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摘要:曲軸零件的質量影響著發動機的使用效果。曲軸鍛造過程中需要對鍛造溫度進行控制，提高曲軸的加工生產效率。在分析曲軸鍛造工藝方案和曲軸模鍛加工過程的基礎上，利用Deform－3D對曲軸模鍛進行模擬分析，通過設置模擬初始條件和模擬參數，從曲軸成形行程載荷、成形過程等效應變、成形速度等三方面得出模擬結果，該成形方案曲軸成形效果良好，并設計了模鍛圖，為曲軸的實際生產提供了參考。
關鍵詞:曲軸;鍛造成形工藝;模具設計
曲軸在發動機中承受巨大的工作載荷，由于工作環境惡劣及復雜的結構特點，使得曲軸較難加工制造。鍛造曲軸噪音小、震動小、摩擦磨損小，在市場中運用廣泛。通過對曲軸在鍛造過程中金屬變形狀態以及應力、應變分布規律、行程載荷、成形速度進行分析，確定了曲軸鍛造成形工藝方案，設計了曲軸鍛造模具，為曲軸的實際生產提供了參考。
1曲軸鍛造工藝方案的確定
本研究中的四拐曲軸，整體尺寸長367mm，寬115mm，平衡塊高109mm，板寬10mm，拔模斜度2.5°。材料為49MnVS3，組織結構穩定，質地均勻，硬度高，使用效果好，與調質鋼相比，價格低廉。曲軸三維模型如圖1所示。
1.1熱鍛件圖尺寸的確定
熱鍛件圖是模鍛鍛件設計、制造、檢驗、生產的重要參考資料，是用來設計對應模具的專用圖。
1.2毛坯尺寸的確定
生產中常用圓鋼做毛坯，曲軸材料的利用率為70%～75%，曲軸體積為916.4cm2，零件重6.86kg，以74%計算。則實際毛坯體積為1238.4cm2，質量為9.27kg，初步選擇Φ85mm×380mm的坯料。
2數值模擬分析
2.1模擬初始條件的設定
加熱方式:一次加熱。鍛造溫度1150℃，模具溫度300℃。材料屬性:剛粘塑性。摩擦類型:剪切。
2.2模擬參數設置
坯料規格Φ85mm×380mm，網格劃分80000個，坯料為塑性，模具為剛性，剪切摩擦系數設置為0.3，不考慮熱傳遞，模擬步長為0.3mm。
2.3模擬結果
2.3.1曲軸成形行程載荷分析
從中可看出擠壓的大體趨勢。隨著剛開始上下模具與坯料接觸，載荷緩慢增加，坯料的內應力和擠壓所需載荷緩慢增加。接觸面積越來越大，坯料金屬向模腔中流動，載荷增加加快。由于曲軸結構特點，坯料受到模具限制，平衡塊開始填充，載荷迅速增加，當坯料充滿型腔時，載荷達到最大?？梢钥闯觯畲筝d荷為6.54×10N。2.3.2成形過程的等效應變分析圖3為曲軸成形過程的等效應變圖?？梢钥闯?，在模鍛壓力機的工作下，曲軸的等效應變較為均勻，等效應變較小，材料容易變形，在該鍛壓機下成形的鍛件曲軸整體內部應力應變較小，曲軸成形質量較好，沒有產生折疊缺陷，能獲得組織均勻的曲軸鍛件。
2.3.3成形速度分析
圓柱坯料在鍛造時坯料邊緣較易變形產生飛邊，成形速度較快。隨著壓力機繼續工作，將坯料充滿模膛，型腔周圍的金屬不會受到限制，在鍛造過程中僅被壓扁，成形速度也相對較快。由于金屬在鍛造填充型腔過程中受型腔結構的影響，使金屬流動受到限制，故型腔成形部分連桿軸頸及曲柄臂金屬變形速度相對緩慢，符合曲軸成形過程中的金屬流動變化情況。
3鍛模設計
根據模鍛分析，可以看出該成形方案成形曲軸效果良好，據此設計出圖5所示的鍛造模具。
4結論
通過對曲軸鍛造工藝方案進行分析，采用Deform－3D軟件對曲軸的鍛造過程進行了模擬研究。模擬分析了模鍛過程中坯料的填充情況，研究了應變分布規律、曲軸成形速度以及行程載荷等內容，切實保證了曲軸鍛造生產的質量。最后設計出了曲軸模鍛模具，為其他同類曲軸鍛件鍛造模擬及生產提供了理論依據。
作者:劉競成 單位:安徽省瀚海新材料股份有限公司