摩托车曲柄的精密楔横轧制坯工艺

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1、摩托车曲柄的精密楔横轧制坯工艺　徐春国　任广升　李兴国　张松云摘要　讨论了采用楔横轧精密制坯，摩擦压力机精密模锻成形生产摩托车曲柄的新工艺，此工艺具有生产效率高、锻件质量好、节材等诸多优点，值得在该领域推广应用。关键词　楔横轧　精密锻造　曲柄Precisioncross-wedgerollingpreformingprocessformotorcyclecrankBeijingResearchInstituteofM/ETechnology　XuChunguo　RenGuangshengQingdaoTianhongPre

2、ciseforgingCo.Ltd　LiXinguo　ZhangSongyunAbstract　Anovelprocessonformingcrankofmotorcyclewasdiscussed,preformingbycross-wedgerollingandprecisionforgingonfrictionscrewpress.Theprocesshasmanyadvantages,suchashighefficiency,goodqualityandsavingmaterialetc.Itisworthtobe

3、ingexpandedinrelativefield.Keywords　Cross-wedgerolling　Precisionforging　Crank一、前言　　近年来，我国摩托车行业获得了长足的发展，1996年摩托车产量已达1000万辆，成为世界上最大摩托车生产国。曲柄是摩托车发动机内的关键传动部件，对其性能要求较高，只有采用锻造的方法，才能满足其性能要求。　　旧的曲柄生产工艺多为：火焰炉加热、空气锤手工制坯、摩擦压力机成形。由于采用空气锤手工制坯，普遍存在生产效率低、锻件质量不容易保证、工人劳动强度大等缺点，难以满

4、足当前行业的需求，迫切需要一种新的高效生产工艺提供高质量的锻坯。　　楔横轧是高效成形精密阶梯轴类件的新工艺，与传统模锻相比，生产率是传统模锻的2～5倍，材料利用率提高10%～35%，模具寿命提高10倍以上。自60年代兴起以来，经过众多学者的研究与生产厂家的应用，其技术已日臻完善，近年来在汽车、摩托车、内燃机等行业得到了广泛的应用，显示出了综合技术经济优越性。二、楔横轧精密制坯工艺设计　　摩托车曲柄的规格很多，本文以TB50曲柄为例，讨论其成形过程及设计技术。根据TB50曲柄的锻件图(如图1所示)，经体积计算设计如图2的楔横

5、轧毛坯图。由于楔横轧工艺可以有较高的精度，杆部可以由楔横轧直接成形，头部由模锻成形，从而可以大大提高材料利用率。　　该楔横轧工艺采用一模两件轧制，这样可以保证轧制具有良好的工艺性，且有较高的生产效率。图1　曲柄锻件图图2　曲柄楔横轧毛坯图　　轧件最大的断面缩减率为η＝1-(d／D)2＝1-(16.5／40)2＝83%，已超过楔横轧工艺的一次轧制的极限断面缩减率75%，故应分两次轧制。第一次轧制后的中间直径取Φ28，其断面缩减率为51%，第二次轧制分别成形Φ23处圆柱部分(断面缩减率为33%)和Φ16.5处的圆锥部分(33%

6、～65%)。由于左右曲柄利用一副模具生产，故楔横轧模具为非对称模具。第一次轧制Φ28段时可以采用对称轧制，第二次轧制时采用不同的成形角以平衡轴向力，利用楔入分料点偏置的方法保证左右变形的同步。楔横轧制坯模具简图如图3所示。　　考虑到左边的瞬时压下量大于右边的瞬时压下量，所以两边采用不同的成形角以平衡轴向力，左边的成形角取28°，右边的成形角取30°。图3　楔横轧模具简图　　在楔横轧工艺设计中，如果采用两次轧制工艺，必然在第一次轧制的基圆与第二次轧制的基圆间存在一过渡台肩。台肩设计不合理，可能会使此台肩对第一次轧制时留下的头

7、部造成挤压，从而在头部和杆部联接处产生折叠。如果折叠严重，会使模锻时在该部位产生折叠缺陷，形成废品。因此，这一台肩的正确设计可以确保在轧制过程中此台肩与头部不发生干涉。　　台肩的设计(图4)原则为台肩的展宽量应与第二次楔展量相协调。由于楔入段的展宽效果不明显，故可忽略此段的影响。这一台肩的起点从展宽起点对应的A点开始。在某一瞬时位置：图4　二次轧制时过渡台肩的设计　　　　由于　dy＝dx.cotβx　　　　积分可得：　　忽略第二项，可以认为展宽线为直线，从而可以导出，　　当第二次轧制时工件的中间形状为贺柱时,有:　　　　就

8、是说当第二次轧制工件的中间形状为圆柱体时，展宽线为一斜率为cotβ的直线，两基圆件的过渡台肩为以为斜率的直线，为第二次轧制的断面缩减率。　　在实际的模具设计中，上述的计算方法可能导致模具加工困难，因此为保证模具具有良好的机加性，只要使台肩的斜率小于计算的斜率即可。三、经济技术分析　　楔横轧成形的锻件精度