本發(fā)明涉及一種中小型曲軸彎曲模鍛成形方法及模具。

背景技術(shù)：

曲軸是內(nèi)燃機中的重要零件之一,是承受沖擊載荷傳遞動力的關(guān)鍵零件。在內(nèi)燃機五大件(機體、缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸)中是最難以保證加工質(zhì)量的零件。目前全纖維曲軸是一種較為先進的加工方法，它是指坯料經(jīng)過鍛造成形后，曲軸的金屬纖維流向不會被切斷，最大限度的保持了金屬纖維的完整性，經(jīng)機加工后曲軸的金屬纖維連續(xù)完整，金屬纖維的形狀和曲軸外形結(jié)構(gòu)吻合?，F(xiàn)階段多采用模鍛、rr法和tr法來成形全纖維中小型曲軸。模鍛時由于各曲拐同時成形，使分模面上飛邊較多，造成嚴重的材料浪費。rr法由于其采用的是兩斜面裝置，致使液壓機轉(zhuǎn)換成水平鐓粗力的效率不高，且水平力鐓粗力保持不變，對液壓機利用率極低，存在著能源浪費問題。tr法在rr法基礎(chǔ)上用軸桿結(jié)構(gòu)代替雙斜面結(jié)構(gòu)，在壓機轉(zhuǎn)化效率上有所提高但仍存在這能源浪費問題。因此，研究一種新的中小形曲軸成形方法及工裝對提高曲軸的成形質(zhì)量和工作效率有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能減少加工工序，提高壓機利用率，節(jié)約能源，提高成型件質(zhì)量的全纖維曲軸多向模鍛方法及模具。

