專利名稱：一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是一種組合式通用大型船用曲軸曲拐 彎曲鍛造下模裝置，它適用于大型船用曲軸曲拐彎鍛下模的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。
技術(shù)背景曲軸是大型船舶的心臟，大型船用曲軸(單拐重量常在5噸以上，整軸重量 在50噸以上)由曲拐、主軸、法蘭軸、動(dòng)力輸出軸幾部分組合而成，其中曲拐是 半組合式曲軸上制itX隹度最大的部件，難點(diǎn)在于曲拐毛坯的彎曲鍛造過(guò)程，目前 絕大部分半組合曲軸曲拐毛坯采用彎曲鍛造方法制造，這種方法的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn) 便，產(chǎn)品型號(hào)范圍廣，對(duì)鍛壓設(shè)備要求不高。常用的曲拐彎曲鍛造模具由彎曲上模、彎曲下模、插板組成。首先將鍛坯拔 長(zhǎng)，鍛造成彎曲預(yù)制坯，然后將預(yù)制坯擺在U形彎曲下模上，將上模、預(yù)制坯、 下模對(duì)中，用上撒每預(yù)制坯壓入下模中，使預(yù)制坯發(fā)生彎曲，形成蝴蝶形狀，然 后^f垂板放入兩曲臂之間，用平砧從曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠， 最終完成成形鍛造。在曲拐鍛造模具中，彎曲下模的開口寬度是個(gè)很關(guān)鍵的工藝參數(shù)，下模開口 過(guò)大，變形區(qū)域會(huì)集中在過(guò)渡區(qū)靠曲臂一端，曲臂彎曲內(nèi)表面向內(nèi)凹，在精整時(shí) 無(wú)法壓平，最終形成喇叭口，造成毛坯加工余量不足；下模開口過(guò)小，則鍛造變 形抗力過(guò)大，對(duì)設(shè)備要求增高，兩曲臂與下模之間摩擦力增大，造成曲臂根部"縮 腰觀象明顯，同時(shí)上模切入量大，造成內(nèi)開檔根部金屬纖維切斷，影響零件使用 的安全性。由于曲拐型號(hào)多，從50 98機(jī)尺寸上均有較大差異，甚至同一機(jī)型也有不同 型號(hào)，因此若對(duì)應(yīng)每種型號(hào)曲拐均制作相應(yīng)開口寬度的下模，則至少需要制造6 種不同尺寸的彎曲下模才能覆蓋50 98機(jī)型號(hào)的曲拐。這些模具不僅制作成本較 高，而且將占據(jù)大量的模具擺放空間，給生產(chǎn)帶來(lái)了不便。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)一種組 合式的彎曲下模，能夠根據(jù)不同型號(hào)曲拐毛i丕進(jìn)行調(diào)整，使其開口間距能夠適應(yīng)各種型號(hào)的預(yù)成形毛坯。隨著5見代鍛造理論和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，采用模擬技術(shù)預(yù)測(cè)大型ll^件的成形過(guò)程己進(jìn)入實(shí)用階段。國(guó)際上開發(fā)出很多模擬軟件(如:ABAQUS, ANSYS, MARC， DEFORM等)來(lái)模擬金屬的塑性變形過(guò)程，并可進(jìn)行模具的安全性進(jìn)行 分析。根據(jù)模擬結(jié)果，不但可以得到鍛件的最終開沐和尺寸，預(yù)測(cè)鍛件缺陷的類 型和產(chǎn)生的位置，而且可以獲得模具承受的應(yīng)力情況，確定模具的設(shè)計(jì)原則。通 過(guò)在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的反復(fù)試-驗(yàn)，可以確定一種最佳的鍛造工藝，得到模具和毛坯 的設(shè)計(jì)尺寸，采用計(jì)算機(jī)t莫擬技術(shù)X寸工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可明顯縮短產(chǎn)品試制 的周肌節(jié)省原材料、P爭(zhēng)低廢品率，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。 實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模 裝置，采用該裝置生產(chǎn)大型船用曲軸曲拐，能夠消除曲拐彎鍛過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)的喇 叭口、折疊裂紋、縮腰、減薄等缺陷，同時(shí)該彎曲下模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較小，拆 卸、組裝方便，可重復(fù)使用，能夠滿足不同型號(hào)大型船用曲軸曲拐的彎鍛要求。