1、曲軸鍛造設計說明書一、曲軸零件圖二、曲軸零件分析曲軸是汽車發動機中的重要零件，它與連桿配合將作用在活塞上的氣體壓力變為旋轉的動力，傳給底盤的傳動機構，同時，驅動配氣機構和其它輔助裝置。 曲軸在工作時，受氣體壓力，慣性力及慣性力矩的作用，受力大而且受力復雜，同時，曲軸又是高速旋轉件，因此，要求曲軸具有足夠的剛度和強度，具有良好的承受沖擊載荷的能力，耐磨損且潤滑良好。曲軸在使用過程中的主要損壞形式有如下兩種：一是疲勞斷裂先在軸頸和圓角處產生疲勞裂紋然后向曲柄深處發展，造成曲軸斷裂也有少數曲軸先在軸頸中部的油道內壁產生裂紋發展為曲軸斷裂；二是軸頸表面的嚴重磨損(尤以連桿軸頸為甚)。所以，曲

2、軸主要應有較高的疲勞強度和良好的耐磨性。三、曲軸的毛坯材料及下料方法1、曲軸的毛坯材料的選取曲軸的材料從大的方面分，主要分為鋼質和球鐵兩大類。 鋼質曲軸材料又主要分為調質鋼和非調質鋼。鋼質曲軸的主要特點是有著較高的抗拉強度、高疲勞強度、高硬度、高耐磨性以及好的心部韌性，但是它們對缺口的敏感性很高，要求的加工質量較高。鋼質曲軸能夠適應日益增高的強化發動機，現在高性能柴油機高壓縮比下以很大的相對速度與軸承發生滑動摩擦，產生較高的溫度與磨損，在交變的沖擊載荷作用下服役條件十分惡劣。調制鋼也主要有兩大類，一類是價格相對低廉的碳素鋼，它們有著和合金鋼一樣的彈性模量，也有著較高的抗拉強度，主要應用于中等負

3、荷的發動機。另一類是合金鋼，相對于碳素鋼，加入了各種貴重金屬合金，提高了抗拉強的和疲勞強度，主要應用于中、高負荷的發動機。近些年，隨著世界能源與環保的要求進一步提高，曲軸的制造技術也獲得了提高，非調質鋼曲軸的發展和應用也越來越多，有著取代調制鋼的趨勢。非調質鋼是利用鍛造終了余溫，在空氣中進行冷卻熱處理，相對于調質鋼曲軸污染小、成本低，生產能耗低、性能優良，尤其在日本、歐洲已經廣泛采用。國內正處于起步階段，生產工藝還不穩定，還有待于成熟。隨著市場對發動機質量要求的不斷提高，一些中、輕型汽車的發動機曲軸毛坯由以往的鑄造成形逐漸改為鍛造成形。這類曲軸鍛件的加工余量、拔模斜度和錯模量一般都要求較小，且

4、精度要求較高。這就對鍛造設備的導向精度，以及鍛件的脫模手段提出了更高的要求，而這些要求在一般的模鍛錘上生產是很難達到的。由于熱模鍛壓機具有很高的導向精度和頂出機構，成為鍛造企業用于生產高精度曲軸的首選設備。模鍛法是將金屬棒料或鋼錠通過一系列鍛模成形為曲軸毛坯。這種方法生產率和材料利用率高，金屬鍛造流線好，曲軸形狀和尺寸較精確，與自由鍛相比，可大大減少機械加工的工時。經過綜合分析，本例發動機曲軸材質采用45號鋼，模鍛方式制造，鍛后正火處理，這樣使得它具有較高的剛度、強度和良好的耐磨性。其主要機械性能要求見表1，具體探傷要求見表2。2、下料方法的選擇 常用的下料方法有：剪切法、冷折法、鋸切法、砂輪

5、片切割法、氣割法和車削法等。本例的下料方法采用鋸切法。四、曲軸鍛造設備選取熱模鍛機械壓力機是通過曲軸或偏心軸連桿滑塊機構將旋轉運動轉變為往返直線運動，并通過摩擦離合器將飛輪儲存的能量即固定扭矩轉變成為滑塊的載荷。生產的發展要求模鍛件具有較高的精度和較復雜的形狀，機械工業中發展少無切削加工的趨勢已非常明顯。因此在模鍛設備中，帶有頂料機構，行程固定的并有可調節封閉高度的熱模鍛機械壓力機，由于具備這些特點，國外正在日益發展，逐步取代模鍛錘而被廣泛采用。國內也正在發展。熱模鍛壓力機與鍛錘相比主要工作特性和優點有：(1)電動機通過飛輪釋放能量，滑塊的壓力基本上屬于靜壓，工作時無震動和噪音。由于具有靜壓力