一、成型模具如下：

本發(fā)明的模具主要包括上模、壓緊模、下模和定位模。其中，上模主要包括上模板、上彎曲模、上導(dǎo)軌、上墊板、上鑲塊及上鐓粗模。矩形上模板，其中心設(shè)有矩形通孔，該通孔內(nèi)插有豎直的截面呈矩形的上彎曲模，該上彎曲模頂端可固定在壓力機上沖頭上，下端為可卡在被加工軸上并且直徑與其相同的半圓槽形凸塊，該凸塊隨上彎曲模向下運動，最終與下彎曲模接觸。上模板下面前后兩側(cè)分別通過緊固件固定兩條與上模板前后面平行的導(dǎo)軌，該兩導(dǎo)軌截面近似為直角梯形，并且兩導(dǎo)軌的斜面相對并以模具的中心面為對稱。在上模板下面設(shè)有可減小開合模阻力及磨損并容易更換的上墊板，在上墊板的下面設(shè)有左右兩個以模具左右中心面為對稱的上鑲塊即左上鑲塊和右上鑲塊，兩者朝向上彎曲模的一側(cè)中部分別設(shè)與上彎曲模對應(yīng)的凹槽并與之相鄰，其余部分兩者相鄰，每個鑲塊的相鄰部分各設(shè)兩個與導(dǎo)軌平行的槽孔，最好以上彎曲模為對稱，并且上左鑲塊上的兩槽孔與上右鑲塊上的兩槽孔開口相對且同軸線，所述槽孔深度均相等且兩槽孔深度之和大于鑲塊開模行程，在相對的兩槽孔內(nèi)設(shè)一根長度與兩槽孔深度之和相同的導(dǎo)柱，在導(dǎo)柱與槽孔之間設(shè)一根彈簧。當(dāng)壓力機工作時，導(dǎo)柱可為左右鑲塊及左右鐓粗模導(dǎo)向，當(dāng)開模時，壓力機回程，左右鑲塊在彈簧力作用下帶動左右鐓粗模開模。兩上鑲塊朝向前面的一側(cè)上部和朝向后面的一側(cè)上部分別設(shè)有與前、后上導(dǎo)軌斜面對應(yīng)的凹槽，使每個鑲塊的前后均與導(dǎo)軌接觸，以便在成形過程中沿導(dǎo)軌滑動；兩上鑲塊前后下面部分別與前、后壓緊模的上半部分相鄰。所述左上鑲塊和右上鑲塊的底面分別固定有左、右上鐓粗模，最好左、右上鑲塊底面設(shè)開口槽，其分別與下面的左、右上鐓粗模頂面的凸塊相對應(yīng)，定位后由緊固件連接。左、右上鐓粗模向內(nèi)的一側(cè)分別與上彎曲模相鄰，它們向外的一側(cè)為進料腔另一側(cè)為出料腔。左、右上鐓粗模底面設(shè)直徑與被加工曲軸直徑對應(yīng)的下開口半圓槽，其分別與左、右下鐓粗模頂面相對，合模后形成一個圓柱形型腔。與上模相對的下模，其結(jié)構(gòu)基本與上模相同，主要包括下模板、下彎曲模、下導(dǎo)軌、下墊板、下鑲塊及下鐓粗模。其中，設(shè)在壓力機工作臺上的下模板，其中心設(shè)有上開口矩形凹槽，凹槽內(nèi)置有豎直的下彎曲模的下端，并由設(shè)在下模板上的連接塊將下彎曲模固定在下模板上。該下彎曲模上端也設(shè)有可卡在被加工軸上并且直徑與其相同的半圓槽形凸塊，其與上彎曲模下端的凸塊合模，所夾部分則為曲軸的一個曲拐。在下模板上面設(shè)有下墊板，在下墊板的上面設(shè)有左右兩個下鑲塊即左下鑲塊和右下鑲塊，兩者朝向下彎曲模的一側(cè)中部分別設(shè)與下彎曲模對應(yīng)的凹槽并與之相鄰，其余部分兩者相鄰，每個鑲塊的相鄰部分各設(shè)兩個與導(dǎo)軌平行的槽孔，最好以下彎曲模為對稱，并且下左鑲塊上的兩槽孔與下右鑲塊上的兩槽孔開口相對且同軸線，所述槽孔深度均相等且兩槽孔深度之和大于鑲塊開模行程，在相對的兩槽孔內(nèi)設(shè)一根長度與兩槽孔深度之和相同的導(dǎo)柱，在導(dǎo)柱與槽孔之間設(shè)一根彈簧。兩下鑲塊朝向前面的一側(cè)下部和朝向后面的一側(cè)下部分別設(shè)有與前、后下導(dǎo)軌斜面對應(yīng)的凹槽，上部分別與前、后壓緊模的下半部分相鄰。所述左下鑲塊和右下鑲塊的頂面分別固定有左、右下鐓粗模，最好左、右下鑲塊模頂面設(shè)開口槽，其分別與上面的左、右下鐓粗模底面的凸塊相對應(yīng)，定位后由緊固件連接。左、右下鐓粗模頂面設(shè)直徑與被加工曲軸直徑對應(yīng)的上開口半圓槽。左、右下鐓粗模向內(nèi)的一側(cè)分別與下彎曲模相鄰，它們向外的一側(cè)為進料腔另一側(cè)為出料腔。

在上、下鐓粗模出料腔設(shè)有卡住成形后曲拐的定位模，該定位模通過固定板固定在左下鑲塊端部，其中部有一個與鐓粗模半圓槽同軸線且相同的上開口凹槽，其一側(cè)頂面與半圓槽的軸線平齊，另一側(cè)頂面高于該頂面，并且由半圓槽口高頂面中間部分由斜面相連，斜面兩側(cè)由弧面相連。

所述設(shè)在上、下模前后兩側(cè)的兩個壓緊模為扁立方體，其前壓緊模上端面與前上導(dǎo)軌底面相鄰，前壓緊模下端面與前下導(dǎo)軌頂面相鄰，同理，其后壓緊模上端面與后上導(dǎo)軌底面相鄰，后壓緊模下端面與后下導(dǎo)軌頂面相鄰。前后壓緊模朝外的端面中部均設(shè)有與多向模鍛壓機的兩個水平?jīng)_頭相連接用的槽孔，而朝內(nèi)的一側(cè)設(shè)以中心筋板為對稱的上、下兩個等腰梯形開口槽，且開口長度大于槽底長度。前壓緊模中心筋板置于右上、下鑲塊之間對應(yīng)的凹槽內(nèi)，該前壓緊模上開口槽與右上鑲塊外側(cè)對應(yīng)，下開口槽與右下鑲塊外側(cè)對應(yīng)。同理，后壓緊模中心筋板置于左上下鑲塊之間對應(yīng)的凹槽內(nèi)，該后壓緊模上開口槽與左上鑲塊外側(cè)對應(yīng)，下開口槽與左下鑲塊外側(cè)對應(yīng)。

