三拐曲轴锻造工艺分享

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摘要：详细阐述一种整体三拐曲轴锻造成型的新工艺及操作要点，通过对锻造成型变形工艺的设计、配合特殊角度的使用，生产出锻件合格率高，金属纤维流线更合理的曲轴，使用寿命长。同时简化操作，改善工人劳动环境。




前言

   曲轴是活塞式压缩机的动力传动核心部件，将电机的旋转运动转换为往复运动的部件，负担传递活塞式压缩机的全部驱动功率，承受拉、压、剪切、弯曲、扭转等交变复合作用，因此作为压缩机的关键部件，曲轴锻件的质量对产品的整体性能起着至关重要的作用。由于三个曲拐互成120°角，锻造成型难度大，目前成型工艺存在锻件尺寸、角度不易合格，锻造余量较大等缺点。根据曲轴的构造的特点（如图1），公司提出一种新型的锻造工艺方法，通过合理的设计变形工艺，提高曲轴的一次合格率和生产效率，同时改善工人劳动环境。


1、常见的三拐曲轴的锻造方法及其存在的问题



方法一：

  采用钢锭锻造，第一火压钳口，去锭底、镦粗；第二火拔长成扁方下料；第三火用窄砧子，拔Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ轴径至尺寸；第四火压机锤头压住Ⅴ部，操作机夹持冒口端顺时针扭转Ⅶ部60°，压机锤头压住Ⅴ部，操作机夹持水口端逆时针扭转Ⅲ部60°，拔长I、Ⅱ部至尺寸，精整其余各部至尺寸出成品。

   该成型方法存在的主要问题是第四火加热温度较高，扭转工序中，曲轴因自身重力作用发生的弯曲和扭转产生的变形相互叠加，容易导致尺寸不合格而报废；其次，利用操作机夹持曲拐处时容易夹出凹坑，并极易损坏钳口液压系统，对设备危害较大；操作难度大，对工人技术要求高，曲拐处锻造余量大，合格率较低。

方法二：

   采用钢锭锻造，第一火压钳口，去锭底、镦粗；第二火拔长成正六方下料；第三火依次将Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ部位压成扁方，操作机顺时针旋转60°，Ⅳ、Ⅴ部压扁方。操作机逆时针旋转120°，Ⅲ部压扁方。拔出Ⅰ、Ⅱ轴径部位；第四火用窄砧子拔出Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ部位，最后精整至成品尺寸。

采用该成型方法存在的主要问题是钢锭压正六方，再将正六方压扁方，最后将扁方压成轴径为圆的成品尺寸时因金属的不对称变形，极易导致曲轴整体角度、尺寸不合格，需多次校直角度，且一次合格率较低。

2、技术要求

   整体锻造三拐曲轴选用材质42CrMoA，质量要求很严：锻件执行JB/T5000.8-98标准；超声波探伤执行GB/T6402-2008 标准，要求缺陷当量单点≤φ2mm。锻件图见图1。



3、工艺方案

3.1 原材料的选用及工艺规划

  材料生产过程中采用的牌号是42CrMoA，工艺路线：钢锭加热→压钳口→倒棱→去锭底→镦粗→拔长→压轴径→压三个曲拐成扁方（三个拐互成120°角）→精整各部位至成品尺寸。具体锻造变形工序见表1。




3.2 具体锻造变形过程

   由三拐曲轴零件图样确定出所需的钢锭重量为16.6 吨，采用30MN 水压机锻造。将钢锭装入燃气加热炉中加热，使钢锭温度均匀、透烧，加热温度1200℃～1220℃。

    第一火：钢锭压钳口、倒棱、去锭尾。

   第二火：利用镦粗平台进行镦粗，镦粗至φ1450mm，镦粗比大于1.9。采用上平、下V 型砧子，将镦粗后的钢锭拔长至φ770mm。单次压下量≥120mm。钢锭通过镦粗变形，增加锻比，使本工序拔长锻造比达到3.5 以上，可以有效破碎钢锭粗大树枝晶、焊合内部疏松等缺陷，进一步提高产品内在质量。

  第三火：将圆形坯料用三角压刻，采用根据成品曲轴尺寸设计的专用窄平砧，拔长轴径Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅷ部位。

  第四火：采用上平砧、下宽平砧压Ⅶ部成扁方；操作机顺时针旋转60°，配合特制角度尺测量角度，Ⅴ部压扁方；操作机逆时针旋转120°，配合特制角度尺测量角度，Ⅲ部位压扁方，期间注意三个曲拐必须互相呈120°，精整各部位至成品尺寸。压扁方时送进量要大，便于曲拐部位展宽。

   锻造后的毛坯锻件装入热处理炉正火，正火温度880±10℃，退火温度670±10℃，细化晶粒，减少锻造应力，降低锻件硬度，利于后续加工。

3.3 新工艺要点

  针对曲轴成型后各拐角度尺寸不合格、锻造余量大以及生产效率低等问题，新工艺在设计整体锻曲轴锻造工艺时，关键在于采取了锻制圆形坯料直接下料的新方法，将坯料锻造成台阶轴，利用操作机和特殊角度尺的配合，将三个互成120°角的曲拐锻造成型，同时三个曲拐压扁时送进量要控制合理，保证曲拐宽度尺寸。检验后探伤，高倍、低倍等全部合格，尺寸一次合格率达到98%以上，该工艺取得了很好的效果。



4、结论

   实践证明，采用新型的锻造成型工艺，并采用特制角度尺配合锻造成型，使三拐曲轴锻件尺寸一次合格率达到98%以上，且锻件的金属纤维流线更好，满足产品质量要求，减少曲拐处锻造余量，降低锻件毛坯工艺重量，减少产品制造成本，降低操作难度，改善生产环境，易于实现批量生产。

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