CN103111569A - 船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺及装备 - Google Patents

Abstract

一种船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺及装备，属于机械制造技术领域。该成形工艺由TR法改为TY法，具体工艺包括待料、送料、合模、脱模机卸料。该成形工艺的装备，采用组合框架式液压机，组合框架式液压机由卧式框架和立式框架组成，两框架安装在同一底座上。本发明TY法及相应的组合框架式液压机可在液压机力能参数基本不变的条件下可得到2W的镦锻力，从而可明显提高液压机的生产能力。可使模块导轨承受的压力大幅减小至R-T。弯曲力R可单独控制，与合模力Q无关。弯曲模位移、速度亦可独立控制，与模块位移、速度间的关系可通过电液系统柔性调整，成形质量的控制不再单纯依赖模具的修改。斜置的立式框架允许坯料及锻件从其中穿过，进出料便捷。

Description

船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺及装备

技术领域

本发明属于机械制造技术领域。

背景技术

船用柴油机曲轴工作时要承受复杂的载荷，工况条件恶劣。为了保证曲轴的质量，锻造中均要求采用全纤维成形工艺。船用多拐曲轴轴颈及长度尺寸大，不可能整体成形，需单拐逐次成形。

此前国内外的主流成形方法均在普通立式三梁液压机上通过专用工装成形曲拐。坯料水平沿压机前后方向进入压机，在下模定位。液压机滑块在液压缸驱动下，携带双肘杆机构（或斜面）及弯曲模同时下行，当位于沿坯料轴向布置的两组模具上下模合模、并施加合模力Q后，由于肘杆后端节点铰接于滑块下的工装，前端节点则分别铰接于上述两组模块，随滑块下移，两肘杆前端（或斜面）驱动两组模块沿坯料轴向水平对向运动，可同时对坯料施加镦锻力W，实现曲拐的镦锻变形。滑块下行中，亦同时驱动弯曲模对坯料施加弯曲力R，实现曲拐的弯曲变形。滑块到达终点后，回程脱模。若压机压力为P，锻件的下支撑力为T，压机压力为P=Q+R；肘杆力只与合模力Q相关，镦锻力W为单一肘杆（斜面）力的水平分力。合模力Q为两肘杆（斜面）力的垂直分力之和。在这些力中， W较Q和R大很多，要成形大规格曲轴，需要更大的W，因此必须提高Q，即必须提高压机压力P；模块导轨承受的压力亦较大，为R+Q-T；在此过程中，弯曲模和镦锻模块的位移和速度均只与滑块的运动相关，因此两者的位移和速度关系是固定的，工艺不能柔性调整；不同曲轴相应于不同的工装；对压机能力要求较高，压机压力须大于镦锻力和弯曲力的和；压机压力全部由工装导轨平衡，导轨磨损严重；因镦锻模运动方向与棒料送进方向相同，装卸料很不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺及装备，以解决现有技术不能柔性调整；不同曲轴相应于不同的工装；对压机能力要求较高，压机压力须大于镦锻力和弯曲力的和；压机压力全部由工装导轨平衡，导轨磨损严重；因镦锻模运动方向与棒料送进方向相同，装卸料很不方便等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是成形工艺由TR法改为TY法，TY法可在Q不变的条件下显著提高镦锻力，明显提高液压机的产能。可使模块导轨承受的压力大大减小。弯曲模运动规律可独立控制，与模块位移、速度间的关系可通过电液系统柔性调整，使锻件的成形质量得到更为有效的保证，工艺装备采用全纤维曲轴四模镦锻组合框架式液压机；具体成形工艺如下：

