CN110802195A - 一种曲轴的锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种曲轴的锻造工艺，属于曲轴锻造的技术领域，其包括1.以下步骤：S1：下料，将圆钢切割成较小体积的原料；S2：加热，将原料加热；S3：制坯，锻造出曲轴大致形状，使其初步显示出主轴颈、连杆轴颈、曲柄，得到粗坯；S4：初模煅，对粗坯进行初步模锻，使曲柄未与主轴颈连接的一侧连接有储料块，得到初煅坯料；S5：二模煅，对初煅坯料进行二次模锻，首先阻挡金属原料的边缘位置，储料块被向曲柄的端部挤压，直到曲轴的整个模腔被填充满，得到二煅坯料；S6：终模煅，对二煅坯料进行最终模锻，将曲柄的多余料挤压到曲柄的边缘之外，得到曲轴毛坯，本发明具有减少曲轴被切断的金属流线的效果。
Description
技术领域
本发明涉及曲轴锻造的技术领域，尤其是涉及一种曲轴的锻造工艺。
背景技术
目前曲轴是发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构。曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，并有较高的疲劳强度和良好的耐磨性。
现有的可参考公告号为CN104384874B的中国专利，其公开了一种汽车发动机曲轴的加工工艺，其加工步骤为：（1）锻造毛坯（2）粗车：粗车主轴颈，连杆颈；（3）粗钻：粗钻主油孔；（4）退火热处理（5）半精车：半精车主轴颈和连杆颈；（6）调质；（7）精车：精车主轴颈和连杆颈；（8）粗精磨：粗精磨主轴颈和连杆颈；（9）钻孔：粗钻、扩、铰平衡块安装孔及斜油孔；（10）复合强化（11）滚压处理：对加工各孔进行滚压处理；（12）抛光：对主轴颈和连杆颈进行抛光处理；（13）防锈处理；（14）检验并包装。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：粗车、半精车、精车等冷加工步骤较多，主轴颈、连杆颈等位置均由冷加工成型而成，冷加工步骤将曲轴的金属流线切断较多，降低了曲轴的耐磨性和疲劳强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少曲轴被切断的金属流线的曲轴的锻造工艺。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种曲轴的锻造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：下料，将圆钢切割成较小体积的原料；
S2：加热，将原料加热；
S3：制坯，锻造出曲轴大致形状，使其初步显示出主轴颈、连杆轴颈、曲柄，得到粗坯；
S4：初模煅，对粗坯进行初步模锻，使曲柄未与主轴颈连接的一侧连接有储料块，得到初煅坯料；
S5：二模煅，对初煅坯料进行二次模锻，首先阻挡金属原料的边缘位置，储料块被向曲柄的端部挤压，直到曲轴的整个模腔被填充满，得到二煅坯料；
S6：终模煅，对二煅坯料进行最终模锻，将曲柄的多余料挤压到曲柄的边缘之外，得到曲轴毛坯。
通过采用上述技术方案，加热制得的粗胚经过初模煅，使初煅坯料在粗坯的基础上，主轴颈、连杆轴颈、曲柄位置的轮廓进一步细化，二模煅阻挡金属原料的边缘位置，使金属在被模锻成型的过程中，金属原料不会较多的向曲轴本体之外延伸，储料块被向曲柄的端部等较为窄小的位置挤压，保证了曲轴的各部分均能够被金属填充并压紧，从而保证了曲轴的成型精度和成型质量，终模煅不再对金属原料进行阻挡，使比曲轴产品体积多出的金属原料能够被挤压到曲轴之外，三步模锻，使曲轴毛坯的精度较高，只需要少量和后续的机加工，即将被挤压到曲柄边缘之外的部分切除掉，大大减少了机加工工作量，减少了曲轴进行车工等冷加工成型步骤，减少了曲轴被切断的金属流线，使曲轴的耐磨性和疲劳强度较高。