6、的特性，金屬在模膛內流動緩慢，這對變形速度敏感的低塑性合金的成形十分有利，故某些不適宜在錘上模鍛的耐熱合金、鎂合金等金屬可在熱模鍛壓力機上進行鍛造；(2)機架和曲柄連桿機構的剛性大，工作時彈性變形小，保證鍛件高度方向尺寸精度；滑塊具有附加導向的象鼻形結構，提高了導向精度和承受偏載能力，保證鍛件水平方向精度；(3)滑塊行程一定，每一模鍛工步只需一次行程完成。金屬變形在滑塊一次行程中完成，坯料內外層幾乎同時發生變形，因此變形深透而均勻，鍛件各處的力學性能基本一致，流線分布也較均勻，有利于提高鍛件的內部質量。同時也由于行程固定，因此不適合拔長和滾壓等制坯工步，而只能完成斷面變化不大的制坯操作；(4)

7、具有上、下頂桿裝置，便于鍛后工件脫模。故鍛件的模鍛斜度較小，甚至可以鍛出不帶模鍛斜度的鍛件。此外，熱模鍛壓力機可進行多模膛模鍛，自動化生產，鍛件精度高，是工藝性最好的模鍛設備。在熱模鍛壓力機上模鍛曲軸與錘上模鍛比較，前者可降低金屬損耗5%10%，由于自動化程度高，適合大批量生產。現代輕型汽車曲軸的軸頸余量不超過 3mm，直徑公差為、長度公差為，這只有在壓力機上鍛造，才能滿足這些公差要求。鑒于熱模鍛壓力機的上述優點，國內外先進的模鍛廠普遍采用熱模鍛壓力機代替模鍛錘生產。經過綜合分析，本例發動機曲軸為了提高自身競爭力也采用熱模鍛壓力機進行鍛造。五、曲軸鍛造工藝設計1、工藝路線的選取 典型的工藝路線

8、為：下料剝皮加熱輥鍛制坯壓扁預鍛終鍛切邊扭擰熱精整懸掛控溫冷卻正火調質校直去應力噴丸探傷防銹檢驗入庫。下料工序選用精煉45號鋼,化學成份和機械性能符合GB699和GB3077的規定,并要求Mo<0.1%和經熱頂鍛試驗。剝皮工序因為國產原材料的脫碳層較深,直接影響曲軸鍛件的表面質量,故下料后的材料要進行剝皮。加熱工序采用步進式煤氣加熱爐加熱,始鍛溫度為1180。鍛造工序鍛造工序又分預鍛、終鍛兩道工步。采用預鍛主要有兩個目的，其一是保證制坯后的金屬能均勻地分布，有利于終鍛的充滿；其二是可以顯著地減輕終鍛型槽的負荷，從而提高鍛模的使用壽命。預鍛工步和終鍛工步都是水平分模的，均安排在 40MN

9、熱模鍛壓力機上。精煉45鋼的曲軸終鍛溫度控制在1050以上。切邊工序終鍛成形后的鍛件在曲柄壓力機上切邊。扭拐工序曲軸切邊后是在扭拐機上進行扭拐。曲軸扭拐的溫度為950一1050。曲軸扭拐時,幾乎在全塑性變形狀態下進行,根據曲軸扭拐扭矩計算公式,可以計算出扭矩。校正工序扭拐后的曲軸要進行兩次校正,校正設備液壓校正機。校正的主要目的是校正主軸徑的直線度和連桿徑之間的夾角。第一次校正后,旋轉90°進行第二次校正,校正的溫度應高于800，一般在850左右。熱處理工序校正后的曲軸要進行熱處理。精煉45鋼的曲軸要求正火處理,熱處理后的硬度HB180一228，晶粒度為5一8級。清理及后續工序熱處理

