曲板互成120°三拐曲轴锻造工艺研究

张晓旭 郭海萍 赵艳敏 李晶晶

(沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司，辽宁110142)

曲板互成120°三拐曲轴锻造工艺研究

张晓旭 郭海萍 赵艳敏 李晶晶

(沈阳铸锻工业有限公司锻造分公司，辽宁110142)

阐述了曲板互成120°三拐曲轴锻件的整体锻造成型工艺方法及操作要点，最终生产出符合标准要求的三拐曲轴。

曲轴；锻造工艺；成型

曲轴是活塞式往复压缩机的关键部件，它接受电动机以扭矩形式传来的动力，并把它转变为活塞的往复直线运动压缩气体而做功。在高速运转过程中承受复杂、交变的动态载荷，它的可靠性直接影响整机的可靠性和使用寿命。曲轴作为往复泵动力端中最关键的受力零件，随着往复泵功率密度的不断提升和强化，曲轴的工作条件愈加苛刻。因此，对曲轴锻件本身的性能要求也就越高。三拐曲轴锻件在生产过程中的主要难点有：一是锻件形状复杂，由3个互成120°的曲板组成，成型时保证角度准确是自由锻控制的难点；二是成型过程控制不当容易产生脱节，造成锻件报废；三是无损检测要求较严，制造难度较大。

1 三拐曲轴锻件图及技术要求

我们为某公司生产的三拐曲轴，锻件图如图1。材质为42CrMoA，超声检测执行GB/T 6402—2008中规定的4级，要求单个点状不连续缺陷当量直径在∅3 mm以下，长条或密集形点状不连续缺陷的当量直径在∅2 mm以下。

2 三拐曲轴锻造工艺过程

2.1 原材料的选用

(1)该三拐曲轴所用材质为高级优质合金结构钢42CrMoA，执行GB/T 3077—1999。由于对三拐曲轴的低倍组织及非金属夹杂物的要求比较严格，为保证其质量，采用电渣重熔钢锭，减少钢锭原材料本身的夹杂与偏析，控制S、P≤0.015%、[H]≤3×10-6。

(2)锻件重3300 kg，采用4.1 t电渣重熔钢锭锻造，温度范围为1220～750℃。

2.2 锻造成型过程分析

图 1 三拐曲轴锻件图Figure 1 Forging drawing of three-throw crankshaft

(1)为确保锻件(见图1)中3个曲板Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部位之间互成120°，首先需要锻制正六方锻坯。要求六方必须保证尺寸，角度正确，避免在后序变形时因此而发生角度失控。根据三拐曲轴板部宽度和厚度截面尺寸680 mm×380 mm，确定锻制六方锻坯的尺寸为六方700 mm。

(2)成型的方式。一种是将图1所示Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分，分别压正六角形面对面方向，使其互成60°角。但是以六角形面对面压曲拐部分时，压后角对角变形较大，当压六边形角时，操作机转角时失去了基准，角度控制难度增加，容易造成角度失控。因此，本文中采用另一种方式，将图1所示Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部分分别压正六角形角对角方向，使其互成60°角。

(3)曲拐部分角度的控制是该六拐曲轴锻造成型过程中最关键的部分。为了更有效控制曲拐部分角度，设计了专用角度校正砧子，将压好的曲板放在角度校正砧内，压相邻的曲板，使得角度控制更准确，操作更方便快捷。曲板间角度控制示意图如图2所示。

图2 曲板间角度控制示意图Figure 2 Schematic of angle control between crankthrow plates

2.3 具体锻造变形过程

4.1 t电渣重熔钢锭尺寸规格为∅740 mm×∅710 mm×1250 mm。

Ⅰ火：镦粗至∅1100 mm。根据锻件检测要求，锻造比选取K≥4。4.1 t钢锭的现有尺寸规格，直接拔长显然不能满足锻比的要求，需要增加镦粗工序，提高锻比，以有效的打碎铸态组织，提升曲轴锻件的综合性能指标。镦粗后增加保温时间，有利于金属元素扩散均匀和改善偏析程度，同时也为锻造时焊合大截面锻件心部的空隙缺陷创造有利条件。因此在镦粗后严格控制保温温度，并将保温时间增加20%，使坯料加热均匀，为走扁方拔长，进行中心压实，焊合坯料中心疏松，创造必要条件。

