大型锻造

大型锻造（精选6篇）

大型锻造 篇1

1 前言

船用曲轴是船用柴油机的关键零部件之一,工作中承受周期性变化的弯曲和扭转力矩,同时承受惯性力和振动附加应力以及交变载荷的作用。负荷情况复杂、沉重,容易产生疲劳破坏,造成曲轴断裂,引起柴油机缸体等其他零件的损坏,直接影响船体等设备的安危。所以对船用曲轴的强度、刚度、耐磨性等提出了较高的要求。为了满足各种力学性能要求,对船用曲轴的内部和表面组织结构、纤维分布等都有严格要求。此外,形状尺寸精度要高,机械加工余量要少,是大型船用曲轴锻造生产中必须解决的重要问题。大型船用曲轴的锻造方法有很多,其中有扭拐、压拐、错拐等自由锻造法,也有错—挤,循序模锻、弯曲镦锻等模锻方法。然而按照锻造纤维流线的分布特点来看,大型船用曲轴的锻造方法,也可以归纳为三种,即切断纤维锻造和半连续纤维锻造以及全纤维锻造。由于其锻造的纤维分布形式各不相同,它们的锻造方法也各有所不同。近年来随着制造业快速发展和船舶制造业的崛起,大型船用曲轴的市场发展潜力巨大。随着国内生产大型船用曲轴机械加工能力的不断增强,大型船用曲轴的锻件毛坯市场需求量逐年增多。近年来,我公司建设了4000t和6000t两条生产大型船用曲轴的压力机锻造生产线,经多年生产实践,积累了大型船用曲轴锻造生产的一些经验。这里我们对大型船用曲轴锻造成形机理和特点,以及专用工艺装备的结构原理作一介绍,以期对同行工程技术人员做一些交流,达到共同进步目的。以促进大型船用曲轴锻造生产的新发展,为国家和企业创造更大的财富。

2 大型船用曲轴的切断纤维锻造

大型船用曲轴的切断纤维锻造是将钢锭压成曲柄销所要求的扁方,再用机械切削加工的方法,把曲轴的主轴颈和曲柄销轴颈加工出来,用电感应加热炉进行局部加热,再扭曲柄销,达到曲柄销所要求的相位角度。采用这种锻造方法,切断了曲轴的主轴颈和曲柄销轴颈与曲柄臂结合处的锻造纤维,降低了大型船用曲轴的承载能力。特别是通过切削加工之后,钢锭心部缺陷(如疏松、偏析等)暴露于主轴颈和曲柄销轴颈的表面,引起应力集中,影响了曲轴的疲劳强度。这种锻造方法,在实际生产中废品率比较高,同时因局部加热扭曲柄销轴颈,造成变形不均匀。当扭曲柄销轴颈的角度较大时,还很容易产生裂纹。因此,在实际生产中尽量不用这种方法。只有当形状特殊,结构非常紧凑,采用其他方法难于锻出成形的曲轴时,才不得不用这种方法。

3 大型船用曲轴的半连续纤维锻造

大型船用曲轴的半连续纤维锻造是将钢锭压成一定截面的坯料,如六个曲柄销的曲轴压成六方形截面,或三角性截面等,八个曲柄销的曲轴压成正方形截面,然后号印错移,最后再压成曲柄销所要求的相位角度。大型船用曲轴的半连续纤维锻造方法,虽然克服了切断纤维锻造中的许多缺点,但是由于半连续纤维锻造操作工艺方法复杂,一般操作人员很难掌握操作技巧,导致锻件易出现锻造缺陷,甚至因机械加工余量不足而报废。因此,采用半连续纤维锻造方法生产大型船用曲轴,需要具有丰富实践经验的高技能锻工。大型船用曲轴的半连续纤维锻造,在操作过程中应注意以下问题:加热要均匀,防止变形时偏心;锻六方坯时,一定要准确以免影响曲柄销的相位角度;号印时,可以用模型校对,注意不要号错,印不要号斜;错移曲柄销时,V形砧的位置要准确,垫砧要合适,并注意轴颈不要拉长,错挤移量一定要保证;拍(挤)压曲柄销时,注意曲柄臂角度;压曲柄销修整时,如果曲柄销圆角材料不足,可用半圆铁辗压。鉴于上述原因,大型船用曲轴的半连续纤维锻造也仅适用于单件或小批量生产。

