目前,曲轴的弯曲镦锻技术主要有两种方法:RR法(见图1)和TR法(见图2)。这两种方法的不同之处主要在于采用的工装传力机构不同:RR法是用工装斜面将设备压力转化为水平镦粗力,而TR法则是利用肘杆将设备压力转化为水平镦粗力。但无论是哪种方法,在进行曲拐成形时,均是垂直弯曲错拐和水平镦粗成形曲臂两个方向变形的结合,是一种多向模锻技术。
同其他模锻工艺一样,弯曲镦锻成形过程中,在各个分模面处也会形成飞边,其中以曲臂侧面形成的飞边对成形影响较大。不同的曲臂成形方案,对是否产生飞边有着较大的影响。对于曲拐臂的成形,不同生产厂有着不同的设计。有的锻造厂生产的曲轴曲臂外形为自由成形(见图3),仅控制错拐量和曲拐的宽度,曲臂外侧加工量较大,尺寸不稳定;有的锻造厂采用模具控制曲臂外形(见图4),曲臂外侧的加工余量比较均匀,尺寸比较稳定,但由于产品曲臂形状不同或受其他因素的影响,有时会出现飞边。
1.飞边对弯曲镦锻曲轴成形的影响
曲臂成形方案的选择除了对机加工余量有影响外,对整个曲拐的成形性能也有较大影响。采用自由成形工艺,可以产生较小的变形抗力,保证曲拐宽度能够充分压靠。而采用模具成形曲臂的方法,由于金属的变形流动会受到型腔的限制而产生较大的变形抗力,而且由于曲臂各部位金属变形情况不一样,在有些部位会形成飞边,同模锻成形一样,飞边的出现会增加变形力,如果抗力较大,超过设备工作能力,就会造成压力机滑块下行不到位,模具未能完全合模,锻件会出现曲拐厚度较大、弯曲错拐不到位及拐颈欠靠的情况。我公司在4000t液压机上试制生产270曲轴时,由于形成较大的飞边,水平镦粗不到位,曲拐厚了7mm,错拐量小了4mm。此外,在生产过程中,我们通过对曲臂截而积大小相近的曲轴曲拐的变形力进行比较,发现产生较大飞边的曲轴曲拐所需成形力比不易产生飞边的曲轴曲拐所需成形力高2~3倍。所以对这种采用模具成形曲臂的工艺方案,在进行模具设计时,必须要考虑到飞边可能产生的影响,并在生产和设计时加以注意。
2.改善飞边对成形影响的几个措施
由于飞边的存在会对镦锻成形产生不利影响,所以在设计和生产过程中要根据产品的特点进行工艺和模具设计方面的改进,尽量消除这些不利影响。一般有以下几个措施:
(1)在锻件和模具设计时,根据产品的曲臂轮廓形状和镦锻弯曲变形的特点,尽量使材料能够包容往模具形腔里,减少飞边的形成。如图5a所示,修改前曲臂靠连杆颈侧轮廓较小,易形成飞边,而按图5b修改后,使局部轮廓增大,以增加存制体积,可以有效地消除或减小飞边,提高成形质量。
(2)对变形曲臂进行材料体积计算时,体积量不易设计得过大,过多的材料势必会产生飞边。一般产品考虑合适的烧损景即可,如果产品成形工艺性较差,可根据试验再进行体调整。
(3)在模具上设计飞边仓,有时受经验和产品曲臂形状工艺性的限制,飞边很难消除。为了消除飞边的不利影响,可以存中间模具上易形成飞边的部位开设飞边仓(见图6)。但有一点需要注意:不可以只因模具加工方便而大面积铣薄模具,必须留有足够的承压面,保证厚度尺寸W。因为中间模具一旦铣薄,在成形时,整个曲拐的厚度会变小或出现曲臂厚度尺寸不均的情况,在所有曲拐成形完成后,误差累积会较大,影响最终的长度尺寸精度;而如果保证了中间模具的厚度,在成形时,只要保证中间模具被压靠,整个长度尺寸精度就很容易保证。
3.结语
飞边的产生不利于锻件的成形,要避免和消除飞边的不利影响,在工艺和模具设计时应从成形时弯曲与镦粗的变形规律、成形体积计算和曲臂轮廓特点等多方面进行考虑,并根据经验进行训祭,很多情况下要通过试模来进行验证。目前,许多国外锻造企业已经广泛应用有限元模拟技术,可以在设计阶段预见飞边分布情况,从而进行优化修正,制订合理的方案,减少模具开发试制周期和试制费用,所以我们国内锻造企业也应逐渐学习和应用模拟技术,进行科学设计。