CN101947625A - 制造高精度微车曲轴的锻造模具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制造高精度微车曲轴的锻造模具，包括上模、下模和由上模和下模围成的模腔，所述下模上位于模腔两侧轴向设置导向槽Ⅰ，上模上位于模腔两侧轴向对应设置导向耳Ⅰ，下模上位于曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙；还包括其制造方法，包括以下步骤：首先，按基准垫板及图纸尺寸加工一块模具；然后对加工好的模具进行实际测量采集数据；最后通过数控编程保证间隙量的方式制造另一块模具的中部及对角导向部位；本发明所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，产品尺寸、形状精度较高、产品一致性较好，同时也大大增加了模具的使用寿命，产品填充饱满度较高，材料的利用率较高，生产成本较低。

Description

制造高精度微车曲轴的锻造模具及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种机械部件的锻造模具，尤其涉及一种制造高精度微车曲轴的锻造模具及其制造方法。

背景技术

曲轴是发动机传递动力的重要零件，工作中承受冲击载荷和循环扭矩，服役状态恶劣，整体机械性能要求较高。近几年，微车曲轴产品的配套厂家越来越倾向于少机械加工、甚至不机械加工的方式获得锻钢曲轴毛坯，这就要求锻造曲轴毛坯的轻量化和高精度。现有技术中，由于通用锻造设备导向精度较差，并且常规微车曲轴模具本身的上下模之间缺乏导向机构，因此在锻造过程中容易产生错模现象，进而影响产品的精度，例如：尺寸、形状精度、产品一致性等均不能满足高精度要求，同时也大大缩短了模具的使用寿命。另外，随着高精度曲轴的轻量化要求，下料的规格较小，辅料较少，容易引起填充不足的问题，进而导致产品不合格、材料的利用率低的现象；这直接导致生产成本提高，产品利润低下，不利于相关锻造企业的生存和发展。

针对上述不足，需要提供一种新的曲轴模具，避免在锻造过程中因发生错模而导致尺寸和形状精度不够、成品一致性差、产品填充不完全、废品率高、浪费材料等现象，同时也延长模具的使用寿命，从而节约成本，提高利润率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够在锻造过程中对上下模进行准确导向，避免发生错模现象的制造高精度微车曲轴的锻造模具，进而保证了产品的尺寸和形状精度较高、成品一致性高、填充完全、废品率低，同时也延长模具的使用寿命，节约成本，提高利润率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种制造高精度微车曲轴的锻造模具，包括上模、下模和由上模和下模围成的模腔，所述下模上位于模腔两侧轴向设置导向槽Ⅰ，上模上位于模腔两侧轴向对应设置导向耳Ⅰ，下模上位于曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙。

进一步，导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ结合面的斜度a为：1°≤a≤3°；导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ的结合面之间的工作间隙n为：0.5 mm≤n≤0.8 mm；导向耳Ⅰ和导向槽Ⅰ竖直方向之间的间隙h1为：5mm≤h1≤10 mm。

进一步，所述上模的两对角处设置有导向槽Ⅱ，所述下模的两对角处对应设置有导向耳Ⅱ；

进一步，所述导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ结合面的斜度a1为：1°≤a1≤3°；导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ的结合面之间的工作间隙n1为：0.3 mm≤n1≤0.5 mm；导向耳Ⅱ和导向槽Ⅱ竖直方向之间的间隙h3为：5mm≤h3≤10 mm；

进一步，阻力墙桥部宽度b2为：10 mm≤b2≤20 mm；阻力墙斜度a2为：7°≤a2≤10°；阻力墙（4）内侧面间隙n2为：0.5 mm≤n2≤5 mm；阻力墙高度h4为：15 mm≤h4≤30 mm；阻力墙顶部间隙h5≥仓部深度；阻力墙侧向间隙n3大于阻力墙内侧面的间隙n2；

进一步，所述下模靠近模腔一侧的桥部上设置有凸起的阻力筋，上模上靠近模腔一侧的桥部上对应设置与阻力筋相配合的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置；

进一步，所述阻力筋筋体圆角半径R为：5 mm≤R≤10 mm；阻力筋筋体圆心高度h6为：1 mm≤h6≤0.5R；阻力筋最大间隙h7为：1 mm≤h7≤h0。

本发明还包括一种制造高精度微车曲轴的锻造模具的方法，包括以下步骤：首先，按基准垫板及图纸尺寸加工一块模具；然后对加工好的模具进行实际测量采集数据；最后通过数控编程保证间隙量的方式制造另一块模具的中部及对角导向部位。

