一种曲轴的锻造生产工艺

技术领域

本发明涉及曲轴锻造技术领域，特别涉及一种曲轴的锻造生产工艺。

背景技术

曲轴是发动机中最重要的部件，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩并驱动发动机上其他附件工作。曲轴在旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用下，承受弯曲、扭转载荷。因此要求曲轴有足够的强度和刚度。

现有的可参考的公告号为CN201910979153的中国专利，其公开了一种曲轴的锻造工艺，其步骤为：(1)下料、(2)加热、(3)制坯、(4)初模煅、(5)二模煅、(6)终模煅、(7)切除飞边。上述工艺中的现有技术方案存在以下缺陷：对于平衡块不在同一水平面上的曲轴，直接锻造会使得分模困难，且锻造模具型腔深，产品不易充满，材料利用率低，模具寿命低。

另有可参考的公告号为CN201470801U的中国专利，其公开了小型曲轴专用扭转模具，其现有的技术方案存在以下缺陷：扭转角度不可调整，废品率高，且生产节拍慢，影响生产效率。

发明内容

本发明解决了相关技术中分模困难、材料利用率低、模具寿命低、生产节拍慢、扭拐角度不可调节及产品废品率高的问题，提出一种曲轴的锻造生产工艺，将锻件从轴向平面进行分模，锻模型腔浅，锻件多余的料边小，材料利用率高，且模具应力较低，模具寿命高；同时使用该套扭拐模具，生产节拍快，扭拐角度可通过模具闭合高度进行调节，产品废品率低；另外，本发明使用到了余热淬火技术，在满足要求的同时，可节约能源，减少碳排放、增加经济和社会效益。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种曲轴的锻造生产工艺，包括以下步骤：

S1.下料：将圆棒料锯切成符合要求的短坯料；

S2.加热：将短坯料加热至1150～1250℃；

S3.预锻：将加热后的短坯料采用预断模具锻造出曲轴的基本形状，得到预锻件；

S4.终锻：将预锻件通过终锻模具进行再次锻造，得到除平衡块角度尺寸和分模面外轮廓尺寸外，其余尺寸均符合产品图纸要求的终锻件；

S5.切边：将终锻件分模面处的多余材料去除，得到切边件；

S6.扭拐：将平衡块均在同一平面上的切边件通过扭拐模具进行扭拐，使得平衡块间成指定角度，得到符合产品图纸尺寸要求的扭拐件；

S7.余热淬火：将扭拐件放入余热淬火槽中进行余热淬火，得到余热淬火件；

S8.回火：将余热淬火件放入回火炉进行回火，得到产品机械性能满足客户要求的回火件；

S9.探伤：将回火件上磁，并喷淋磁粉探伤液，检查产品是否有缺陷；

S10.抛丸：对探伤后的产品进行抛丸，去除产品表面的杂质，提高产品外观质量；

S11.防锈：对抛丸后的产品进行防锈，使产品表面均匀覆盖防锈液，防止产品生锈，得到最终成品。

作为优选方案，步骤S3中，采用的预锻模具分模面为水平分模，主轴颈、连杆轴颈、平衡块均对称分布在上下预锻模型腔中；预锻件的材料全部充满预锻模型腔，且在分模面处有多余的材料。

作为优选方案，步骤S4中，采用的终锻模具分模面为水平分模，主轴颈、连杆轴颈、平衡块均对称分布在上下终锻模型腔中；终锻件的材料全部充满终锻模型腔，且在分模面处有多余的材料。

作为优选方案，步骤S6中，所用扭拐模具包括上模组件和下模组件，所述上模组件与下模组件通导柱相连，所述上模组件和下模组件均固定放置于模架中，所述模架固定放置于压力机中。

作为优选方案，所述上模组件包括氮气弹簧、摆臂、扭拐上模右、扭拐上模左和模具压块，所述氮气弹簧的缸体端面固定安装于上底板上，所述氮气弹簧的活塞杆端面与上模轴承压板接触；所述上模轴承压板与扭拐上模框架及浮动板通过螺钉连接且通过销钉定位，所述浮动板通过螺栓与上底板连接，所述浮动板可带着上模轴承压板和扭拐上模框架沿着螺栓上下移动；所述摆臂分别与扭拐上模右和扭拐上模左固定连接，所述摆臂的另一端设有轴A和轴承A，所述轴承A与所述上底板接触且可沿上底板下表面滚动；所述浮动板和上模轴承压板之间另设有轴B和轴C，所述轴B和轴C上均设有至少一组轴承B，所述轴承B与扭拐上模右和扭拐上模左接触，所述扭拐上模右和扭拐上模左可准确定位并顺着轴承B转动；所述扭拐上模右和扭拐上模左形成的型腔形状与终锻模具的上半部分型腔一致；所述扭拐上模右和扭拐上模左通过模具压块安装于扭拐上模框架中，所述扭拐上模右、扭拐上模左与模具压块配合使用且可在扭拐上模框架中旋转；所述模具压块通过螺钉固定安装于扭拐上模框架上，所述导柱固定放置于扭拐上模框架中。

