本發(fā)明屬于機(jī)械制造塑性加工領(lǐng)域，具體涉及一種適用于非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝方法。

背景技術(shù)：

曲軸是發(fā)動機(jī)的一個重要組成部分，廣泛應(yīng)用于各種內(nèi)燃機(jī)發(fā)動機(jī)的汽車、輪船等行業(yè)中。曲軸在工作中承受著扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、交變彎曲應(yīng)力、往復(fù)慣性力、回轉(zhuǎn)離心力和它們形成的力矩以及高載荷沖擊振動，其主要的失效形式是輸出端腐蝕和裂紋、軸頸磨損以及曲軸的彎曲和斷裂。曲軸的壽命決定了發(fā)動機(jī)的壽命。目前發(fā)動機(jī)曲軸主要有鍛造成形的鍛鋼曲軸和鑄造成形的球墨鑄鐵曲軸。鍛鋼曲軸的纖維流線保存完整，所以具有較高的彎曲疲勞強(qiáng)度，但模鍛時材料利用率低，生產(chǎn)耗時長，并且模鍛的模具成本較高，設(shè)備噸位較大。球墨鑄鐵曲軸制造成本比鍛鋼曲軸成本低，但是球墨鑄鐵曲軸的質(zhì)量和性能一般，疏松、縮孔、晶粒粗大等鑄造缺陷使其抗疲勞性能降低。

近年來，非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用發(fā)展迅速，已被廣泛應(yīng)用于汽車曲軸、連桿、半軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、前軸和萬向節(jié)叉等多種汽車鍛件。非調(diào)質(zhì)鋼是在低合金鋼或中碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上中加入釩、鈦、鈮等微量合金元素，通過控制加熱溫度、加熱速度、冷卻速度等方式，使材料在鍛后或軋后就獲得較好的綜合力學(xué)性能和均勻的微觀組織，不必再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理。減少了熱處理工序和設(shè)備，避免熱處理時的熱變形和淬火出現(xiàn)的裂紋，改善了零件的切削性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了勞動強(qiáng)度，并大大減少了熱處理所造成的環(huán)境污染，顯著地增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的材料利用率低、模具成本高等問題，提供了一種非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝；先鑄造非調(diào)質(zhì)曲軸鑄坯，然后通過鍛造消除鑄造缺陷、改善鑄態(tài)組織，最終獲得曲軸坯鍛件。應(yīng)用該工藝成形曲軸坯可以提高材料利用率的同時縮短加工時間，減少模具的成本和設(shè)備噸位，提高生產(chǎn)效率，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝方法，包括以下步驟：

步驟一：熔煉非調(diào)質(zhì)鋼；

步驟二：將熔煉好的非調(diào)質(zhì)鋼注入鑄造模具中，澆注成形曲軸鑄件坯；

步驟三：冷卻后落砂；

步驟四：清理，包括去除澆注冒口和表面清理；

步驟五：曲軸鑄件坯加熱；

步驟六：曲軸鑄件坯閉式熱模鍛，得到曲軸鍛件坯；

步驟七：曲軸鍛件坯可控冷卻；

步驟八：曲軸鍛件坯表面清理和檢測。

步驟二中所述曲軸鑄件坯的尺寸，是根據(jù)已確定的曲軸坯的冷鍛件圖，由冷鍛件圖根據(jù)熱收縮率推出熱鍛件圖，再由熱鍛件圖根據(jù)材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補(bǔ)正量和后續(xù)鍛造工藝因素推出鑄件圖，從而確定曲軸鑄件坯的尺寸。

步驟二中所述的鑄造模具，是根據(jù)已確定的曲軸坯的熱鍛件圖，由熱鍛件圖再根據(jù)材料的鑄造收縮率、起模斜度、工藝補(bǔ)正量和后續(xù)鍛造工藝因素推出鑄件圖，根據(jù)曲軸鑄件坯的鑄件圖，結(jié)合曲軸類件的特征，確定鑄造工藝，設(shè)計(jì)鑄造模具。