4 大型船用曲轴的全纤维锻造

按照切断纤维锻造和半连续纤维锻造生产的大型船用曲轴毛坯,由于其曲轴上的主轴颈和曲柄销轴颈以及曲柄臂两侧面都需要经过机械加工来达到毛坯制造尺寸,从而造成大型船用曲轴锻件毛坯的热变形纤维组织被机械切削加工切断,使坯料心部的缺陷外露而降低了大型船用曲轴力学性能和正常工作时运转的安全可靠性。大型船用曲轴的全纤维锻造,是目前曲轴锻造中的一种先进锻造工艺。即可以在专用的水压机或液压机上锻造,也可以在普通的水压机或液压机上设置专用工艺装备来锻造。大型船用曲轴全纤维锻造的曲轴毛坯,金属热变形纤维沿锻件外形连续分布,坯料的中心线与曲轴的轴心线基本重合,经过切削加工后,金属纤维不被切断,坯料心部偏析、夹杂等缺陷也不外露。因而明显地提高了曲轴力学性能和正常工作时运转的安全可靠性。同时可以采用较细的坯料直径,显著地减少了毛坯的加工余量。实际生产已经证明,采用全纤维锻造生产的大型船用曲轴毛坯比采用其他锻造生产的大型船用曲轴毛坯,可以节约金属材料约34%、缩短切削加工工时约28%、减少废品、减轻劳动强度、提高生产率。大型船用曲轴的全纤维锻造工艺方法有两种:错挤锻造和镦挤锻造。

4.1 大型船用曲轴的全纤维错挤锻造

全纤维错挤锻造工艺是将坯料放置在模具内将曲柄销逐个锻出,曲柄销错挤成形过程的工作机理见图1所示。将预制好的坯料放入模具后,在纵向压力的作用下,水压机或液压机的活动横梁带动上模具压头向下错移两个曲柄臂,同时推挤曲柄销轴颈,直到曲柄销和曲柄臂成形。大型船用曲轴的全纤维错挤成形,需要通过制坯和错挤两个工序来完成。

(1)大型船用曲轴的制坯

钢锭经过压钳把、倒棱、拔长成圆形截面,电感应加热出炉后,在图2所示的制坯模内,按曲轴的曲柄销数分别摔圆、压痕、分段。坯料压痕前先通过圆弧摔,使坯料上曲柄臂部分的直径保持均匀一致。在上模不断抬起和压下的过程中,坯料不断地旋转,待上下模压合后,曲轴所需的主轴颈、曲柄臂、曲柄销轴颈等部分坯料,便由三对圆弧压痕模块压痕分段。然后再送进下一个曲柄销长度进行压痕分段,直至完成全部曲柄销数的制坯为止。