本方法采用四个模块，开模进料状态，四模块彼此分离，其中心与待成形曲拐坯料的中心在俯视图内重合。合模状态，模块1与模块3、模块2与模块4向坯料中心线移动，水平闭合；弯曲模与支撑模垂直闭合，模具夹住坯料，成形曲拐坯料在模腔内定位。镦锻-弯曲加载状态，水平合模力为Q=P，与坯料轴线水平正交；镦锻力提高至2W，沿坯料轴线施加；弯曲力R和支撑力T沿垂直方向单独施加，与Q无关，且R﹥T；模块对导轨的压力仅为R-T；Q、W、R分别沿三个坐标方向作用。此间，模块的位移和速度与弯曲及支撑模的位移和速度的变化规律均独立控制，移动到位后卸载。开模卸料状态，模块1、模块2及模块3、模块4沿与坯料轴线正交方向水平后移，脱开锻件；弯曲模和支撑模沿垂直方向后移，脱开锻件，并复位。然后，锻件由辅机移出压机，四模块复位，压机进入待料状态。

支撑缸升起支撑模，待料；辅机送料；坯料置于支撑模定位；立式滑块携弯曲模下行，与支撑模合模；同时，卧式滑块沿水平导轨水平相向运动，直至两组模块合模、闭锁，夹住坯料；辅机回程；液压缸、主液压缸同时加载，卧式滑块和立式滑块分别按指定的位移及速度运动，完成曲拐的镦锻和弯曲成形；辅机夹持锻件；立式滑块和支撑缸垂直回程，弯曲模及支撑模脱模；同时卧式滑块水平相背回程，锻件脱模；辅机卸料。

上述船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺的装备采用组合框架式液压机，组合框架式液压机由卧式框架和立式框架组成，两框架安装在同一底座上。

卧式框架通过其中的液压缸和卧式滑块实现曲拐的水平合模和水平镦锻变形，卧式框架为两梁、四柱式结构，两固定梁分别安装液压缸，卧式滑块在液压缸驱动下，沿左右水平导轨相向运动。卧式滑块前端各铰接两肘杆，四个肘杆另一节点各铰接一模块5、模块6、模块7、模块8，模块内可按曲拐规格安装不同模芯，四模块与弯曲及支撑模共同组成曲拐模腔。四个肘杆和模块按左右侧分为两组，即模块5、模块6为一组，以右导杆滑动连接；模块7、模块8为另一组，以左导杆滑动连接。

立式框架通过其中的主液压缸和立式滑块实现曲拐的垂直合模和垂直弯曲变形。立式框架为两梁双柱结构，与卧式框架彼此斜置，以方便进出料。上梁安装主液压缸，以立式滑块携带弯曲模垂直移动，下梁安装支撑缸，用于驱动支撑模垂直移动。立式滑块由框架导向，其下平面安装弯曲模，随立式滑块垂直移动。

采用本发明的积极效果是TY法及相应的组合框架式TY液压机可在液压机力能参数基本不变的条件下可得到2W的镦锻力，从而可明显提高液压机的生产能力。可使模块导轨承受的压力大幅减小至R-T。弯曲力R可单独控制，与合模力Q无关。弯曲模位移、速度亦可独立控制，与模块位移、速度间的关系可通过电液系统柔性调整，成形质量的控制不再单纯依赖模具的修改。斜置的立式框架允许坯料及锻件从其中穿过，进出料便捷。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1（a）为本发明开模进料状态图；

图1（b）为本发明合模状态图；

图1（c）为本发明镦锻-弯曲加载状态；

图1（d）为本发明开模卸料状态；

图2是本发明装备结构示意图；

图3是本发明装备俯视图；

图4是本发明立式框架放大图；

图1（a-d）中1 模块1、2 模块2、3 模块3、4 模块4、5弯曲模、6支撑模、7台阶轴型坯料；

图2-4中1卧式框架、2立式框架、3卧式滑块、4立式滑块、5 模块5、6 模块6、7 模块7、8 模块8、9右导杆、10肘杆、11左导杆、12复位缸、13液压缸、14底座、15主液压缸、16中心导轨、17弯曲模、18支撑模、19支撑缸、20水平导轨、21固定梁。

具体实施方式

实施例

该成形工艺由TR法改为TY法，TY法可在Q不变的条件下显著提高镦锻力，明显提高液压机的产能。可使模块导轨承受的压力大大减小。弯曲模运动规律可独立控制，与模块位移、速度间的关系可通过电液系统柔性调整，使锻件的成形质量得到更为有效的保证，工艺装备采用全纤维曲轴四模镦锻组合框架式液压机；具体成形工艺如下：

