某大型铸改锻8 缸曲轴半成品交货状态如图1 所示，从镦锻成形角度分析有以下锻造工艺难点。

⑴模具项、件多。原因有：1)曲轴有三个法兰且直径、厚度各不相同，法兰1、法兰2 与其相邻曲柄臂之间的距离不相同，因此难以对其成形模具进行简统；法兰3 成形时只能用法兰2 定位，不能借用曲拐定位。2)曲柄臂平衡块安装面高度不同，导致所使用的预锻模、侧压模、弯曲上模(含平衡块安装面压板)不同。3)曲轴锻件比较长，为控制弯曲，除第1 曲拐外，其余曲拐成形时需采用支撑模。

⑵曲柄臂外圆周为非加工面。图1 曲柄臂视图中，多段圆弧和宽平衡块安装面组合形曲柄臂外圆周为非加工面，此面沿用铸造技术要求。TR 镦锻曲拐之间存在角度误差，曲柄臂外圆周要求非加工面装机使用，工艺难度极大。

⑶曲柄臂平衡块安装面高且宽。图1 曲柄臂视图中，两种形状的曲柄臂，其平衡块安装面高、宽最大值为185mm、290mm， 最小值为157mm、280mm。金属材料充填难度大，塌角风险大。

⑷曲柄臂椭圆度大。图1 曲柄臂视图中，多边形曲柄臂长515（543）mm、宽418mm，长宽比最小1.23，最大1.30；多段圆弧和宽平衡块安装面组合形曲柄臂长517(545)mm、宽410mm，长宽比最小1.26，最大1.33。曲柄臂连杆颈侧易形成径向飞边，曲柄臂主轴颈侧塌边风险大。

⑸两端用户工艺颈直径大于曲轴主轴颈直径。图1 主视图中曲轴主轴颈直径φ268mm，两端用户工艺颈直径φ300mm。一是不利于减小曲轴坯料直径；二是镦锻成形第1 拐时，自由端法兰1 坯料与用户工艺颈坯料之间台阶高度差小，法兰1 坯料容易啃伤；三是曲轴锻件两端端头容易翘曲，导致工艺颈直径φ300mm 加工余量不足。

⑹轴向开档余量偏小。用户半成品交货状态留量偏大，曲轴锻件设计时，轴向余量不宜大，否则定位、夹紧挡板及弯曲上模易变形，不利于曲轴锻件质量稳定，也不利于控制曲轴坯料重量。

锻造工艺方案

⑴曲轴交货状态：粗加工+时效半成品或成品交货，优先保证半成品交货。

⑵锻造设备：通用水压机+TR 曲轴专用锻造装置。

⑶锻后预备热处理：正火。

⑷调质热处理：曲轴锻件黑皮调质，其中8 缸曲轴锻件采用立式，6 缸曲轴锻件采用卧式。

⑸曲轴锻件交验依据、交验标准：曲轴锻件交验依据为用户提供的半成品交货图，结合以往曲轴制造经验，经工序间协商，交验标准确定为轴向余量不小于5mm，径向余量不小于10mm。

⑹曲轴锻件两端工艺尺寸留放：8 缸曲轴锻件自由端、输出端除用户工艺颈外，由于调质重量超过3000kg，需在两端加放200mm 力学性能试棒，此外，由于8 缸曲轴锻件采用立式调质，需在自由端加放145mm 吊装头；6 缸曲轴锻件由于采用卧式调质，可以省去145mm 吊装头，其余与8 缸曲轴锻件相同。