本发明进一步设置为：在步骤S2中，在惰性气体氛围下进行加热。
通过采用上述技术方案，使被加热的金属不易形成氧化皮，或者形成较薄的氧化皮，在初模煅时，金属原料表层可能存在的较薄的氧化皮即可被打碎，在移动金属原料到二模煅的模具时，碎掉的氧化皮会掉落，或者手动将金属原料表面的氧化皮吹除，使氧化皮不易产生且较易去除。
本发明进一步设置为：在步骤S4中，将粗胚放置到初煅模具内，初煅模具包括初煅底模和初煅顶模，主轴颈和连杆轴颈的轴线位于初煅底模和初煅顶模的交界处，初煅底模开设有下模腔，初煅顶模开设有上模腔，上模腔和下模腔开设有储料腔，储料腔与上模腔和下模腔对应曲柄的位置连通。
通过采用上述技术方案，将金属原料块放置在初煅底模上，使初煅顶模向下锻压金属原料块，金属原料块的外侧被挤压，金属原料块的外侧被挤压出曲轴的大致轮廓，部分金属原料被挤压流动至储料腔而形成储料块，储料块与曲柄一体连接，使后续步骤的锻压过程中，储料块能够被挤压而填充满曲轴较为窄小的位置。
本发明进一步设置为：所述上模腔和下模腔开设的储料腔均从初煅底模和初煅顶模的交界处开始开设。
通过采用上述技术方案，粗胚被初煅底模和初煅顶模进行挤压后，金属原料块的外侧被初步锻压，金属会在储料腔内成型得到储料块，而储料腔位置的设置，使金属原料能够较多的储存曲柄一侧，且靠近主轴颈的位置，储料块成型时，储料块的设置增大了初煅底模和初煅顶模之间中部的体积，从而金属原料块整体受到的挤压较少，金属不易被挤压到山模腔和下模腔之外，保证了位于上模腔和下模腔之间的金属原料足够多，而能够在接下来的模煅过程中填充满曲柄的等窄小位置的端部。
本发明进一步设置为：所述在步骤S5中，将S4得到的初煅坯料放入二煅模具内，二煅模具包括二煅底模、二煅顶模和挡边圈，二煅顶模开设上模腔，二煅顶模的边缘形状远离上模腔的边缘五到十毫米，挡边圈的内侧与二煅顶模的外侧边缘抵接，挡边圈连接有能够带动自身竖直移动的挡边驱动，二煅顶模连接有能够带动自身竖直移动的升降驱动，挡边圈向下移动至与二煅底模的上表面抵接时，二煅顶模向靠近二煅底模的方向移动。
通过采用上述技术方案，初煅坯料放置到二煅底模上后，挡边驱动带动挡边圈竖直下移到与二煅底模抵接，然后二煅顶模再被升降驱动带动竖直向下移动，挡边圈对金属原料起到阻挡作用，使二煅顶模对金属原料锻压成型时，金属原料不会向挡边圈以外流动，从而随着二煅顶模与二煅底模的逐渐接近，金属能够被逐渐向上模腔和下模腔内填充，上模腔和下模腔内被金属填充满后，二煅结束，挡边圈的设置，使金属原料部向挡边圈外流动，保证了金属被挤压时能够像上模腔和下模腔内填充，从而有助于提高成型质量。
本发明进一步设置为：所述二煅底模开设有与挡边圈相适配的凹槽。
通过采用上述技术方案，挡边圈下落后，落到凹槽内，挡边圈的侧壁与凹槽的侧壁抵接，并与凹槽的底部抵紧，使金属被挤压到挡边圈的位置时，金属若要向挡边圈的外侧移动，需要先竖直穿过挡边圈与凹槽内侧壁的间隙，经过挡边圈与凹槽底部的间隙，再经过挡边圈与凹槽外侧壁之间的间隙，才能够被挤压到挡边圈的外侧，且金属被挤压路东的路径较为曲折，加长了金属被挤压除去所讲过的窄小路径的长度，使金属较难被挤压到挡边圈的外侧，而为设置凹槽时，金属只需经过挡边圈与二煅底模之间的间隙即可，所以凹槽的设置，提高了挡边圈对金属原料的阻挡效果，使金属能够在二煅顶模与二煅底模之间被集中锻压而填充完全，有利于提高曲轴的成型质量。
本发明进一步设置为：所述在步骤S6中，将S5得到的二煅坯料放入终煅模具内，终煅模具包括终煅底模和终煅顶模，终煅底模开设下模腔,且终煅底模开设有下斜面，终煅顶模开设上模腔，且终煅顶模开设有上斜面，上斜面从上模腔的边缘开始，逐渐远离下模腔且倾斜向上，下斜面从下模腔的边缘开始，逐渐远离上模腔且倾斜向下。
