CN106914581A - 一种全纤维曲轴多向模锻方法及模具 - Google Patents

Abstract

一种全纤维曲轴多向模锻方法及模具，其模具中上模主要包括上弯曲模、上导轨、上镶块及上镦粗模，下模主要包括下弯曲模、下导轨、下镶块及下镦粗模，在上、下模前后两侧设两个压紧模，另在上、下镦粗模出料腔设有定位模；其方法主要是：上弯曲模在多向模锻压机上冲头的带动下向下运动，对坯料进行弯曲，与此同时，压力机的两个水平冲头分别带动前后压紧模运动，通过镶块和镦粗模使坯料的弯曲和镦粗两个成形动作同时进行，这样就完成了一个曲拐的成形。本发明的方法既能保证曲拐一次弯曲成形，又能保证成型件质量，不仅提高了压机的利用率，节约能源，而且还提高了生产效率。本发明的模具结构简单，工作可靠，生产成本低，加工容易，装拆方便。

Description

一种全纤维曲轴多向模锻方法及模具

技术领域

本发明涉及一种中小型曲轴弯曲模锻成形方法及模具。

背景技术

曲轴是内燃机中的重要零件之一,是承受冲击载荷传递动力的关键零件。在内燃机五大件(机体、缸盖、曲轴、连杆、凸轮轴)中是最难以保证加工质量的零件。目前全纤维曲轴是一种较为先进的加工方法，它是指坯料经过锻造成形后，曲轴的金属纤维流向不会被切断，最大限度的保持了金属纤维的完整性，经机加工后曲轴的金属纤维连续完整，金属纤维的形状和曲轴外形结构吻合。现阶段多采用模锻、RR法和TR法来成形全纤维中小型曲轴。模锻时由于各曲拐同时成形，使分模面上飞边较多，造成严重的材料浪费。RR法由于其采用的是两斜面装置，致使液压机转换成水平镦粗力的效率不高，且水平力镦粗力保持不变，对液压机利用率极低，存在着能源浪费问题。TR法在RR法基础上用轴杆结构代替双斜面结构，在压机转化效率上有所提高但仍存在这能源浪费问题。因此，研究一种新的中小形曲轴成形方法及工装对提高曲轴的成形质量和工作效率有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能减少加工工序，提高压机利用率，节约能源，提高成型件质量的全纤维曲轴多向模锻方法及模具。

一、成型模具如下：

本发明的模具主要包括上模、压紧模、下模和定位模。其中，上模主要包括上模板、上弯曲模、上导轨、上垫板、上镶块及上镦粗模。矩形上模板，其中心设有矩形通孔，该通孔内插有竖直的截面呈矩形的上弯曲模，该上弯曲模顶端可固定在压力机上冲头上，下端为可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块，该凸块随上弯曲模向下运动，最终与下弯曲模接触。上模板下面前后两侧分别通过紧固件固定两条与上模板前后面平行的导轨，该两导轨截面近似为直角梯形，并且两导轨的斜面相对并以模具的中心面为对称。在上模板下面设有可减小开合模阻力及磨损并容易更换的上垫板，在上垫板的下面设有左右两个以模具左右中心面为对称的上镶块即左上镶块和右上镶块，两者朝向上弯曲模的一侧中部分别设与上弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，最好以上弯曲模为对称，并且上左镶块上的两槽孔与上右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱，在导柱与槽孔之间设一根弹簧。当压力机工作时，导柱可为左右镶块及左右镦粗模导向，当开模时，压力机回程，左右镶块在弹簧力作用下带动左右镦粗模开模。两上镶块朝向前面的一侧上部和朝向后面的一侧上部分别设有与前、后上导轨斜面对应的凹槽，使每个镶块的前后均与导轨接触，以便在成形过程中沿导轨滑动；两上镶块前后下面部分别与前、后压紧模的上半部分相邻。所述左上镶块和右上镶块的底面分别固定有左、右上镦粗模，最好左、右上镶块底面设开口槽，其分别与下面的左、右上镦粗模顶面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。左、右上镦粗模向内的一侧分别与上弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔。左、右上镦粗模底面设直径与被加工曲轴直径对应的下开口半圆槽，其分别与左、右下镦粗模顶面相对，合模后形成一个圆柱形型腔。与上模相对的下模，其结构基本与上模相同，主要包括下模板、下弯曲模、下导轨、下垫板、下镶块及下镦粗模。其中，设在压力机工作台上的下模板，其中心设有上开口矩形凹槽，凹槽内置有竖直的下弯曲模的下端，并由设在下模板上的连接块将下弯曲模固定在下模板上。该下弯曲模上端也设有可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块，其与上弯曲模下端的凸块合模，所夹部分则为曲轴的一个曲拐。在下模板上面设有下垫板，在下垫板的上面设有左右两个下镶块即左下镶块和右下镶块，两者朝向下弯曲模的一侧中部分别设与下弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，最好以下弯曲模为对称，并且下左镶块上的两槽孔与下右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱，在导柱与槽孔之间设一根弹簧。两下镶块朝向前面的一侧下部和朝向后面的一侧下部分别设有与前、后下导轨斜面对应的凹槽，上部分别与前、后压紧模的下半部分相邻。所述左下镶块和右下镶块的顶面分别固定有左、右下镦粗模，最好左、右下镶块模顶面设开口槽，其分别与上面的左、右下镦粗模底面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。左、右下镦粗模顶面设直径与被加工曲轴直径对应的上开口半圆槽。左、右下镦粗模向内的一侧分别与下弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔。