步驟二中所述曲軸鑄坯件采用鐵型覆砂鑄造，轉(zhuǎn)包澆注，可一模澆注多件。

所述曲軸鍛件坯采用閉式模鍛鍛造，將曲軸鑄件坯在終鍛模膛中一次終鍛成形后所得；鍛件的分模面應(yīng)當(dāng)選擇在有最大水平投影尺寸的位置處。

步驟七中所述可控冷卻，是指終鍛后曲軸鍛件坯的冷卻速度可調(diào)，具體為：將曲軸鍛件坯置于輥底式爐內(nèi)，輥底式爐分為三段，每段的溫度可調(diào)，將每段設(shè)為不同的溫度，曲軸鍛件坯通過時便能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻速度調(diào)節(jié)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.將鑄造制坯和鍛造成形結(jié)合成形曲軸坯，可在提高材料利用率，降低模具成本，減少鍛造設(shè)備噸位的同時，有效改善零件的內(nèi)部組織和性能，提高其使用壽命。

2.大批量生產(chǎn)時可提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期。

3.非調(diào)質(zhì)鋼不必再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，減少了熱處理工序和設(shè)備，避免熱處理時的熱變形和淬火出現(xiàn)的裂紋，改善了零件的切削性能，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期，降低了勞動強(qiáng)度，并大大減少了熱處理所造成的環(huán)境污染，顯著地增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1是本發(fā)明所述非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝方法的復(fù)合工藝成形過程示意圖；

圖2是汽車發(fā)動機(jī)曲軸坯的鑄件圖；

圖3是曲軸坯鑄造澆注示意圖；

圖4是曲軸坯的鑄件圖；

圖5是曲軸坯的鍛造過程示意圖；

圖6是曲軸坯的鍛件圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

一種非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝，所述復(fù)合工藝是指首先通過鑄造工藝獲得非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鑄件坯，然后通過鍛造改變鑄件坯內(nèi)部組織，獲得滿足形狀、尺寸和組織等要求的曲軸鍛件坯，包括如下步驟：

1)確定最佳鍛造比，并以此確定鑄件圖：

確定對曲軸鑄件坯鍛造時能夠消除鑄件坯中的疏松、縮孔和氣孔等缺陷，并將鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)殄懺旖M織時所需的最小鍛造比，即最佳鍛造比；依據(jù)最佳鍛造比，結(jié)合曲軸鍛件坯的鍛件圖，鍛造工藝要求和鑄造工藝要求，確定曲軸鑄件坯的鑄件圖。

2)確定鑄造工藝，設(shè)計(jì)鑄造模具：

根據(jù)非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鑄件坯的鑄件圖，結(jié)合曲軸類件的特征，確定鑄造工藝，設(shè)計(jì)鑄造模具。

3)確定鍛造工藝，設(shè)計(jì)鍛造模具：

根據(jù)非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鍛件圖，結(jié)合鑄件圖和鍛造工藝，取得非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鑄件坯的鍛造工藝，設(shè)計(jì)鍛造模具。

4)非調(diào)質(zhì)鋼曲軸坯的鑄鍛復(fù)合工藝流程如下：

a.熔煉澆注；

b.冷卻落砂；

c.去除澆注冒口、表面清理；

d.曲軸鑄件坯加熱；

采用電爐加熱，曲軸鑄件坯開始加熱時緩慢升溫防止應(yīng)力裂紋，預(yù)熱段溫度不易太高，加熱一段溫度可提高加熱速度。

e.閉式熱模鍛：

保溫一段時間后緩冷，曲軸鑄件坯放到鍛造模具中進(jìn)行閉式熱模鍛。

f.曲軸鍛件坯可控冷卻：

g.曲軸鍛件坯表面清理和檢測。

經(jīng)過表面清理和檢測合格的曲軸鍛件坯進(jìn)行機(jī)加工后成為曲軸零件，這種合格的曲軸鍛件坯稱為曲軸坯。

所述最佳鍛造比確定：

根據(jù)所選用的非調(diào)質(zhì)鋼材料類型，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)或有限元分析方法，或根據(jù)已有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，確定應(yīng)用鍛造過程中能夠有效消除該類非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鑄件坯中的疏松、縮孔和氣孔等缺陷，并將鑄態(tài)組織轉(zhuǎn)變?yōu)殄懺旖M織時所需的最小鍛造比，即為最佳鍛造比。