通过采用上述技术方案，金属原料块的体积通常大于预制得工件的体积，上斜面和下斜面的设置，使上斜面和下斜面之间的高度较大，金属原料块比预制得工件多出的金属，会被挤压到终煅底模和终煅顶模的交界面之间，当多出的金属被挤压到上斜面和下斜面之间时，多余的金属会在上斜面和下斜面的较大空间内储存，此时几乎不会再受到终煅底模和终煅顶模的压力，从而位于终煅底模和终煅顶模相平行部分之间的金属能够被进一步挤压，而向上斜面和下斜面之间流动，使终煅底模和终煅顶模之间的金属较薄，从而形成的飞边较薄，最后切除飞边时，切除的截面积较小，从而使被切断的金属流线较少，有利于提高曲轴的耐磨性和疲劳强度。
本发明进一步设置为：在步骤S3中，制坯包括压扁、辊锻。
通过采用上述技术方案，压扁，使用圆边冲床等将金属原料压扁，再采用辊锻机等将连杆轴颈的大致位置辊锻出来得到粗坯。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.通过设置锻造步骤，减少了曲轴进行车工等冷加工成型步骤，减少了曲轴被切断的金属流线，使曲轴的耐磨性和疲劳强度较高；
2.通过设置二煅模具，使金属能够在二煅顶模与二煅底模之间被集中锻压而填充完全，有利于提高曲轴的成型质量；
3.通过设置终煅模具，使形成的飞边较薄，最后切除飞边时，切除的截面积较小，从而使被切断的金属流线较少，有利于提高曲轴的耐磨性和疲劳强度。
附图说明
图1是曲轴的结构示意图；
图2是初煅模具的结构示意图；
图3是初煅模具的初煅顶模翻转后的结构示意图；
图4是二煅模具的结构示意图；
图5是终煅模具的结构示意图。
图中，1、曲轴；11、主轴颈；12、连杆轴颈；13、曲柄；2、初煅模具；21、初煅底模；22、初煅顶模；221、储料腔；3、下模腔；31、上模腔； 4、二煅模具；41、二煅底模；411、凹槽；42、二煅顶模；421、升降驱动；43、挡边圈；431、挡边驱动；5、终煅模具；51、终煅底模；511、下斜面；52、终煅顶模；521、上斜面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1，为本发明公开的一种曲轴1的锻造工艺，包括1.包括以下步骤：
S1：下料，将圆钢切割成较小体积的原料；
S2：加热，将原料加热到1000-1200℃，在惰性气体氛围下进行加热，惰性气体可为氮气、氦气等；
S3：制坯，通过步骤压扁、辊锻锻造出曲轴1大致形状，使其初步显示出主轴颈11、连杆轴颈12、曲柄13，得到粗坯；
S4：初模煅，对粗坯进行初步模锻，使曲柄13未与主轴颈11连接的一侧连接有储料块，得到初煅坯料；
参照图2和图3，将粗胚放置到初煅模具2内，初煅模具2包括初煅底模21和初煅顶模22，主轴颈11和连杆轴颈12的轴线位于初煅底模21和初煅顶模22的交界处，初煅底模21开设有下模腔3，初煅顶模22开设有上模腔31，上模腔31和下模腔3开设有储料腔221，储料腔221与上模腔31和下模腔3对应曲柄13的位置连通，上模腔31和下模腔3开设的储料腔221均从初煅底模21和初煅顶模22的交界处开始开设。
S5：二模煅，对初煅坯料进行二次模锻，首先阻挡金属原料的边缘位置，储料块被向曲柄13的端部挤压，直到曲轴1的整个模腔被填充满，得到二煅坯料；