最好，在上模板左、右端面中部設(shè)有向下延伸的左、右上定位塊，在下模板左右端面中部設(shè)有向上延伸的左、右下定位塊，用于為各鑲塊沿導(dǎo)軌滑動限位。

為減輕模具自身重量，最好上模、下模和壓緊模均采用中空加筋板結(jié)構(gòu)。

二、成型方法如下：

1、曲拐彎曲鐓粗成形時，先將所述彎曲成形模具放在所需噸位的壓力機工作臺上并將上彎曲模固定在多項模鍛壓機上沖頭上，再對坯料的成形部位進行加熱，然后驅(qū)動多向模鍛壓力機水平?jīng)_頭帶動壓緊模運動到規(guī)定的位置，完成模具的合模。

2、上彎曲模在多向模鍛壓機上沖頭的帶動下向下運動，對坯料進行彎曲。

3、與此同時，壓力機的兩個水平?jīng)_頭分別帶動前壓緊模和后壓緊模運動，前壓緊模利用其斜面，將力傳遞給左上鑲塊、右上鑲塊、左下鑲塊、右下鑲塊，后壓緊模同樣通過自身斜面將力作用到這四個鑲塊上。這樣便將多向模鍛壓機水平?jīng)_頭的運動轉(zhuǎn)化為鑲塊沿導(dǎo)軌方向的運動。各鐓粗模又分別固定在與其對應(yīng)的鑲塊上，各鑲塊的運動又帶動鐓粗模運動，從而完成坯料的鐓粗。坯料的彎曲和鐓粗兩個成形動作同時進行，這樣就完成了一個曲拐的成形。

4、壓力機回程，左上鑲塊和右上鑲塊依靠導(dǎo)柱上的彈簧的彈力，沿導(dǎo)軌分別滑動到左上定位塊和右上定位塊的位置，左下鑲塊和右下鑲塊的運動方式也與此相同。

5、將坯料已成形的一個曲拐向后移至定位模上卡住，再完成下一個要成形的曲拐位置和角度的定位。然后重復(fù)上面操作。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點：

1、成形工藝采用了多向模鍛工藝，多向模鍛壓機可以同時提供水平和垂直方向的壓力，且兩個方向力的大小和運動速度都是可以調(diào)節(jié)。坯料在成形曲拐時，其彎曲和鐓粗這兩個行程的速度我們就可以根據(jù)坯料的成形情況進行調(diào)節(jié)，不再受制于傳統(tǒng)曲軸生產(chǎn)工藝斜面裝置或者軸桿裝置的限制，既能保證曲拐一次彎曲成形，又保證了成型件質(zhì)量，提高了壓機的利用率，節(jié)約能源，從而大大提高了生產(chǎn)效率。

2、曲軸成形裝置和所采用的模具結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，生產(chǎn)成本低，加工容易，裝拆方便。

附圖說明

圖1是采用本發(fā)明方法和模具加工的曲軸主視示意圖；

圖2是采用本發(fā)明方法和模具加工的曲軸左視示意圖；

圖3是本發(fā)明模具的主視剖面示意簡圖；

圖4是圖3側(cè)視半剖示意簡圖；

圖5是帶后壓緊模水平中心剖面的下模俯視示意簡圖；

圖6是本發(fā)明上模板內(nèi)部所加筋板的主視示意圖；

圖7是本發(fā)明下模板內(nèi)部所加筋板的主視示意圖；

圖8是本發(fā)明壓緊模內(nèi)部所加筋板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明墊板的主視示意圖；

圖10是本發(fā)明定位模的主視示意圖；

圖11是本發(fā)明定位模的俯視示意圖。

其中：1為上模板，2為上墊板，3為左上鑲塊，4為左上鐓粗模，5為上彎曲模，6為右上鐓粗模,7為右上鑲塊，8為右上定位塊，9為后上導(dǎo)軌,10為后壓緊模，11為后下導(dǎo)軌,12為右下定位塊，13為下模板，14為右下鑲塊,15為右下鐓粗模，16為連接塊，17為下彎曲模，18為下墊板，19為左下鐓粗模，20為左下鑲塊，21為左下定位塊,22為固定板，23為定位模，24為左上定位塊，25為前上導(dǎo)軌，26為前壓緊模，27為前下導(dǎo)軌，28為導(dǎo)柱，29為彈簧。

