道依茨65D非調質鋼曲軸鍛造工藝研究

文／韓海河，車奇楠，高揚·內蒙古一機集團富成鍛造有限責任公司

道依茨65D非調質鋼曲軸鍛造工藝研究

文／韓海河，車奇楠，高揚·內蒙古一機集團富成鍛造有限責任公司

非調質鋼作為一類特殊鋼材，具有能源消耗小、環境污染低、制造周期短等特點。道依茨65D非調質鋼曲軸裝配于某新型輕卡發動機，項目組針對該曲軸的特性，合理的設計了鍛造工藝、工裝，借助鍛造有限元分析技術不斷優化工藝，制造出精度高、性能好的曲軸鍛件。

道依茨65D非調質鋼曲軸（以下簡稱65D曲軸）裝配于某新型輕卡發動機，該系列發動機因性能穩定、價格低廉在國內占有較大市場。65D曲軸材質為S38MnSiV，屬于典型的非調質鋼，由于該曲軸鍛件要求精度高、柄塊大、鍛造成形困難，所以一直依賴國外進口，圖1所示為65D曲軸鍛件。

工藝技術難點分析及解決措施

工藝技術難點分析

⑴鍛造成形工藝。65D曲軸屬于中型精化曲軸，拔模斜度僅為2°。曲軸平衡塊薄（19.2mm）且高（單側72.5mm），屬難充滿類鍛件，局部鍛造復雜系數為S3級。此類產品如果預鍛充形效果差，大量金屬流到模膛外，就會導致終鍛件無法充滿；預鍛成形效果不理想的中間毛坯將會導致終鍛打擊力過大，降低模具使用壽命并且對設備造成影響。

⑵雙模膛制造技術。為滿足產品質量，降低制造成本，提高鍛造效率，項目組在工裝設計中采用了10～16t模鍛錘雙工位四模膛結構（一模兩件），對于中型曲軸鍛件來說尚屬首次。

圖1 65D曲軸鍛件

⑶非調質鋼鍛后處理技術。65D曲軸材料為S38MnSiV，屬于典型的非調質鋼，因國內此類材料生產技術和經驗嚴重不足，毛坯性能是否達標成為研發該曲軸的關鍵。

⑷加工制造技術。實現“一模兩件”雙模膛生產，對模具質量和模具精度要求較高，這要求模具制造技術和模具壽命必須得到保證。

圖2 工藝模擬分析

工藝技術難點解決措施

⑴借助有限元分析技術，優化鍛造工藝（圖2）。項目組設計了十余種鍛造方案，利用Deform-3D鍛造仿真分析軟件，對每種預、終鍛成形過程進行模擬，不斷改進和優化工藝，獲得了最佳的預、終鍛工藝參數，有限元模擬相關參數見表1。

表1 模擬相關參數

⑵采用一模兩件方式生產，要求加熱溫度、生產節拍、模具收縮比率等關鍵工藝參數必須準確。10～16t模鍛錘生產線配備先進的溫控感應裝置，可保證坯料加熱溫度、加熱時間的一致；流轉工序采用自動化機器人或機械手，確保生產節拍的一致。保證參數穩定、準確的前提下，再結合外界環境溫度的影響，就能很準確的計算出各工序的熱收縮系數。

⑶針對非調質鋼S38MnSiV材料特性，項目組研究了S38MnSiV材料的成形工藝特點和組織性能變化，增建了懸掛冷卻生產線進行余熱處理（圖3），確保該曲軸的組織結構和機械性能。

圖3 65D曲軸懸掛冷卻生產線

⑷為了保證模具精度，項目組設計了模具加工數模，利用數控加工中心對模具進行整體加工，模膛表面經拋光處理后方可使用。

工藝流程及鍛造工藝制定

工藝流程

65D曲軸鍛件的鍛造工藝流程如下：下料→加熱（中頻爐）→預鍛成形（10t）→終鍛成形（16t）→切邊（1600t壓力機）→懸掛處理→技術檢驗→硬度檢驗→外觀檢驗→表面清理→探傷→鍛件終檢。

鍛造工藝

⑴下料規格。根據65D曲軸鍛件圖，通過經驗計算、實體造型及有限元分析得出下料規格尺寸為φ150mm×（1240±1）mm，經小批量（50件）生產驗證，滿足生產要求，納入工藝。

⑵加熱。S38MnSiV材料的鍛造適宜溫度為1200～1280℃，加熱后由于熱量散失造成的毛坯降溫約20℃，因此修正加熱溫度為1220～1300℃，中頻爐加熱節拍為50件/h，采用光學高溫計進行溫度抽檢并做好記錄，避免造成坯料過燒或溫度過低。

⑶鍛造成形。根據模擬分析結果，預、終鍛打擊次數均為3次，避免多次打擊的情況下出現鍛造缺陷。由于平衡塊為非加工，每次鍛造完成后需先用風管對模膛進行徹底清理，然后再用石墨進行模具潤滑冷卻，防止因氧化物堆積造成平衡塊充形不完全。

⑷切邊。采用1600t壓力機一工步完成切邊過程。

熱處理

鍛后先入急冷室急冷，冷至600℃以下轉入緩冷室，緩冷至室溫后出爐。而后入車底爐回火，回火溫度為（650±20）℃，保溫240min即可。

結束語

通過工藝試制及生產驗證，制定出合理、正確的65D曲軸生產工藝方案及鍛造工藝參數，為大規模生產提供指導。試制所用的生產設備、工藝裝備、檢測儀器及檢測方法能夠保證產品的質量要求，生產的65D曲軸鍛件幾何尺寸、外觀精度、機械性能等指標均滿足設計要求。