本发明的有益效果：本发明的制造高精度微车曲轴的锻造模具，相比现有锻模而言，在模腔两侧轴向设置有导向槽Ⅰ和导向耳Ⅰ，使得在锻造过程中能够对上模和下模进行准确导向定位，避免上模和下模在锻压过程中产生错移，紧紧锁扣，使所得产品尺寸、形状精度较高、产品一致性较好，同时也大大增加了模具的使用寿命。又由于其在曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙，用于阻止锻压过程中金属料的外流，使所得产品填充饱满度较高，材料的利用率较高，节约生产成本。

本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

附图1为本发明下模的结构示意图；

附图2为附图1中M-M向剖视（旋转）图；

附图3为附图1中A-A向剖视（旋转）图；

附图4为附图1中P-P向剖视图；

附图5为附图1中Q-Q向剖视图；

附图6为附图1中H-H向剖视图；

附图7为附图1中C-C向剖视（旋转）图。

具体实施方式

附图1为本发明下模的结构示意图，附图2为附图1中M-M向剖视（旋转）图，附图3为附图1中A-A向剖视（旋转）图，附图4为附图1中P-P向剖视图，附图5为附图1中Q-Q向剖视图，附图6为附图1中H-H向剖视图，附图7为附图1中C-C向剖视（旋转）图。如图所示，本发明的制造高精度微车曲轴的锻造模具，包括上模1、下模2和由上模和下模围成的模腔3，所述下模2上位于模腔3两侧轴向设置导向槽Ⅰ，上模1上位于模腔两侧轴向对应设置导向耳Ⅰ5，下模2上位于曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙4。本实施例中，以重约13公斤，合模高度为：长×宽×高=600mm×380mm×400mm的微车曲轴为例，其中导向耳Ⅰ的高度h为70mm，该数值需结合导向耳Ⅰ的宽度、模块长度及设备封闭高度综合选择，以防止高度过大导致导向耳刚度和强度下降。但在条件允许的情况下应尽量取大值。导向耳Ⅱ的高度h2为55mm，导向耳Ⅱ宽度的取值需根据高度取值进行强度校核后确定，同时还需要注意不与阻力墙型面发生干涉。阻力墙的桥部宽度b2取15mm, 阻力墙的宽度取值需重点考虑成形载荷的影响，经实验研究发现，阻力墙桥部宽度b2的取值对填充能力的影响并不显著，但与最大成形载荷的数值呈现正相关性。因此，综合考虑设备运行的平稳性及模具受载破坏的危险，b2应尽可能取小的数值，但也不可过小，以防止飞边过窄导致后续中飞边压入锻件本体形成折迭或者对切边产生不良影响。阻力墙高度h4为20mm，阻力墙高度对填充能力及最大成形载荷的影响趋势与阻力墙间隙相同，设计时需根据产品特点在该取值区间内合理选择。本发明的制造高精度微车曲轴的锻造模具，由于在模腔两侧轴向设置有导向槽Ⅰ和导向耳Ⅰ，使得在锻造过程中能够对上模和下模进行准确导向定位，避免上模和下模在锻压过程中产生错移，紧紧锁扣，使所得产品尺寸、形状精度较高、产品一致性较好，同时也大大增加了模具的使用寿命。又由于其在曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙，用于阻止锻压过程中金属料的外流，使所得产品填充饱满度较高，材料的利用率较高，节约生产成本。

作为对上述实施例的进一步改进，所述导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ结合面的斜度a为：1°≤a≤3°，导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ结合面的斜度a合理取值能够保证良好的运行工况和较高导向精度,本实施例中a取2°；导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ的结合面之间的工作间隙n为：0.5 mm≤n≤0.8 mm；该间隙取值需综合考虑设备精度及允许的错模公差，过小会对运行工况造成影响，过大则会对锻造精度造成影响，本实施例n取0.5mm。导向耳Ⅰ和导向槽Ⅰ竖直方向之间的间隙h1为：5mm≤h1≤10 mm，由于导向耳Ⅰ底面非工作表面，在本结构中只需要预留5—10 mm间隙作让位，即可保证本发明能够良好工作,本实施例中h1取8mm。

