製造高精度微車曲軸的鍛造模具及其製造方法
2023-07-31 14:26:11 1
專利名稱：製造高精度微車曲軸的鍛造模具及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種機械部件的鍛造模具，尤其涉及一種製造高精度微車曲軸的鍛造 模具及其製造方法。
背景技術：
曲軸是發動機傳遞動力的重要零件，工作中承受衝擊載荷和循環扭矩，服役狀態 惡劣，整體機械性能要求較高。近幾年，微車曲軸產品的配套廠家越來越傾向於少機械加 工、甚至不機械加工的方式獲得鍛鋼曲軸毛坯，這就要求鍛造曲軸毛坯的輕量化和高精度。 現有技術中，由於通用鍛造設備導向精度較差，並且常規微車曲軸模具本身的上下模之間 缺乏導向機構，因此在鍛造過程中容易產生錯模現象，進而影響產品的精度，例如尺寸、形 狀精度、產品一致性等均不能滿足高精度要求，同時也大大縮短了模具的使用壽命。另外， 隨著高精度曲軸的輕量化要求，下料的規格較小，輔料較少，容易引起填充不足的問題，進 而導致產品不合格、材料的利用率低的現象；這直接導致生產成本提高，產品利潤低下，不 利於相關鍛造企業的生存和發展。針對上述不足，需要提供一種新的曲軸模具，避免在鍛造過程中因發生錯模而導 致尺寸和形狀精度不夠、成品一致性差、產品填充不完全、廢品率高、浪費材料等現象，同時 也延長模具的使用壽命，從而節約成本，提高利潤率。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種能夠在鍛造過程中對上下模進行準確導向， 避免發生錯模現象的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，進而保證了產品的尺寸和形狀精度 較高、成品一致性高、填充完全、廢品率低，同時也延長模具的使用壽命，節約成本，提高利 潤率。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種製造高精度微車曲軸的鍛造模 具，包括上模、下模和由上模和下模圍成的模腔，所述下模上位於模腔兩側軸向設置導向槽 I，上模上位於模腔兩側軸向對應設置導向耳I，下模上位於曲軸軸向兩側平衡板對應區 域設置有阻力牆。進一步，導向耳I與導向槽I結合面的斜度a為1°彡a彡3° ；導向耳I與導向 槽I的結合面之間的工作間隙η為0. 5 mm彡η彡0.8 mm ；導向耳I和導向槽I豎直方向 之間的間隙hi為5_ ^ hi ^ 10 mm。進一步，所述上模的兩對角處設置有導向槽II，所述下模的兩對角處對應設置有 導向耳II ；
進一步，所述導向耳II與導向槽II結合面的斜度al為1° Sal ；導向耳II與導 向槽II的結合面之間的工作間隙nl為0. 3 mm ^nl ^0.5 mm ；導向耳II和導向槽II豎直 方向之間的間隙h3為5mm ^ h3 ^ 10 mm ；
進一步，阻力牆橋部寬度b2為10 mm彡b2彡20 mm ；阻力牆斜度a2為V彡a2彡10° ；阻力牆(4)內側面間隙n2為0· 5 mm彡n2彡5 mm ；阻力牆高度h4為 15 mm ^ h4 ^ 30 mm ；阻力牆頂部間隙h5彡倉部深度；阻力牆側向間隙n3大於阻力牆內側 面的間隙n2 ；
進一步，所述下模靠近模腔一側的橋部上設置有凸起的阻力筋，上模上靠近模腔一側 的橋部上對應設置與阻力筋相配合的凹槽；阻力筋分別與其同側的阻力牆連為一體，或呈 局部分段式設置；