⑺模具设计：由于模具项、件多，需尽可能借用或者改制封存模具。

⑻锻造成形工艺试验：采用替代料实施2 拐锻造成形，运用“试错法”验证模具设计及其他工艺参数。

锻造工艺设计

锻造工艺流程为：光坯入厂复验→机加工制坯→TR 锻造→曲轴锻件工序交验→正火→校直→高温回火→表面清理→曲轴锻件完工交验。

曲轴锻件

曲轴锻件设计遵循工艺方案的要求，力求通过工艺设计解决锻造难点。

针对曲柄臂外圆周为非加工面的工艺难点，通过与用户技术交流，用户同意修改曲柄臂外形并将其外圆周改为加工面，减小了锻造难度，有利于保证曲轴半成品、成品质量。

针对三曲柄臂平衡块安装面高且宽的工艺难点，采取四项措施减小锻造难度，确保曲柄臂充填饱满：⑴合理留放平衡块安装面加工余量；⑵设计两种不同的曲柄臂锻件外形；⑶不同的曲柄臂锻件外形采用不同的预锻模和曲柄臂侧压模；⑷减小预锻模分模面开口角度以增大预锻量。

针对四曲柄臂椭圆度大的工艺难点，采取三项措施控制径向飞边大小，同时减小曲柄臂主轴颈侧易塌边风险：⑴加大曲柄臂锻件短轴方向的余量且两种形状曲柄臂余量不相同；⑵合理确定曲柄臂与侧压模之间的厚度差；⑶合理增加预锻模型腔深度。

针对两端用户工艺颈直径大于曲轴主轴颈直径的工艺难点，采取三项措施：⑴增大曲轴锻件两端端头直径；⑵曲拐预锻、终锻全部采用支撑模以控制两端端头翘曲；⑶与用户沟通，用户同意修改两端工艺颈尺寸为φ290mm。

针对轴向开档余量偏小的工艺难点，由于曲轴锻件以半成品交货状态图为设计依据，考虑定位、夹紧挡板及弯曲上模三种模具的寿命，轴向单边留量10mm，径向单边留量20mm，根据以往曲轴制造经验，轴向余量偏小。解决措施：曲轴锻件完工交验拷线，轴向加工余量不小于5mm，径向余量不小于10mm，以半成品状态交货，否则以成品状态交货。图2 为两端工艺颈尺寸、曲柄臂形状修改后的某大型铸改锻8缸曲轴锻件简图。

曲轴坯料

曲轴坯料设计主要考虑的影响因素，一是尽可能采用不带大台阶的光坯，因为带大台阶的光坯其毛坯属于Ⅳ类锻件，比Ⅴ类锻件锻造成本高；二是考虑法兰成形坯料的长径比不宜过大；三是合理的主轴颈环槽深度，应控制在15mm 以内，否则增加材料消耗且过多切断坯料主轴颈处金属纤维流线；四是合理的连杆颈环槽深度和结构形状，为防止曲轴锻件连杆颈根部折叠，连杆颈环槽两端设计成圆锥面效果好；五是坯料直径大小，坯料直径大有利于曲柄臂镦锻成形，但不利于控制径向和轴向飞边，也不利于减少材料消耗。图3 为某大型铸改锻8 缸曲轴锻件坯料简图。

曲轴锻造顺序

曲轴锻造顺序可以选择从自由端(或飞轮端)开始锻造，也可以从中间某个曲拐开始锻造，主要考虑的影响因素有坯料吊运、模具项件数量、法兰坯料长度、模具更换次数以及是否利于节能等。对某铸改锻8 缸曲轴而言，最优锻造顺序为第1 拐→第8 拐→法兰2 →法兰3 →法兰1，其最突出的优点是模具项件数量最少且锻造过程中模具更换次数最少。

曲轴锻造模具

由于某铸改锻曲轴采用TR 镦锻成形，其模具为分体式结构，包括夹紧、定位、弯曲、支撑、法兰成形共计5 个部类。由于大部分模具费用由我方承担，因此按工艺方案的要求，锻造模具设计应重点考虑如何减少新制模具，改制封存DK36、12KU30GA 曲轴锻件模具。在确保曲轴锻件质量稳定的前提下，经过统筹考虑，精心设计，锻造模具共计35 项/44 件，其中新制8 项/1 2件，改制2 7项/3 2件。图4 a为第1 ～7拐和第8 拐预锻模简图，与第1 ～7 拐预锻模相比，第8 拐预锻模有两处不同，即A-A视图中两处圆括号内尺寸。图4b 为第1 ～7 拐预锻模三维模型。