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型開發(fā)了一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置，其 主要內(nèi)容包括1)設(shè)計(jì)組裝式曲拐彎鍛下模整辯莫具由模具主體、底部凹槽、加強(qiáng)連接板、側(cè)面墊±央、螺桿組成。整套 模具的下部連接方式為模具主體放置在底部凹槽中，模具主體和底部凹槽之間 的空間由側(cè)面墊i央填充；整套模具的上部連接方式為加強(qiáng)連接板放置在模具主 體兩側(cè)的凸臺(tái)上，使用螺桿連接加強(qiáng)連接板和模具主體的延伸土央。模具各組成部分的特征如下所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，模具主體為左右X寸稱的分體 結(jié)構(gòu)，由底座、工作層、延伸塊、螺栓孔、凸臺(tái)和加強(qiáng)肋板構(gòu)成，設(shè)于底座上的 工作層向外傾斜，兩個(gè)模具主體的工作層和底座共同形成側(cè)面向外傾斜的楔形槽 結(jié)構(gòu)，工作層頂部?jī)A斜面外側(cè)設(shè)有延伸塊，延伸塊上開有螺栓孔，模具主體兩側(cè) 設(shè)有凸臺(tái)。所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，底部凹槽由基座、設(shè)于基座 兩側(cè)的擋板構(gòu)成。所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，加強(qiáng)連接板由板體、螺栓孔 構(gòu)成，加強(qiáng)連接板上的螺栓孔與延伸±央上的螺栓孔相對(duì)應(yīng)。所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，中間墊塊填充于兩支左右對(duì) 稱的模具主體下部之間的空隙，中間墊塊的高度與模具主體的底座的高度相同。戶誠(chéng)的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，側(cè)面墊塊的高度為中間墊塊 高度的1.5 2倍。所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，螺栓的螺桿直徑為140 150mm。2)設(shè)計(jì)模具各部分的配合及使用方法首先將兩支模具主體對(duì)稱方1A底部凹槽中，按照實(shí)際鍛造曲拐的級(jí)別，確定 下模的開口寬度，然后將合適的加強(qiáng)連接板放置在模具主體側(cè)面的凸臺(tái)上，使用 螺栓將加強(qiáng)連接板和兩支模具主體的相對(duì)位置固定。左右模具主體之間的下部空 間由中間墊±央填充，模具下部?jī)蓚?cè)模具主體與底部凹槽之間的空間由側(cè)面墊±央±真 充，墊塊與模具主4本之間由于配合不緊密而形成的縫隙可通過(guò)插入楔^達(dá)到加強(qiáng) 固定的效果。彎曲下模組裝好以后，將加熱的曲拐預(yù)制坯放置彎曲下模上，使用彎曲上模 將毛坯壓彎，形成蝴蝶狀，然后取出毛坯進(jìn)行精整，，g到合格的工藝尺寸 為止。本實(shí)用新型的有益效果是1、 本實(shí)用新型采用數(shù)值模擬技術(shù)確定了一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎 曲鍛造下模裝置，采用該方法設(shè)計(jì)得到的彎曲下模生產(chǎn)大型船用曲軸曲拐，會(huì)巨夠 消除曲拐彎鍛過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)的喇叭口、折疊裂紋、縮腰、減薄等缺陷。2、 彎曲下模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較小，拆卸、組裝方便，可重復(fù)使用，能夠滿足 不同型號(hào)大型船用曲軸曲拐的彎鍛要求，適用于生產(chǎn)MANB&W (曼恩比維)和 WNSD (瓦錫蘭)柴油機(jī)專禾忪司的全部機(jī)型曲軸曲拐部件。