(2)大型船用曲轴的曲柄销错挤成形

坯料经过制坯,再经过电感应加热后,便可以在成形模内逐拐错挤成形,见图3a所示。它是一个已经成形的曲柄销,待错挤下一曲柄销之前的初始位置示意简图。当制坯后的曲轴放在下模上时,已成形的曲柄销轴颈与待成形曲柄销轴颈之间的夹角为120°。下模支承块的模槽各托住相邻两个主轴颈中间的待成形曲柄销上的两个曲柄臂的一半,两个曲柄臂的另一半坯料各卡在上模具冲压头左右两侧面的模槽内。当上模具在水压机或液压机的活动横梁带着向下运动时,先以节距板卡紧左右两端的主轴颈。与此同时上模具的冲压头两侧面模槽和下模具支承块的模槽,对曲柄臂部分的坯料进行挤压剪切变形,但曲柄销轴颈的中心线尚未移动。当上模继续下降时,模具上冲压头凹挡底部接触到曲柄销轴颈,并使其错移而变薄拉伸,直到上、下模闭合曲柄销和曲柄臂在模具内成形,见图3b所示。最后上模具抬起,曲柄销和曲柄臂由顶出器顶起,即锻完一个曲柄销轴颈的成形。这样连续进行下去,直到错挤出全部曲柄销轴颈为止。大型船用曲轴的全纤维锻造采用错挤锻造工艺生产,在制坯过程中,其制坯尺寸要合理,否则将影响曲轴毛坯尺寸和操作。这种方法,模具结构简单,生产成本较低,所需的水压机或液压机吨位比较小,模具更换比较方便。

4.2 大型船用曲轴的全纤维镦挤锻造

大型船用曲轴的全纤维镦挤锻造就是利用曲轴本身的结构形状特点,使坯料在模具内将曲柄销轴颈逐个锻出。全纤维镦挤锻造的大型船用曲轴坯料和锻件见图4所示。这种锻造工艺是目前所有生产大型船用曲轴毛坯锻造手段中最为先进的一种工艺。曲柄销镦挤成形过程中的工作原理,见图5所示。车削合格的大型船用曲轴毛坯料段,经电感应局部加热(需要镦挤的曲柄销和曲柄臂)。当两个曲柄臂在横向压力作用下镦粗到一定程度时,纵向压力开始向下推挤曲柄销轴颈,在镦粗和推挤的联合作用下,使曲柄销轴颈和曲柄臂在模具内成形,即镦挤完一个曲柄销轴颈和曲柄臂。这样连续进行下去,直到镦挤出全部曲柄销轴颈和曲柄臂为止,也就完成了一根全纤维大型船用曲轴毛坯的镦挤工作。大型船用曲轴的全纤维镦挤锻造,所用专用工艺装备有传统的液压楔式结构和改进后的液压铰链式结构两种形式。

(1)传统液压楔式结构工作原理

传统的液压楔式结构具体见图6所示。左上模块3和左上模块座2固定在一起,安装在左夹紧油缸1上,左上斜块6与左夹紧油缸1安装在上连接架24的左侧。右上模块20和右上模块座21固定在一起安装在右夹紧油缸23上,右上斜块18与右夹紧油缸23安装在上连接架24的右侧。中间上模块22安装在上连接架24的中间位置。上连接架24通过螺钉与水压机或液压机的活动横梁连接。左下模块5和左下模块座8固定在一起,与左下斜块7共同安装在左滑动模座9上。中间下模块11与中间下油缸12连接在一起固定在底座13上。右下模块19和右下模块座16固定在一起,与右下斜块17共同安装在右滑动模座15上。左油缸10和左滑动模座9与右油缸14和右滑动模座15共同安装在底座1 3 上。底座1 3固定在水压机或液压机的工作台上。

加热后的坯料放入下模块(具)内,定位后,开动水压机(或液压机)工作台,将下模块(具)移到水压机或液压机下,待上、下模块(具)对准定位以后,水压机或液压机的活动横梁带动上连接架24下压。这时左、右夹紧油缸1、23加压,左、右上斜块6、18推动左、右下斜块7、17通过左、右滑动模座9、15和左、右模块座2、8、16、21带动左、右,上、下模块(具)3、5、20、19同时向中间移动,左油缸10和右油缸14也一同加压。这时中间下油缸12推动中间下模块11与中间上模块22夹紧曲柄销轴颈并向下移动,挤压曲柄臂坯料,直到曲柄销轴颈和曲柄臂成形。然后活动横梁上升带动上模块(具)和中间上模块提起,下中间油缸升起推动中间下模块顶出曲轴后,左、右侧缸将左、右滑动模座推开,再继续镦挤另一曲柄销。

