[发明专利]一种模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法

说明书

本发明属于锻造领域，具体地说是一种模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，适用于某些柴油机曲轴的模锻成形过程。模锻柴油机曲轴的坯料截面形状采用两条圆弧和两条直线组成的两向圆弧形，其具体的设计方法如下：第一步，选择曲轴锻件用料最多的一个或两个以上曲拐作为分析对象，根据体积相等的理论推导棒料的直径，计算坯料截面面积；第二步，以截面面积相等为原则，确定合适的宽度和高度比，设计一个高窄型的两向圆弧形坯料截面；第三步，将高窄型坯料较高的方向沿模锻变形方向放置进行模锻。本发明能够提高材料的利用率，节约生产成本，可以解决曲轴锻件等的异形结构填充困难的问题，尤其是用料较多、高宽比较大的平衡块部分。

技术领域

本发明属于锻造领域，具体地说是一种模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，它适用于某些柴油机曲轴的模锻成形过程，可以提高材料利用率，降低生产成本。

背景技术

曲轴作为发动机中重要的工作零件，在循环往复的运转中既要承受冲击载荷，又要传递很大的扭矩，因此对曲轴的疲劳、强度、动平衡等性能指标有了更高的要求，如何通过改进曲轴的成形工艺保证其良好的机械性能变得更加重要。与铸造曲轴相比，锻造曲轴有利于减小发动机的工作噪声和震动，耐磨性有所提高，更适于汽车大发动机功率、低摩擦损耗等特点的发展。曲轴的形状和结构比较复杂，各个截面的过渡变化很大，是汽车零部件中最复杂的锻件之一，很难保证精确的加工。曲轴的平衡块部分又高又薄，金属流动距离较长，同时较大的高宽比又使得内部金属温度很快下降，塑性降低，属于最难充型的部分。目前很多锻造曲轴的平衡块部分没有后续加工，直接通过模锻加工成形，这就导致了加工产生的飞边余量较大，材料利用率低。因此，根据曲轴各部分用料多少，对曲轴坯料进行精确分料，可以有效地减小飞边，提高材料利用率，同时对模具的关键结构部分进行优化设计，也有利于曲轴的成形和锻件质量的提高。随着计算机技术和数值模拟技术的不断发展，人们越来越多地借助计算机模拟金属体积成形过程，这样不仅可以降低生产的成本，减少试验材料的损耗，还可以极大地提高设计效率，缩短研发的周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，以解决曲轴锻件等的异形结构填充困难的问题，尤其是用料较多、高宽比较大的平衡块部分。采用这一新的坯料形状，有利于减小飞边，提高材料利用率。

本发明的技术方案是：

一种模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，包括如下步骤：

1)选择曲轴锻件用料最多的一个或两个以上曲拐作为分析对象，根据体积相等的理论推导棒料的直径，计算坯料截面面积；

2)以截面面积相等为原则，确定坯料的宽度和高度比，设计高窄型的两向圆弧形坯料截面，曲轴坯料的截面形状为两条圆弧和两条直线组成的两向圆弧形；

3)将高窄型坯料较高的方向沿模锻变形方向放置，曲轴坯料沿模锻方向的上下两面为圆弧面，曲轴坯料上下两面的弧顶分别与上下模锻模具对应，并进行模锻，以使其更充分充型。

所述的模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，步骤1)中，对于各个曲拐用料相等或接近相等的曲轴锻件，其坯料沿轴线方向截面面积保持不变；对于各个曲拐用料体积相差较多的曲轴锻件，根据其曲拐用料体积的多少，将坯料设计成沿轴线方向截面面积不相等的形状。

所述的模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，步骤2)中，两向圆弧形坯料的高度比最优取值在0.7～0.95内。

所述的模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，步骤2)中，两向圆弧形坯料的宽度必须小于坯料的最大高度。

所述的模锻柴油机曲轴的坯料形状设计方法，步骤2)结束后，运用有限元软件进行坯料模锻成形的有限元模拟，根据模拟结果适量修改坯料的截面积、宽度和高度比参数，重复模拟坯料的模锻成形过程，以此确定最优的两向圆弧形状。

本发明的优点及有益效果是：