專利名稱：一種嵌套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)就是一種嵌套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3t^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 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，X寸鍛壓設(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t莫上，將上模、預(yù)制坯、 下模對(duì)中，用上機(jī)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3繊板放入兩曲臂之間，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(kāi)口寬度是個(gè)很關(guān)鍵的工藝參數(shù)，下模開(kāi)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(kāi)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"現(xiàn)象明顯，同時(shí)上模切入量大，造成內(nèi)開(kāi)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X寸應(yīng)每種型號(hào)曲拐均制作相應(yīng)開(kāi)口寬度的下模，貝侄少需要制造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^ 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)一種通 用的彎曲下模，能夠根據(jù)不同型號(hào)曲拐毛坯進(jìn)行調(diào)整，使其開(kāi)口間距能夠適應(yīng)各 種型號(hào)的預(yù)成形毛坯。隨著現(xiàn)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)大型鑄鍛件的成形過(guò)程已進(jìn)入實(shí)用階段。國(guó)際上開(kāi)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形狀和尺寸，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)^IIl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)^m模擬技術(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、斷氏廢品率，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嵌套式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)方案是本實(shí)用新型開(kāi)發(fā)了嵌套式大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模的裝置，其主要內(nèi) 容包括1)設(shè)計(jì)嵌套式曲拐彎鍛下模整對(duì)莫具由基礎(chǔ)模、嵌辯莫、楔±央組成。整St莫具的連接方式為嵌套模放 置在基礎(chǔ)模中，基礎(chǔ)模和嵌辯莫之間采用側(cè)面的楔塊固定，防止相對(duì)滑動(dòng)。 模具各組成部分的特征如下所述的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，基礎(chǔ)模由底座、兩側(cè)的工作 層和加強(qiáng)肋板構(gòu)成，設(shè)于底座上的工作層向外傾斜，形成側(cè)面向外傾斜的楔形槽結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)肋板設(shè)于工作層外側(cè)?；A(chǔ)模側(cè)面頂部開(kāi)有楔形槽，便于〗ra楔塊與嵌套模連接。所述的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，嵌套模呈兩側(cè)向外傾斜的U 形結(jié)構(gòu)，嵌St莫外表面與基礎(chǔ)模內(nèi)表面開(kāi)鄰尺寸一致，嵌^t莫側(cè)面頂部開(kāi)有楔形 槽，便于使用楔塊與基礎(chǔ)模連接。根據(jù)鍛造不同機(jī)別的曲拐，制造一系列嵌套模， 每種嵌套模開(kāi)口寬度不同，均可與基礎(chǔ)模配套使用。戶滿的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲下模，楔i央用于連接基礎(chǔ)模和嵌套 模，楔塊的斜度a鵬二10 15。。2)設(shè)計(jì)模具各部分的配合及使用方法首先按照實(shí)際鍛造曲拐的級(jí)別，確定使用合適的嵌*1莫，然后將M的嵌套 模放置在基礎(chǔ)模上，使基礎(chǔ)^和嵌套^側(cè)面的楔形槽X寸齊，然后將楔塊卡在基礎(chǔ) 模和嵌^t莫側(cè)面的楔形槽處，將基礎(chǔ)模和嵌對(duì)莫相對(duì)位置固定。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，直至鍛造到合格的工藝尺寸 為止。