(2)改进后的液压铰链式结构工作原理

改进后的液压铰链式结构具体见图7所示。左上模块2安装固定左上模块座1上,由左夹紧连杆3通过两个销轴与上连接架21连接在一起。左下模块5和左下模块座6固定在一起,安装在左滑动模座7上并与左油缸8相连,一同安装在底座11上。中间下模块9与中间下油缸10连接在一起固定在底座11上。中间上模块19安装在中间上油缸20上与连接架21的中间位置连接。右上模块17安装固定在右上模块座18上,由右夹紧连杆16通过两个销轴与上连接架21连接在一起。右下模块15和右下模块座14固定在一起,安装在右滑动模座13上并与右油缸12相连,一同安装在底座11上。底座11固定在水压机或液压机的工作台上。

坯料加热后放入下模块(具)内,定位以后,开动水压机(或液压机)工作台,将下模块(具)移到水压机或液压机下,待上、下模块(具)对准定位以后,水压机或液压机的活动横梁带动上连接架21下压,使左、右夹紧连杆3、16通过销轴推动左、右上模块座1、18带动左、右滑动模座7、13以及左、右,上、下模块(具)2、5、15、17同时向中间移动,左油缸8和右油缸12也一同加压。同时中间上、下油缸20、10加压带动中间上、下模块19、9夹紧曲柄销轴颈并向下移动,挤压曲柄臂坯料,直到曲柄销轴颈和曲柄臂成形。然后活动横梁上升带动上模块(具)和中间上模块提起,下中间油缸升起推动中间下模块顶出曲轴后,左、右油缸将左、右滑动模座推开,再继续镦挤另一曲柄销。

5结束语

经现场生产证明,大型船用曲轴的全纤维镦挤锻造,采用改进后的液压铰链式结构工装最为合理。这种结构装置的最大优点是在镦挤过程中,随着连杆倾斜α角的逐渐变小,水平分力增加,镦挤压力逐渐变大。这与曲柄臂在挤压过程中,随着曲柄臂挤压面积的增大,所需变形力增大的需要相一致,满足了曲柄销轴颈和曲柄臂镦挤压力的需要。改进后的液压铰链式结构装置通过近几年的使用,效果一直比较好,镦挤的全纤维大型船用曲轴锻件毛坯质量完全满足用户技术需要,已经逐渐替代了部分进口全纤维大型船用曲轴毛坯锻件。

摘要：从船用曲轴毛坯锻造生产的现状着手,介绍了曲轴成形机理和特点,以及对这类曲轴的锻造方法。重点介绍了曲轴的全纤维锻造,分析了错挤锻造和镦挤锻造的特点。还特别介绍了锻造专用工艺装备的结构原理,指出液压铰链式结构工装最为合理。

关键词：机械制造,锻造,曲轴,大型船舶,全纤维

参考文献

[1]锻工手册编写组.锻工手册(上册).北京:机械工业出版社,1976.

[2]吕炎.锻造工艺学.北京:机械工业出版社,1995.

[3]俞新陆.液压机的设计与应用.北京:机械工业出版社,2007.

[4]成大先,主编.机械设计手册(第四板).北京:机械工业出版社,2002.

大型锻造 篇2

近日, 鞍钢5米特大型轧机支承辊在二重经过多火次锻造后获成功, 这是今年二重生产的第一支特大型支承辊。

鞍钢5米特大型轧机支承辊钢锭重量达到450吨, 属二重研制的锭型最大的支承辊, 是传统冶金产品升级换代的典型产品。二重精心安排、精密操作、精确锻制, 在冶炼浇注成功的基础上, 又在160兆牛水压机上顺利完成压前口、倒棱、拔长等锻造工序。操作者们严格执行5米支承辊操作要领和工艺规范, 全程跟班, 确保了整个锻造工艺过程完全加工、新型的磨削工艺和具有自主知识产权的抛光装置等新技术和新方法, 解决了材料、锻压、热处理、机械加工等技术全制造链条的一系列难题, 不仅提高了生产效率和产品质量, 而且使每支曲轴的材料利用率提高了10%~14%, 取得了显著的经济效益和社会效益。

