文／林棟，劉朝暉，林鵬飛，王建科·天潤曲軸股份有限公司

TR鐓鍛
——曲軸塌角缺陷解決方案

文／林棟，劉朝暉，林鵬飛，王建科·天潤曲軸股份有限公司

在當(dāng)今技術(shù)條件下，大型船用曲軸一般要求采用全纖維成形的RR、TR法鍛造，工藝流程都是采用局部加熱單拐棒料，完成單個曲拐的成形，再依據(jù)成形后的曲拐定位進(jìn)行相鄰曲拐成形，最終完成整支曲軸的生產(chǎn)。

我公司使用TR鐓鍛進(jìn)行船用曲軸的生產(chǎn)。在最初生產(chǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)曲柄平衡鐵塌角較為常見，不易控制，如果塌角缺陷過于嚴(yán)重將會造成曲柄平衡鐵邊角的加工余量不足而導(dǎo)致整支曲軸報(bào)廢。

造成曲柄塌角的主要原因

造成曲柄塌角主要有以下幾個方面原因：

⑴曲柄平面過高，與所使用原材料直徑不匹配，在錯拐完成后，用于成形曲柄平面的余料不足，造成曲柄徑向塌角。成形面與主軸高度差越大，塌角越明顯。如我公司生產(chǎn)的一支曲軸，棒料直徑φ240mm，主軸徑為φ218mm，但曲柄平面與主軸徑相對高度差達(dá)到32mm，極易出現(xiàn)曲柄塌角缺陷。

⑵我公司使用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行棒料加熱，與天然氣加熱爐的區(qū)別在于感應(yīng)加熱爐膛兩端通透，空氣流通散熱嚴(yán)重。如圖1所示，待加熱棒料邊緣靠在第一匝加熱線圈上，在加熱過程中，成形棒料邊緣距離爐膛外端面太近，散熱過快，造成邊角溫度過低；加之成形時棒料邊緣與模具接觸、換熱導(dǎo)致溫度急劇下降，造成金屬成形凝滯，從而增加塌角缺陷出現(xiàn)的幾率。

⑶壓力機(jī)下壓速度快，棒料成形時間短，保壓時間不足。壓機(jī)滑塊下壓速度直接影響了金屬流動充分與否，棒料沒有足夠的時間向上流動填充，即被錯拐產(chǎn)生的下壓慣性帶動向下流動，過多的原料向連桿頸部位流動，產(chǎn)生飛邊，再者保壓時間短，金屬流動更不充分使曲柄平面原料不足，加劇塌角缺陷。

解決塌角問題的方法

⑴優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。

我們過去僅按照成品圖紙的曲柄輪廓均勻的設(shè)置加工量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對于個別型號曲軸經(jīng)常出現(xiàn)曲柄上平面塌角缺陷，極易導(dǎo)致廢品的產(chǎn)生。

通過研究我們發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)加大鍛件頂部平面寬度，釋放頂部空間，在成形過程中，金屬更容易向上部流動，使邊角成形更流暢。我們優(yōu)化了曲柄外型，將圖1中A尺寸單邊擴(kuò)張W，并通過專業(yè)軟件模擬優(yōu)化，最終達(dá)到理想效果。而且通過這一方案的設(shè)計(jì)，可以極大減少曲柄徑向加工量，提高材料利用率。優(yōu)化后的曲柄外型及成形實(shí)驗(yàn)狀態(tài)見圖2。

圖1 原設(shè)計(jì)方案及曲柄成形

圖2 優(yōu)化方案及曲柄成形

圖3 加熱工藝前后對比

⑵通過保證邊角加熱溫度，達(dá)到解決塌角的目的。

經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，我們最終確定了三種保證棒料邊緣溫度的方案。

①開始加熱前，對棒料近爐膛端面邊緣進(jìn)行保溫棉包裹，厚度約5mm。用于減弱加熱過程中棒料邊緣的熱量流失。

②調(diào)整棒料在爐膛中的加熱位置。我們將棒料與爐膛的相對位置進(jìn)行了調(diào)整，使棒料邊緣盡可能的深入到爐膛中，減少散熱。如圖3所示。

③通過更改線圈匝數(shù)，即第一匝線圈要長出棒料邊緣約60～80mm，加熱區(qū)域一直延伸至相鄰主軸區(qū)域，減弱成形棒料邊緣的熱交換。

通過這些措施，可以保證棒料邊緣溫度與中部溫度差在30℃以內(nèi)。從而消除溫度問題形成的塌角缺陷。

⑶優(yōu)化鍛造工藝，解決塌角缺陷。

通過對材料成形數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壓機(jī)下壓速度較為緩慢，材料塑性變形過程耗時長，給金屬流動留取充足的時間，曲柄上平面塌角缺陷都會有所減弱。當(dāng)保壓時間（模具徹底閉合后且壓機(jī)持續(xù)加壓的時間）達(dá)到20s以上時，曲柄上平面成形更加完美。

因此我們得出結(jié)論，適當(dāng)放緩材料塑性成形消耗時間，以及適當(dāng)延長保壓時間可得到更好的成形效果。但為了不影響模具使用壽命保壓時間不宜超過25s。

結(jié)束語

船用曲軸體積大，單支產(chǎn)品價(jià)格昂貴。如果產(chǎn)生廢品，會給公司造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。我們通過解決TR鐓鍛塌角缺陷，極大降低了曲軸鍛件的廢品率，節(jié)省了資源，提高了我公司在船用曲軸制造方面的競爭力。我公司于2014年引進(jìn)和調(diào)試完成進(jìn)口鐓鍛設(shè)備，技術(shù)層面不斷革新，力爭站在高起點(diǎn)與國內(nèi)外公司在競爭中共同進(jìn)步。