本實(shí)用新型的有益效果是1、 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種嵌套式大型船用曲軸曲拐彎曲下模的裝置，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，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。2、 本實(shí)用新型彎曲下模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量較小，拆卸、組裝方便，可重復(fù)使用， 避免了為鍛造不同型號(hào)的曲拐而設(shè)計(jì)生產(chǎn)多t彎曲下模，因此大大降低了制造成 本。本裝置能夠滿足不同型號(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)專利公司的全部機(jī)型曲軸曲拐部 件。


圖la-b為曲拐彎曲下模的組裝開(kāi)沐示意圖；圖la為主視圖，圖lb為側(cè)視圖。 圖2a-b為曲拐彎曲下模的基礎(chǔ)模l的形狀示意圖；圖2a為主視圖，圖2b為圖3a-b為曲拐彎曲下模的嵌套模2形狀示意圖；圖3a為主視圖，圖3b為側(cè)視圖。圖4a-b為曲拐彎曲下模的楔塊3皿示意圖；圖4a為主視圖，圖4b為側(cè)視圖。圖5a-b為應(yīng)用本實(shí)用新型進(jìn)行彎曲鍛造的計(jì)算機(jī)模擬示意圖，圖5a為彎曲 前模具和毛坯的相X寸狀態(tài)，圖5b為彎曲后模具和毛坯的相對(duì)狀態(tài)。 圖6為彎曲過(guò)程中毛坯X寸上模的反作用力演化歷程。 圖7為彎曲過(guò)程中毛坯對(duì)上模反作用力最大時(shí)模具和毛坯的應(yīng)力場(chǎng)分布。圖中，l一基礎(chǔ)模；2—嵌套模；3—楔±央；4—底座；5—工作層；6—加強(qiáng)肋 板；7—楔形槽I; 8—楔形槽II; 9一上模；10—毛坯。
具體實(shí)施方式

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，整套模具由基礎(chǔ)模1、嵌套模2、楔塊3組成。整SI莫具的連 接方式為嵌套模2放置在基礎(chǔ)模1中，基礎(chǔ)模1和嵌辯莫2之間采用側(cè)面的楔 塊3固定，防止相對(duì)滑動(dòng)。(1) 基礎(chǔ)模的結(jié)構(gòu)如圖2a-b所示，基礎(chǔ)模1由底座4、兩側(cè)的工作層5和加強(qiáng)肋板6構(gòu)成，設(shè) 于底座4上的工作層5向外傾斜，形成側(cè)面向外傾斜的楔形槽結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)肋板6 設(shè)于工作層5外側(cè)?；A(chǔ)模1側(cè)面頂部開(kāi)有楔形槽I 7，便于使用楔i央3與嵌套 模2連接?；A(chǔ)模1內(nèi)腔表面(與嵌套模2接觸部分)粗糙度要求Ra=12.5~25,。(2) 嵌套模的結(jié)構(gòu)如圖3a-b所示，嵌St莫2呈兩側(cè)向外傾斜的U形結(jié)構(gòu)，嵌St莫2外表面與基 礎(chǔ)模1內(nèi)表面形狀尺寸一致，嵌套模2側(cè)面頂部開(kāi)有楔形槽I18，便于使用楔塊3 與基礎(chǔ)模l連接。根據(jù)鍛造不同機(jī)別的曲拐，制造一系列嵌*^莫2，每種嵌套模2 開(kāi)口寬度不同，均可與基礎(chǔ)模l配套使用。嵌辯莫2外表面(與基礎(chǔ)模l接觸部 分)粗糙度要求Ra42.5 25拜。嵌S1f2關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)尺寸如下(單位，mm):嵌辯莫2的斜度a嵌套模對(duì)于適用于鍛造50機(jī)曲拐的嵌套模2:嵌對(duì)莫楔形槽頂部寬度《嵌套模-50 = 1350 1450嵌*^莫楔形槽底部寬度《嵌套模-50對(duì)于適用于鍛造60機(jī)曲拐的嵌套模2:嵌辯莫楔形槽頂部寬度《嵌套模-6。 = 1450 ~ 1550=700 ~ 800嵌Stl^形槽底部寬度《嵌套模-60 對(duì)于適用于鍛造70機(jī)曲拐的嵌套模2:嵌 ^形槽頂部寬度《嵌《- =165(3 ~175()嵌套模楔形槽底部寬度《嵌復(fù)7。 = ~ 1050對(duì)于適用于鍛造80機(jī)曲拐的嵌套模2:=800 850《嵌套?！?0 =1750~腳嵌辯難形槽底部寬度《嵌復(fù)柳=1150 1250 對(duì)于適用于鍛造90機(jī)曲拐的嵌套模2:《絲模—恥=1950 2050嵌套模楔形槽底部寬度《嵌套模-9。 = 1350 ~ 1450 X寸于適用于鍛造98機(jī)曲拐的嵌套模2::《嵌套?！?8 = 2150 ~ 2250嵌對(duì)莫楔形槽底部寬度《嵌套模-洲=1650 ~ 1750(3) 楔塊的結(jié)構(gòu)如圖4a-b所示，楔塊3用于固定基礎(chǔ)模1和嵌套模2，防止兩者在曲拐彎曲過(guò)程中發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，楔±央3的斜度"模塊=10 ~ 15° 。(4) 模具各部分的配合及使用方法 首先按照實(shí)際鍛造曲拐的級(jí)別，確定使用合適的嵌套模2，然后將合適的嵌辯莫2放置在基礎(chǔ)模1上，使基礎(chǔ)模1和嵌套模2側(cè)面的楔形槽對(duì)齊，然后將楔 塊3卡在基礎(chǔ)模1和嵌套模2側(cè)面的楔形槽處，將基礎(chǔ)模1和嵌套模2相X寸位置 固定，防止滑動(dòng)。