進一步，所述阻力筋筋體圓角半徑R為5 mm彡R彡10 mm ；阻力筋筋體圓心高度h6 為1謹彡h6彡0. 5R ；阻力筋最大間隙h7為1謹彡h7彡h0。本發明還包括一種製造高精度微車曲軸的鍛造模具的方法，包括以下步驟首先， 按基準墊板及圖紙尺寸加工一塊模具；然後對加工好的模具進行實際測量採集數據；最後 通過數控編程保證間隙量的方式製造另一塊模具的中部及對角導向部位。本發明的有益效果本發明的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，相比現有鍛模而 言，在模腔兩側軸向設置有導向槽I和導向耳I，使得在鍛造過程中能夠對上模和下模進 行準確導向定位，避免上模和下模在鍛壓過程中產生錯移，緊緊鎖扣，使所得產品尺寸、形 狀精度較高、產品一致性較好，同時也大大增加了模具的使用壽命。又由於其在曲軸軸向兩 側平衡板對應區域設置有阻力牆，用於阻止鍛壓過程中金屬料的外流，使所得產品填充飽 滿度較高，材料的利用率較高，節約生產成本。本發明的其他優點、目標和特徵將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度 上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的 實踐中得到教導。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明 附圖1為本發明下模的結構示意附圖2為附圖1中M-M向剖視(旋轉)圖； 附圖3為附圖1中A-A向剖視(旋轉)圖； 附圖4為附圖1中P-P向剖視圖； 附圖5為附圖1中Q-Q向剖視圖； 附圖6為附圖1中H-H向剖視圖； 附圖7為附圖1中C-C向剖視(旋轉)圖。
具體實施例方式附圖1為本發明下模的結構示意圖，附圖2為附圖1中M-M向剖視(旋轉)圖，附 圖3為附圖1中A-A向剖視(旋轉)圖，附圖4為附圖1中P-P向剖視圖，附圖5為附圖1中 Q-Q向剖視圖，附圖6為附圖1中H-H向剖視圖，附圖7為附圖1中C-C向剖視(旋轉)圖。 如圖所示，本發明的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，包括上模1、下模2和由上模和下模 圍成的模腔3，所述下模2上位於模腔3兩側軸向設置導向槽I，上模1上位於模腔兩側軸 向對應設置導向耳I 5，下模2上位於曲軸軸向兩側平衡板對應區域設置有阻力牆4。本實 施例中，以重約13公斤，合模高度為長X寬X高=600mmX380mmX400mm的微車曲軸為例，其中導向耳I的高度h為70mm，該數值需結合導向耳I的寬度、模塊長度及設備封閉高 度綜合選擇，以防止高度過大導致導向耳剛度和強度下降。但在條件允許的情況下應儘量 取大值。導向耳II的高度h2為55mm，導向耳II寬度的取值需根據高度取值進行強度校核後 確定，同時還需要注意不與阻力牆型面發生幹涉。阻力牆的橋部寬度b2取15mm，阻力牆的 寬度取值需重點考慮成形載荷的影響，經實驗研究發現，阻力牆橋部寬度b2的取值對填充 能力的影響並不顯著，但與最大成形載荷的數值呈現正相關性。因此，綜合考慮設備運行的 平穩性及模具受載破壞的危險，b2應儘可能取小的數值，但也不可過小，以防止飛邊過窄導 致後續中飛邊壓入鍛件本體形成折迭或者對切邊產生不良影響。阻力牆高度h4為20mm， 阻力牆高度對填充能力及最大成形載荷的影響趨勢與阻力牆間隙相同，設計時需根據產品 特點在該取值區間內合理選擇。本發明的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，由於在模腔兩 側軸向設置有導向槽I和導向耳I，使得在鍛造過程中能夠對上模和下模進行準確導向定 位，避免上模和下模在鍛壓過程中產生錯移，緊緊鎖扣，使所得產品尺寸、形狀精度較高、產 品一致性較好，同時也大大增加了模具的使用壽命。又由於其在曲軸軸向兩側平衡板對應 區域設置有阻力牆，用於阻止鍛壓過程中金屬料的外流，使所得產品填充飽滿度較高，材料 的利用率較高，節約生產成本。作為對上述實施例的進一步改進，所述導向耳I與導向槽I結合面的斜度a為 1° ，導向耳I與導向槽I結合面的斜度a合理取值能夠保證良好的運行工況和 較高導向精度，本實施例中a取2° ；導向耳I與導向槽I的結合面之間的工作間隙η為 0. 5 mm ^ η ^ 0. 8 mm ；該間隙取值需綜合考慮設備精度及允許的錯模公差，過小會對運行 工況造成影響，過大則會對鍛造精度造成影響，本實施例η取0. 