作为优选方案，所述下模组件包括扭拐下模框架、下模轴承压板、下底板、下模止转块、模具压块，所述下模轴承压板、扭拐下模框架与下底板通过螺钉相连且通过销钉定位；所述下底板固定安装于下模支撑柱上，所述下模支撑柱与模架固定连接；所述下底板和下模轴承压板之间另设有轴B和轴C，所述轴B和轴C上均设有至少一组轴承B，所述轴承B与扭拐下模右和扭拐下模左接触，所述扭拐下模右和扭拐下模左可准确定位并顺着轴承B转动；所述扭拐下模右和扭拐下模左形成的型腔形状与终锻模具的下半部分型腔一致；所述扭拐下模右和扭拐下模左通过模具压块安装于扭拐下模框架中且可在扭拐下模框架中旋转；两所述下模止转块分别通过螺钉固定安装于扭拐下模右和扭拐下模左中，所述模具压块通过螺钉固定安装于扭拐下模框架上。

作为优选方案，步骤S7中，余热淬火温度为850-950℃，锻件出淬火介质时的温度为50-80℃，淬火时间为100秒-140秒。

作为优选方案，步骤S8中，锻件淬火后在24小时内进行回火，回火工序中的回火温度为510-540℃，保温时间2-3小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以将锻件从轴向平面进行分模，锻模型腔浅，锻件多余的料边小，材料利用率高，且模具应力较低，模具寿命高；同时使用该套扭拐模具，生产节拍快，扭拐角度可通过模具闭合高度进行调节，产品废品率低；另外，本发明使用到了余热淬火技术，在满足要求的同时，可节约能源，减少碳排放、增加经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明举例说明的曲轴锻件的结构示意图；

图2为本发明涉及的曲轴生产工艺的流程图；

图3为本发明涉及的扭拐工序设备滑块在上死点时的剖视图；

图4为本发明涉及的扭拐工序设备滑块在下死点即工装模具完成扭转时的剖面结构示意图；

图5为本发明涉及的扭拐工序工装模具完成扭转时的侧面剖视图；

图6为本发明涉及的扭拐工序工装模具的俯视图。

图中：

1、上底板，2、氮气弹簧，3、轴A，4、轴承A，5、摆臂，6、浮动板，7、上模轴承压板，8、导柱，9、扭拐上模框架，10、扭拐下模框架，11、下模轴承压板，12、下底板，13、轴B，14、轴承B15、轴用弹性挡圈，16、下模止转块，17、轴C，18、扭拐下模右，19、扭拐下模左，20、扭拐上模右，21、扭拐上模左，22、模具压块，23、螺栓，24、下模支撑柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至6所示，一种曲轴的锻造生产工艺，包括以下步骤：

S1.下料：将圆棒料锯切成符合要求的短坯料；

S2.加热：将短坯料加热至1150～1250℃；

S3.预锻：将加热后的短坯料采用预锻模具锻造出曲轴的基本形状，得到预锻件；

S4.终锻：将预锻件通过终锻模具进行再次锻造，得到除平衡块角度尺寸和分模面外轮廓尺寸外，其余尺寸均符合产品图纸要求的终锻件；

S5.切边：将终锻件分模面处的多余材料去除，得到切边件；

S6.扭拐：将平衡块均在同一平面上的切边件通过扭拐模具进行扭拐，使得平衡块间成指定角度，得到符合产品图纸尺寸要求的扭拐件；

S7.余热淬火：将扭拐件放入余热淬火槽中进行余热淬火，得到余热淬火件；

S8.回火：将余热淬火件放入回火炉进行回火，得到产品机械性能满足客户要求的回火件；

S9.探伤：将回火件上磁，并喷淋磁粉探伤液，检查产品是否有缺陷；

S10.抛丸：对探伤后的产品进行抛丸，去除产品表面的杂质，提高产品外观质量；

S11.防锈：对抛丸后的产品进行防锈，使产品表面均匀覆盖防锈液，防止产品生锈，得到最终成品。

在一个实施例中，步骤S3中，采用的预锻模具分模面为水平分模，主轴颈、连杆轴颈、平衡块均对称分布在上下预锻模型腔中；预锻件的材料全部充满预锻模型腔，且在分模面处有多余的材料。

在一个实施例中，步骤S4中，采用的终锻模具分模面为水平分模，主轴颈、连杆轴颈、平衡块均对称分布在上下终锻模型腔中；终锻件的材料全部充满终锻模型腔，且在分模面处有多余的材料。

在一个实施例中，步骤S6中，所用扭拐模具包括上模组件和下模组件，所述上模组件与下模组件通导柱8相连，导柱8与下模组件配合，可在下模组件中移动，起导向作用，使上模组件和下模组件位置一致，互相配合使用；上模组件和下模组件均固定放置于模架中，模架固定放置于压力机中。