曲轴坯料加热

采用单工位曲拐加热炉对某铸改锻曲轴坯料进行锻前加热，加热炉规格：第1 ～8 拐预锻加热炉宽度1000mm、口径φ350mm；第1 ～8 拐终锻加热炉宽度910mm，口径φ350mm；法兰2、法兰3、法兰1加热炉宽度700mm，口径均为φ350mm。坯料始锻温度1180 ～1200℃，设定炉温1230℃，坯料加热过程炉温闭环控制，保温时间55min。

曲轴锻件预备热处理

某铸改锻曲轴材料4 2 C r M o A，曲轴锻件锻后预备热处理为正火，正火工艺参数随炉升温至(850±15)℃，均温2h，保温7h 后出炉空冷至室温。

试验验证及结果讨论

采用45#钢实施两拐锻造成形试验，其中第一拐和第二拐分别模拟某大型铸改锻曲轴的第1 ～7拐和第8 拐。两拐试验件按交验标准拷线，轴向、径向加工余量基本满足要求。两拐试验件存在的问题：⑴平衡块安装面主轴颈侧飞边大、四个尖角处的“猫耳朵”形状过大，见图5a。⑵曲柄臂主轴颈侧塌边、连杆颈侧飞边大，见图5b。分析主要由以下几个因素所致：⑴坯料重量偏大。第1 ～14 曲柄臂理论计算重量237.6kg，第15 ～16 曲柄臂理论计算重量247.8kg，考虑火耗、飞边等因素，第1 ～14曲柄臂实际用料250.6kg，第15 ～16 曲柄臂实际用料262.1kg。⑵预锻量偏大。C 垫片是调整预锻量大小重要参数之一，C 垫片的大小与曲拐半径相关，C垫片大小决定预锻后预锻模型腔分模面以上聚料的多少，聚料多则产生大飞边。⑶预锻模型腔设计不尽合理。预锻模型腔开口尺寸偏小，型腔分模面圆角偏小，型腔凸起未打磨光滑，造成预锻后坯料形成凹坑，见图6，凹坑过大导致终锻后在曲柄臂主轴颈侧形成塌边。

工艺优化及样件试制

将图2 中坯料直径φ337mm 改为φ335mm( 法兰用料直径不变)，每个曲柄臂减料约3 k g。将T R曲轴专用镦锻装置中用于控制预锻量的C 垫片从2 2 0 m m调整为2 2 8 m m以减小预锻量。将图4a 中第1 ～7 拐预锻模分模面开口角度从23°改为23.5°，第8 拐预锻模相应角度从2 2°改为23.5°，圆角R30mm 改为R50mm。将图4b 预锻模型腔中斜面与R360mm、R173mm 圆弧面相交处形成的凸起打磨光滑，R360mm圆弧面的端面增加R10mm圆角。样件试制结果表明工艺优化措施是适宜的，可以开展该铸改锻曲轴的批量生产。图7 为8 缸铸改锻曲轴锻件样件。

结束语

某大型铸改锻曲轴由于结构形状、几何尺寸以及用户特殊要求，锻造工艺难度大，模具项件多，通过研究半成品交货曲轴的技术特征，提出修改意见并与用户沟通、协商，减小了锻造难度和坯料规格，8 缸、6 缸曲轴锻件光坯重量分别为6540kg、5175kg。针对模具项件多，模具设计时充分考虑改制封存模具，改制、新制模具费实际发生60.5万元。8缸、6 缸曲轴锻件已分别累计锻造生产63 支、22 支，曲轴锻件工序交验合格率90.6%，一次性完工交验合格率100%。

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