5mm。導向耳I和導向槽I 豎直方向之間的間隙hi為5mm彡hi ( 10 mm,由於導向耳I底面非工作表面，在本結構中 只需要預留5—10 mm間隙作讓位，即可保證本發明能夠良好工作，本實施例中hi取8mm。作為對上述實施例的進一步改進，所述上模1的兩對角處設置有導向槽II，所述 下模2的兩對角處對應設置有導向耳II 6。由於在曲軸的成形後期，系統模鍛力急劇增加， 因此在對角方向設置導向槽II和導向耳II，用於平衡水平錯移力矩，防止過大的力全部施 加在導向槽I和導向耳I上，進一步增加安全性和保險性。作為對上述實施例的進一步改進，所述導向耳II與導向槽II結合面的斜度al為 1° ^al ^ 3°，導向耳II與導向槽II結合面的斜度al合理取值能夠保證良好的運行工況 和較高導向精度，本實施例中al取2° ；導向耳II與導向槽II的結合面之間的工作間隙nl 為0. 3 mm < nl 倉部深度(倉部是指圍繞鍛模橋部外側 用於容納多餘金屬的空腔，倉部深度是指倉部底面到分模面之間的距離)，該間隙的作用主 要是容納通過阻力牆後的多餘金屬，因此不能小於倉部深度；阻力牆4側向間隙n3大於阻 力牆內側面的間隙η2，由於對金屬起約束作用的主要是阻力牆的內側面，而左右兩側面的 影響並不明顯，因此在一般情況下，該阻力牆牆體的左右兩側面間隙寬度η3，應比阻力牆牆 體內側面的間隙寬度η2寬，該結構是為了不影響多餘金屬在模鍛後期排除型腔時的持續 性和均勻性，防止產生回流折迭等缺陷。作為對上述實施例的進一步改進，所述下模靠近模腔一側的橋部上設置有凸起的 阻力筋7，上模上靠近模腔一側的橋部上對應設置與阻力筋7相配合的凹槽；阻力筋分別與 其同側的阻力牆連為一體，或呈局部分段式設置。阻力筋7的設置，一方面可提供較阻力溝 更大的材料水平外流阻力，促使坯料向型腔深處填充；另一方面也可與模具中間的阻力牆 結構聯合為一整體，構成橫向的強阻力區，促使坯料向長度方向填充曲軸遠端型腔。當然， 分段式設置同樣能發揮阻止材料水平外流的作用。該結構解決了模具端頭空間限制無法布 置阻力牆的困難；本實施例中，所述下模上靠近小頭模腔一端對稱設置軸向呈「八」字型凸 起的阻力筋7，上模上靠近小頭模腔一端對稱設置軸向呈「八」字型的與阻力筋7相配合的 凹槽；阻力筋分別與其同側的阻力牆連為一體，或呈局部分段式設置。均能提供較強的側向 阻力。作為對上述實施例的進一步改進，所述阻力筋8筋體圓角半徑R為5 mm^R^ 10 mm, R的取值需要綜合考慮小頭模腔一端的空間大小和阻力筋的受力大小等，本實施例中， R取8mm;阻力筋8筋體圓心高度h6為1 mm ^ h6 ^ 0. 5R，由於阻力筋8整體越高，可提 供的水平阻力越大，鍛件填充性越好，因此，設計時往往將阻力筋8整體升高一定數值，但 該值不能大於筋體圓角半徑數值的一半，即0. 5R，以防止阻力筋8強度下降，在水平力的作 用下變形或者斷裂失效，本實施例中h6取0. 3R ；阻力筋8最大間隙h7為1 mm彡h7彡h0 (此處h0飛邊厚度)，該最大間隙在設計上體現為筋體凸凹部分的圓心距，該間距的存在構 成了凸凹筋體間的腔體結構，可用於容納一定量的飛邊金屬，因此不宜過小，本實施例中h7 取 Imm0本發明還包括上述製造高精度微車曲軸的鍛造模具的製造方法，包括以下步驟 首先，按基準墊板及圖紙尺寸加工一塊模具；然後對加工好的模具進行實際測量採集數據； 最後通過數控編程保證間隙量的方式製造另一塊模具的中部及對角導向部位。傳統工藝 中，通常採用根據圖紙尺寸加工的方式製造模具導向機構，由於製造基準的不穩定性，採用 保證尺寸的方式極易發生間隙的跳動和偏差，使模具的導向精度降低，生產中出現錯模量 過大引起鍛件報廢。採用本發明的方法製造的模具導向精度高，鍛件的錯模得到了有效的
6控制。經統計，鍛件實際的錯模量小於0.15 mm，效果明顯。 採用本發明「依據實測結果配合製造」的方式保證導向機構間隙，並按照權利要求 限定的參數合理取值，所得產品與傳統模具鍛造所得的曲軸產品性能相比，有益效果十分 顯著。具體結果如下