在上、下镦粗模出料腔设有卡住成形后曲拐的定位模，该定位模通过固定板固定在左下镶块端部，其中部有一个与镦粗模半圆槽同轴线且相同的上开口凹槽，其一侧顶面与半圆槽的轴线平齐，另一侧顶面高于该顶面，并且由半圆槽口高顶面中间部分由斜面相连，斜面两侧由弧面相连。

所述设在上、下模前后两侧的两个压紧模为扁立方体，其前压紧模上端面与前上导轨底面相邻，前压紧模下端面与前下导轨顶面相邻，同理，其后压紧模上端面与后上导轨底面相邻，后压紧模下端面与后下导轨顶面相邻。前后压紧模朝外的端面中部均设有与多向模锻压机的两个水平冲头相连接用的槽孔，而朝内的一侧设以中心筋板为对称的上、下两个等腰梯形开口槽，且开口长度大于槽底长度。前压紧模中心筋板置于右上、下镶块之间对应的凹槽内，该前压紧模上开口槽与右上镶块外侧对应，下开口槽与右下镶块外侧对应。同理，后压紧模中心筋板置于左上下镶块之间对应的凹槽内，该后压紧模上开口槽与左上镶块外侧对应，下开口槽与左下镶块外侧对应。

最好，在上模板左、右端面中部设有向下延伸的左、右上定位块，在下模板左右端面中部设有向上延伸的左、右下定位块，用于为各镶块沿导轨滑动限位。

为减轻模具自身重量，最好上模、下模和压紧模均采用中空加筋板结构。

二、成型方法如下：

1、曲拐弯曲镦粗成形时，先将所述弯曲成形模具放在所需吨位的压力机工作台上并将上弯曲模固定在多项模锻压机上冲头上，再对坯料的成形部位进行加热，然后驱动多向模锻压力机水平冲头带动压紧模运动到规定的位置，完成模具的合模。

2、上弯曲模在多向模锻压机上冲头的带动下向下运动，对坯料进行弯曲。

3、与此同时，压力机的两个水平冲头分别带动前压紧模和后压紧模运动，前压紧模利用其斜面，将力传递给左上镶块、右上镶块、左下镶块、右下镶块，后压紧模同样通过自身斜面将力作用到这四个镶块上。这样便将多向模锻压机水平冲头的运动转化为镶块沿导轨方向的运动。各镦粗模又分别固定在与其对应的镶块上，各镶块的运动又带动镦粗模运动，从而完成坯料的镦粗。坯料的弯曲和镦粗两个成形动作同时进行，这样就完成了一个曲拐的成形。

4、压力机回程，左上镶块和右上镶块依靠导柱上的弹簧的弹力，沿导轨分别滑动到左上定位块和右上定位块的位置，左下镶块和右下镶块的运动方式也与此相同。

5、将坯料已成形的一个曲拐向后移至定位模上卡住，再完成下一个要成形的曲拐位置和角度的定位。然后重复上面操作。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、成形工艺采用了多向模锻工艺，多向模锻压机可以同时提供水平和垂直方向的压力，且两个方向力的大小和运动速度都是可以调节。坯料在成形曲拐时，其弯曲和镦粗这两个行程的速度我们就可以根据坯料的成形情况进行调节，不再受制于传统曲轴生产工艺斜面装置或者轴杆装置的限制，既能保证曲拐一次弯曲成形，又保证了成型件质量，提高了压机的利用率，节约能源，从而大大提高了生产效率。