Ⅱ火：走扁方大压下量拔长至截面为正六方700 mm的坯料。该火次工艺参数的合理确定，对曲轴中心压实，保证其内部质量具有重要意义。采用走扁方拔长法，拔长过程中，每次压下率都在20%左右，使坯料始终处于呈扁方状态，在横向截面表现为压扁。控制纵向砧宽比W/H在0.6～0.8之间，横向料宽比0.5

(1)先将镦粗后的坯料预拔至□980 mm；

(2)满砧进给压下率20%，开始第一次走扁方拔长，以180°翻转，压至截面1200 mm×630 mm；

(3)翻转90°开始进行第二次走扁方拔长，以180°翻转，压至截面920 mm×720 mm；

(4)翻转90°压至截面∅770 mm，按六方拔长至正六方形截面700 mm。

Ⅲ火～Ⅳ火：进行角度预置，在不同部位、不同方向锻出曲拐，并使用简易工具对曲拐角度进行修整，出成品。三拐曲轴曲拐锻造变形过程如表1所示。具体锻造变形过程如下：

(1)夹持A端，将Ⅳ和Ⅴ部分压至截面680 mm×380 mm，每次翻转必须90°或180°，压出Ⅳ部分曲板。拔长Ⅴ部分至锻件图尺寸，暂不剁头，并以此Ⅴ部分作为钳口，便于后续操作。

(2)掉头，夹持Ⅴ部分，以Ⅳ部分为压下方向基准，操作车逆时针旋转60°，上窄砧，将Ⅲ部分压至截面680 mm×380 mm，翻转方向同上必须90°或180°。

(3)在变形过程(2)基础上逆时针旋转60°，将Ⅱ、Ⅰ部分压出成品。

(4)精锻出成品。

2.4 锻造变形过程控制要点

锻制正六方锻坯要求六方要正，保证尺寸、角度的准确性，避免在后序变形时因此而发生角度失控。压曲板时，要压正六角形角对角方向，使其互成60°角。同时，为了保证角度的准确性，借助 专用角度校正砧子，将压好的曲板放在角度校正砧内，压相邻的曲板，使角度控制更准确，操作更方便快捷。整个锻造过程中一定要注意旋转方向，防止将3个曲拐角度压反，造成角度错误无法修复。同时要控制好卡料尺寸，防止曲拐脱节。

表1 三拐曲轴曲拐锻造变形过程Table 1 Schematic of forging deformation process of three-throw crankshaft

3 结论

实践证明，利用简单工具，采用角度预置法整体锻造三拐曲轴，可以保证互成120°的3个曲板之间角度准确，是一种新型的锻造工艺方法。所锻曲轴金属纤维连续无扭曲，锻件质量较好。通过镦粗后走扁方大压下量拔长的方法，可以保证三拐曲轴锻件的内部质量满足超声检测要求。

[1] 逯伟，付前进，王永亮. 整锻三拐曲轴锻造新工艺[J]. 大型铸锻件，2014(2)：42-43.

编辑 杜青泉

Research on Forging Process of Three-Throw Crankshaft

ZhangXiaoxv，GuoHaiping，ZhaoYanmin，LiJingjing

This paper introduces the integral forming process of three-throw crankshaft and the key points of operation, the three-throw crankshaft has finally been manufactured.

crankshaft, forging technology, forming

TG316

B

2017—04—15

张晓旭(1982—)，男，工程师，学士，从事锻造工艺及锻后热处理工艺研究。