对击锤在曲轴锻造上的应用

作者：文登恒润锻造有限公司 关绍臣    来源：AI汽车制造业

欢迎访问e展厅 展厅 10 锻压/冲压/轧制设备展厅 压力机, 空气锤, 锻压机床, 单柱液压机, 四柱液压机, ... 通过有效控制坯料的加热温度，改进辊锻坯型和预锻型腔的设计，确保了终锻成形的质量，空气对击锤生产线生产的曲轴锻件各项技术指标均达国内上游水平。 对击锤是我国曲轴锻造生产领域的新生力量，主要分为蒸（空）气对击锤和电液对击锤两种。对击锤系无砧座锤，在锤基础与锤身之间安装有减震装置，对地面和厂房没有任何冲击。对击锤的最大特点是设备投资少，只占热模锻压力机的50%左右，而且结构简单，维修费用低。同传统的蒸汽模锻锤相比，对击锤具有机械化程度高、工作环境好等优势。 目前，国内共有两条对击锤锻造生产线，一条是丹东五一八厂的GH3200型电液对击锤生产线，另一条是我公司的DG38型空气对击锤生产线，均从德国引进，年产量可达12万支左右。这两条生产线在进口前并不是用于生产曲轴的，而是用于生产汽车前轴的。对击锤的设备特点是上下锤头等速对击，考虑安全操作的因素，不可能排布多型腔，只能单型腔锻造。对于形状复杂的曲轴锻件如何在对击锤上生产，成为我公司急需解决的课题。 经过近两年的试生产，我公司成功地利用对击锤生产线开发出了5种重型卡车曲轴，均投入了批量生产。下面以产量最大、生产经验最为成熟的康明斯曲轴为例，介绍对击锤曲轴锻造生产线的工艺流程及特点。 根据对击锤的特点,我们制定了如下的生产工艺流程，并配备了相应的设备（见表1）。 关键工艺的规划 1、坯料加热温度的控制 坯料的加热温度对于锻件成形至关重要。加热温度过低，则直接影响锻件的填充，加剧模具的磨损，影响模具的使用寿命；加热温度过高，则终锻后锻件晶粒急剧长大，锻件的机械性能及内部质量受到影响。目前，绝大部分曲轴材料为非调质钢，锻后靠控温冷却来满足晶粒度和机械性能的要求。控温冷却是将校正后的热锻件入炉急冷至650℃，再经过90min 的缓冷至500℃，然后快冷出炉。锻件的内部质量最终如何，在很大程度上取决于热锻件的入炉温度。大量的试验数据表明，入炉温度在850℃时，晶粒度可达5级以上，强度指标和塑性指标比较平衡，抗拉强度和延伸率均可满足工艺要求。要想保证850℃的入炉温度，坯料的加热温度就应严格控制在1190℃±20℃。这样，在终锻成形后锻件温度可保持在1000～1050℃之间，晶粒的长大速度不致于太快，对切边和校正工序的完成也不会造成影响。为此，我们在感应炉炉膛内和炉门处安装了红外线测温装置，严格监控坯料的加热温度。 入氮气实施气体保护，有效地保证了锻件的表面质量。 2、制坯和预锻的设计 我公司空气对击锤生产线配备的预锻设备是1600t液压机。作为曲轴的预锻，其设备功率相差较悬殊，只能用于压弯和局部变形，绝大部分的金属变形靠终锻型腔来完成。要想最大限度地减轻终锻型腔的负荷，辊锻坯型和预锻型腔的设计十分关键。 ●辊锻坯型的设计 辊锻是对击锤生产线最重要的一道工序。由于预锻设备能力有限，坯料的变形主要靠辊锻来完成。目前，国内生产的六缸曲轴8个平衡块的居多。如图1所示，这8个平衡块分布在1、2、5、6、7、8、11、12处的8个曲臂上，5、6、7、8处的4个曲臂是用料最集中的地方。 而坯料直径主要是根据此区域的平均截面积来选取。辊锻模与锤锻模的闭式辊锻型腔的作用不同，前者只能减小截面积,而后者既可增加也可减小截面积。因此，采用辊锻模制坯时，需以最大的计算面积来选择坯料，这也是对击锤与蒸汽模锻锤的不同之处。曲轴辊锻坯型筒图如图2所示。 辊锻工序采用EUMUCO 辊锻机，其两辊轴之间的轴距可在较大范围内调整。