專利名稱：大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說就是一種大型船用曲軸曲拐彎鍛后的精整裝置，它適用于大型船用曲軸曲拐彎鍛精整模具的設(shè)計(jì)和制造過程。
背景技術(shù)：
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 半組合式曲軸上制造難度最大的部件，難點(diǎn)在于曲拐毛坯的彎曲鍛造過程，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，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、插板等部分組成。首先將 鍛坯拔長(zhǎng)，鍛造成彎曲預(yù)制還，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，用上機(jī)舒頁制坯壓入下模中，使預(yù)制坯發(fā)生彎曲，形成蝴蝶形 狀，然后^ffi板放入兩曲臂之間，用上下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。在曲拐彎曲后的精整工序中，由于彎曲后的曲拐毛坯2開口較大，重心偏向 曲柄銷20 —端(圖la所示)，很難使曲拐毛坯2在其中心線與水平線平行的狀態(tài) 下平穩(wěn)地?cái)[放在下平砧3上，傳統(tǒng)的方法通常是在插入插板之前，首先將B端曲 臂21向下擺放在下平砧3上(圖lb所示)，用上平砧1作用在T端曲臂的末端 將曲拐毛坯2開口壓小(圖lc所示)，將曲拐毛坯2翻轉(zhuǎn)180。， T端曲臂向下， 用同樣方法壓B端曲臂使曲拐開口進(jìn)一步減小，保持曲拐毛坯2形^稱(圖ld 所示)，并使曲拐毛坯2在其中心線與水平線平行的狀態(tài)下能夠平穩(wěn)地?cái)[放在下平 砧3上。然后再通過操縱手13插入插板4 (圖le所示)，使用上平砧1從曲拐毛 坯2的曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠(圖lf所示)，直到兩支曲臂 平行(圖lg所示)，最后得到成形曲拐毛坯2 (圖lh所示)。該傳統(tǒng)精整工序存 在兩個(gè)弊端第一，將B端曲臂向下擺放在下平砧3上，用上平砧1壓T端曲臂 的末端使曲拐毛坯2開口減小，這將使T端曲臂僅以該曲臂的根部為軸旋轉(zhuǎn)，旋 轉(zhuǎn)過程中該曲臂根部?jī)?nèi)表面面積急劇減小，形成折疊缺陷，該折疊缺陷在后續(xù)插入插板后的平整過程中無法消除，影響曲臂根部的鍛造質(zhì)量，甚至?xí)斐汕鄹?部加工余量不足；第二，在將曲拐毛坯2開口壓小后，曲拐內(nèi)開檔材質(zhì)發(fā)生堆積， 內(nèi)開檔尺寸減小，此時(shí)插入插板4，插板前端己很難與曲拐內(nèi)開檔中心區(qū)±或接觸， 這樣就在插板前端與曲拐內(nèi)開檔中心區(qū)域之間形成空隙(曲拐毛坯內(nèi)開檔中部的空隙18)，在上下平砧的擠壓作用下，空隙上下部分金屬很容易粘合在一起，由 于曲拐毛坯2表面存在很厚的氧化皮，這種粘合不是冶金焊合，而只是該區(qū)域多余材質(zhì)的堆積與重疊，從而形成類似折疊裂紋的缺陷，這給后續(xù)機(jī)加工增加很大難度。因此，采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行精整，容易在曲拐內(nèi)開檔形成折疊裂紋17和材質(zhì) 粘合的缺陷(壓合或粘合后的曲拐毛坯內(nèi)開檔中部的類似折疊裂紋的缺陷19)， 影響曲拐毛坯2的鍛造質(zhì)量和后續(xù)機(jī)加工，甚至造成毛坯報(bào)廢。目前，在采用彎曲鍛造得到的曲拐毛坯中，曲拐內(nèi)開檔的折疊裂紋和材質(zhì)粘 合^t成毛坯報(bào)廢的最重要原因之一，因此必須設(shè)計(jì)一套合適的精整工序中使用 的模具，以消除最終毛坯上的折疊裂紋和材質(zhì)粘^^央陷。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 的成形過程已進(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)來模擬金屬的塑性變形過程，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 過在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上的反復(fù)i(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)##1模擬技術(shù)乂寸工藝進(jìn)行設(shè)討-和優(yōu)化，可明顯縮短產(chǎn)品試制 的周期，節(jié)省原材料、降低廢品率，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大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，采用該裝 置對(duì)彎曲后的曲拐毛坯進(jìn)行精整，能夠消除最終毛坯上的折疊裂紋和材質(zhì)粘合缺 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)大型船用曲軸曲拐毛坯的彎鍛精整要求。