權利要求
一種製造高精度微車曲軸的鍛造模具，包括上模(1)、下模(2)和由上模和下模圍成的模腔(3)，其特徵在於所述下模(2)上位於模腔(3)兩側軸向設置導向槽Ⅰ，上模(1)上位於模腔兩側軸向對應設置導向耳Ⅰ(5)，下模(2)上位於曲軸軸向兩側平衡板對應區域設置有阻力牆(4)。
2.根據權利要求1所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於所述導向耳 ι與導向槽ι結合面的斜度a為r (a『y ；導向耳I與導向槽I的結合面之間的 工作間隙η為0. 5 mm ^/ ^ 0.8 mm ；導向耳I和導向槽I豎直方向之間的間隙力丨為 5mm ^ A1 ^ 10 mm。
3.根據權利要求2所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於所述上模(1) 的兩對角處設置有導向槽II，所述下模(2 )的兩對角處對應設置有導向耳II (6 )。
4.根據權利要求3所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於所述導向耳 II (6)與導向槽II結合面的斜度 為1°彡；導向耳II與導向槽II的結合面之間 的工作間隙Ii1為0. 3 mm ^ H1 ^ 0.5 mm ；導向耳II和導向槽II豎直方向之間的間隙、為 5mm ^ A3 ^ 10 mm。
5.根據權利要求4所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於阻力牆(4)橋 部寬度、為10 mm彡力2彡20 mm;阻力牆(4)斜度辦為7°彡辦彡10° ；阻力牆(4)內 側面間隙/ 2為0.5 mm ^ 5 mm ；阻力牆(4)高度力4為15 mm ^ A4 ^ 30 mm;阻力牆 (4)頂部間隙力5 >倉部深度；阻力牆(4)側向間隙大於阻力牆內側面的間隙/ 2。
6.根據權利要求5所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於所述下模靠 近模腔一側的橋部上設置有凸起的阻力筋(7)，上模上靠近模腔一側的橋部上對應設置與 阻力筋(7)相配合的凹槽；阻力筋分別與其同側的阻力牆連為一體，或呈局部分段式設置。
7.根據權利要求6所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，其特徵在於所述阻 力筋(7)筋體圓角半徑R為5 mm ^ 7 ^ 10 mm ；阻力筋(7)筋體圓心高度力6為1 mm彡力6彡O·5/ ,阻力筋(7)最大間隙力7為1 mm彡力7彡力0。
8.—種權利要求1所述的高精度微車曲軸模具的製造方法，其特徵在於包括以下步 驟首先，按基準墊板及圖紙尺寸加工一塊模具；然後對加工好的模具進行實際測量採集 數據；最後通過數控編程保證間隙量的方式製造另一塊模具的中部及對角導向部位。
全文摘要
本發明提供了一種製造高精度微車曲軸的鍛造模具，包括上模、下模和由上模和下模圍成的模腔，所述下模上位於模腔兩側軸向設置導向槽Ⅰ，上模上位於模腔兩側軸向對應設置導向耳Ⅰ，下模上位於曲軸軸向兩側平衡板對應區域設置有阻力牆；還包括其製造方法，包括以下步驟首先，按基準墊板及圖紙尺寸加工一塊模具；然後對加工好的模具進行實際測量採集數據；最後通過數控編程保證間隙量的方式製造另一塊模具的中部及對角導向部位；本發明所述的製造高精度微車曲軸的鍛造模具，產品尺寸、形狀精度較高、產品一致性較好，同時也大大增加了模具的使用壽命，產品填充飽滿度較高，材料的利用率較高，生產成本較低。
文檔編號B21J13/02GK101947625SQ20101027828
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者李路 申請人:西南大學