具體實施方式

在圖3、圖4和圖5所示的全纖維曲軸多向模鍛模具的示意簡圖中，矩形上模板1，其中心設(shè)有矩形通孔，該通孔內(nèi)插有豎直的截面呈矩形的上彎曲模5，該上彎曲模頂端可固定在壓力機上沖頭上，下端為可卡在被加工軸上并且直徑與其相同的半圓槽形凸塊。上模板下面前后兩側(cè)分別通過緊固件固定兩條與上模板前后面平行的導(dǎo)軌9、25，該兩導(dǎo)軌截面近似為直角梯形，并且兩導(dǎo)軌的斜面相對并以模具的中心面為對稱。在上模板下面設(shè)有上墊板2，如圖9所示，在上墊板的下面設(shè)有左右兩個以模具左右中心面為對稱的上鑲塊即左上鑲塊3和右上鑲塊7，兩者朝向上彎曲模的一側(cè)中部分別設(shè)與上彎曲模對應(yīng)的凹槽并與之相鄰，其余部分兩者相鄰，每個鑲塊的相鄰部分各設(shè)兩個與導(dǎo)軌平行的槽孔，并以上彎曲模為對稱，并且上左鑲塊上的兩槽孔與上右鑲塊上的兩槽孔開口相對且同軸線，所述槽孔深度均相等且兩槽孔深度之和大于鑲塊開模行程，在相對的兩槽孔內(nèi)設(shè)一根長度與兩槽孔深度之和相同的導(dǎo)柱28，在導(dǎo)柱與槽孔之間設(shè)一根彈簧29。兩上鑲塊朝向前面的一側(cè)上部和朝向后面的一側(cè)上部分別設(shè)有與前、后上導(dǎo)軌斜面對應(yīng)的凹槽；兩上鑲塊前后下面部分別與前壓緊模26、后壓緊模10的上半部分相鄰。所述左上鑲塊和右上鑲塊的底面分別固定有左上鐓粗模4和右上鐓粗模6，即左、右上鐓粗模底面設(shè)開口槽，其分別與下面的左、右上鐓粗模頂面的凸塊相對應(yīng)，定位后由緊固件連接。左、右上鐓粗模向內(nèi)的一側(cè)分別與上彎曲模相鄰，它們向外的一側(cè)為進料腔另一側(cè)為出料腔。左、右上鐓粗模底面設(shè)直徑與被加工曲軸直徑對應(yīng)的下開口半圓槽，其分別與左、右下鐓粗模頂面相對，合模后形成一個圓柱形型腔。與上模相對的下模，其結(jié)構(gòu)基本與上模相同，其中，設(shè)在壓力機工作臺上的下模板13，其中心設(shè)有上開口矩形凹槽，凹槽內(nèi)置有豎直的下彎曲模17的下端，并由設(shè)在下模板上的連接塊16將下彎曲模固定在下模板上。該下彎曲模上端也設(shè)有可卡在被加工軸上并且直徑與其相同的半圓槽形凸塊，其與上彎曲模下端的凸塊合模，所夾部分則為曲軸的一個曲拐。在下模板上面設(shè)有下墊板18，在下墊板的上面設(shè)有左右兩個下鑲塊即左下鑲塊20和右下鑲塊14，兩者朝向下彎曲模的一側(cè)中部分別設(shè)與下彎曲模對應(yīng)的凹槽并與之相鄰，其余部分兩者相鄰，每個鑲塊的相鄰部分各設(shè)兩個與導(dǎo)軌平行的槽孔，并以下彎曲模為對稱，并且下左鑲塊上的兩槽孔與下右鑲塊上的兩槽孔開口相對且同軸線，所述槽孔深度均相等且兩槽孔深度之和大于鑲塊開模行程，在相對的兩槽孔內(nèi)設(shè)一根長度與兩槽孔深度之和相同的導(dǎo)柱，在導(dǎo)柱與槽孔之間設(shè)一根彈簧。兩下鑲塊朝向前面的一側(cè)下部和朝向后面的一側(cè)下部分別設(shè)有與前、后下導(dǎo)軌斜面對應(yīng)的凹槽，上部分別與前、后壓緊模的下半部分相鄰。所述左下鑲塊和右下鑲塊的頂面分別固定有左下鐓粗模19、右下鐓粗模15，即左、右下鑲塊頂面設(shè)開口槽，其分別與上面的左、右下鐓粗模底面的凸塊相對應(yīng)，定位后由緊固件連接。左、右下鐓粗模頂面設(shè)直徑與被加工曲軸直徑對應(yīng)的上開口半圓槽。左、右下鐓粗模向內(nèi)的一側(cè)分別與下彎曲模相鄰，它們向外的一側(cè)為進料腔另一側(cè)為出料腔。