“RR曲轴镦锻装置精化曲轴锻件工艺”项目通过对曲轴的原材料中增添微量

大型锻造 篇3

锻造压机是机械制造业重要的基础制造设备之一。随着大型、特大型锻压机需求量的不断增加,国内外各科研院所及重机制造厂对各种大型压机开展了研究,如张剑寒等[1]研究了400MN航空模锻液压机的机架在各工况下的受力和变形状况;吴生富等[2]研究了整机架的工作性能及相关接触面接触状况;严兴春等研究了165MN自由锻造油压机组合梁的动态特性,得出了下横梁的前七阶固有频率和固有振型[3];杨甲申等[4]分析了大型锻压机组合梁不同工况下的应力、变形等,提出了组合梁设计的基本依据;杨固川等[5]改进了800MN模锻压机C形板机架结构,分析计算了机架强度、刚度及疲劳寿命等;H.Ou和R.Douglas研究了机架弹性变形对精密模锻件精度的影响[6,7]。同时,国家在“十一五”期间也投入了大量资源,重点支撑一批锻压机的技术攻关研究[8]。陆杨[9]提出了一种可实现自动控制的新型自动锻压机挡料机构。

机架是锻造压机的核心部件之一,合理设计机架是保证压机安全可靠工作的前提。目前所使用的压机其机架大多都采用了立柱平接式结构(图1),即上下横梁与立柱(压套)端面贴合并以十字键定位。这种结构抗偏载能力差,通常更适合于压机仅承受中心载荷或偏载较小的情况。鉴于此,对于偏载较大的大型和超大型压机目前越来越多地开始使用一种新型的立柱插入式机架结构(图2),这种机架的立柱(压套)部分插入上下横梁。

1 两种机架的理论模型

1.1 平接式机架

平接式机架主要由上横梁、下横梁、立柱和拉杆等组成。立柱端面与梁体端面平齐,由拉杆螺母施加足够的预紧力组成一个框架。其立柱受力情况可简化为简支梁模型(图3)。假设上下横梁为刚性体,立柱的长度为L,集中力F水平作用于立柱中间位置,则立柱中间位置有最大弯矩FL/4,对应中间位置的挠度δ=FL3/48EII

1.2 插入式机架模型

立柱插入式机架也由上横梁、下横梁、立柱和拉杆等组成。通过拉杆和紧固螺母将上下横梁、立柱压紧,与平接式的差别是,立柱(压套)部分地插入上下横梁,从而形成一个近似的刚性框架,这样立柱可以承受较大的水平载荷。这种结构立柱的受力情况可近似简化为两端固定的超静定梁模型(图4)。设上下横梁为刚体且立柱的长度为L,集中力F水平作用于立柱中间位置时,立柱上中间点位置最大弯矩为FL/8,对应挠度为

比较结果可见,相同条件下,插入式立柱比平接式立柱结构所受弯矩减小了一半且产生的挠度仅为后者的1/4。因此,插入式立柱受载状况明显改善。

2 机架有限元模型的建立

通过上述理论分析可以看出,两种机架立柱的受力、变形存在明显差异,其原因是理论分析中对平接式结构将梁对立柱端面的约束状况视为铰接,而对插入式结构则视为固端约束。为对其进行深入研究,本文运用有限元软件ABAQUS分别对上述两种机架立柱的变形、应力及接触状况展开系统深入的研究。

为使结果具有可比性,两种机架的结构尽量保持一致。两种机架大体对称,为简化分析过程,均取1/4模型为研究对象,在模型对称面上施加相应的对称约束。在立柱中心位置0.6m2的面上施加12.5MPa的压强,在上横梁安装油缸法兰的位置及下横梁工作台施加41.25MN的作用力(图5)。