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型開發(fā)了大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其主要內(nèi)容包括 1)設(shè)計(jì)曲拐彎鍛精整裝置整套精整模具設(shè)有L形下砧、直立擋板、插板，直立擋板插裝在L形下砧的 插槽內(nèi)，用于阻擋精整過程中由于毛坯擠壓造成插板的向后退讓，用于精整曲拐 毛坯的插板與直立擋板卡接。模具各組成部分的特征如下所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，L形下砧設(shè)底座、直立部分、插槽， 底座和直立部分一體構(gòu)成L形結(jié)構(gòu)，底座上開設(shè)插槽。精整時(shí)，曲拐毛坯的曲柄 銷一端抵靠在L形下砧的直立部分上， 一 曲臂抵在L形下砧的底座上。戶;M的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，直立擋板為長(zhǎng)方形，厚度約為L(zhǎng)形下砧底座上的插槽寬度的2/3 ，高度與L形下砧高度一致。所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，插板由插板板身、插板鉗把連接構(gòu) 成，插板前端為圓弧形，可保證精整過程曲柄銷部位的圓柱區(qū)域形狀，并使得用 插板挑起曲拐毛坯更方便。插板板身后端設(shè)有向兩側(cè)突起，兩直立擋板分別插裝在L形下砧的對(duì)稱插槽內(nèi)，該突起分別抵靠在兩直立擋板上。 2)設(shè)計(jì)模具各部分的配合及使用方法整套精整模具的配合使用方法為在精整工序中，首先將L形下砧放置在水壓機(jī)操作空間內(nèi)，根據(jù)彎曲后曲拐毛坯曲柄銷部分的厚度和插板板身的長(zhǎng)度計(jì)算直立擋板在L形下石彌槽內(nèi)的擺放位置，將直立擋板放入L形下砧的插槽內(nèi)，使 用楔鐵填充L形下砧的插槽和直立插板之間的空隙，然后利用插板將彎曲后的曲 拐毛坯挑起，放置在L形下砧上，使曲拐毛坯的曲柄銷一端抵在L形下砧的直立 部分上，并使插板板身末端兩側(cè)突起部分抵在直立擋^il，最后使用上平砧從曲 拐的曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠，直到兩曲臂平行。抽出插板時(shí)， 使用操縱手夾住插板的!艦端旋轉(zhuǎn)90°，用上下平砧夾住毛坯的曲柄銷端，然后 將掛在天車上的鏈條掛在插板的fWGi，上下晃動(dòng)插板使其松動(dòng)，最后抽出插板 完成精整。本實(shí)用新型的有益效果是1、 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，使用該裝置對(duì)彎 曲后的曲拐毛坯進(jìn)行精整，能夠消除曲拐彎鍛精整過程中曲臂根部經(jīng)常出現(xiàn)的折 疊裂紋和材質(zhì)粘合缺陷。2、 本實(shí)用新型彎鍛精整裝置結(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)大型船用曲軸曲拐毛坯的彎鍛精整要求。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)公司的全部機(jī)型曲軸曲拐部件。


圖la-h為采用傳統(tǒng)精整模具和工藝對(duì)彎曲后的曲拐毛坯進(jìn)行精整過程示意 圖；圖la顯示的是彎曲后的曲拐毛坯由于中心偏向曲柄銷一端，因此很難使毛坯在其中心線與水平線平行的狀態(tài)下平穩(wěn)itk擺放在下平砧上；圖lb為將B端曲臂 向下擺放在下平砧上；圖lc為用上平砧作用在T端曲臂的末端將毛坯開口壓?。?圖Id為將毛坯翻轉(zhuǎn)180°， T端曲臂向下，用同樣方法壓B端曲臂使開口進(jìn)一步減小，保持毛坯J^t稱，并使毛還在其中心線與水平線平行的狀態(tài)下能夠平穩(wěn) 土也擺放在下平砧上;圖le為插入插板，使插板中心線、曲拐毛坯中心線與水平線 平行；圖lf為使用上平砧從曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠；圖lg 為壓至曲拐毛坯兩支曲臂平行后的狀態(tài);圖lh為傳統(tǒng)精整模具和工藝得到的最終 成形的曲拐毛坯。