左曲軸熱擠壓成形工藝應用

謝秀紅，吳本剛，朱德嵩

（1.江蘇省技術產權交易所，江蘇南京210008;2.南京汽車集團，江蘇南京210037;3.南京汽車鍛造有限公司，江蘇南京 210033）

0 引言

左曲軸是摩托車發動機的一個重要組成部分，采用熱擠壓成形工藝應用于左曲軸鍛件的生產既能滿足產品的品質要求，又能最大限度降低生產成本。經反復試制與經驗積累，通過對左曲軸的工藝分析，采用逆向法計算零件毛坯，并調整凸、凹模間隙配合與飛邊橋部寬度等一系列工藝改進措施，使左曲軸生產操作更方便、產品品質更穩定，從而最終確定了其熱擠壓成形工藝方案。

1 熱擠壓設計工藝

圖1所示為摩托車發動機的左曲軸鍛件圖。其材料為20CrMoH，質量1.9 kg。基于體積不變原則，采用逆向法計算零件毛坯［1］，經過分析、計算，此件盤部質量為1.4 kg，桿部細長，質量為 0.5 kg，不宜采用鐓粗法鍛造，于是決定采用熱擠壓成形工藝方法進行鍛造。

圖1 左曲軸鍛件圖

由于對熱擠壓工藝沒有足夠的經驗，所以先設計了一 套試驗性生產模具，進行小批量調試。初步設計工藝步驟為:第一步預鍛先擠出部分桿部，第二步終鍛再擠出其余的桿部并使盤部成形。其中桿部頂端最難充滿，所以預鍛時應讓這一段先成形，使終鍛時整個桿部容易成形。這樣可以減小終鍛時的擠壓變形抗力，從而使盤部比較容易充滿。這樣設計，可使熱擠壓成形力盡可能分散到各道工步上，緩解預鍛擠壓抗力較大的狀況，以免預鍛模提前報廢。

經過多次試驗、改進，確定了如圖2所示的預鍛鍛件圖。桿部長度約為80 mm，其中桿部頂端30 mm長的一段與鍛件圖的最終形狀相同。設計模具時，把閉式預擠壓的凸、凹模作成單邊間隙0.2 mm的圓柱面間隙配合，為了使終鍛毛刺容易切除，又考慮到終鍛時的擠壓變形抗力不太大，所以終鍛模設計成帶有飛邊槽的自由式擠壓鍛模［2］。（圖3）。

這時，擬定的工藝流程為:第一工步，坯料鐓粗去除氧化皮;第二工步，閉式預擠壓（帶下頂桿）;第三工步，有飛邊終鍛成形（帶下頂桿）。其生產的主要鍛壓設備為2 500 t熱模鍛壓力機。

2 存在問題

通過小批量的試生產，發現該方案預期的效果不太理想。主要存在以下幾個方面的問題:

1）預鍛時，鍛件毛刺包在凸模上，難以出模。

2）預鍛的凸、凹模間隙難以調整，容易造成單邊間隙過大或過小，致使預擠壓形成的毛刺在圓周上分布很不均勻，妨礙預鍛毛坯在終鍛模的定位，而且毛刺會內翻被打進鍛件中形成折疊，造成鍛件報廢。

3）終鍛時，盤部不易充滿，并且厚薄不均。

3 工藝改進

經過多次的分析、研究與反復試驗，把預擠壓模的凸、凹模圓柱面間隙配合改為斜度為7°的圓錐面間隙配合（合模時單邊間隙為0.2 mm）。這樣一來，就克服了預鍛時出模難的問題。此外，由于凸、凹模間隙是一個隨時間變化的變量，壓力機滑塊越接近下死點，凸、凹模的間隙就越小（到下死點時凸、凹模的間隙為0.2 mm），預鍛時所產生的金屬流動阻力也隨著壓機的下行而變得越來越大，所產生的閉式擠壓力也就越來越大，這些比較符合長錐桿件熱擠壓塑性成形變形力的函數分布規律［1］和曲柄壓力機工作時的力學特點［3］，使得預擠壓成形更加輕松。這時，擠壓所產生的毛刺在圓周上分布得也比較均勻，再加上毛刺呈圓錐面分布，終鍛時就不會產生定位困難和毛刺向內翻形成折疊之類的問題了。同時，為了增大終鍛時的成形力，使盤部更易充滿，把終鍛模的飛邊橋部寬度從原來的10 mm增加到20 mm（圖4）。

圖4 改進后模具結構圖

4 結語

改進后的左曲軸熱擠壓成形工藝方案，克服了以往工藝方案的諸多缺點。它使得生產線上工人操作更方便、產品品質更穩定，而且更充分利用了模具資源，使鍛模壽命獲得了成倍地提高，從而大大降低了生產成本。經過3個月時間的生產驗證，未發現其他問題。經過不斷努力，此項工藝也日趨完善，為南京汽車鍛造有限公司創造了巨大的經濟效益。

［1］汪大年.金屬塑性成形原理［M］.北京:機械工業出版社，1982.

［2］洪深澤.擠壓工藝及模具設計［M］.北京:機械工業出版社，1996.

［3］羅晴嵐.曲軸鍛件的生產與模鍛線設計［J］.鍛壓機械，2001（2）:6-11.