3 两种结构计算结果对比分析

图6(a)、(b)为有限元计算得到的平接式与插入式结构机架的立柱Z向应力云图(预紧系数为1.15)。由计算结果可知,插入式机架与平接式机架立柱中间相同位置的Z向拉应力分别为33.33MPa和41.45MPa,插入式立柱Z向拉应力相对平接式立柱降低了19.6%,其Z向拉应力相对明显减小。

如图7所示,在相同的工况下,δ2为两种立柱中间位置横截面的X向位移平均值,δ1、δ3为两端参考截面的X向位移平均值,Δδ1、Δδ2为立柱的相对变形。图8(a)、(b)分别为平接式与插入式结构机架的立柱的水平横向变形云图:插入式立柱的相对变形Δδ1/Δδ2为4.34968/4.10591mm,平接式立柱的相对变形Δδ1/Δδ2为5.57715/5.25772mm,插入式机架立柱的相对变形相比降低了22.0%/21.9%。可见,插入式立柱的相对变形相对有较大减小。

图9(a)、(b)为两种立柱接触状态云图。平接式机架的立柱端面约1/4面积与横梁接触;插入式机架的立柱端面80%以上的面积与横梁接触。

由计算结果可知,相同工况下,插入式结构相对于平接式结构,立柱的应力和水平方向变形显著降低,立柱端面接触状况明显改善。然而,两种立柱的应力与变形的差值相对于理论值偏小。其原因是:(1)横力弯曲时,若抗弯截面系数一定,则截面正应力与对应弯矩成正比,两种立柱同时承受轴向压应力,非纯横力弯曲;(2)上下横梁假设为理想刚体而不变形,实际上下横梁会迫使立柱产生反弯变形,且两种立柱的反向变形大小不同,故立柱弯曲变形大小也不同。

4 结论

本文的研究结果表明:(1)在相同的预紧系数及工作状况下,插入式机架的立柱正应力得到显著改善;(2)插入式立柱的相对变形有较大幅度减小,即插入式立柱相对刚度增强了;(3)插入式机架的立柱端面与横梁的接触状态也明显改善,有利于设备的稳定运行。

摘要：针对锻造压机常规平接式预应力机架的立柱抗水平载荷能力差和端面接触状况不好等缺点,对一种立柱插入式预应力机架结构展开研究;分别利用解析法和有限元法对两种结构进行了分析,研究了在相同条件下平接式和立柱插入式两种机架的应力状态、变形及端面接触和横梁的接触状况;研究结果对锻造压机及同类预应力机架结构的设计具有一定的参考价值。

大型锻造 篇4

5月4日, 沈阳重机重矿机械设备制造有限公司自主研发、设计制造的50MN双柱上传动多拉杆预应力框架快锻压机一次性试生产成功。该压机是国内拥有自主知识产权的具有国际先进水平的首台大型自由锻造液压机。

压机主机的框架为多拉杆预应力结构, 预紧操作容易且预紧力准确。这种机架具有较强的抗偏载能力和良好的刚性, 活动梁四面导向和导向间隙可调也是现代压机应有的功能。其液压系统采用了Wepuko-Pahnke公司的RX500型正弦泵, 由伺服缸、伺服阀和传感器等组成的伺服机构可改变泵摇杆的偏向, 从而改变泵的流量及换向, 不需要大量的主控阀就能完成空降、加压、卸压及回程全过程。压机的电控泵系统采用西门子多CPU, DP总线控制, 具有微机尺寸自动控制和压机与操作机联动的功能, 使该压力机的锻造精度达到±1.5mm, 快锻次数达70次/min, 具有高速、高自动化、高锻造精度、高可靠性的先进性能。