该TY法采用四个模块，开模进料状态，四模块彼此分离，其中心与待成形曲拐坯料7的中心在俯视图内重合。合模状态，模块1（1）与模块3（3）、模块2（2）与模块4（4）向坯料（7）中心线移动，水平闭合；弯曲模（5）与支撑模（6）垂直闭合，模具夹住坯料（7），成形曲拐坯料在模腔内定位。镦锻-弯曲加载状态，水平合模力为Q=P，与坯料轴线水平正交；镦锻力提高至2W，沿坯料轴线施加；弯曲力R和支撑力T沿垂直方向单独施加，与Q无关，且R﹥T；模块对导轨的压力仅为R-T；Q、W、R分别沿三个坐标方向作用。此间，模块的位移和速度与弯曲模（5）及支撑模（6）的位移和速度的变化规律均独立控制，移动到位后卸载。开模卸料状态，模块1（1）、模块2（2）及模块3（3）、模块4（4）沿与坯料（7）轴线正交方向水平后移，脱开锻件；弯曲模（5）和支撑模（6）沿垂直方向后移，脱开锻件，并复位。然后，锻件由辅机移出压机，四模块复位，压机进入待料状态。

支撑缸（19）升起支撑模（18），待料；辅机送料；坯料置于支撑模（18）定位；立式滑块（4）携弯曲模（17）下行，与支撑模（18）合模；同时，卧式滑块（3）沿水平导轨（20）水平相向运动，直至两组模块合模、闭锁，夹住坯料；辅机回程；液压缸（13）、主液压缸（15）同时加载，卧式滑块（3）和立式滑块（4）分别按指定的位移及速度运动，完成曲拐的镦锻和弯曲成形；辅机夹持锻件；立式滑块（4）和支撑缸（19）垂直回程，弯曲模（17）及支撑模（18）脱模；同时卧式滑块（3）水平相背回程，锻件脱模；辅机卸料。

上述船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺的装备采用组合框架式液压机，组合框架式液压机由卧式框架（1）和立式框架（2）组成，两框架（1、2）安装在同一底座（14）上。

卧式框架（1）通过其中的液压缸（13）和卧式滑块（4）实现曲拐的水平合模和水平镦锻变形，卧式框架（1）为两梁、四柱式结构，两固定梁（21）分别安装液压缸（13），卧式滑块（3）在液压缸（13）驱动下，沿左右水平导轨（20）相向运动。卧式滑块（3）前端各铰接两肘杆（10），四个肘杆（10）另一节点各铰接一模块5（5）、模块6（6）、模块7（7）、模块8（8），模块内可按曲拐规格安装不同模芯，四模块与弯曲及支撑模共同组成曲拐模腔。四个肘杆（10）和模块按左右侧分为两组，即模块5（5）、模块6（6）为一组，以右导杆（9）滑动连接；模块7（7）、模块8（8）为另一组，以左导杆（11）滑动连接。

立式框架（2）通过其中的主液压缸（15）和立式滑块（4）实现曲拐的垂直合模和垂直弯曲变形。立式框架（4）为两梁双柱结构，与卧式框架（1）彼此斜置，以方便进出料。上梁安装主液压缸（15），以立式滑块（4）携带弯曲模垂直移动，下梁安装支撑缸（19），用于驱动支撑模垂直移动。立式滑块（4）由框架导向，其下平面安装弯曲模（17），随立式滑块（4）垂直移动。