作为对上述实施例的进一步改进，所述上模1的两对角处设置有导向槽Ⅱ，所述下模2的两对角处对应设置有导向耳Ⅱ6。由于在曲轴的成形后期，系统模锻力急剧增加，因此在对角方向设置导向槽Ⅱ和导向耳Ⅱ，用于平衡水平错移力矩，防止过大的力全部施加在导向槽Ⅰ和导向耳Ⅰ上，进一步增加安全性和保险性。

作为对上述实施例的进一步改进，所述导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ结合面的斜度a1为：1°≤a1≤3°，导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ结合面的斜度a1合理取值能够保证良好的运行工况和较高导向精度,本实施例中a1取2°；导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ的结合面之间的工作间隙n1为：0.3 mm≤n1≤0.5 mm，该间隙取值需综合考虑设备精度及允许的错模公差，过小会对运行工况造成影响，过大则会对锻造精度造成影响，本实施例n1取0.3mm；导向耳Ⅱ和导向槽Ⅱ竖直方向之间的间隙h3为：5mm≤h3≤10 mm，由于导向耳Ⅱ顶面非工作表面，在本结构中只需要预留5—10 mm间隙作让位，即可保证本发明能够良好工作,本实施例中h3取8mm。

作为对上述实施例的进一步改进，阻力墙4的桥部宽度b2为：10 mm≤b2≤20 mm，综合考虑设备运行的平稳性及模具受载破坏的危险，b2应尽可能取小的数值，但如果过小，则会因飞边过窄导致后续中飞边压入锻件本体形成折迭或者对切边产生不良影响。如果太大，则会占据导向槽Ⅰ的位置，从而影响导向槽和导向耳的强度;本实施例中，b2取15mm；阻力墙4斜度a2为：7°≤a2≤10°，经实验研究分析可知，阻力墙4斜度的取值与填充能力及最大成形载荷均呈反比，因此，从降低最大成形载荷提高填充能力的角度考虑，阻力墙斜度a 2应尽可能取小值，但也不可小于拔模斜度，以防止锻件粘模导致出模困难，本实施例中a2取8°；阻力墙4内侧面间隙n2为：0.5 mm≤n2≤5 mm，实验研究证明，阻力墙内侧面间隙对填充能力及最大成形载荷的影响趋势相反，较小的间隙取值可以获得较好的锻件整体填充状态，但也会导致最大成形载荷的显著增加，因此，该参数的取值需要综合考虑产品填充和模具负荷的综合影响，本实施例n2取2mm；阻力墙4高度h4为：15 mm≤h4≤30 mm，阻力墙高度对填充能力及最大成形载荷的影响趋势与阻力墙间隙成正相关，本实施例中h4取20mm；阻力墙4顶部间隙h5≥仓部深度（仓部是指围绕锻模桥部外侧用于容纳多余金属的空腔，仓部深度是指仓部底面到分模面之间的距离），该间隙的作用主要是容纳通过阻力墙后的多余金属，因此不能小于仓部深度；阻力墙4侧向间隙n3大于阻力墙内侧面的间隙n2，由于对金属起约束作用的主要是阻力墙的内侧面，而左右两侧面的影响并不明显，因此在一般情况下，该阻力墙墙体的左右两侧面间隙宽度n3，应比阻力墙墙体内侧面的间隙宽度n2宽，该结构是为了不影响多余金属在模锻后期排除型腔时的持续性和均匀性，防止产生回流折迭等缺陷。

作为对上述实施例的进一步改进，所述下模靠近模腔一侧的桥部上设置有凸起的阻力筋7，上模上靠近模腔一侧的桥部上对应设置与阻力筋7相配合的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置。阻力筋7的设置，一方面可提供较阻力沟更大的材料水平外流阻力，促使坯料向型腔深处填充；另一方面也可与模具中间的阻力墙结构联合为一整体，构成横向的强阻力区，促使坯料向长度方向填充曲轴远端型腔。当然，分段式设置同样能发挥阻止材料水平外流的作用。该结构解决了模具端头空间限制无法布置阻力墙的困难；本实施例中，所述下模上靠近小头模腔一端对称设置轴向呈“八”字型凸起的阻力筋7，上模上靠近小头模腔一端对称设置轴向呈“八”字型的与阻力筋7相配合的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置。均能提供较强的侧向阻力。