大型锻造 篇5

近年来,机械、钢铁、有色冶金、铁路机车、船舶等行业的快速发展,促进了锻造压机快速发展[1]。随着挤压机吨位不断增大,设备的零件规格和重量的增加也给加工制造和装配带来了新的难题,大型锻造压机液压缸缸体和柱塞起吊安装就是其中突出的问题[2]。例如125MN锻造压机的主缸缸体重67.3t,主柱塞重31.4t,主缸装配重111.6t。由于液压缸缸体和柱塞表面为精加工光滑圆柱体,无法安置起吊装置,如何吊装这样重的零件是急需解决的问题。

2 起吊工具的结构

针对上述问题,我们设计了一种大型锻造压机液压缸缸体和柱塞起吊工具,吊具结构如图1所示。

由图可见,吊具主要由固定板、八个螺栓、螺母、双头螺柱和两个吊环螺钉组成。固定板是一个圆形厚钢板,上面开有螺栓光孔和螺纹孔,它是起吊工具的核心,起到承上启下的作用。缸体通过八个螺栓固定在固定板上,柱塞先底部中心加工螺纹孔,用一根双头螺柱穿过固定板、缸体底部的螺纹孔与柱塞底部的螺纹孔连接,并用螺母紧固,吊环螺钉也固定在固定板上[3]。这样缸体、柱塞和吊环螺钉各个零件通过固定板连接在一起,形成了一个整体部件。

1.缸体2.柱塞3.固定板4.螺栓5.螺母6.双头螺柱7.吊环螺钉

3 起吊工具的使用方法

吊具的具体使用方法见图2所示。

由图可见,起吊时,将钢丝绳8穿过两个吊环螺钉7,挂在起重机吊钩9上,液压缸缸体和柱塞即可整体起吊。为了使起吊工具受力更加合理,两根钢丝绳的夹角不宜过大,一般不超过30°[4]。

1.缸体2.柱塞3.固定板6.双头螺柱7.吊环螺钉8.钢丝绳9.起重机吊钩

4 小结

这套大型挤压机立柱螺母安装工具,装配现场使用效果良好,不仅解决了大型挤压机立柱螺母安装困难、易发生安全事故的问题,而且避免了安装过程中损伤缸体和柱塞精加工表面的现象[2]。不仅大大减轻了工人的劳动强度,提高了安装工作效率,而且保证了产品质量。

参考文献

[1]姚保森.我国锻造液压机的现状及发展[J].锻压装备与制造技术,2005,40(3):28-30.

[2]俞新陆.液压机的设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2007.

大型锻造 篇6

1 设计方法分析

应用中国科学院金属研究所发明的大型船用曲轴曲拐弯曲锻造模具和预成形毛坯的设计方法, 能起到消除曲拐弯缺陷、减少曲拐毛坯锻件加工余量、降低冷加工难度、缩短生产周期等作用。该发明包括下述3 项内容。

1.1 近终型预成形毛坯的设计

借助计算机模拟技术设计近终型预成形毛坯的步骤分为以下5 步:1以曲拐零件的加工图纸为依据, 对毛坯初形进行设计;2借助计算机模拟技术获得变形后的曲拐毛坯;3在毛坯锻件内置入曲拐零件, 并通过数值化技术确定各个位置的加工余量;4去除曲拐锻件的加工余量;5借助反变形方法将已去除加工余量的变形锻件恢复至变形前的状态, 即可获得预成形毛坯。使用该工艺获得的预成形毛坯由2 部分构成, 即板状曲臂和预成形毛坯凸台, V形槽位于其中部两边的对称处。

1.2 曲拐弯锻和精整模具的设计

借助计算机模拟技术设计曲拐弯锻、精整模具时, 主要以曲拐弯曲时的金属流动规律为依据, 并需要确定V形模、插板、上模等的形状、尺寸的计算公式。其中, 各个尺寸都采用极端模拟技术校核。V形模的功能为:可在曲拐毛坯上压出V形槽, 其位置对应于曲拐毛坯中部两侧的对称位置, 上模接触毛坯的部位为弧形, 下模的内腔结构为楔形;凹模设置在楔形下模的底表面, 下凹模接触毛坯的部位为弧形;插板两侧设有挡板, 挡板接触毛坯的部位为弧形, 且与其内表面相对应。