参照图4，二煅模具 4包括二煅底模41、二煅顶模42和挡边圈43，二煅顶模42开设上模腔31，二煅顶模42的边缘形状远离上模腔31的边缘五到十毫米，挡边圈43的内侧与二煅顶模42的外侧边缘抵接，二煅底模41开设有与挡边圈43相适配的凹槽411，挡边圈43连接有能够带动自身竖直移动的挡边驱动431，挡边驱动431为气缸，二煅顶模42连接有能够带动自身竖直移动的升降驱动421，升降驱动421为气缸；二煅模具 4设置于机体上，且二煅顶模42位于二煅底模41的正上方，升降驱动421和挡边驱动431均竖直设置且与机体固定连接。
参照图4，将S4得到的初煅坯料放入二煅底模41上，挡边驱动431带动挡边圈43竖直下落至凹槽411内，且挡边圈43的底边与凹槽411的底部抵紧，之后升降驱动421带动挡边圈43向下移动至凹槽411内时，二煅顶模42向靠近二煅底模41的方向移动，挡边圈43对金属原料起到阻挡作用，从而金属原料能够被二煅顶模42压动而向上模腔31和下模腔3内填充，直到上模腔31和下模腔3内填充满，二煅顶模42不再压下，保证了成型精度。
S6：终模煅，对二煅坯料进行最终模锻，将曲柄13的多余料挤压到曲柄13的边缘之外，得到曲轴1毛坯，且终模煅的结束温度为980-1100℃；
参照图5，终煅模具5包括终煅底模51和终煅顶模 52，终煅底模51开设下模腔3,且终煅底模51开设有下斜面511，终煅顶模 52开设上模腔31，且终煅顶模 52开设有上斜面521，上斜面521从上模腔31的边缘开始，逐渐远离下模腔3且倾斜向上，下斜面511从下模腔3的边缘开始，逐渐远离上模腔31且倾斜向下。
参照图5，将二煅坯料放置到终煅底模51内，使终煅顶模 52向下对二煅坯料进行锻压，将二煅坯料比曲轴1多余的原料向终煅底模51和终煅顶模 52之间压动，当多余原料被挤压到上斜面521和下斜面511之间时，多余原料会在上斜面521和下斜面511的较大空间内储存，在上斜面521和下斜面511之间的原料受到终煅底模51和终煅顶模 52的挤压，即会直接向远离曲轴1的方向流动，且向外流动的空间逐渐变大，在上斜面521和下斜面511之间的原料受到的压力较小，从而位于终煅底模51和终煅顶模 52相平行部分之间的金属能够被进一步挤压，而继续向上斜面521和下斜面511之间流动，使终煅底模51和终煅顶模 52之间的金属较薄，从而形成的飞边较薄，切除飞边时，切除的截面积较小，从而使被切断的金属流线较少。
S7：切去飞边，冲孔，抛光。
本实施例的实施原理为：
将圆钢切割成较小体积的原料，将原料加热，然后锻造出曲轴1大致形状，使其初步显示出主轴颈11、连杆轴颈12、曲柄13，得到粗坯；将粗坯放置到初煅底模21上，初煅顶模22竖直向下对粗坯进行初步模锻，得到初煅坯料；将初煅坯料二煅底模41上，挡边驱动431带动挡边圈43竖直下落至凹槽411内，且挡边圈43的底边与凹槽411的底部抵紧，之后升降驱动421带动挡边圈43向下移动至凹槽411内时，二煅顶模42向靠近二煅底模41的方向移动，挡边圈43对金属原料起到阻挡作用，从而金属原料能够被二煅顶模42压动而向上模腔31和下模腔3内填充，直到上模腔31和下模腔3内填充满；将二煅坯料放置到终煅底模51内，使终煅顶模 52向下对二煅坯料进行锻压，将二煅坯料比曲轴1多余的原料向终煅底模51和终煅顶模 52之间压动，当多余原料被挤压到上斜面521和下斜面511之间时，多余原料会在上斜面521和下斜面511的较大空间内储存，在上斜面521和下斜面511之间的原料受到终煅底模51和终煅顶模 52的挤压，即会直接向远离曲轴1的方向流动，且向外流动的空间逐渐变大，在上斜面521和下斜面511之间的原料受到的压力较小，从而位于终煅底模51和终煅顶模 52相平行部分之间的金属能够被进一步挤压，而继续向上斜面521和下斜面511之间流动，使终煅底模51和终煅顶模 52之间的金属较薄，从而形成的飞边较薄，切除飞边时，切除的截面积较小，从而使被切断的金属流线较少；切去飞边，冲孔，抛光，得到曲轴1。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：下料，将圆钢切割成较小体积的原料；
