三拐曲轴锻造工艺研究应用

陈 辉，赵英亮，刘元刚，徐光杰，李彦初

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 棒材厂，山东 莱芜 271126）

0 前言

隔膜泵是长距离管道化输送的关键设备，也是输送磨砺性料浆的理想设备，是开采行业及化工行业的重要设备之一。由于国内需求旺盛，在20世纪90年代我国开始自主设计研究，成功应用在矿山尾矿、氧化铝输送、水泥、水煤浆、化工、化肥等行业。该设备在国内市场占据主导地位。三拐曲轴是隔膜泵的关键部件，是决定生产成本及实用性的重要部件之一，现阶段主要采用自由锻整锻工艺制造。

1 技术方案研究

三拐曲轴零件图如图1所示。材质42CrMoA，锻件符合JB/T5000.8-1998标准，超声波探伤符合GB/T6402-1991Ⅱ级要求。该曲轴是隔膜泵的核心部件，其形状复杂，三拐之间夹角为120°，拐与拐之间距离较短，且拐的偏心量较大。

图1 隔膜泵三拐曲轴零件图

大型机械设备为了保证运行稳定，对传动曲轴锻造要求必须为整体完成，不允许几个曲拐间用轴承联接。对于大型曲轴，必须采用自由锻进行整体锻造生产，曲拐相位采用角度预置或者扭转的方法进行控制，保证锻造纤维连续无扭曲。该曲轴轴颈短、粗，不适合弯度镦锻，曲拐臂长度比例与偏心量小不适合单拐弯锻后装配，模锻设备能力不够；必须采取自由锻造完成。主要工艺方案为机加工自由锻扭转和角度预置一次成形两种方案，方案对比如表1所示。

表1 工艺方案对比表

根据现场条件及技术要求，采用角度预置法进行成形，操作简单，成功率高。

2 实例分析

锻件工艺重量15.1t，采用23tVD钢锭生产，技术要求参照隔膜泵三拐曲轴技术规定。

根据对三拐曲轴的技术要求和特点，采用以下工艺思路：

（1）工艺流程。电炉—VD—钢锭加热—25MN水压机锻造—正火+回火—UT探伤—划线—交货。

（2）工辅具。镦粗漏盘及球形镦粗板、中心压实型砧、自制空间立体120°角度尺、每一道工序的木制模型。

图2 隔膜泵三拐曲轴锻件工艺图

（3）操作步骤。两次镦粗，第一次拔长采用JTS+FM法，保证锻件中心压实[1]。采用角度预置法拔正六方，确保三拐角度呈120°分布，先将曲拐偏心压出，再将曲拐扁方成形。具体操作：①曲拐方向夹角采用角度预置法实现，先拔预置正六方，正六方尺寸要大于包络圆尺寸，以此为基准保证各个曲拐角度准确；②在正六方三个面进行号印，将偏心量压出，然后成形曲拐扁方；③在曲拐上号印，将两端小轴压出，并确保两个小轴同心。即通过角度预置方法实现对角度的精确控制，先偏心，再成形曲拐，最终整锻成形。

（4）锻造工艺卡片。如表2所示。

表2 隔膜泵三拐偏心曲轴锻造工艺卡片

（5）锻后热处理。曲轴锻后放置空冷至表面约500～600℃装炉进行正火+回火热处理，曲轴正火时吊下台车空冷，对曲轴表面采用风机喷雾冷却，并及时翻转，保证冷却均匀。

（6）测量。自制两个支架用于测量划线，对曲拐角度、曲拐偏心量和整体的同轴度进行检测，画线外观质量检测时，要根据曲轴本身弯曲及单个拐的偏心情况合理确定中心点，两端面所画角度线在空间上必须平行，确保产品初检合格。

3 应用效果

（1）采用自制的特殊砧子和角度尺配合，锻造操作比较简单，合格率高。

（2）曲轴为整体锻造，锻件内部金属流线合理，内部质量比铸造的好，使用寿命更长，机械性能更稳定。

（3）目前已成功开发出该类型的其他规格的曲轴，已形成批量，形成系列，且生产合格率已达到100%。

4 结语

（1）依靠自制角度尺、定位板、测量仪，通过角度预置法控制曲拐相位角度的自由锻技术，实现了对曲轴各拐相位角度的精确控制。

（2）偏心量预成形的锻造方法，实现了自由锻无错移大偏心曲拐成形，减少了曲轴工艺重量，降低了加工周期。

（3）大截面轴类锻件内部质量控制措施保证了曲轴内部质量和性能的稳定合格。通过JTS+FM的锻造技术，保证锻件中心压实，内部探伤合格，热处理通过喷雾快速降温细化晶粒技术，保证曲轴晶粒度和机械性能指标。

[1] 刘助柏，倪利勇，刘国晖.大锻件形变新理论新工艺.北京：机械工业出版社，2009.

[2] 张 华，石 明，王 建.新FM锻造法在大型轴类锻件生产中的应用.大型铸锻件，2007，（5）:33－35.

[3] 顾松霞，吴小杰，钟继利，等.隔膜泵三拐曲轴锻造工艺优化.大型铸锻件，2009，（5）:42－43.