三拐曲軸鍛造工藝研究應(yīng)用

陳 輝，趙英亮，劉元剛，徐光杰，李彥初

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 棒材廠，山東 萊蕪 271126）

0 前言

隔膜泵是長距離管道化輸送的關(guān)鍵設(shè)備，也是輸送磨礪性料漿的理想設(shè)備，是開采行業(yè)及化工行業(yè)的重要設(shè)備之一。由于國內(nèi)需求旺盛，在20世紀(jì)90年代我國開始自主設(shè)計研究，成功應(yīng)用在礦山尾礦、氧化鋁輸送、水泥、水煤漿、化工、化肥等行業(yè)。該設(shè)備在國內(nèi)市場占據(jù)主導(dǎo)地位。三拐曲軸是隔膜泵的關(guān)鍵部件，是決定生產(chǎn)成本及實用性的重要部件之一，現(xiàn)階段主要采用自由鍛整鍛工藝制造。

1 技術(shù)方案研究

三拐曲軸零件圖如圖1所示。材質(zhì)42CrMoA，鍛件符合JB/T5000.8-1998標(biāo)準(zhǔn)，超聲波探傷符合GB/T6402-1991Ⅱ級要求。該曲軸是隔膜泵的核心部件，其形狀復(fù)雜，三拐之間夾角為120°，拐與拐之間距離較短，且拐的偏心量較大。

圖1 隔膜泵三拐曲軸零件圖

大型機械設(shè)備為了保證運行穩(wěn)定，對傳動曲軸鍛造要求必須為整體完成，不允許幾個曲拐間用軸承聯(lián)接。對于大型曲軸，必須采用自由鍛進行整體鍛造生產(chǎn)，曲拐相位采用角度預(yù)置或者扭轉(zhuǎn)的方法進行控制，保證鍛造纖維連續(xù)無扭曲。該曲軸軸頸短、粗，不適合彎度鐓鍛，曲拐臂長度比例與偏心量小不適合單拐彎鍛后裝配，模鍛設(shè)備能力不夠；必須采取自由鍛造完成。主要工藝方案為機加工自由鍛扭轉(zhuǎn)和角度預(yù)置一次成形兩種方案，方案對比如表1所示。

表1 工藝方案對比表

根據(jù)現(xiàn)場條件及技術(shù)要求，采用角度預(yù)置法進行成形，操作簡單，成功率高。

2 實例分析

鍛件工藝重量15.1t，采用23tVD鋼錠生產(chǎn)，技術(shù)要求參照隔膜泵三拐曲軸技術(shù)規(guī)定。

根據(jù)對三拐曲軸的技術(shù)要求和特點，采用以下工藝思路：

（1）工藝流程。電爐—VD—鋼錠加熱—25MN水壓機鍛造—正火+回火—UT探傷—劃線—交貨。

（2）工輔具。鐓粗漏盤及球形鐓粗板、中心壓實型砧、自制空間立體120°角度尺、每一道工序的木制模型。

圖2 隔膜泵三拐曲軸鍛件工藝圖

（3）操作步驟。兩次鐓粗，第一次拔長采用JTS+FM法，保證鍛件中心壓實[1]。采用角度預(yù)置法拔正六方，確保三拐角度呈120°分布，先將曲拐偏心壓出，再將曲拐扁方成形。具體操作：①曲拐方向夾角采用角度預(yù)置法實現(xiàn)，先拔預(yù)置正六方，正六方尺寸要大于包絡(luò)圓尺寸，以此為基準(zhǔn)保證各個曲拐角度準(zhǔn)確；②在正六方三個面進行號印，將偏心量壓出，然后成形曲拐扁方；③在曲拐上號印，將兩端小軸壓出，并確保兩個小軸同心。即通過角度預(yù)置方法實現(xiàn)對角度的精確控制，先偏心，再成形曲拐，最終整鍛成形。

（4）鍛造工藝卡片。如表2所示。

表2 隔膜泵三拐偏心曲軸鍛造工藝卡片

（5）鍛后熱處理。曲軸鍛后放置空冷至表面約500～600℃裝爐進行正火+回火熱處理，曲軸正火時吊下臺車空冷，對曲軸表面采用風(fēng)機噴霧冷卻，并及時翻轉(zhuǎn)，保證冷卻均勻。

（6）測量。自制兩個支架用于測量劃線，對曲拐角度、曲拐偏心量和整體的同軸度進行檢測，畫線外觀質(zhì)量檢測時，要根據(jù)曲軸本身彎曲及單個拐的偏心情況合理確定中心點，兩端面所畫角度線在空間上必須平行，確保產(chǎn)品初檢合格。

3 應(yīng)用效果

（1）采用自制的特殊砧子和角度尺配合，鍛造操作比較簡單，合格率高。

（2）曲軸為整體鍛造，鍛件內(nèi)部金屬流線合理，內(nèi)部質(zhì)量比鑄造的好，使用壽命更長，機械性能更穩(wěn)定。

（3）目前已成功開發(fā)出該類型的其他規(guī)格的曲軸，已形成批量，形成系列，且生產(chǎn)合格率已達到100%。

4 結(jié)語

（1）依靠自制角度尺、定位板、測量儀，通過角度預(yù)置法控制曲拐相位角度的自由鍛技術(shù)，實現(xiàn)了對曲軸各拐相位角度的精確控制。

（2）偏心量預(yù)成形的鍛造方法，實現(xiàn)了自由鍛無錯移大偏心曲拐成形，減少了曲軸工藝重量，降低了加工周期。

（3）大截面軸類鍛件內(nèi)部質(zhì)量控制措施保證了曲軸內(nèi)部質(zhì)量和性能的穩(wěn)定合格。通過JTS+FM的鍛造技術(shù)，保證鍛件中心壓實，內(nèi)部探傷合格，熱處理通過噴霧快速降溫細化晶粒技術(shù)，保證曲軸晶粒度和機械性能指標(biāo)。

[1] 劉助柏，倪利勇，劉國暉.大鍛件形變新理論新工藝.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2] 張 華，石 明，王 建.新FM鍛造法在大型軸類鍛件生產(chǎn)中的應(yīng)用.大型鑄鍛件，2007，（5）:33－35.

[3] 顧松霞，吳小杰，鐘繼利，等.隔膜泵三拐曲軸鍛造工藝優(yōu)化.大型鑄鍛件，2009，（5）:42－43.