2、曲轴成形装置和所采用的模具结构简单，工作可靠，生产成本低，加工容易，装拆方便。

附图说明

图1是采用本发明方法和模具加工的曲轴主视示意图；

图2是采用本发明方法和模具加工的曲轴左视示意图；

图3是本发明模具的主视剖面示意简图；

图4是图3侧视半剖示意简图；

图5是带后压紧模水平中心剖面的下模俯视示意简图；

图6是本发明上模板内部所加筋板的主视示意图；

图7是本发明下模板内部所加筋板的主视示意图；

图8是本发明压紧模内部所加筋板的结构示意图；

图9是本发明垫板的主视示意图；

图10是本发明定位模的主视示意图；

图11是本发明定位模的俯视示意图。

其中：1为上模板，2为上垫板，3为左上镶块，4为左上镦粗模，5为上弯曲模，6为右上镦粗模,7为右上镶块，8为右上定位块，9为后上导轨,10为后压紧模，11为后下导轨,12为右下定位块，13为下模板，14为右下镶块,15为右下镦粗模，16为连接块，17为下弯曲模，18为下垫板，19为左下镦粗模，20为左下镶块，21为左下定位块,22为固定板，23为定位模，24为左上定位块，25为前上导轨，26为前压紧模，27为前下导轨，28为导柱，29为弹簧。

具体实施方式

在图3、图4和图5所示的全纤维曲轴多向模锻模具的示意简图中，矩形上模板1，其中心设有矩形通孔，该通孔内插有竖直的截面呈矩形的上弯曲模5，该上弯曲模顶端可固定在压力机上冲头上，下端为可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块。上模板下面前后两侧分别通过紧固件固定两条与上模板前后面平行的导轨9、25，该两导轨截面近似为直角梯形，并且两导轨的斜面相对并以模具的中心面为对称。在上模板下面设有上垫板2，如图9所示，在上垫板的下面设有左右两个以模具左右中心面为对称的上镶块即左上镶块3和右上镶块7，两者朝向上弯曲模的一侧中部分别设与上弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，并以上弯曲模为对称，并且上左镶块上的两槽孔与上右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱28，在导柱与槽孔之间设一根弹簧29。两上镶块朝向前面的一侧上部和朝向后面的一侧上部分别设有与前、后上导轨斜面对应的凹槽；两上镶块前后下面部分别与前压紧模26、后压紧模10的上半部分相邻。所述左上镶块和右上镶块的底面分别固定有左上镦粗模4和右上镦粗模6，即左、右上镦粗模底面设开口槽，其分别与下面的左、右上镦粗模顶面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。左、右上镦粗模向内的一侧分别与上弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔。左、右上镦粗模底面设直径与被加工曲轴直径对应的下开口半圆槽，其分别与左、右下镦粗模顶面相对，合模后形成一个圆柱形型腔。与上模相对的下模，其结构基本与上模相同，其中，设在压力机工作台上的下模板13，其中心设有上开口矩形凹槽，凹槽内置有竖直的下弯曲模17的下端，并由设在下模板上的连接块16将下弯曲模固定在下模板上。该下弯曲模上端也设有可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块，其与上弯曲模下端的凸块合模，所夹部分则为曲轴的一个曲拐。在下模板上面设有下垫板18，在下垫板的上面设有左右两个下镶块即左下镶块20和右下镶块14，两者朝向下弯曲模的一侧中部分别设与下弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，并以下弯曲模为对称，并且下左镶块上的两槽孔与下右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱，在导柱与槽孔之间设一根弹簧。两下镶块朝向前面的一侧下部和朝向后面的一侧下部分别设有与前、后下导轨斜面对应的凹槽，上部分别与前、后压紧模的下半部分相邻。所述左下镶块和右下镶块的顶面分别固定有左下镦粗模19、右下镦粗模15，即左、右下镶块顶面设开口槽，其分别与上面的左、右下镦粗模底面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。左、右下镦粗模顶面设直径与被加工曲轴直径对应的上开口半圆槽。左、右下镦粗模向内的一侧分别与下弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔。

在上、下镦粗模出料腔设有卡住成形后曲拐的定位模23，如图10和图11所示，该定位模通过固定板22固定在左下镶块端部，其中部有一个与镦粗模半圆槽同轴线且相同的上开口凹槽，其一侧顶面与半圆槽的轴线平齐，另一侧顶面高于该顶面，并且由半圆槽口高顶面中间部分由斜面相连，斜面两侧由弧面相连。