在一个实施例中，上模组件包括氮气弹簧2、摆臂5、扭拐上模右20、扭拐上模左21和模具压块22，氮气弹簧2的缸体端面固定安装于上底板1上，氮气弹簧2的活塞杆端面与上模轴承压板7接触；上模轴承压板7与扭拐上模框架9及浮动板6通过螺钉连接且通过销钉定位，浮动板6通过螺栓23与上底板1连接，浮动板6可带着上模轴承压板7和扭拐上模框架9沿着螺栓23上下移动；摆臂5分别与扭拐上模右20和扭拐上模左21固定连接，摆臂5的另一端设有轴A3和轴承A4，轴A3和轴承A4与摆臂5通过螺钉固定连接且配合使用；轴承A4与上底板1接触且可沿上底板1下表面滚动；浮动板6和上模轴承压板7之间另设有轴B13和轴C17，轴B13和轴C17上均设有至少一组轴承B14，轴承B14两侧设置有轴用弹性挡圈15，轴承B14与扭拐上模右20和扭拐上模左21接触，扭拐上模右20和扭拐上模左21可准确定位并顺着轴承B14转动；扭拐上模右20和扭拐上模左21形成的型腔形状与终锻模具的上半部分型腔一致；扭拐上模右20和扭拐上模左21通过模具压块22安装于扭拐上模框架9中，扭拐上模右20、扭拐上模左21与模具压块22配合使用且可在扭拐上模框架9中旋转；模具压块22通过螺钉固定安装于扭拐上模框架9上，导柱8固定放置于扭拐上模框架9中。

在一个实施例中，所述下模组件包括扭拐下模框架10、下模轴承压板11、下底板12、下模止转块16、模具压块22，下模轴承压板11、扭拐下模框架10与下底板12通过螺钉相连且通过销钉定位；下底板12固定安装于下模支撑柱24上，下模支撑柱24与模架固定连接；下底板12和下模轴承压板11之间另设有轴B13和轴C17，轴B13和轴C17上均设有至少一组轴承B14，轴承B14两侧设置有轴用弹性挡圈15，轴承B14与扭拐下模右18和扭拐下模左19接触，扭拐下模右18和扭拐下模左19可准确定位并顺着轴承B14转动；扭拐下模右18和扭拐下模左19形成的型腔形状与终锻模具的下半部分型腔一致；扭拐下模右18和扭拐下模左19通过模具压块22安装于扭拐下模框架10中且可在扭拐下模框架10中旋转；两下模止转块16分别通过螺钉固定安装于扭拐下模右18和扭拐下模左19中，模具压块22通过螺钉固定安装于扭拐下模框架10上。

在一个实施例中，步骤S7中，余热淬火温度为850-950℃，锻件出淬火介质时的温度为50-80℃，淬火时间为100秒-140秒。

在一个实施例中，步骤S8中，锻件淬火后在24小时内进行回火，回火工序中的回火温度为510-540℃，保温时间2-3小时。

本实施例提供的扭拐工序所用扭拐模，其工作原理如下：

如图3所示，为扭拐工序设备在上死点时的初始状态，将切边后的锻件放至图示扭拐下模(扭拐下模右18和扭拐下模左19)上，设备滑块开始向下运动，带动上底板1动作，同时上底板带动氮气弹簧2将浮动板6、上模轴承压板7、导柱8、扭拐上模框架9及扭拐上模(扭拐上模右20和扭拐上模左21)向下推动，直至扭拐上模与扭拐下模完全贴合，如图2所示；而后上底板1带动氮气弹簧2继续下行，此时氮气弹簧2的活塞杆部分开始压缩，促使轴承A4带动摆臂5在上底板1下底面滑动，从而使摆臂5带动扭拐模右和扭拐模左分别向前后两个方向转动，直至滑块下行至下死点，完成曲轴的扭转。调整压力机滑块的下死点位置，也就调整了曲轴扭转角度，可以有效控制曲轴的扭转精度，如图5所示。

接着滑块上行，上底板1带着氮气弹簧2往上运动，氮气弹簧2的活塞杆逐渐伸长，直至螺栓23与浮动板6接触，将浮动板6、上模轴承压板7、导柱8、扭拐上模框架9及扭拐上模向上拉动，使扭拐上模和扭拐下模分离，直至滑块上行至上死点停止，将扭拐后的曲轴取出，并将扭拐上下模复位，完成曲轴的扭拐工序。

本发明提供的一种曲轴的锻造生产工艺，一方面可以将曲轴锻件从轴向平面进行分模，锻模型腔浅，锻件多余的料边小，材料利用率高，且模具应力较低，模具寿命高；另一方面，使用该套扭拐模具，生产节拍快，扭拐角度可通过模具闭合高度进行调节，产品废品率低；再者，本发明使用到了余热淬火技术，在满足要求的同时，可节约能源，降低生产成本。

以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。