圖la-b為曲拐彎曲下模的組裝開鄉(xiāng)沃示意圖；圖la為主視圖，圖lb為側(cè)視圖。 圖2a-b為曲拐彎曲下模的模具主體l的形4犬示意圖；圖2a為主視圖，圖2b 為側(cè)視圖。圖3a-b為曲拐彎曲下模的底部凹槽2形狀示意圖；圖3a為主視圖，圖3b為側(cè)視圖。圖4a-b為曲拐彎曲下模的加強(qiáng)連接板3^l犬示意圖；圖4a為主視圖，圖4b 為側(cè)視圖。圖5a-b為曲拐彎曲下模的中間墊塊4的形狀示意圖；圖5a為主視圖，圖5b 為側(cè)視圖。圖6a-b為曲拐彎曲下模的側(cè)面墊塊5的形狀示意圖；圖6a為主視圖，圖6b圖7a-b為曲拐彎曲下模的螺栓6的形沃示意圖；圖7a為主視圖，圖7b為側(cè) 視圖。圖8a-b為應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行彎曲鍛造的計(jì)^m模擬示意圖，圖8a為彎曲 前模具和毛坯的相對(duì)狀態(tài)，圖8b為彎曲后模具和毛坯的相對(duì)狀態(tài)。 圖9為彎曲過(guò)程中毛坯X寸上模的反作用力歷程。 圖10為彎曲過(guò)程中毛坯對(duì)上模反作用力最大時(shí)螺栓上的應(yīng)力分布。 圖11為彎曲過(guò)程中毛坯X寸上模反作用力最大時(shí)加強(qiáng)連接fct的應(yīng)力分布。 圖12為彎曲過(guò)程中毛坯X寸上模反作用力最大時(shí)模具主體上的應(yīng)力分布。 圖13為彎曲過(guò)程中毛坯對(duì)上模反作用力最大時(shí)底部凹槽、中間墊i央和頓靦墊 塊上的應(yīng)力分布。圖中，1—模具主體；2—底部凹槽；3—加強(qiáng)連接板；4 —中間墊±央；5—側(cè)面 墊±央；6—螺栓；7—延伸±央；8—螺栓孔I; 9一凸臺(tái)；10—工作層；ll一加強(qiáng)肋 板；12—底座；13—基座；14一擋板；15—板體；16—螺栓孔II; 17—上模；18 —毛坯。具體實(shí)驗(yàn)式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型，本實(shí)用新型中除角度以外，其他長(zhǎng)度單位均為mm。參照?qǐng)Dla-b，整套H具由模具主體1、底部凹槽2、加強(qiáng)連接板3、中間墊塊 4、側(cè)面墊塊5、螺桿6組成。整S1t具的下部連接方式為模具主體l放置在底 部凹槽2中，模具主體1和底部凹槽2之間的空間由側(cè)面墊塊5填充，模具主體 1和底部凹槽2之間的較小縫隙由楔鐵填充，中間墊塊4填充于兩支模具主體下 部之間的空隙；整套模具的上部連接方式為加強(qiáng)連接板3放置在模具主體l兩 側(cè)的凸臺(tái)9上，使用螺栓6連接加強(qiáng)連接板3和模具主體1的延伸±央7。(1) 模具主體的結(jié)構(gòu)如圖2a-b所示，模具主體1為左右對(duì)稱的分體結(jié)構(gòu)，每個(gè)模具主體l由底座 12、工作層IO、延伸塊7、延伸塊上的螺栓孔I8、凸臺(tái)9和加強(qiáng)肋板11構(gòu)成， 設(shè)于底座12上的工作層10向外傾斜，兩個(gè)模具主體1的工作層10和底座12共 同形成偵靦向外傾斜的楔形槽結(jié)構(gòu)，工作層10頂部?jī)A斜面外側(cè)設(shè)有延伸塊7，模 具主體1兩側(cè)設(shè)有凸臺(tái)9，工作層10外側(cè)設(shè)有加強(qiáng)肋板11 。(2) 底部凹槽的結(jié)構(gòu)如圖3a-b所示，底部凹槽2由基座13、設(shè)于基座13兩側(cè)的擋板14構(gòu)成。(3) 加強(qiáng)連接板的結(jié)構(gòu)如圖4a-b所示，加強(qiáng)連接板3由板體15、加強(qiáng)連接板上的螺栓孔II16構(gòu)成， 加強(qiáng)連接t肚的螺栓孔I116與延伸i央上的螺栓 L I 8相對(duì)應(yīng)。鍛造不同型號(hào)曲拐， X寸彎曲下模開口寬度要求不一樣，因lt鏈接板上的孑li巨也不相同。為使本套模具 能夠適，造50 98機(jī)各種型號(hào)的曲拐，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)三支連接板鍛造50 機(jī)或80機(jī)曲拐使用同一支連接板，鍛造60機(jī)或90機(jī)曲拐使用同一支連接板，鍛 造70機(jī)或98機(jī)曲拐使用同一支連接板，每支連接|&±均有兩對(duì)螺栓 "鍛造較 小型號(hào)的50、 60、 70機(jī)曲拐時(shí)，使用內(nèi)側(cè)兩個(gè)螺栓 L將連接板與模具主體連接起 來(lái)，鍛造較大型號(hào)的80、 90、 98機(jī)曲拐時(shí)，使用外側(cè)兩個(gè)螺栓 L將連接板與模具 主體連接起來(lái)。(4) 中間墊塊的結(jié)構(gòu)如圖5a-b所示，中間墊塊4的作用是填充兩支左右X寸稱的模具主體下部之間 的空隙，中間墊塊4的高度與模具主體底座12的高度相同。