结合的方法，分析成形质量的影响因素及影响规

3、律，并给出较为合理的坯料、图3弯曲工艺的有限元模型模具和工艺参数，以提高成形质量和材料利用率，并提依据数值模拟结果，可确定坯料及凹模对成形质量供一种工艺分析方法。的影响因素为图4所示7个尺寸参数。另外，弯曲时的图2为该曲柄锻件，其加工余量及公差均较目前某弯曲角、压平时的压下次序等也是影响成形质量的工艺公司生产的较小型号曲柄小。因素。!■2010年第11期热处锻铸造参曷工热加工WWW．metalw0rking1950．corn腓iI塑垦c为该处工件成形质量的指标，即：C3=(3)(4)图5中AD为图示曲臂内侧2处成形工件与锻件图问的最大凹陷量。当

4、AD>0时，将造成该处加工余量不足。定义C为该处工件成形质量的指标，即：c=(4)图4坯料(左)与凹模(右)对成形质量的影响因素4．成形质量的影响因素分析3．工件的成形缺陷及质量评价指标仅以毛坯上表面凹槽宽度6及凹模斜角为例进行图5为成形工件与锻件图相比较的情况。图中影响因素分析，并确定其取值。AD。、AD、AD，、AD表示成形工件与锻件图相比较的(1)毛坯上表面凹槽宽度6对成形质量的影响分差量。这些差量最终成为与曲柄质量相关的缺陷。别对61=620ram、6l=670mm、6l=720ram进行计算，其他参数不变。表1给出了毛坯上表面凹槽宽度

5、变化时C。、C：、C，、C的数据。由表中可见，当6=670mm时C、C，、C均为负值，可满足锻件图要求；6：620ram时，C3>O；6，：720ram时，C>0，均不满足要求。故选6=670ram。表1对成形质量的影响6／nunC1C、C3C46200．I76—0．O150．002—0．006670OJ25—0．oo2～0．034—0．0057200．2050．056～0．010．027图5工件压平后的成形缺陷(2)凹模斜角Ot对成形质量的影响分别取Ot为(1)图5中AD，为图示区域成形工件与锻件图问的100。、105。和110。进行模拟计算

6、，其他参数不变。表2最大宽度冗余量(在公称尺寸的正公差外计算)。当给出了凹模斜度O／变化时c．、c、c、c的数据由表AD．>0时，可认为将使加工余量增加，耗材过多。图2可见，当=105。时，C，、C、C均为负值，可满足中D。为锻件图曲臂顶面宽度的公称尺寸。定义C为该锻件图要求。=100。和=110。时，G均大于零，不满处工件成形质量的指标，即：足要求，故选Ot=105。。表2a对成形质量的影响(1)d(。)clCc3c4(2)图5中AO：为曲柄销侧面成形工件与锻件图问10OO．142o．030一o．034一o．004的最大凹陷量(在公称尺寸的负

7、公差内计算，下同)。1050．125—0．002一o．034一o．005Il00．I48o．067一O．03l—o．003当AD>0时，将造成该处加工余量不足。图中D：为锻其他影响因素以此类推进行分析，并同时确定其取件图下底边宽度的公称尺寸。定义G为该处工件成形质值，此处不再赘述。量的指标，即：5．敏感参数的耦合计算(2)以上分析中，每选一个参数进行分析时均假定其他(3)图5中AD为图示曲臂内侧1处成形工件与锻参数不变。事实上，各个参数是相互耦合作用的，冈此件图间的最大凹陷量。当AD>0时，将造成该处加工上述参数的确定存在明显的局限性。为此，从

8、上述7个余量不足。图中D为锻件图曲臂厚度的公称尺寸。定义参数中选出几个敏感参数，并使之耦合匹配．其他参数参磊工JnT热处锻铸造2010年第f1期WWW