在上、下鐓粗模出料腔設(shè)有卡住成形后曲拐的定位模23，如圖10和圖11所示，該定位模通過固定板22固定在左下鑲塊端部，其中部有一個與鐓粗模半圓槽同軸線且相同的上開口凹槽，其一側(cè)頂面與半圓槽的軸線平齊，另一側(cè)頂面高于該頂面，并且由半圓槽口高頂面中間部分由斜面相連，斜面兩側(cè)由弧面相連。

所述設(shè)在上、下模前后兩側(cè)的兩個壓緊模為扁立方體，其前壓緊模26上端面與前上導(dǎo)軌25底面相鄰，前壓緊模下端面與前下導(dǎo)軌27頂面相鄰，同理，其后壓緊模10上端面與后上導(dǎo)軌9底面相鄰，后壓緊模下端面與后下導(dǎo)軌11頂面相鄰。前后壓緊模朝外的端面中部均設(shè)有與多向模鍛壓機的兩個水平?jīng)_頭相連接用的槽孔，而朝內(nèi)的一側(cè)設(shè)以中心筋板為對稱的上、下兩個等腰梯形開口槽，且開口長度大于槽底長度。前壓緊模中心筋板置于右上、下鑲塊之間對應(yīng)的凹槽內(nèi)，該前壓緊模上開口槽與右上鑲塊外側(cè)對應(yīng)，下開口槽與右下鑲塊外側(cè)對應(yīng)。同理，后壓緊模中心筋板置于左上下鑲塊之間對應(yīng)的凹槽內(nèi)，該后壓緊模上開口槽與左上鑲塊外側(cè)對應(yīng)，下開口槽與左下鑲塊外側(cè)對應(yīng)。

另在上模板左、右端面中部設(shè)有向下延伸的左上定位塊24、右上定位塊8，在下模板左右端面中部設(shè)有向上延伸的左下定位塊21、右下定位塊12。

所述上模、下模和壓緊模均采用中空加筋板結(jié)構(gòu)，分別如圖6、圖7和圖8所示。

采用上述模具的成型方法如下：

曲拐彎曲鐓粗成形時，先將所述彎曲成形模具放在所需噸位的多向模鍛壓力機工作臺上并將上彎曲模5固定在多向模鍛壓力機上沖頭上，再對坯料的成形部位進行加熱，然后驅(qū)動多向模鍛壓力機水平?jīng)_頭帶動壓緊模運動到規(guī)定的位置，完成模具的合模。上彎曲模在上沖頭的帶動下向下運動，對坯料進行彎曲。與此同時，多向模鍛壓力機的兩個水平?jīng)_頭分別帶動前壓緊模26和后壓緊模10運動，前壓緊模利用其斜面，將力傳遞給左上鑲塊3、右上鑲塊7、左下鑲塊20、右下鑲塊14，后壓緊模10同樣通過自身斜面將力作用到這四個鑲塊上。這樣便將多向模鍛壓機水平?jīng)_頭的運動轉(zhuǎn)化為鑲塊沿導(dǎo)軌方向的運動。各鐓粗模又分別固定在與其對應(yīng)的鑲塊上，各鑲塊的運動又帶動鐓粗模運動，從而完成坯料的鐓粗。坯料的彎曲和鐓粗兩個成形動作同時進行，這樣就完成了一個曲拐的成形。之后壓力機回程，左上鑲塊3和右上鑲塊7依靠導(dǎo)柱28上的彈簧的彈力，沿導(dǎo)軌分別滑動到左上定位塊24和右上定位塊8的位置，左下鑲塊20和右下鑲塊14的運動方式也與此相同。之后將坯料已成形的一個曲拐向后移至定位模上卡住，再完成下一個要成形的曲拐位置和120°角度的定位。然后重復(fù)上面操作2次即得到有3個曲拐的曲軸，如圖1和圖2所示。