作为对上述实施例的进一步改进，所述阻力筋8筋体圆角半径R为：5 mm≤R≤10 mm，R的取值需要综合考虑小头模腔一端的空间大小和阻力筋的受力大小等，本实施例中，R取8mm；阻力筋8筋体圆心高度h6为：1 mm≤h6≤0.5R，由于阻力筋8整体越高，可提供的水平阻力越大，锻件填充性越好，因此，设计时往往将阻力筋8整体升高一定数值，但该值不能大于筋体圆角半径数值的一半，即0.5R，以防止阻力筋8强度下降，在水平力的作用下变形或者断裂失效，本实施例中h6取0.3R；阻力筋8最大间隙h7为：1 mm≤h7≤h0（此处h0飞边厚度），该最大间隙在设计上体现为筋体凸凹部分的圆心距，该间距的存在构成了凸凹筋体间的腔体结构，可用于容纳一定量的飞边金属，因此不宜过小，本实施例中h7取1mm。

本发明还包括上述制造高精度微车曲轴的锻造模具的制造方法，包括以下步骤：首先，按基准垫板及图纸尺寸加工一块模具；然后对加工好的模具进行实际测量采集数据；最后通过数控编程保证间隙量的方式制造另一块模具的中部及对角导向部位。传统工艺中，通常采用根据图纸尺寸加工的方式制造模具导向机构，由于制造基准的不稳定性，采用保证尺寸的方式极易发生间隙的跳动和偏差，使模具的导向精度降低，生产中出现错模量过大引起锻件报废。采用本发明的方法制造的模具导向精度高，锻件的错模得到了有效的控制。经统计，锻件实际的错模量小于0.15 mm，效果明显。

采用本发明“依据实测结果配合制造”的方式保证导向机构间隙，并按照权利要求限定的参数合理取值，所得产品与传统模具锻造所得的曲轴产品性能相比，有益效果十分显著。具体结果如下：

   最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (8)

1.一种制造高精度微车曲轴的锻造模具，包括上模（1）、下模（2）和由上模和下模围成的模腔（3），其特征在于：所述下模（2）上位于模腔（3）两侧轴向设置导向槽Ⅰ，上模（1）上位于模腔两侧轴向对应设置导向耳Ⅰ（5），下模（2）上位于曲轴轴向两侧平衡板对应区域设置有阻力墙（4）。

2.根据权利要求1所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：所述导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ结合面的斜度a为：1°≤a≤3°；导向耳Ⅰ与导向槽Ⅰ的结合面之间的工作间隙n为：0.5 mm≤n≤0.8 mm；导向耳Ⅰ和导向槽Ⅰ竖直方向之间的间隙h ₁为：5mm≤h ₁≤10 mm。

3.根据权利要求2所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：所述上模（1）的两对角处设置有导向槽Ⅱ，所述下模（2）的两对角处对应设置有导向耳Ⅱ（6）。

4.根据权利要求3所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：所述导向耳Ⅱ（6）与导向槽Ⅱ结合面的斜度a ₁为：1°≤a ₁≤3°；导向耳Ⅱ与导向槽Ⅱ的结合面之间的工作间隙n₁为：0.3 mm≤n₁≤0.5 mm；导向耳Ⅱ和导向槽Ⅱ竖直方向之间的间隙h ₃为：5mm≤h ₃≤10 mm。

5.根据权利要求4所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：阻力墙（4）桥部宽度b ₂为：10 mm≤b ₂≤20 mm；阻力墙（4）斜度a ₂ 为：7°≤a ₂ ≤10°；阻力墙（4）内侧面间隙n ₂为：0.5 mm≤n ₂≤5 mm；阻力墙（4）高度h ₄为：15 mm≤h ₄≤30 mm；阻力墙（4）顶部间隙h ₅≥仓部深度；阻力墙（4）侧向间隙n ₃大于阻力墙内侧面的间隙n ₂。

6.根据权利要求5所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：所述下模靠近模腔一侧的桥部上设置有凸起的阻力筋（7），上模上靠近模腔一侧的桥部上对应设置与阻力筋（7）相配合的凹槽；阻力筋分别与其同侧的阻力墙连为一体，或呈局部分段式设置。

7.根据权利要求6所述的制造高精度微车曲轴的锻造模具，其特征在于：所述阻力筋（7）筋体圆角半径R为：5 mm≤R≤10 mm；阻力筋（7）筋体圆心高度h ₆为：1 mm≤h ₆≤0.5R；阻力筋（7）最大间隙h ₇为：1 mm≤h ₇≤h ₀。

8.一种权利要求1所述的高精度微车曲轴模具的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，按基准垫板及图纸尺寸加工一块模具；然后对加工好的模具进行实际测量采集数据；最后通过数控编程保证间隙量的方式制造另一块模具的中部及对角导向部位。

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