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摘要:曲轴零件的质量影响着发动机的使用效果。曲轴锻造过程中需要对锻造温度进行控制，提高曲轴的加工生产效率。在分析曲轴锻造工艺方案和曲轴模锻加工过程的基础上，利用Deform－3D对曲轴模锻进行模拟分析，通过设置模拟初始条件和模拟参数，从曲轴成形行程载荷、成形过程等效应变、成形速度等三方面得出模拟结果，该成形方案曲轴成形效果良好，并设计了模锻图，为曲轴的实际生产提供了参考。
关键词:曲轴;锻造成形工艺;模具设计
曲轴在发动机中承受巨大的工作载荷，由于工作环境恶劣及复杂的结构特点，使得曲轴较难加工制造。锻造曲轴噪音小、震动小、摩擦磨损小，在市场中运用广泛。通过对曲轴在锻造过程中金属变形状态以及应力、应变分布规律、行程载荷、成形速度进行分析，确定了曲轴锻造成形工艺方案，设计了曲轴锻造模具，为曲轴的实际生产提供了参考。
1曲轴锻造工艺方案的确定
本研究中的四拐曲轴，整体尺寸长367mm，宽115mm，平衡块高109mm，板宽10mm，拔模斜度2.5°。材料为49MnVS3，组织结构稳定，质地均匀，硬度高，使用效果好，与调质钢相比，价格低廉。曲轴三维模型如图1所示。
1.1热锻件图尺寸的确定
热锻件图是模锻锻件设计、制造、检验、生产的重要参考资料，是用来设计对应模具的专用图。
1.2毛坯尺寸的确定
生产中常用圆钢做毛坯，曲轴材料的利用率为70%～75%，曲轴体积为916.4cm2，零件重6.86kg，以74%计算。则实际毛坯体积为1238.4cm2，质量为9.27kg，初步选择Φ85mm×380mm的坯料。
2数值模拟分析
2.1模拟初始条件的设定
加热方式:一次加热。锻造温度1150℃，模具温度300℃。材料属性:刚粘塑性。摩擦类型:剪切。
2.2模拟参数设置
坯料规格Φ85mm×380mm，网格划分80000个，坯料为塑性，模具为刚性，剪切摩擦系数设置为0.3，不考虑热传递，模拟步长为0.3mm。
2.3模拟结果
2.3.1曲轴成形行程载荷分析
从中可看出挤压的大体趋势。随着刚开始上下模具与坯料接触，载荷缓慢增加，坯料的内应力和挤压所需载荷缓慢增加。接触面积越来越大，坯料金属向模腔中流动，载荷增加加快。由于曲轴结构特点，坯料受到模具限制，平衡块开始填充，载荷迅速增加，当坯料充满型腔时，载荷达到最大。可以看出，最大载荷为6.54×10N。2.3.2成形过程的等效应变分析图3为曲轴成形过程的等效应变图。可以看出，在模锻压力机的工作下，曲轴的等效应变较为均匀，等效应变较小，材料容易变形，在该锻压机下成形的锻件曲轴整体内部应力应变较小，曲轴成形质量较好，没有产生折叠缺陷，能获得组织均匀的曲轴锻件。
2.3.3成形速度分析
圆柱坯料在锻造时坯料边缘较易变形产生飞边，成形速度较快。随着压力机继续工作，将坯料充满模膛，型腔周围的金属不会受到限制，在锻造过程中仅被压扁，成形速度也相对较快。由于金属在锻造填充型腔过程中受型腔结构的影响，使金属流动受到限制，故型腔成形部分连杆轴颈及曲柄臂金属变形速度相对缓慢，符合曲轴成形过程中的金属流动变化情况。
3锻模设计
根据模锻分析，可以看出该成形方案成形曲轴效果良好，据此设计出图5所示的锻造模具。
4结论
通过对曲轴锻造工艺方案进行分析，采用Deform－3D软件对曲轴的锻造过程进行了模拟研究。模拟分析了模锻过程中坯料的填充情况，研究了应变分布规律、曲轴成形速度以及行程载荷等内容，切实保证了曲轴锻造生产的质量。最后设计出了曲轴模锻模具，为其他同类曲轴锻件锻造模拟及生产提供了理论依据。
作者:刘竞成 单位:安徽省瀚海新材料股份有限公司