S2：加热，将原料加热；
S3：制坯，锻造出曲轴(1)大致形状，使其初步显示出主轴颈(11)、连杆轴颈(12)、曲柄(13)，得到粗坯；
S4：初模煅，对粗坯进行初步模锻，使曲柄(13)未与主轴颈(11)连接的一侧连接有储料块，得到初煅坯料；
S5：二模煅，对初煅坯料进行二次模锻，首先阻挡金属原料的边缘位置，储料块被向曲柄(13)的端部挤压，直到曲轴(1)的整个模腔被填充满，得到二煅坯料；
S6：终模煅，对二煅坯料进行最终模锻，将曲柄(13)的多余料挤压到曲柄(13)的边缘之外，得到曲轴(1)毛坯。
2.根据权利要求1所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：在步骤S2中，在惰性气体氛围下进行加热。
3.根据权利要求1所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：在步骤S4中，将粗胚放置到初煅模具(2)内，初煅模具(2)包括初煅底模(21)和初煅顶模(22)，主轴颈(11)和连杆轴颈(12)的轴线位于初煅底模(21)和初煅顶模(22)的交界处，初煅底模(21)开设有下模腔(3)，初煅顶模(22)开设有上模腔(31)，上模腔(31)和下模腔(3)开设有储料腔(221)，储料腔(221)与上模腔(31)和下模腔(3)对应曲柄(13)的位置连通。
4.根据权利要求3所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：所述上模腔(31)和下模腔(3)开设的储料腔(221)均从初煅底模(21)和初煅顶模(22)的交界处开始开设。
5.根据权利要求1所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：所述在步骤S5中，将S4得到的初煅坯料放入二煅模具( 4)内，二煅模具( 4)包括二煅底模(41)、二煅顶模(42)和挡边圈(43)，二煅顶模(42)开设上模腔(31)，二煅顶模(42)的边缘形状远离上模腔(31)的边缘五到十毫米，挡边圈(43)的内侧与二煅顶模(42)的外侧边缘抵接，挡边圈(43)连接有能够带动自身竖直移动的挡边驱动(431)，二煅顶模(42)连接有能够带动自身竖直移动的升降驱动(421)，挡边圈(43)向下移动至与二煅底模(41)的上表面抵接时，二煅顶模(42)向靠近二煅底模(41)的方向移动。
6.根据权利要求5所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：所述二煅底模(41)开设有与挡边圈(43)相适配的凹槽(411)。
7.根据权利要求1所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：在步骤S6中，将S5得到的二煅坯料放入终煅模具(5)内，终煅模具(5)包括终煅底模(51)和终煅顶模( 52)，终煅底模(51)开设下模腔(3),且终煅底模(51)开设有下斜面(511)，终煅顶模( 52)开设上模腔(31)，且终煅顶模( 52)开设有上斜面(521)，上斜面(521)从上模腔(31)的边缘开始，逐渐远离下模腔(3)且倾斜向上，下斜面(511)从下模腔(3)的边缘开始，逐渐远离上模腔(31)且倾斜向下。
8.根据权利要求1所述的一种曲轴(1)的锻造工艺，其特征在于：在步骤S3中，制坯包括压扁、辊锻。
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