大型船用曲軸曲柄彎鍛成形的工藝分析- .pdf

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1、。塑墨．1欄目主持田；文難救瓣大型船用曲軸曲柄彎鍛成形的工藝分析齊齊哈爾齊翔建筑安裝工程公司(黑龍江161042)肖敏北京中冶京誠(chéng)金屬加工與檢驗(yàn)工程技術(shù)研究所(100176)孫亮1．概述大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸為組合或半組合結(jié)構(gòu)，半組合曲軸的曲柄以整體鍛件為毛坯，鍛件體積大、形狀復(fù)雜，要求曲柄銷和曲臂金屬纖維流向連續(xù)。目前世界各地多采用彎鍛工藝成形曲柄，其工藝為：預(yù)鍛(見(jiàn)圖1a)一彎曲(見(jiàn)圖1b、1c)一壓平(見(jiàn)圖1d)。圖2K90曲柄鍛件2．?dāng)?shù)值模擬模型及成形質(zhì)量影響因素根據(jù)多次試算，通過(guò)對(duì)多組DEFORM數(shù)值模擬結(jié)果的分析比較，初步確定了曲柄毛坯

2、、模具的形狀及尺寸。曲柄毛坯和成形工件、模具及載荷均具有雙面對(duì)稱性，可取毛坯和模具的1／4建立三維實(shí)體模型。圖3為彎曲工藝的三維實(shí)體模型及其工件與模具的相對(duì)位置。采用四面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，剛塑性材料模型，模具為絕對(duì)剛體。圖l大型船用曲軸曲柄彎鍛工藝彎鍛法操作簡(jiǎn)便，金屬纖維流向好，彎曲時(shí)所用模具簡(jiǎn)單，所需設(shè)備能力小。但成形工件各部分材料在變形中互相牽制，彎曲壓平時(shí)不易控制，極易在曲柄根部?jī)?nèi)側(cè)及曲柄銷處產(chǎn)生缺陷。為滿足加工要求，不得不加大毛坯，致使材料利用率很低。本文以某大型曲柄為例，利用數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，分析成形質(zhì)量的影響因素及影響規(guī)

3、律，并給出較為合理的坯料、圖3彎曲工藝的有限元模型模具和工藝參數(shù)，以提高成形質(zhì)量和材料利用率，并提依據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，可確定坯料及凹模對(duì)成形質(zhì)量供一種工藝分析方法。的影響因素為圖4所示7個(gè)尺寸參數(shù)。另外，彎曲時(shí)的圖2為該曲柄鍛件，其加工余量及公差均較目前某彎曲角、壓平時(shí)的壓下次序等也是影響成形質(zhì)量的工藝公司生產(chǎn)的較小型號(hào)曲柄小。因素。!■2010年第11期熱處鍛鑄造參曷工熱加工WWW．metalw0rking1950．corn腓iI塑墾c為該處工件成形質(zhì)量的指標(biāo)，即：C3=(3)(4)圖5中AD為圖示曲臂內(nèi)側(cè)2處成形工件與鍛件圖問(wèn)的最大凹陷量。當(dāng)

4、AD>0時(shí)，將造成該處加工余量不足。定義C為該處工件成形質(zhì)量的指標(biāo)，即：c=(4)圖4坯料(左)與凹模(右)對(duì)成形質(zhì)量的影響因素4．成形質(zhì)量的影響因素分析3．工件的成形缺陷及質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)僅以毛坯上表面凹槽寬度6及凹模斜角為例進(jìn)行圖5為成形工件與鍛件圖相比較的情況。圖中影響因素分析，并確定其取值。AD。、AD、AD，、AD表示成形工件與鍛件圖相比較的(1)毛坯上表面凹槽寬度6對(duì)成形質(zhì)量的影響分差量。這些差量最終成為與曲柄質(zhì)量相關(guān)的缺陷。別對(duì)61=620ram、6l=670mm、6l=720ram進(jìn)行計(jì)算，其他參數(shù)不變。表1給出了毛坯上表面凹槽寬度

5、變化時(shí)C。、C：、C，、C的數(shù)據(jù)。由表中可見(jiàn)，當(dāng)6=670mm時(shí)C、C，、C均為負(fù)值，可滿足鍛件圖要求；6：620ram時(shí)，C3>O；6，：720ram時(shí)，C>0，均不滿足要求。故選6=670ram。表1對(duì)成形質(zhì)量的影響6／nunC1C、C3C46200．I76—0．O150．002—0．006670OJ25—0．oo2～0．034—0．0057200．2050．056～0．010．027圖5工件壓平后的成形缺陷(2)凹模斜角Ot對(duì)成形質(zhì)量的影響分別取Ot為(1)圖5中AD，為圖示區(qū)域成形工件與鍛件圖問(wèn)的100。、105。和110。進(jìn)行模擬計(jì)算

6、，其他參數(shù)不變。表2最大寬度冗余量(在公稱尺寸的正公差外計(jì)算)。當(dāng)給出了凹模斜度O／變化時(shí)c．、c、c、c的數(shù)據(jù)由表AD．>0時(shí)，可認(rèn)為將使加工余量增加，耗材過(guò)多。圖2可見(jiàn)，當(dāng)=105。時(shí)，C，、C、C均為負(fù)值，可滿足中D。為鍛件圖曲臂頂面寬度的公稱尺寸。定義C為該鍛件圖要求。=100。和=110。時(shí)，G均大于零，不滿處工件成形質(zhì)量的指標(biāo)，即：足要求，故選Ot=105。。表2a對(duì)成形質(zhì)量的影響(1)d(。)clCc3c4(2)圖5中AO：為曲柄銷側(cè)面成形工件與鍛件圖問(wèn)10OO．142o．030一o．034一o．004的最大凹陷量(在公稱尺寸的負(fù)

7、公差內(nèi)計(jì)算，下同)。1050．125—0．002一o．034一o．005Il00．I48o．067一O．03l—o．003當(dāng)AD>0時(shí)，將造成該處加工余量不足。圖中D：為鍛其他影響因素以此類推進(jìn)行分析，并同時(shí)確定其取件圖下底邊寬度的公稱尺寸。定義G為該處工件成形質(zhì)值，此處不再贅述。量的指標(biāo)，即：5．敏感參數(shù)的耦合計(jì)算(2)以上分析中，每選一個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析時(shí)均假定其他(3)圖5中AD為圖示曲臂內(nèi)側(cè)1處成形工件與鍛參數(shù)不變。事實(shí)上，各個(gè)參數(shù)是相互耦合作用的，岡此件圖間的最大凹陷量。當(dāng)AD>0時(shí)，將造成該處加工上述參數(shù)的確定存在明顯的局限性。為此，從

8、上述7個(gè)余量不足。圖中D為鍛件圖曲臂厚度的公稱尺寸。定義參數(shù)中選出幾個(gè)敏感參數(shù)，并使之耦合匹配．其他參數(shù)參磊工JnT熱處鍛鑄造2010年第f1期WWW