,不同型號(hào)的曲拐， 對(duì)于中間墊塊4的寬度的要求也不一樣。實(shí)際操作過(guò)程中，可制造多塊厚度在 150 300mm厚的中間墊塊，通過(guò)組合j彭君，即可滿足全部型號(hào)曲拐彎鍛要求。(5) 側(cè)面墊塊的結(jié)構(gòu)如圖6a-b所示，側(cè)面墊塊5的作用是±真充兩支模具主體下部與下凹槽之間的 空隙，側(cè)面墊塊5的高度為中間墊塊4高度的1.5 2倍。鍛造不同型號(hào)的曲拐， 對(duì)于側(cè)面墊i央5的寬度的要求也不一樣。實(shí)際操作過(guò)程中，可制造多塊厚度在70 300mm厚的中間墊i央，通過(guò)組合使用，即可滿足全部型號(hào)曲拐彎鍛要求，通過(guò)組 合使用，即可滿足全部型號(hào)曲拐彎鍛要求。(6) 螺栓的的結(jié)構(gòu)如圖7a-b所示，螺栓由螺桿和螺母組成，為滿足模具強(qiáng)度要求，螺桿部分材 料的屈月艮強(qiáng)度應(yīng)在800MPa以上，直徑應(yīng)在100mm以上， 一般為140 150mm。(7)模具各部分的配合及使用方法將兩支模具主體1對(duì)稱放入底部凹槽2中，按照實(shí)際鍛造曲拐的級(jí)別，確定 下模的開口寬度，然后將加強(qiáng)連接板放置在模具主體側(cè)面的凸臺(tái)9上，通過(guò)改變 加強(qiáng)連接IO:系列螺栓孔與模具主體上的螺栓孔I8之間的配合來(lái)滿足模具的開 口寬度，使用螺栓6將加強(qiáng)連接板3和兩支模具主體1的相對(duì)位置固定。下部左 右模具主體之間的空間由中間墊塊4±真充，模具下部?jī)蓚?cè)模具主體1與底部凹槽 2之間的空間由側(cè)面墊i央5填充，中間墊塊4或側(cè)面墊塊5與模具主體1之間由 于配合不緊密而形成的縫隙可通過(guò)插入楔鐵達(dá)到加強(qiáng)固定的效果。上述模具主體、底部凹槽、加強(qiáng)連接板、中間墊±央、側(cè)面墊±央、螺栓等模具 各個(gè)組成部分的形狀、尺寸及選用材質(zhì)等均已通過(guò)計(jì)算機(jī)豐莫擬校核。彎曲下模組裝好以后，將加熱的曲拐預(yù)制坯放置彎曲下模上，使用彎曲上模 17將毛坯18壓彎，形成蝴蝶狀，然后取出毛坯進(jìn)行精整，直至鍛造到合格的工 藝尺寸為止。實(shí)施例本實(shí)施例的鍛造零件為MANB&W專利公司的K90MC-C型號(hào)曲軸曲拐，坯 料材質(zhì)為S34MnV，毛還重38t，坯料加熱^j^為1250°C ， t莫具主體選用材質(zhì)為 35CrMo(屈月艮強(qiáng)度為650MPa)，螺麟用材質(zhì)為42CrMo(屈月艮強(qiáng)度為900MPa)， 螺栓的直徑4)=145皿，底部凹槽、中間墊±央和側(cè)面墊±央選用材質(zhì)為45號(hào)鋼(屈 服強(qiáng)度為350MPa)，中間墊塊寬度為600mm，側(cè)面墊塊寬度為400mm，墊±央和 模具主體之間存在的較小縫隙用楔鐵填充。彎曲時(shí)水壓機(jī)上砧壓下速度約為 20mm/s，毛坯變形前后的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果如圖8a-b所示。計(jì)^n模擬結(jié)果顯示， 在彎曲過(guò)禾呈中，加強(qiáng)連接t反3承受拉應(yīng)力，連接螺栓承受剪切應(yīng)力，中間墊塊和 側(cè)面墊i，受壓應(yīng)力，雖然由于毛坯的變形抗力使兩支模具主體產(chǎn)生向兩側(cè)分離 的趨勢(shì)，但由于模具上部和底部均進(jìn)行了約束，因此兩支模具主體之間不會(huì)有較 大的相對(duì)位移產(chǎn)生。本實(shí)施例中，彎曲過(guò)程毛坯X寸上模的反作用力演化歷程如圖 9所示，由圖可見，在上模行程約為總行程一半時(shí)模具各部分所承受的應(yīng)力最大， 此時(shí)模具各部分所承受的應(yīng)力也最大。在該時(shí)刻，螺栓承受的最大等效應(yīng)力約為643MPa，(該時(shí)刻螺栓上的應(yīng)力分布情況如圖IO所示)加強(qiáng)連接板承受的最大等 效應(yīng)力約為414MPa，(該時(shí)亥咖強(qiáng)連接板上的應(yīng)力分布情況如圖11所示)，模具 主體承受的最大等效應(yīng)力約為440MPa，(該時(shí)刻t莫具主體上的應(yīng)力分布情況如圖 12所示)，底部凹槽、中間墊i央和側(cè)面墊塊承受的最大等效應(yīng)力約為68MPa，(該 時(shí)刻底部凹槽、中間墊i央和側(cè)面墊塊上的應(yīng)力分布情況如圖13所示)，由此可見， 模具各部分承受的最大等效應(yīng)力均在材料的屈服強(qiáng)度范圍之內(nèi)，模具設(shè)計(jì)合理， 使用安全。