由于这个特点，我们在开发4种轴向尺寸相近的曲轴产品时，一套辊锻模就可满足要求。对于不同的坯料直径（φ60～φ170），适当调整轴距即可。 需要注意的是，在锻造生产开始前，对辊锻模要进行烤模预热。否则，在辊锻坯料时模具会吸收大量的热量，使坯料急剧降温，影响终锻时锻件的填充和模具的使用寿命。 ●预锻模的设计 预锻是辊锻和终锻成形之间不可缺少的一道工序。预锻的效果如何将直接影响锻件的填充质量和终锻型腔的使用寿命。康明斯曲轴的平衡块型腔深且窄，这对预锻模的设计提出了更高的要求。 当曲臂5～8的平均截面积为直径160时，往往平衡块的截面积都在直径185以上，不足的金属则需要从邻近的连杆颈或主轴颈补充，大量的金属在型腔内呈轴向流动。连杆颈预锻坯型如图3所示，主轴颈预锻坯型如图4所示。为了保证金属轴向流动顺畅，预锻模的凸台不能设计的太高。降低凸台高度的另一个好处是可以储备一部分金属，在终锻时帮助填充平衡块。 3、终锻成形 对击锤的一个显著特点是上下锤头导向性好，不易错模。因此，在设计型腔尺寸时，加工余量的选择（单边加工余量3.5～4mm）比蒸汽模锻锤要小，但比热模锻压力机的加工余量要大些，精度相对也较差。 由于导向性好，模具在锻击时侧向力较小，锻件的粘模倾向也较小，还有机械手配合抓起锻件，这样出模角可以选取的尽量小些。例如，对于平衡块比较浅的锻件出模角选3°，康明斯曲轴的平衡块深且窄，出模角选择5°。即使这样，比蒸汽模锻锤的7°出模角还是提高了40%左右，减小了加工余量。 对击锤无砧座，有良好的减震装置，锻击时对模具的冲击相对蒸汽模锻锤要小一些。因此，模具的热处理硬度可以适当提高，以HB321～377为宜。 模具的润滑采用石墨润滑乳。将润滑乳与水以1∶5～1∶10的比例搅拌后，用喷枪向模具喷洒，极少出现粘模现象。 4、其它工序 在切边工序中，为了解决1000t机械压力机设备功率偏小的问题，除了严格控制切边温度外，还将切边刃口设计成阶梯型。形成一定的落差可以避免刃口平面同时接触飞边，降低切边时的设备功率。 扭拧工序仅适应于斯太尔曲轴。其它曲轴均采取立体分模, 在终锻模上直接将120°分布的连杆颈锻出。 控温冷却线是将850～900℃的热校之后的锻件进行两个工步的急冷，降至650℃时入缓冷区进行缓冷，保证曲轴内外均温，使铁素体均匀析出，从而得到均匀的晶粒度和硬度，满足了产品的机械性能和金相组织的要求。 总结 目前，国内多数锻造企业仍然采用蒸汽模锻锤。和蒸汽模锻锤生产线相比，对击锤锻造生产线明显的优势是配备齐全的制坯设备，材料利用率高，生产节拍快，产品精度高，加工余量小，工作环境得到改善。而热模锻压力机生产线较对击锤生产线而言，其生产节拍更快，为60～75s/件，每小时可生产48～60件；对击锤的生产节拍为90～120s/件，每小时可生产30～40件。而且热模锻压力机加工精度高、加工余量小，但是投资大、成本高，是对击锤投资的一倍左右，一般企业难以承受。 我公司经过对工艺流程的不断改进和优化，并采取倍尺采购钢材的方式，材料的各项利用率指标明显提高，锻件各项技术指标均达国内上游水平，尤其是锻件表面质量得到客户和业内同行的认可。 表2是将国内不同厂家在蒸汽模锻锤上生产的67种曲轴锻件，以及国内外热模锻压力机企业生产的20多种多缸曲轴锻件统计后，同我公司5种不同曲轴产品在几项重要指标上的数据比较。 可以看出，对击锤生产的锻件除了精化程度略低于热模锻压力机，其余几项指标均高于热模锻压力机。实践表明，我公司引进的对击锤生产线达到了很好的生产效果。(end)

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