超大型柴油機(jī)搖臂鍛造工藝開發(fā)

雷文華 張文博

(中車資陽機(jī)車有限公司鍛造事業(yè)部，四川641301)

1 搖臂的三維建模和結(jié)構(gòu)

搖臂的三維模型見圖1。

此鍛件長度達(dá)到了480 mm以上，寬度接近200 mm，厚度接近110 mm。鍛件模型的重量計(jì)算為21.6 kg。對(duì)比我們之前的280柴油機(jī)搖臂見圖2。

圖1 搖臂的三維模型Figure 1 3D model of rocker arm

圖2 柴油機(jī)搖臂Figure 2 Rocker arm of diesel engine

280柴油機(jī)搖臂的長度為263.2 mm，寬度為103.5 mm，厚度為50 mm，重量僅為4.4 kg。280柴油機(jī)搖臂是已知大型柴油機(jī)搖臂鍛件中較大的鍛件了，但本文論述的搖臂鍛件無論是在尺寸還是重量上都更大、更重，結(jié)構(gòu)上也更復(fù)雜。

鍛件截面變化如圖3所示?？梢钥闯?，鍛件的截面變化較大，特別是最大截面達(dá)到了某些截面的4倍，極大的增加了鍛造的難度。

圖3 鍛件截面面積變化Figure 3 Sectional area changes of forging

2 工藝分析

搖臂鍛件的材質(zhì)為42CrMoA，原材料的標(biāo)準(zhǔn)按GB/T 3077—1999。鍛件熱處理要求是正火+調(diào)質(zhì)，力學(xué)性能要求如表1所示。

表1 力學(xué)性能要求Table 1 Mechanical property requirement

鍛件需要在指定位置打印產(chǎn)品標(biāo)記和檢測標(biāo)記。

鍛件尺寸公差為：長度方向+3.7/-1.9 mm，直徑方向+3.0/-1.5 mm，高度方向+2.4/-1.2 mm，厚度方向+2.7/-1.3 mm。

錯(cuò)移≤1.4，殘余飛邊≤1.7，彎曲≤1.4。

處理打磨區(qū)域的毛刺。

3 工藝方案確定

3.1 設(shè)備噸位的選擇

通過三維建模，分析鍛件模型重量為21.6 kg，預(yù)估鍛件在5 t鍛錘上生產(chǎn)。按5 t鍛錘的模具飛邊槽的標(biāo)準(zhǔn)，鍛件在飛邊槽充滿一半的情況下，鍛件投影圖如圖3所示。

圖3 鍛件投影圖Figure 3 Projection drawing of forging

經(jīng)計(jì)算鍛件需要的設(shè)備噸位約為4 t，故選用5 t鍛錘是合適的。

3.2 坯料的規(guī)格選擇

根據(jù)鍛件截面的情況，加上飛邊槽面積的1/2，確定下料的規(guī)格為?140 mm左右。

3.3 出坯方案的確定

由于鍛件的截面變化大，中間大兩頭小，一火次鍛造較困難，模鍛前需要進(jìn)行1次出坯，按5 t鍛錘的模具飛邊槽設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鍛件在飛邊大約充滿1/2飛邊槽的情況下，分析模型重量約為25.5 kg，考慮兩火次鍛造，試模下料重量暫定為27 kg。