權(quán)利要求1、一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置，其特征在于整套模具設(shè)有模具主體(1)、底部凹槽(2)、加強(qiáng)連接板(3)、側(cè)面墊塊(5)、螺桿(6)，整套模具的下部連接方式為模具主體(1)放置在底部凹槽(2)中，模具主體(1)和底部凹槽(2)之間的空間由側(cè)面墊塊(5)填充；整套模具的上部連接方式為加強(qiáng)連接板(3)放置在模具主體(1)兩側(cè)的凸臺(tái)(9)上，通過(guò)螺桿(6)連接加強(qiáng)連接板(3)和模具主體的延伸塊(7)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置，其特征在于模具主體(1)為左右對(duì)稱的分體結(jié)構(gòu)，每個(gè)1i具主體(1)設(shè)有底座(12)、工作層(10)、延伸塊(7)、螺栓孔I (8)、凸臺(tái)(9)和加強(qiáng)肋板(11)， 設(shè)于底座(12)上的工作層(10)向外傾斜，兩個(gè)模具主體(1)的工作層(10) 和底座(12)共同形成偵靦向外傾斜的楔形槽結(jié)構(gòu)，工作層(10)頂部?jī)A斜面外 側(cè)設(shè)有延伸土央(7)，延伸塊(7)上開有螺栓孔I (8)，模具主體(1)兩側(cè)設(shè)有 凸臺(tái)(9)，工作層(10)外側(cè)設(shè)有加強(qiáng)肋板(11)。
3、 按照權(quán)利要求2所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于加強(qiáng)連接板(3)設(shè)有板體(15)、螺栓孔II (16)，加強(qiáng)連接板上的 螺栓 LII (16)與延伸i央上的螺栓 Ll (8)相對(duì)應(yīng)。
4、 按照權(quán)利要求1戶服的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模，其特 征在于底部凹槽設(shè)有基座、擋板，擋板設(shè)于基座兩側(cè)。
5、 按照權(quán)利要求1所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于兩個(gè)左右乂寸稱的模具主體下部之間的空隙±真充有中間墊±央，中間墊塊的高度與模具主體的底座的高度相同。
6、 按照權(quán)利要求1所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置，其特征在于側(cè)面墊塊的高度為中間墊塊高度的1.5 2倍。
7、 按照權(quán)利要求1所述的組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于螺栓的螺桿直徑為140 150mm。
專利摘要本實(shí)用新型屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是一種組合式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置，它適用于大型船用曲軸曲拐彎鍛下模的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程。整套模具設(shè)有模具主體、底部凹槽、加強(qiáng)連接板、側(cè)面墊塊、螺桿，整套模具的下部連接方式為模具主體放置在底部凹槽中，模具主體和底部凹槽之間的空間由側(cè)面墊塊填充；整套模具的上部連接方式為加強(qiáng)連接板放置在模具主體兩側(cè)的凸臺(tái)上，通過(guò)螺桿連接加強(qiáng)連接板和模具主體的延伸塊。采用該裝置生產(chǎn)大型船用曲軸曲拐，能夠消除曲拐彎鍛過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)的喇叭口、折疊裂紋、縮腰、減薄等缺陷，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較小，拆卸、組裝方便，可重復(fù)使用，能夠滿足不同型號(hào)大型船用曲軸曲拐的彎鍛要求。
文檔編號(hào)B21J13/02GK201089001SQ20072001539
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者孫明月, 李依依, 李殿中, 陸善平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所