圖2a-b為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為俯視圖，圖2b為主視圖。 圖3a-b為曲拐彎鍛精整裝置的L形下砧的皿示意圖；圖3a為主視圖，圖 3b為俯視圖。圖4a-b為曲拐彎鍛精整裝置的插板靴示意圖；圖4a為俯視圖，圖4b為主 視圖。圖5a-c為j頓該驢進(jìn)行精整的過程示意圖，圖5a為使用上平砧從毛坯的 曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠;圖5b為將毛坯兩曲臂壓至平行后的 狀態(tài)；圖5c為壓平兩曲臂后，使用操縱手夾住插板的fWE端旋轉(zhuǎn)90。，用上下平 砧夾住毛坯的曲柄銷端，然后將掛在天車上的鏈條掛在插板的鉗把上，上下晃動(dòng) 插板使其松動(dòng)，最后抽出插板完成精整。圖6為采用傳統(tǒng)精整模具及工藝計(jì)算機(jī)模擬得至啲網(wǎng)格圖。圖7為應(yīng)用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的模具及工藝計(jì)^fi，^m尋到的網(wǎng)格圖。圖中，1—上平砧；2—毛坯；3—下平砧；4—插板；5—L形下砧；6—直立 部分；7—插槽；8—底座；9一板身；10—鉗把；11—圓弧形；12—突起；13—操 縱手；14—直立擋板；15—楔鐵；16—鏈條；17—折疊裂紋；18—空隙；19一缺 陷；20~曲柄銷；21—曲臂。具體實(shí)駄式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本實(shí)用新型。參照?qǐng)D2a-b，整套精整模具設(shè)有L形下砧5、直立擋板14、插板4，直立擋 板14插裝在L形下砧5的兩側(cè)對(duì)稱插槽7內(nèi)，用于精整曲拐毛坯2的插板4與 直立擋板14卡接。(1) L形下砧5的結(jié)構(gòu)如圖3a-b所示，L形下 占5由底座8、直立部分6、插槽7構(gòu)成，底座8和 直立部分6—體構(gòu)成L形結(jié)構(gòu)，底座8上開設(shè)插槽7。精整時(shí)，曲拐毛坯2的曲柄銷一端抵靠在L形下砧5的直立部分6上， 一曲臂抵在L形下砧5的底座8上。(2) 直立擋板14的結(jié)構(gòu)直立擋板14為長(zhǎng)方形，厚度約為L(zhǎng)形下砧底座8上的插槽7寬度的2/3，高 度與L形下砧5高度一致，L形下砧的插槽7和直立插板14之間的空隙M^鐵 15填充。(3) 插板4的結(jié)構(gòu)如圖4a-b所示，插板4由插板板身9、插板牽鵬10連接構(gòu)成，插板前端為 圓弧形ll，可保證精整過程曲柄銷部位的圓柱區(qū)^f鄉(xiāng)沃，并使得用插板扭跑曲拐 毛坯更方便，插板板身后端設(shè)有向兩側(cè)魏12，兩直立擋板14分別插裝在L形 下砧的對(duì)稱插槽7內(nèi)，該突起抵靠在直立擋板14上，用于阻擋精整過程中由于毛 坯2擠ffit成插板4的向后退讓。(4) 模具各部分的配合及^ffl方法如圖5a-c所示，整套精整模具的配合使用方法為在精整工序中，首先將L 形下砧5放置在7jC壓TO作空間內(nèi)，根據(jù)彎曲后曲拐毛坯2曲柄銷部分的厚度和 插板板身9的長(zhǎng)度計(jì)算直立擋板14在L形下砧插槽7內(nèi)的擺放位置，將直立擋 板14放入L形下砧的插槽7內(nèi)，使用楔鐵15填充L形下砧的插槽7和直立擋板 14之間的空隙，然后利用插板4將彎曲后的曲拐毛坯2挑起，放置在L形下砧5 上，使曲拐毛坯2的曲柄銷一端抵在L形下砧的直立部分6上，并使插板板身9 糊兩側(cè)突起12抵在直立擋板14上，最后使用上平砧1從曲柄銷端向曲臂端逐 漸將兩曲臂向插板4壓靠，直到兩曲臂平行。抽出插板4時(shí)，使用操縱手13夾住 插板的IWE 10旋轉(zhuǎn)90°，用上平砧1和下平砧3夾住曲拐毛坯2的曲柄銷端，然 后將掛在天車上的鏈條16掛在插板的鉗把10上，上下晃動(dòng)插板4使其松動(dòng)，最 后抽出插板4完皿整。實(shí)施伊Jl本實(shí)施例的l^零件為1 4比例的MAN B&W專利公司的S60MC-C型號(hào) 曲軸曲拐，坯料材質(zhì)為35號(hào)鋼，毛坯重260kg，坯料加熱,為12(XrC，模具選 用材質(zhì)為45號(hào)鋼。在電液錘上完成彎曲和精整過程。魏例2本實(shí)施例的鍛造零件為MANB&W專利公司的S60MC-C型號(hào)曲軸曲拐，坯 料材質(zhì)為S34MnV，毛坯重18t，坯料加熱溫度為125CTC ，模具選用材質(zhì)為35CrMo。 精整時(shí)水壓杉L上平砧壓下速度約為20mm/s，鍛件變形后的計(jì)算杉L模擬結(jié)果如圖7 所示。