彎曲下模組裝好以后，將加熱的曲拐預(yù)制還放置彎曲下模上，使用彎曲上模 9將毛坯10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S70MC型號(hào)曲軸曲拐，坯料 材質(zhì)為S34MnV，毛坯重23t，坯料加熱溫度為1250°C，模具選用材質(zhì)為35CrMo(屈服強(qiáng)度為650MPa)，《嵌套模=1700薩，《嵌套模=1000匪。彎曲時(shí)水壓亂t砧 壓下速度約為20mm/s，鍛件變形前后的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果如圖5a-b所示。彎曲過(guò) 程中毛坯X寸上模的反作用力演化歷程如圖6所示，由圖可見(jiàn)，在上模行程約為總 行程一半時(shí)毛坯對(duì)上模的反作用力最大，此時(shí)模具各部分所承受的應(yīng)力也最大。 在該時(shí)刻，整套模具承受應(yīng)力最大部位在基礎(chǔ)模1的下部轉(zhuǎn)角處，如圖7所示， 承受的最大等效應(yīng)力約為249MPa，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、一種嵌套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)有基礎(chǔ)模(1)、嵌套模(2)、楔塊(3)，嵌套模(2)放置在基礎(chǔ)模(1)中，基礎(chǔ)模(1)和嵌套模(2)之間采用側(cè)面的楔塊(3)固定。
2、 按照權(quán)利要求1戶脫的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于基礎(chǔ)模(1)設(shè)有底座(4)、兩側(cè)的工作層(5)和加強(qiáng)肋板(6)， 設(shè)于底座(4)上的工作層(5)向外傾斜，形成側(cè)面向外傾斜的楔形槽結(jié)構(gòu)，加 強(qiáng)肋板(6)設(shè)于工作層(5)夕卜側(cè)，基礎(chǔ)模(1)側(cè)目部開(kāi)有便于使用楔土央(3) 與嵌套模(2)連接的楔形槽。
3、 按照權(quán)利要求1戶皿的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于嵌套模(2)呈兩側(cè)向外傾斜的U形結(jié)構(gòu)，嵌套模(2)外表面與基 礎(chǔ)模(1)內(nèi)表面開(kāi)鄰尺寸一致，嵌 1莫(2)側(cè)面頂部開(kāi)有便于使用楔±央(3)與 基礎(chǔ)模(1)連接的楔形槽。
4、 按照權(quán)利要求3所述的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下豐莫裝置，其特征在于嵌S^莫(2)的斜度a嵌套模^ 11。。
5、 按照權(quán)禾腰求3戶脫的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于嵌套模(2)為適用于鍛造50機(jī)曲拐、60機(jī)曲拐、70機(jī)曲拐、80 機(jī)曲拐、90機(jī)曲拐、98機(jī)曲拐的嵌套模。
6、 按照權(quán)利要求5所述的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于，嵌辯莫設(shè)計(jì)尺寸如下對(duì)于適用于鍛造50機(jī)曲拐的嵌套模嵌對(duì)莫楔形槽頂部寬度《嵌套模-5。 =1350 ~1450嵌對(duì)莫楔形槽底部寬度<formula>formula see original document page 2</formula> , 對(duì)于適用于鍛造60機(jī)曲拐的嵌套模嵌套模楔形槽頂部寬度《嵌套模-6。 =1450 1550 嵌套模楔形槽底部寬度"鵬模-6。 = 800 ~ 850 對(duì)于適用于鍛造70機(jī)曲拐的嵌套模嵌套模楔形槽頂部寬度《掛"('=1650 '嵌套模楔形槽底部寬度《職"。=950 對(duì)于適用于鍛造80機(jī)曲拐的嵌套模嵌 楔形槽頂部寬度《嵌《-8 =1750'嵌對(duì)莫楔形槽底部寬度《嵌套模-《" = 1150 ' 對(duì)于適用于鍛造90機(jī)曲拐的嵌套模二《i嵌套?！?1950' =1350嵌^i楔形槽底部寬度《嵌套?！箤?duì)于適用于鍛造98機(jī)曲拐的嵌辯莫:《嵌套?！?8=2150 =1650'-1750 1050-1850 -1250-2050 -1450-2250 -1750嵌辯莫楔形槽底部寬度《嵌套模-上述長(zhǎng)度單位均為纖。
7、按照權(quán)利要求l所述的嵌套式通用大型船用l其特征在于楔±央(3)的斜度"楔塊=10 15°幽拐彎曲鍛造下模裝置，
8、按照權(quán)利要求1所述的嵌套式通用大型船用曲軸曲拐彎曲鍛造下模裝置， 其特征在于基礎(chǔ)模(1)內(nèi)腔表面與嵌套模(2)接觸部分的粗糙度要求 Ra=12.5 25Mm，嵌套模(2)外表面與基礎(chǔ)模(1)接觸部分的粗糙度要求 Ra=12.5~25fom。
專利摘要本實(shí)用新型屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是一種嵌套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)有基礎(chǔ)模、嵌套模、楔塊，嵌套模放置在基礎(chǔ)模中，基礎(chǔ)模和嵌套模之間采用側(cè)面的楔塊固定。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)B21J13/02GK201089002SQ20072001539
公開(kāi)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