当卧式滑块相向前移至两组模块接触时，合模夹柱坯料，且两组模块沿坯料轴向彼此自动锁紧。加载后，坯料被模块夹紧，且卧式滑块继续相向移动，随卧式滑块接近，四肘杆向卧式框架中心线转动，转动中分别驱动各模块沿中心导轨相向运动，在运动中完成曲拐的镦锻成形。镦锻力W随肘杆转动逐渐增大，至设计规定角度时，肘杆给出的镦锻力达到设计的最大值。对于传统的双肘杆机构，镦锻力为W，液压机压力为Q+R，对于TY法的四肘杆机构，镦锻力为2W，但卧式框架承受的的压力仍为Q。模块水平合模时，弯曲模与支撑模在垂直方向亦同时合模，插入模块5、模块6及模块7、模块8之间，与模块中的模芯组成曲拐模腔。镦锻成形同时，弯曲模及支撑模按PLC程序指定的规律下行，实现坯料的弯曲成形。曲拐成形后，两滑块同时后移脱模，四个复位缸将四肘杆复位至待料位置。

Claims (4)

1.一种船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺，其特征是成形工艺由TR法改为TY法，TY法可在Q不变的条件下显著提高镦锻力，明显提高液压机的产能；可使模块导轨承受的压力大大减小；弯曲模运动规律可独立控制，与模块位移、速度间的关系可通过电液系统柔性调整，使锻件的成形质量得到更为有效的保证，工艺装备采用全纤维曲轴四模镦锻组合框架式液压机；具体成形工艺如下：

本方法采用四个模块，开模进料状态，四模块彼此分离，其中心与待成形曲拐坯料的中心在俯视图内重合；合模状态，模块1与模块3、模块2与模块4向坯料中心线移动，水平闭合；弯曲模与支撑模垂直闭合，模具夹住坯料，成形曲拐坯料在模腔内定位；镦锻-弯曲加载状态，水平合模力为Q=P，与坯料轴线水平正交；镦锻力提高至2W，沿坯料轴线施加；弯曲力R和支撑力T沿垂直方向单独施加，与Q无关，且R﹥T；模块对导轨的压力仅为R-T；Q、W、R分别沿三个坐标方向作用；此间，模块的位移和速度与弯曲及支撑模的位移和速度的变化规律均独立控制，移动到位后卸载；开模卸料状态，模块1、模块2及模块3、模块4沿与坯料轴线正交方向水平后移，脱开锻件；弯曲模和支撑模沿垂直方向后移，脱开锻件，并复位；然后，锻件由辅机移出压机，四模块复位，压机进入待料状态；支撑缸升起支撑模，待料；辅机送料；坯料置于支撑模定位；立式滑块携弯曲模下行，与支撑模合模；同时，卧式滑块沿水平导轨水平相向运动，直至两组模块合模、闭锁，夹住坯料；辅机回程；液压缸、主液压缸同时加载，卧式滑块和立式滑块分别按指定的位移及速度运动，完成曲拐的镦锻和弯曲成形；辅机夹持锻件；立式滑块和支撑缸垂直回程，弯曲模及支撑模脱模；同时卧式滑块水平相背回程，锻件脱模；辅机卸料。

2.根据权利要求1所述的船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺的装备，其特征是该装备采用组合框架式液压机，组合框架式液压机由卧式框架和立式框架组成，两框架安装在同一底座上。

3.根据权利要求2所述的船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺的装备，其特征是卧式框架通过其中的液压缸和卧式滑块实现曲拐的水平合模和水平镦锻变形，卧式框架为两梁、四柱式结构，两固定梁分别安装液压缸，卧式滑块在液压缸驱动下，沿左右水平导轨相向运动；卧式滑块前端各铰接两肘杆，四个肘杆另一节点各铰接一模块5、模块6、模块7、模块8，模块内可按曲拐规格安装不同模芯，四模块与弯曲及支撑模共同组成曲拐模腔；四个肘杆和模块按左右侧分为两组，即模块5、模块6为一组，以右导杆滑动连接；模块7、模块8为另一组，以左导杆滑动连接。

4.根据权利要求2所述的船用全纤维曲轴四模镦锻弯曲柔性成形工艺的装备，其特征是立式框架通过其中的主液压缸和立式滑块实现曲拐的垂直合模和垂直弯曲变形；立式框架为两梁双柱结构，与卧式框架彼此斜置；上梁安装主液压缸，下梁安装支撑缸，用于驱动支撑模垂直移动；立式滑块由框架导向，其下平面安装弯曲模，随立式滑块垂直移动。

Images