所述鑄件圖確定：

根據(jù)熱鍛件圖和最佳鍛造比，確定曲軸鑄件坯上前端軸、后端軸、連桿軸頸、主軸頸、曲柄等各處的尺寸，各處橫截面尺寸＝鍛件圖橫截面尺寸*最佳鍛造比，軸向長度尺寸＝鍛件圖軸向長度尺寸/最佳鍛造比，以此可繪制鑄件圖。

確定鑄造工藝，設(shè)計(jì)鑄造模具：

曲軸鑄件坯采用鐵型覆砂鑄造，轉(zhuǎn)包澆注；根據(jù)曲軸坯鑄件圖，確定一個模具要鑄造的鑄件個數(shù)，以及分型面、分模面、起模斜度、收縮比、鑄造圓、補(bǔ)縮系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)等；據(jù)此設(shè)計(jì)鑄造模具。

確定鍛造工藝，設(shè)計(jì)鍛造模具：

鍛造方式采用閉式模鍛，可直接由終鍛模膛一次成形；根據(jù)曲軸所用的材料和鍛件圖，確定始鍛溫度、終鍛溫度、分模面、拔模斜度等工藝參數(shù)；根據(jù)冷鍛件圖?？紤]金屬的冷縮現(xiàn)象，選取合理的收縮率，確定熱鍛件圖，以此確定終鍛模膛尺寸，設(shè)計(jì)鍛模；熱鍛件圖尺寸按下式計(jì)算：

l＝l(1+δ％)(1)

式中：l為熱鍛件尺寸，l為冷鍛件尺寸，δ為終鍛溫度下金屬的收縮率。

所述非調(diào)質(zhì)鋼曲軸鍛件坯可控冷卻是指終鍛后曲軸鍛件坯的冷卻速度可調(diào)，具體為：將曲軸鍛件坯置于輥底式爐內(nèi)，輥底式爐分為三段，每段的溫度可調(diào)，將每段設(shè)為不同的溫度，曲軸鍛件坯通過時便可實(shí)現(xiàn)冷卻速度調(diào)節(jié)。

附圖2為某鍛件廠生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)曲軸鍛件坯圖，材料選用非調(diào)質(zhì)鋼49mnvs3，應(yīng)用本發(fā)明成形工藝流程如下：

1.熔煉澆注；

2.冷卻落砂；

3.去除澆注冒口和表面清理：待鑄坯冷到室溫后，去除澆注冒口，拋丸機(jī)表面處理，清理鑄件表面殘留的模具上覆砂層上的砂等表面雜質(zhì)。

4.曲軸鑄件坯加熱：待曲軸鑄件坯清理干凈后采用電爐加熱，曲軸鑄件坯開始加熱時緩慢升溫防止應(yīng)力裂紋，預(yù)熱段溫度不易太高，加熱一段溫度可提高加熱速度，加熱二段及均熱段溫度控制在1200℃以上。鋼在該溫度保溫足夠長的時間,以保證析出硬化元素的完全溶解,更重要的是使鋼坯的中心達(dá)到完全固溶。

5.閉式熱模鍛：曲軸鑄件坯保溫一段時間后緩冷，溫度控制在950℃以下。曲軸鑄件坯放到鍛造模具中進(jìn)行閉式熱模鍛。

可控冷卻：鍛后將曲軸鍛件坯置于三段式輥底式爐內(nèi)，根據(jù)非調(diào)質(zhì)鋼49mnvs3鍛件的冷卻工藝要求，調(diào)節(jié)冷卻速度。

6.表面處理：冷卻后的曲軸鍛件坯采用噴丸去除氧化皮。

7.檢測：檢測曲軸鍛件坯的尺寸和內(nèi)部組織是否達(dá)到要求。