CN108097865A - 一种专用于镦挤复合成形的台阶轴预制坯设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种专用于全纤维曲轴镦挤成形的台阶轴预制坯设计方法。在不改变曲轴锻件尺寸的条件下，采用了不均匀曲臂区坯料长度用于台阶轴几何结构设计，尤其是在于不改变台阶轴预制坯的连杆颈、主轴颈长度的基础上，改进曲臂区坯料长度。本发明通过分析台阶轴毛坯/中间件与水平止推模在水平方向的投影面积和成形过程曲臂充型的先后顺序的基础上，提出了改进台阶轴预制坯几何结构设计的新方法，从而实现了单个曲拐等厚度曲臂的同步充型、提高材料利用率、减少错拐模弯曲应力。本发明可提高全纤维曲轴质量一致性的优点。

Description

一种专用于镦挤复合成形的台阶轴预制坯设计方法
技术领域
本发明涉及到镦挤复合成形的台阶轴预制坯设计方法。
背景技术
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。
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。该工艺采用台阶轴为预制坯（如图2所示），通过逐拐成形方式（如图3所示）制备多拐曲轴，其水平方向的镦粗依靠左右镦粗模（均由上下镦粗模组成），由于镦粗模中心为孔状，极易产生轴向流动，因此在镦粗模两侧分别增加一副止推模（图3止推模由上下两部分组成）。一般来说，全纤维曲轴锻件的每个曲拐两个曲臂壁厚相等，当台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度相同时，由于止推模与坯料在轴向方向上的接触面积不同，在成形过程中出现了水平镦粗成形时的有区别的金属流动，造成单个曲拐的曲臂区完成充型时间的先后顺序不一致，在接触面积较大的一侧充型较早，产生的主要问题是：
一是左右金属流动状态不一致，错拐模承受了额外弯曲应力，多次使用后可产生早期断裂，模具寿命较低；
二是左右曲臂完成充型时间不一致，使得金属在水平方向产生异常轴向流动，形成曲轴形位精度差，产品质量一致性低。
发明内容
针对上述存在的问题，提出了一种专用于镦挤复合成形的台阶轴预制坯设计方法。
具体的，采用下面的方法：本在不改变曲轴锻件尺寸的条件下，采用了不均匀曲臂区坯料长度用于台阶轴几何结构设计，尤其是在于不改变台阶轴预制坯的连杆颈、主轴颈长度的基础上，改进曲臂区坯料长度（三个区域的分类如图2所示）。曲臂区坯料长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，以第一个成形的曲拐为左方向，那么：
（1）第1拐成形时，台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度比为0.95~1.00；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：0.95+0.05×(Sd -Sb) /Sb；在假定右侧台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度不变的情况下，计算左侧台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度。
（2）第2~N-1曲拐至倒数成形时，台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度比为0.90~0.98；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：0.90+0.08×(Sq -Sb) /Sb；在假定右侧曲臂区坯料长度不变的情况下，计算左侧曲臂区坯料长度。
（3）第N拐成形时，台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度比为1.00~1.05；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：1.00+0.05×(Sq -Sz) /Sz。在假定左侧曲臂区坯料不变的情况下，计算右侧曲臂区坯料长度。
本发明通过分析台阶轴毛坯/中间件与水平止推模在水平方向的投影面积和成形过程曲臂充型的先后顺序的基础上，提出了改进台阶轴预制坯几何结构设计的新方法，从而实现了单个曲拐等厚度曲臂的同步充型、提高材料利用率、减少错拐模弯曲应力，提高全纤维曲轴质量一致性的优点。
说明书附图
图1为空间错拐曲轴的示意图；
图2为台阶轴预制坯区域划分图；
图3a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3b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4为三拐曲轴传统台阶轴毛坯尺寸；
图5为三拐曲轴改进后的台阶轴预制坯尺寸；
图6为四拐曲轴传统台阶轴毛坯尺寸；
图7为四拐曲轴改进后的台阶轴预制坯尺寸。
具体实施方式
实施例1：三拐曲轴用台阶轴预制坯设计
采用传统的台阶轴预制坯设计方法，其台阶轴毛坯设计如图4所示，其曲臂区坯料长度均为63mm。
经本发明，用于第1个曲拐成形的台阶轴左右曲臂区坯料长度比为0.98；那么左侧曲臂区坯料长度为61.5mm，右侧长度不变，仍为63mm；用于第2拐成形的台阶轴左右曲臂区长度比定为0.97，那么左侧曲臂区坯料长度为61mm，右侧曲臂区坯料长度不变，仍为63mm；用于第3拐成形的台阶轴左右曲臂区坯料长度比定为1.03，那么第3拐曲轴的左侧曲臂厚度不变仍为63mm，右侧曲臂区坯料长度改为65mm。修改后的台阶轴预制坯尺寸如图5所示。
实施例2：四拐曲轴用台阶轴预制坯设计
采用传统的台阶轴预制坯设计方法，其台阶轴毛坯设计如图6所示，其曲臂区坯料长度均为63mm。
经本发明，用于第1个曲拐成形的台阶轴左右曲臂区坯料长度比为0.98；那么左侧曲臂区坯料长度为61.5mm，右侧长度不变，仍为63mm；用于第2~3拐成形的台阶轴左右曲臂区长度比定为0.97，那么左侧曲臂区坯料长度为61mm，右侧曲臂区坯料长度不变，仍为63mm；用于第4拐成形的台阶轴左右曲臂区坯料长度比定为1.03，那么第4拐曲轴的左侧曲臂厚度不变仍为63mm，右侧坯料长度改为65mm。修改后的台阶轴预制坯尺寸如图7所示。

Claims (3)

1.一种专用于镦挤复合成形的台阶轴预制坯设计方法，其特征在于：在不改变全纤维曲轴锻件几何尺寸的条件下，采用曲臂区坯料长度不均匀用于台阶轴预制坯设计。
2.根据权利要求1的台阶轴预制坯设计方法，其特征在于：不改变台阶轴预制坯的连杆颈/主轴颈区域的坯料长度。
3.根据权利要求1的台阶轴预制坯设计方法，其特征在于：台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度依赖于台阶轴预制坯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，以第一个成形的曲拐为左方向，那么：
（1）第1拐成形时，台阶轴预制坯左右曲臂区坯料长度比为0.95~1.00；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：0.95+0.05×(Sd -Sb) /Sb；在假定右侧台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度不变的情况下，计算左侧台阶轴预制坯的曲臂区坯料长度；
（2）第2~N-1曲拐至倒数成形时，台阶轴预制坯左右曲臂区坯料长度比为0.92~0.98；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：0.92+0.06×(Sq -Sb) /Sb；在假定右侧曲臂区坯料长度不变的情况下，计算左侧曲臂区坯料长度；
（3）第N拐成形时，台阶轴预制坯的左右曲臂区坯料长度比为1.00~1.05；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：1.00+0.05×(Sq -Sz) /Sz；在假定左侧曲臂区坯料不变的情况下，计算右侧曲臂区坯料长度。
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