所述设在上、下模前后两侧的两个压紧模为扁立方体，其前压紧模26上端面与前上导轨25底面相邻，前压紧模下端面与前下导轨27顶面相邻，同理，其后压紧模10上端面与后上导轨9底面相邻，后压紧模下端面与后下导轨11顶面相邻。前后压紧模朝外的端面中部均设有与多向模锻压机的两个水平冲头相连接用的槽孔，而朝内的一侧设以中心筋板为对称的上、下两个等腰梯形开口槽，且开口长度大于槽底长度。前压紧模中心筋板置于右上、下镶块之间对应的凹槽内，该前压紧模上开口槽与右上镶块外侧对应，下开口槽与右下镶块外侧对应。同理，后压紧模中心筋板置于左上下镶块之间对应的凹槽内，该后压紧模上开口槽与左上镶块外侧对应，下开口槽与左下镶块外侧对应。

另在上模板左、右端面中部设有向下延伸的左上定位块24、右上定位块8，在下模板左右端面中部设有向上延伸的左下定位块21、右下定位块12。

所述上模、下模和压紧模均采用中空加筋板结构，分别如图6、图7和图8所示。

采用上述模具的成型方法如下：

曲拐弯曲镦粗成形时，先将所述弯曲成形模具放在所需吨位的多向模锻压力机工作台上并将上弯曲模5固定在多向模锻压力机上冲头上，再对坯料的成形部位进行加热，然后驱动多向模锻压力机水平冲头带动压紧模运动到规定的位置，完成模具的合模。上弯曲模在上冲头的带动下向下运动，对坯料进行弯曲。与此同时，多向模锻压力机的两个水平冲头分别带动前压紧模26和后压紧模10运动，前压紧模利用其斜面，将力传递给左上镶块3、右上镶块7、左下镶块20、右下镶块14，后压紧模10同样通过自身斜面将力作用到这四个镶块上。这样便将多向模锻压机水平冲头的运动转化为镶块沿导轨方向的运动。各镦粗模又分别固定在与其对应的镶块上，各镶块的运动又带动镦粗模运动，从而完成坯料的镦粗。坯料的弯曲和镦粗两个成形动作同时进行，这样就完成了一个曲拐的成形。之后压力机回程，左上镶块3和右上镶块7依靠导柱28上的弹簧的弹力，沿导轨分别滑动到左上定位块24和右上定位块8的位置，左下镶块20和右下镶块14的运动方式也与此相同。之后将坯料已成形的一个曲拐向后移至定位模上卡住，再完成下一个要成形的曲拐位置和120°角度的定位。然后重复上面操作2次即得到有3个曲拐的曲轴，如图1和图2所示。

Claims (8)

1.一种全纤维曲轴多向模锻方法，其特征在于：

1)曲拐弯曲镦粗成形时，先将所述弯曲成形模具放在所需吨位的多向模锻压力机工作台上并将上弯曲模固定在多项模锻压机上冲头上，再对坯料的成形部位进行加热，然后驱动多向模锻压力机水平冲头带动压紧模运动到规定的位置，完成模具的合模；

2)上弯曲模在多向模锻压机上冲头的带动下向下运动，对坯料进行弯曲；

3)与此同时，多向模锻压力机的两个水平冲头分别带动前压紧模和后压紧模运动，前压紧模利用其斜面，将力传递给左上镶块、右上镶块、左下镶块、右下镶块，后压紧模同样通过自身斜面将力作用到这四个镶块上，坯料的弯曲和镦粗两个成形动作同时进行，这样就完成了一个曲拐的成形；