1.3 模具配合使用方法的设计

在制备预成形毛坯时, 在将钢锭拔成带领预成形毛坯凸台的毛坯后, 将借助V形模压槽制备毛坯 (V形槽是对称的, 位于毛坯中部) 。在曲拐的弯曲锻造中, 先将上、下模与毛坯对中, 并借助上平砧压上模, 使毛坯沿下模内腔弯曲, 直到上模接触到下凹模时停止弯曲, 从而获得中部为圆柱形的曲拐毛坯。使毛坯从下模中脱出——通过旋转上模使毛坯转动90°。移动台板, 保证上、下平砧与毛坯处于水压机的操作空间内, 并通过上、下平砧沿曲柄销端到曲臂端将毛坯压向上模。在此过程中, 需翻转平砧, 以保证曲臂平行、长短一致。取出上模, 将其插入插板, 并确保毛坯曲臂压向插板的高度与设计要求相符。修整外形, 并将插板取出。具体如图1 所示。

2 应用意义

作为柴油机的关键部件, 曲轴的意义巨大。目前, 我国的曲轴年需求量已超过200 根, 但由于国内的制造技术相对滞后, 曲轴多购于国外。进口曲轴除了成本高之外, 还具有交货不可靠的风险, 导致我国船舶工业的发展受到了限制。因此, 解决曲轴相关的技术问题是非常必要、迫切的。在我国, 常见的曲轴多采用半组合式结构。其中, 包括自由端轴颈、输出端轴颈、中间主轴颈、曲拐红套等部分, 前三者的毛坯形状相对比较简单, 且尺寸较小, 所以, 整体制造难度不高。但在应用过程中, 曲拐弯曲成形时内开档出现折叠裂纹的概率较高, 且曲臂侧面常存在明显的缺陷, 严重影响了锻件的质量, 甚至部分锻件根本无法使用。此外, 锻件加工中还普遍存在余量不均、难度过大、废品出现率高等问题。

大型船用曲轴曲拐弯曲锻造模具和预成形毛坯的设计方法是一种全新的理论方法, 将其应用于实践中, 不仅可消除曲拐弯锻中的常见缺陷, 还能将锻件的加工余量降至最低, 从而提升曲轴产品的质量;可使试验次数大大减少, 从而降低研究成本;借助计算机模拟技术, 可实现对锻件尺寸、形状的准确预测, 从而保证锻件的质量。因此, 该项发明不仅具有重要的理论意义, 还具有非常高的实用价值, 对解决船舶工业发展中的难题起到了一定的帮助。

3 结束语

在信息技术取得大发展、锻造理论不断完善的背景下, 借助计算机模拟技术预测大型铸锻件的成形过程已成为一种实用的方法。目前, 该设计方法相应的模拟软件已经被开发出来, 这些软件均能实现金属塑变过程模拟, 并得出较为可靠的结果。因此, 将大型船用曲轴曲拐弯曲锻造模具和预成形毛坯的设计方法应用于实践中, 对促进现代船舶工业的发展具有重要意义。

摘要：大型船用曲轴曲拐弯曲锻造模具和预成形毛坯的设计方法由中国科学院金属研究所发明, 属于锻造领域的重要研究成果, 适用于大型船用曲轴曲拐弯曲的模具和预成型毛坯设计。此项发明借助计算机模拟技术, 除了能设计近终型的预成形毛坯、弯曲上模、V型模外, 还能优化不同模具的配合使用方法。因此, 对大型船用曲轴曲拐弯曲锻造模具和预成形毛坯的设计方法进行了简要分析。

关键词：船用曲轴,曲拐弯,曲锻造模具,预成形毛坯

参考文献