基于Pro/E的曲轴锻造工艺及模具设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)长春职业技术学院 作者:王敬艳

  分析了曲轴的结构和工艺特点,使用Pro/E软件进行了133型汽车曲轴的锻造工艺和模具结构的设计。该研究提高了生产效率,节省了材料,降低了生产成本。这能为同类曲轴锻模的设计提供理论依据。

  在内燃机中,曲轴是承受冲击载荷、传递动力和转矩的关键零件。与内燃机的其他主要零件如机体、缸盖、连杆、凸轮轴等相比,曲轴零件在加工中也更加难以保证精度和质量。在使用过程中,因为曲轴随载荷不断变化,在高速运转中既要承受交变的应力,还要传递较大的扭矩,一旦损坏时,就会造成较为严重的事故。所以,对曲轴的生产,从材质的选择、加工方法、精度、热处理以及表面强化、动平衡等各个方面的要求都要十分严格。因此,不断改进曲轴的加工工艺和模具制造方法,最大程度上提高曲轴的寿命,具有非常重要的现实意义。

  本文主要借助于Pro/E 这一大型的CAD/CAM/CAE 集成软件讨论某微型车上所用的133 曲轴的锻造工艺和模具设计方法。

1、曲轴锻造工艺概述

  成形曲轴毛坯的方法有很多,具体根据曲轴零件的结构、大小、选用材料以及生产的批量、制造设备条件等因素来决定。无论整体式曲轴、曲柄组合式、半组合式等,零件毛坯的生产都是以锻造或铸造为主。一般说来,铸造可以得到形状较为复杂的曲轴,但是铸造曲轴在内部组织以及力学性能等都难以和锻造成形的曲轴相提并论。所以,要想得到强度高、使用寿命长的曲轴,选择锻造方式是必须的。其中采用热模锻压力机进行锻造是应用最为广泛的一种,因为这种手段能够节省材料和加工时间,有效提高曲轴的质量。

  广泛应用于桑塔纳汽车发动机的133曲轴,材料为49MnVS3。它是一种非调质钢,由于其中含有较高的硫,组织结构较为稳定,硬度也十分均匀,而表面的硬度差别却很小,能够有效地改善切削加工性能,提高生产效率,延长切削刀具的寿命,大大降低加工成本。

  133曲轴是一种形状较为复杂的四拐曲轴,带4个平衡块,机械加工后的零件形状及主要尺寸如图1。

133 曲轴的三维模型图

图1 133 曲轴的三维模型图

  这种曲轴适宜采用水平分模。由于其中的4个平衡块都不需要机加工,需要机加工的位置只有连杆颈、主轴颈和大小头的台阶轴等部位。但由于曲轴的锻造精度要求高,一般上下模的对称度要求臆0.3mm,甚至更高,所以锻造难度比较大。

  由于大部分曲轴形状较为复杂,自成体系,在制造上和其他锻件的生产有着很大的区别,如果采用人工计算、设计曲轴锻件和锻模的方法,难度大、工序多,已经不能满足设计精度要求和市场的要求。特别是因为当前的生产不断向着高复杂、高精密、多品种以及设计制造的短周期方向发展,锻模CAD/CAM 技术越来越受到了重视和应用。本文采用Pro/E软件对133 曲轴的锻模进行设计。

4、结论

  由于曲轴结构的复杂性,在锻模制造上也具有一定的特殊性。借助于Pro/E设计加工平台,不仅能够很方便地进行产品的造型,还能很方便地进行加工和制造。使用Pro/E 对以上曲轴锻模进行造型并进行数控加工,大大缩短了生产工期,在模具产品的质量上也有了相当大的提高,对于提高数控加工水平和生产效率具有十分重要的意义。

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