根據(jù)鍛件截面變化圖，可以初步確定鍛件料的分布，三維建模的出坯見圖4。

圖4 鍛件三維建模圖Figure 4 3D modeling drawing of forging

3.4 鍛造工藝方案

(1)鍛件因?yàn)閮啥硕夹枰瘟?，一次完成拔料、終鍛有很大困難。一般在模鍛時(shí)可以一次性完成拔出一端，然后終鍛兩個(gè)工序。

(2)工藝方案考慮為先出坯，然后打磨出坯的尖棱、尖角及折疊等出坯缺陷。

(3)根據(jù)鍛件的形狀，需要在模鍛前，先卡壓坯料，使坯料更接近鍛件的形狀。同時(shí)也可以達(dá)到去除氧化皮的目的。

(4)卡壓后坯料再進(jìn)行一次拍扁，更能覆蓋鍛件的型腔。同時(shí)也把另兩面的氧化皮清除一次，使鍛件的表面質(zhì)量更好。

(5)工藝方案的優(yōu)化。根據(jù)鍛件的截面變化，鍛件的兩端截面積基本相等，所以出坯時(shí)，考慮將兩端的拔料直徑統(tǒng)一，少使用一副拔料的工裝。同時(shí)借用其它鍛件的拔料壓鐵，使坯料的圓弧過渡更光滑，避免坯料卡壓后出現(xiàn)夾層。

(6)工藝流程的確定。根據(jù)鍛件的技術(shù)要求和簽訂的訂貨協(xié)議，工藝流程如下：

下料→加熱→出坯→檢查→打磨→加熱→模鍛→切邊→檢查→拋丸→檢測→打磨→熱處理(正火+調(diào)質(zhì))→拋丸→打標(biāo)記→檢查→精拋→噴漆→包裝。

3.5 模具設(shè)計(jì)

根據(jù)確定的鍛造方案，鍛模的上下模建模如圖5所示。

(a)上模(b)下模圖5 鍛模的上下模建模Figure 5 Modeling of upper and lower die of forging die

為了布局卡壓型腔和拍扁平臺(tái)，模具采用三導(dǎo)鎖設(shè)計(jì)，在操作者方向布置1個(gè)導(dǎo)鎖。

4 試模

(1)在試模時(shí)，分別準(zhǔn)備了重量為27 kg、28 kg、29 kg三種重量的坯料，因?yàn)槌Ｓ靡?guī)格料是?150 mm，所以只能選用?150 mm的規(guī)格料。

(2)出坯時(shí)，發(fā)現(xiàn)拔短的一端料時(shí)有窩心的現(xiàn)象。

(3)模鍛時(shí)，第一次終鍛后，鍛件厚度超出上公差1～1.5 mm，切邊后復(fù)錘一次，尺寸就達(dá)到鍛件尺寸公差范圍。

(4)從試模的效果看，鍛件的下料重量選擇28 kg比較合適。

(a)上模(b)下模

圖6 鍛模飛邊槽改進(jìn)示意圖
Figure 6 Sketch map of improved flash gutter of forging die

(5)在模鍛過程中，通過卡壓和拍扁后，坯料上的氧化皮基本脫落，工藝上規(guī)定鍛造過程中撒鋸末面，鍛件表面最終經(jīng)過拋丸后，基本上沒有氧化皮坑，表面質(zhì)量相當(dāng)好。

5 改進(jìn)措施

依據(jù)試模情況，存在的主要問題是：1)出坯時(shí)，?150 mm規(guī)格的料直接拔出短的一端，出現(xiàn)窩心。2)模鍛時(shí)一次打不靠，局部的飛邊已經(jīng)充滿飛邊槽的倉部，需要復(fù)錘，鍛件尺寸才能達(dá)到公差范圍內(nèi)。

針對(duì)以上問題，采取以下措施：

(1)在出坯時(shí)，先將料自由鍛鍛至?140 mm，再進(jìn)行兩端的拔料，避免拔料窩心。

(2)針對(duì)打不靠的情況，經(jīng)過討論，采取修改鍛模的飛邊槽的方式。將飛邊槽的倉部加深，上下模各1.5 mm，另將沒有導(dǎo)鎖的一端飛邊槽倉部拉通，方便多余的料流出修改后的上下模。鍛模飛邊槽改進(jìn)示意圖如圖6所示。

6 結(jié)束語

通過改進(jìn)模具，保證了鍛件能夠一次性打靠，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求。該鍛件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

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[2] 褚兵華. Pro/ENGINEER Wildfire 高級(jí)設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

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