CN108057838B - 一种全纤维多拐曲轴锻件设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种全纤维多拐曲轴锻件设计方法，在不改变台阶轴毛坯尺寸的条件下，采用了不等厚曲臂方法用于曲轴锻件设计，尤其是在于不改变曲轴锻件连杆颈相对位置的基础上，曲臂厚度的增加方向为主轴颈侧，首次给出了曲拐左右曲臂厚度比参数范围，并依据不同阶段的坯料在水平镦粗方向夹持投影面积，获得曲臂厚度分配值，改进了曲轴锻件设计，从而实现了单个曲拐的曲臂同步充型、抑制了轴向流动、减少了中间错拐模额外弯曲应力、提高了模具使用寿命。本发明在不增加成本的情况下，能够有效提高曲轴锻造质量。

Description

一种全纤维多拐曲轴锻件设计方法
技术领域
本发明涉及全纤维多拐曲轴锻件的设计方法。
背景技术
高功率密度柴油发动机的曲轴疲劳性能直接影响到发动机运行的可靠性。曲轴流线分布形貌直接影响到其可靠性。如图1所示，多拐曲轴的各个曲拐围绕轴向方向对称分布，从精密塑性成形领域来说，属于空间复杂形状类锻件。
曲轴的各个曲拐镦挤复合成形制备的曲轴流线沿其外形连续分布，能够较大的提高其耐疲劳性能，是高性能曲轴的首选成形工艺。该工艺采用了逐拐成形方式（如图2所示），其水平方向的镦粗依靠左右镦粗模（均由上下镦粗模组成），镦粗模中心穿孔，极易产生轴向流动，因此在镦粗模两侧分别增加一付止推模（图2的止推模由上下止推模组成）。一般来说，镦挤工艺设计的曲轴锻件的每个曲拐壁厚相等，这种设计的缺点是：
在成形各拐时，由于止推模与坯料在轴向方向上的接触面积不同，导致了水平镦粗成形时的金属流动规律有一定的差异，造成曲臂区完全充型的先后顺序不一致，在接触面积较大的一侧充型较早，从而使得中间弯曲模承受一定的弯曲应力，易产生弯曲断裂，另外，充型顺序的不一致可造成异常轴向流动，使得曲轴形位精度较差等问题。
发明内容
针对上述存在的问题，提出了一种全纤维曲轴锻件的设计方法。具体为：在不改变台阶轴毛坯尺寸的条件下，采用了不等厚曲臂方法用于曲轴锻件设计，尤其是在于不改变曲轴锻件连杆颈相对位置的基础上，曲臂厚度的增加方向为主轴颈侧。曲拐曲臂厚度比值依赖于坯料与左右止推模接触面积的比值，由下列方法决定。
假定曲轴由N个曲拐，那么：
（1）第1拐成形时，曲臂的左右曲臂厚度比值1.00~1.10；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sd、右左止推模与坯料的接触面积Sb，那么左右曲臂厚度比值为：1.00+0.10×(Sd -Sb) /Sb；
（2）第2~N-1曲拐至倒数成形时，曲臂的左右曲臂厚度比值1.02~1.10；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sq、右左止推模与坯料的接触面积：Sb，曲臂的左右曲臂厚度比值为：1.02+0.08×(Sq -Sb) /Sb；
（3）第N拐成形时，曲臂的左右曲臂厚度比值0.90~1.00；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sq和右左止推模与坯料的接触面积Sz，曲臂的左右曲臂厚度比值为：0.90+0.10×(Sq -Sz) /Sz。
在假定右侧曲臂厚度不变的情况下，计算左侧曲臂厚度。
通过本发明改进设计后的全纤维多拐曲轴锻件，能够实现单个曲拐成形时的左右曲臂同步充型、抑制轴向流动、减少中间错拐模承受的弯曲应力、提高模具使用寿命，进一步改善曲轴锻造制造质量。
说明书附图
图1为典型多拐曲轴（3拐）示意图；
图2a为三拐曲轴全纤维成形前台阶轴坯料形状及模具位置图（第一拐）；
图2b为三拐曲轴全纤维成形后台阶轴坯料形状及模具位置图（第一拐）；
图3为台阶轴毛坯设计图；
图4为传统曲轴锻件设计图；
图5为本发明的曲轴锻件设计图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细论述。
以三拐曲轴为例，采用传统的曲轴锻件设计方法，其台阶轴毛坯设计如图3所示，锻件设计如图4所示。
第一拐左右曲臂厚度比为1.04；那么第一拐曲轴的左曲臂厚度为37.5mm，右曲臂厚度不变，仍为36mm；第二拐左右曲臂厚度比定为1.06，那么第二拐曲轴的左曲臂厚度为38mm，右曲臂厚度不变，仍为36mm；第三拐左右曲臂厚度比定为0.96，那么第二拐曲轴的左曲臂厚度不变仍为36mm，右曲臂厚度为37.5mm。修改后的锻件图如图5所示。
本发明首次给出了曲拐左右曲臂厚度比参数范围，并依据不同阶段的坯料在水平镦粗方向夹持投影面积，获得曲臂厚度分配值，改进了曲轴锻件设计，从而实现了单个曲拐的曲臂同步充型、抑制了轴向流动、减少了中间错拐模额外弯曲应力、提高了模具使用寿命。本发明在不增加成本的情况下，能够有效提高曲轴锻造质量。

Claims (1)

1.一种全纤维多拐曲轴锻件设计方法，其特征在于：在不改变台阶轴毛坯尺寸的条件下，采用不等厚曲臂用于曲轴锻件设计；
在不改变曲轴锻件连杆颈相对位置的基础上，曲臂厚度的增加方向为主轴颈侧；
曲拐左、右曲臂厚度的比值依赖于坯料与左、右止推模接触面积的比值，由下列方法决定：
假定曲轴有N个曲拐，以第一个成形的曲拐为左方向，那么：
（1）第1曲拐成形时，第1曲拐的左、右曲臂厚度比值为1.00~1.10；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sd、右止推模与坯料的接触面积Sb，那么第1曲拐的左、右曲臂厚度比值为：1.00+0.10×(Sd -Sb) /Sb；在假定右侧曲臂厚度不变的情况下，计算左侧曲臂厚度；
（2）第2~N-1曲拐成形时，第2至第N-1曲拐中各曲拐的左、右曲臂厚度比值为1.02~1.10；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sq、右止推模与坯料的接触面积Sb，第2至第N-1曲拐中各曲拐的左、右曲臂厚度比值为：1.02+0.08×(Sq -Sb) /Sb；在假定右侧曲臂厚度不变的情况下，计算左侧曲臂厚度；
（3）第N曲拐成形时，第N曲拐的左、右曲臂厚度比值为0.90~1.00；具体值的选用方法：分别计算左止推模与坯料的接触面积Sq、右止推模与坯料的接触面积Sz，第N曲拐的左、右曲臂厚度比值为：0.90+0.10×(Sq -Sz) /Sz，在假定左侧曲臂厚度不变的情况下，计算右侧曲臂厚度。
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