4)多向模锻压力机回程，左上镶块和右上镶块依靠导柱上的弹簧的弹力，沿导轨分别滑动到左上定位块和右上定位块的位置，左下镶块和右下镶块的运动方式也与此相同；

5)将坯料已成形的一个曲拐向后移至定位模上卡住，再完成下一个要成形的曲拐位置和角度的定位，然后重复上面操作。

2.权利要求1全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：矩形上模板，其中心设有矩形通孔，该通孔内插有竖直的截面呈矩形的上弯曲模，该上弯曲模顶端可固定在压力机上冲头上，下端为可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块，上模板下面前后两侧分别通过紧固件固定两条与上模板前后面平行的导轨，该两导轨截面近似为直角梯形，并且两导轨的斜面相对并以模具的中心面为对称，在上模板下面设有上垫板，在上垫板的下面设有左右两个以模具左右中心面为对称的左上镶块和右上镶块，两者朝向上弯曲模的一侧中部分别设与上弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，并且上左镶块上的两槽孔与上右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱，在导柱与槽孔之间设一根弹簧，两上镶块朝向前面的一侧上部和朝向后面的一侧上部分别设有与前、后上导轨斜面对应的凹槽，两上镶块前后下面部分别与前、后压紧模的上半部分相邻，所述左上镶块和右上镶块的底面分别固定有左、右上镦粗模，左、右上镦粗模向内的一侧分别与上弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔，左、右上镦粗模底面设直径与被加工曲轴直径对应的下开口半圆槽，其分别与左、右下镦粗模顶面相对，合模后形成一个圆柱形型腔，与上模相对的下模，其结构基本与上模相同，其中，设在压力机工作台上的下模板，其中心设有上开口矩形凹槽，凹槽内置有竖直的下弯曲模的下端，并由设在下模板上的连接块将下弯曲模固定在下模板上，该下弯曲模上端也设有可卡在被加工轴上并且直径与其相同的半圆槽形凸块，其与上弯曲模下端的凸块合模，所夹部分则为曲轴的一个曲拐，在下模板上面设有下垫板，在下垫板的上面设有左右两个下镶块即左下镶块和右下镶块，两者朝向下弯曲模的一侧中部分别设与下弯曲模对应的凹槽并与之相邻，其余部分两者相邻，每个镶块的相邻部分各设两个与导轨平行的槽孔，并且下左镶块上的两槽孔与下右镶块上的两槽孔开口相对且同轴线，所述槽孔深度均相等且两槽孔深度之和大于镶块开模行程，在相对的两槽孔内设一根长度与两槽孔深度之和相同的导柱，在导柱与槽孔之间设一根弹簧，两下镶块朝向前面的一侧下部和朝向后面的一侧下部分别设有与前、后下导轨斜面对应的凹槽，上部分别与前、后压紧模的下半部分相邻，所述左下镶块和右下镶块的顶面分别固定有左、右下镦粗模，左、右下镦粗模顶面设直径与被加工曲轴直径对应的上开口半圆槽，左、右下镦粗模向内的一侧分别与下弯曲模相邻，它们向外的一侧为进料腔另一侧为出料腔；

在上、下镦粗模出料腔设有卡住成形后曲拐的定位模，该定位模通过固定板固定在左下镶块端部，其中部有一个与镦粗模半圆槽同轴线且相同的上开口凹槽，其一侧顶面与半圆槽的轴线平齐，另一侧顶面高于该顶面，并且由半圆槽口高顶面中间部分由斜面相连，斜面两侧由弧面相连；

所述设在上、下模前后两侧的两个压紧模为扁立方体，其前压紧模上端面与前上导轨底面相邻，前压紧模下端面与前下导轨顶面相邻，同理，其后压紧模上端面与后上导轨底面相邻，后压紧模下端面与后下导轨顶面相邻，前后压紧模朝外的端面中部均设有与多向模锻压机的两个水平冲头相连接用的槽孔，而朝内的一侧设以中心筋板为对称的上、下两个等腰梯形开口槽，且开口长度大于槽底长度，前压紧模中心筋板置于右上、下镶块之间对应的凹槽内，该前压紧模上开口槽与右上镶块外侧对应，下开口槽与右下镶块外侧对应，同理，后压紧模中心筋板置于左上下镶块之间对应的凹槽内，该后压紧模上开口槽与左上镶块外侧对应，下开口槽与左下镶块外侧对应。

3.根据权利要求2所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：在上模板左、右端面中部设有向下延伸的左、右上定位块，在下模板左右端面中部设有向上延伸的左、右下定位块。

4.根据权利要求2或3所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：左上镶块和右上镶块的相邻部分各设两个与导轨平行并以上弯曲模为对称的槽孔。

5.根据权利要求2或3所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：左下镶块和右下镶块的相邻部分各设两个与导轨平行并以下弯曲模为对称的槽孔。

6.根据权利要求4所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：左、右上镶块底面设开口槽，其分别与下面的左、右上镦粗模顶面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。

7.根据权利要求5所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：左、右下镶块顶面设开口槽，其分别与上面的左、右下镦粗模底面的凸块相对应，定位后由紧固件连接。

8.根据权利要求2所述的全纤维曲轴多向模锻方法所用模具，其特征在于：上模、下模和压紧模均采用中空加筋板结构。