10、后的曲軸首先要進行檢查。主軸徑擺差、連桿徑夾角和熱處理硬度要進行百分之百檢查,其余尺寸抽查。擺差不合格的曲軸要進行冷校直和去應力退火;硬度不合格的曲軸要重新進行熱處理;連桿徑夾角不合格者單獨放置,待一定批量后,重新進行校正工序。以上檢查都合格的曲軸要進行拋丸處理,清除鍛件表面的氧化皮。拋丸后的曲軸要進行表面磁力探傷,進一步檢查裂紋,如發現有裂紋要用砂輪磨掉,不能鑿掉。磨削的深度在磨口處要小于加工余量的一半。在非加工面處要求磨平,不要形成明顯的凸起或凹坑,深度不超過尺寸偏差范圍,磨削寬度為深度的6倍。在磨裂紋的同時還要修磨殘余毛邊。合格的曲軸要浸油處理,以防庫存生銹。浸完油的曲軸人庫,按計劃發交

11、發動機廠。2、分模面的選取鍛件分模位置合適與否，關系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問題。確定分模面的基本原則是保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，以及鍛件容易從鍛模型槽中取出，此外，應爭取獲得鐓粗充填成形的良好效果。為此，鍛件分模面應選擇在具有最大的水平投影尺寸的位置上。由于此曲軸為平面曲軸，在曲軸鍛造過程中，常用棒材作為坯料，故分模面的選取也較為容易，選擇鍛件側面的中部對稱平面作為分模面即可，CAD簡圖如下：3、確定機械加工余量及鍛件公差 普通鍛件均要經機械加工成為零件。考慮到在模鍛過程中，由于毛坯在高溫條件下產生表皮氧化、脫碳、以及合金元素蒸發或其它污染現象，導致鍛件表面光潔度不足

12、，甚至產生表面層機械性能不合格或其它缺陷；由于毛坯體積變化及終鍛溫度波動，使得鍛件尺寸控制不定；由于鍛件出模的需要，型槽壁帶有斜度，使得鍛件側壁添加敷料；由于型槽磨損和上下模難免的錯移現象，導致鍛件尺寸出現偏差；由于形狀復雜，難以鍛造成形，所有這些原因使鍛件不僅應加上機械加工余量，而且還得規定適當的鍛件尺寸公差。熱模鍛壓力機上模鍛件的余量和公差比錘上的小，但至今無統一標準，表 3-1 數據可供參考。 在本例的曲軸鍛件中，初步定的壓力機噸位為 40MN，故取余量為：軸向 2.5mm，主軸頸 2.5mm，連桿頸 3mm。連桿頸處的余量之所以適當增加是為了防止曲軸存在軸向彎曲而導致加工不出成品。而對

13、于公差，取軸向公差由曲軸中心線向兩側標注，最大，厚度公差為±2.0。4、確定鍛件模鍛斜度及圓角半徑在鍛件上與分模面相垂直的平面或曲面所附加的斜度或固有的斜度統稱為模鍛斜度。模鍛斜度的功用是使鍛件成形后能從型槽中順利取出。但是加上模鍛斜度后會增加金屬損耗和機械加工工時，因此應盡量選用最小的模鍛斜度。在熱模鍛壓力機上，當用手工從終鍛型槽中取出鍛件時，則模鍛斜度與錘上的一樣。若采用頂桿將鍛件頂出，模鍛斜度可顯著減小，一般為 2°7°或更小。而為了便于金屬在型槽內流動和考慮到鍛模強度，鍛件上凸出或凹下的部位都不允許呈銳角狀，應當帶有適當的圓角。凸圓角的作用是避免鍛模在熱處理時和模鍛過程中因應力集中導致開裂，凹圓角的作用是使金屬易于流動充填型槽，防止產生折疊、防止型槽過早被壓塌。按鍛造工藝學所給出的參考數據，在本例的曲軸鍛件中，取模鍛斜度為 3°，凸圓角半徑為 3mm，凹圓角半徑為 6mm。5、制定鍛件技術要求 根據對曲軸鍛件鍛造工藝過程、鍛件使用性能及相關缺陷進行綜合分析，制定曲軸鍛件的技術要求：未注明的模鍛斜度為 3°，凸圓角半徑為 3mm，凹圓角半徑為 6mm；表面不應有未充滿、分層、裂紋、毛刺、氧化皮、及腐蝕現象；鍛后進行正