NTR法曲軸工藝及配套模具

文/閻達生，李立·天津二七康庫得曲軸有限公司

張振純·天津大學

NTR法曲軸工藝及配套模具

文/閻達生，李立·天津二七康庫得曲軸有限公司

張振純·天津大學

閻達生，天津二七康庫得曲軸有限公司設計部部長，工程師，主要從事NTR法曲軸鐓鍛機的設計及曲軸工藝工作，主持完成了二七康庫得60MN NTR法曲軸鐓鍛機成套設備設計制造，5MN曲軸校直機的設計制造。

曲軸是柴油機最重要的部件之一，大型船用柴油主機曲軸約占整機價值的15%～20%，在鐵路機車、風力發電、油田上也有廣泛的應用。曲軸的工作情況極其復雜，承受著扭轉和彎曲的復雜應力及產生的附加應力，這就要求曲軸具有足夠的疲勞強度和結構強度。面對大中型柴油機、燃氣機行業的需求，提高曲軸的鍛造精度，減少機加工余量，提高金屬纖維連續程度，提高曲軸質量已成為曲軸鍛造行業的主要任務。為了從根本上解決這一問題，天津二七康庫得曲軸有限公司自主研發了全新NTR法曲軸鐓鍛設備及配套工藝模具。

鍛造設備及工作原理

圖1 NTR法曲軸鐓鍛彎曲液壓機

目前，國際上通常在水壓機上配備專用裝置和模具，采用全纖維彎曲鐓鍛法制造大型全纖維曲軸，常用的有RR法與TR法。在此基礎上，天津二七康庫得曲軸有限公司自主研發了NTR法曲軸鐓鍛彎曲設備與配套模具。圖1所示為NTR法曲軸鐓鍛彎曲液壓機，該設備采用自主研發的雙軸桿機構來實現水平鐓鍛力增力，在液壓機中間設置獨立彎曲缸用于曲拐的錯拐，同時曲軸的鐓鍛彎曲過程中，鐓鍛與彎曲的速度可獨立調整也是NTR法工藝所獨有的技術，這樣可更好的完善其工藝，使得曲軸成形精度更高。

NTR法曲軸鐓鍛彎曲液壓機主要由主機、液壓控制系統和電氣控制系統幾部分組成。主機機身采用整體焊接式框架結構，在機身的上橫梁上安裝有鐓鍛柱塞缸、鐓鍛回程缸、彎曲柱塞缸和彎曲回程缸；在機身的上下橫梁間安裝有活動橫梁，且活動橫梁上部與鐓鍛柱塞缸和鐓鍛回程缸相連，使其可沿機身上下滑動；在機身的下橫梁上安裝有滑軌及移動工作臺，移動工作臺下部裝有滾輪，由電機進行傳動；在移動工作臺上還安裝有頂出工件用的頂出缸及調整模具位置的調整缸。設備配備的模具為上下兩部分對合模具，上模具固定在活動梁中，下模具固定在移動工作臺的下模箱中。

NTR法鐓鍛彎曲工藝配合專用設備及模具，可使鍛件曲軸輪廓與粗加工曲軸輪廓極其吻合，中速級曲軸最大單邊余量僅為10mm，圖2所示為NTR法曲軸鍛件與粗加工曲軸余量對比。NTR法曲拐拐柄為橢圓形截面且桃尖的30。回轉斜面直接成形。與傳統RR法制造工藝相比，NTR鐓鍛彎曲成形的曲軸具有以下優點：⑴形狀尺寸接近成品零件，加工余量??；⑵鍛造纖維按曲軸形狀合理分布，與受力情況相適應，質量大大提高；⑶節省了大量金屬，減少了切削加工工時，提高了生產效率。

圖2 NTR法曲軸鍛件與粗加工曲軸余量對比

模具結構及鍛造工藝

圖3 所示為NTR法鐓鍛彎曲曲軸工藝圖，紅色部分為加熱變形區。由于曲軸一般坯料都很長，放入模具中時易彎曲變形，故在模具后面增加支撐塊防止曲軸彎曲變形。鐓鍛開始時，左右推塊抱緊曲軸的定位環或法蘭，由此產生作用力推動曲軸熱變形區（圖a中紅色部分），使其圓棒料鐓粗變形，同時上下沖頭下行使坯料向下彎曲，達到圖3b所示位置，單拐成形完畢。待該拐柄冷卻后，加熱下一拐柄位置繼續鐓鍛，以此類推。曲軸鐓鍛過程中的向下脹模力由左右型腔下部承受，也就是由壓機框架本身承受；向上脹模力由上沖頭來承受，這樣分配脹模力可使其向下鐓鍛力損失達到最小且不會對上下模箱閉合造成影響。

模具設計時要充分考慮法蘭與曲柄的位置，圖3所示的右型腔就采用后部掏空的形式避讓開右側法蘭。當鍛造曲軸其他拐柄時，右側型腔及右推塊應避讓前面已鍛造好的拐柄，由于每個拐柄的角度不同，導致了一根曲軸每個單拐在鍛造過程中都需要更換不同的右側型腔及右推塊，所以每個規格的曲軸模具數量繁多。左右型腔及上下沖頭在鍛造過程中均與熱鍛件直接接觸，大型曲軸的熱膨脹變形會很大，因此，在進行左右型腔和上下模設計時，應結合實際曲軸的熱變形量，給予模具的一定放量。圖4所示為NTR法曲軸鍛制現場實物圖，可看出由此套工藝模具成形的曲軸飛邊余量較小，曲軸成形最困難的桃圓圓角成形良好，無缺肉塌角等缺陷。

圖3 NTR法鐓鍛彎曲曲軸工藝圖

圖4 NTR法曲軸鍛制現場

結束語

綜上所述，我廠通過長期的生產實踐，不斷總結經驗，成功開發了NTR法曲軸鐓鍛壓機與配套工藝，自2009年研發成功至今，天津二七康庫得累計用NTR法工藝生產曲軸9000多支，平均每支曲軸相比傳統TR法與RR法工藝節材25%左右，從而降低了材料占比，大幅提高了曲軸的利潤，增加了市場競爭力。