由圖可見，應(yīng)用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的模具及工藝得到的曲拐毛坯成形質(zhì)量良好，兩曲臂根部無折疊裂紋和材質(zhì)粘合缺陷出現(xiàn)。 比較例圖6為采用傳統(tǒng)精整模具及工藝計(jì)靴模擬得到的網(wǎng)格圖。該工藝的設(shè)計(jì)缺點(diǎn)是1) 將B端曲臂向下擺放在下平砧上，用上平砧壓T端曲臂的末端使毛坯開 口減小，這將使T端曲臂僅以該曲臂的根部為軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)過程中該曲臂根部?jī)?nèi) 表面面積急劇減小，形成折疊裂紋17，該折疊裂紋缺陷在后續(xù)插入插板后的平整 過禾呈中無t去消除，影響曲臂根部的,質(zhì)量，甚至^it成曲臂根部加工余量不足。2) 在將曲拐毛坯開口壓小后，曲拐內(nèi)開檔材質(zhì)發(fā)生堆積，內(nèi)開檔尺寸減小， 此時(shí)插入插板，插板前端已，歡隹與曲拐內(nèi)開檔中心區(qū)域接觸，這樣就在插板前端 與曲拐內(nèi)開檔根部之間形成空隙18，在上下平砧的擠壓作用下，空隙上下部分金 屬很容易粘合在一起，由于毛坯表面存在很厚的氧化皮，這種粘合不是冶金焊合， 而只是該區(qū)域多余材質(zhì)的堆積與重疊，從而在壓合或粘合后的曲拐毛坯內(nèi)開檔中 部形成類4以折疊裂紋的缺陷19，給后續(xù)機(jī)加工增加很大難度。3) 從毛坯的解剖結(jié)果上看，應(yīng)用該工藝得到的毛坯內(nèi)開檔根部出現(xiàn)折疊裂紋 和材質(zhì)粘合的現(xiàn)象，裂紋向前擴(kuò)展導(dǎo)致局部加工余量不足，造成毛坯報(bào)廢。
權(quán)利要求1、 一種大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于整套精整模具設(shè)有L 形下砧、直立擋板、插板，直立擋板插裝在L形下砧的插槽內(nèi)，用于精整曲拐毛 坯的插板與直立擋板卡接。
2、 按照權(quán)利要求l所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于L形下砧設(shè)底座、直立部分、插槽，底座和直立部分一體構(gòu)成L形結(jié)構(gòu)，底座上開設(shè)插槽。
3、 按照權(quán)利要求2所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于曲拐毛坯的曲柄銷一端抵靠在L形下砧的直立部分上， 一曲臂抵在L形下砧的底座上。
4、 按照權(quán)利要求l所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于插板為插板板身、插板鉗 ra接構(gòu)成，插板前端為圓弧形，插板板身后端設(shè)有向兩側(cè)突起，兩直立擋板分別插裝在L形下砧的X訴爾插槽內(nèi)，該突起分別抵靠在兩直立擋板上。
5、 按照權(quán)利要求l所述的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于直 立擋板為長(zhǎng)方形，厚度為L(zhǎng)形下砧底座上的插槽寬度的2/3，高度與L形下砧高度一致。
6、 按照權(quán)禾腰求5戶脫的大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置，其特征在于L 形下砧的插槽和直立插板之間的空隙通過楔鐵填充。
專利摘要本實(shí)用新型屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說就是大型船用曲軸曲拐彎鍛精整裝置。整套精整模具設(shè)有L形下砧、直立擋板、插板，直立擋板插裝在L形下砧的插槽內(nèi)，用于精整曲拐毛坯的插板與直立擋板卡接。在精整工序中，首先將直立擋板放入L形下砧的插槽內(nèi)，使用楔鐵填充L形下砧的插槽和直立插板之間的空隙，然后利用插板將彎曲后的曲拐毛坯挑起，放置在L形下砧上，使曲拐毛坯的曲柄銷一端抵在L形下砧的直立部分上，并使插板板身末端兩側(cè)突起部分抵在直立擋板上，最后使用上平砧從曲柄銷端向曲臂端逐漸將兩曲臂向插板壓靠，直到兩曲臂平行并最終成形。本實(shí)用新型能夠消除曲拐彎鍛精整過程中曲臂根部經(jīng)常出現(xiàn)的折疊裂紋和材質(zhì)粘合缺陷。
文檔編號(hào)B21J5/02GK201154385SQ200720185329
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28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