曲軸是機車、船舶等發動機結構中的重要部件。本文主要根據某型號曲軸的特點，使用了一種比較合理有效的設計及成形技術，并獲得了組織均勻、綜合性能優異且結構完整的產品。

超大型曲軸是機車、船舶等發動機結構中的重要部件，該類產品具有尺寸大、形狀復雜、幾何精度要求高、使用性能苛刻等特點，因此鍛造成形難度很大。以往，對于此類產品多采用分段式鍛造成形，在實際生產中存在精度差、生產效率低、操作復雜等諸多難題。為了解決上述存在的問題，采用整體鍛造工藝方案較合理、經濟，生產效率高，并在工藝實施過程中便于操作。

曲軸的鍛模設計及校正模設計方案

該鍛件為8拐16缸曲軸，材料為40CrNiMoA，是機車、船舶等發電機結構中的重要部件，此產品尺寸大、形狀復雜、8拐成“米”字形360°均布。拐與拐之間的間距比較小，只有約42mm，曲軸外形輪廓尺寸為φ372mm×2738mm，鍛件重量大約為630kg，鍛件最大截面面積為4.8×104mm2，鍛件投影面積為6.6×105mm2，二維圖詳見圖1。

圖1 鍛件二維圖

⑴在產品整體模鍛型腔分模面的設計上，分模面依據零件的外形結構和走勢，兩側采用沿曲柄外形曲面分模，該設計方案可以不增加鍛件的出模斜度，形成自然出模，并且可以避免非加工面上增加多余的加工余塊，大大減少了后期的加工量，節省了原材料的消耗。三維分模示意圖如圖2所示。

圖2 曲軸鍛件分模圖

⑵對于產品基準的選擇，為了便于機加找正定位中心、減少累計公差，在設計上采用了設計基準與加工基準為同一基準的原則。模具實物照片如圖3所示。

圖3 曲軸模具照片

⑶通過對曲軸成形的數值模擬，在毛邊槽的設計上，毛邊倉部設計為雙倉，對于水平方向不易充滿的中部曲柄部分，其毛邊槽橋部的設計為下模不增設橋部，只保留上模橋部。通過MSC.SuperForge三維數值模擬，結果如圖4所示。

圖4 曲軸充滿情況數值模擬結果圖

⑷針對曲軸整體校正模具的型腔設計，選擇兩頭主軸及連桿頸為校正部位，空出曲柄和其連接的軸頸，校正模收縮率選擇為1.0%～1.2%。校正模具的三維數模如圖5所示。通過運用三維數值模擬，完成對校正模具合理性的校驗,具體結果如圖6所示。

圖5 曲軸校正模三維數模

圖6 數值模擬校正模結果

曲軸的模鍛成形及校正工藝方案

模鍛

⑴先將臥鍵裝在模具上并用銷將模具固定在630kJ對擊錘錘頭上；模具規格為3000mm×800mm×550mm，材料為5CrNiMo鋼，模鍛前先預熱模具，預熱溫度250～350℃，預熱時間不小于12小時，設備工作風壓不小于0.7MPa。采用機油+石墨的潤滑方式充分潤滑模具與坯料。

⑵使用天然氣加熱爐加熱，當爐溫達到溫度后，將毛坯放入加熱爐內加熱，毛坯料必須放置于合格區內。爐溫再次升到設定溫度后，保溫足夠時間，保證毛坯料加熱充分，達到以后立即將坯料迅速轉移，放置在經過預熱的模具中，先輕擊，后快速取出坯料，清理吹凈氧化皮后放入模具中再重擊成形，并空冷。

熱處理

采用電阻爐進行熱處理。熱處理制度采用正火，將鍛件放置于爐底板上，單層擺放，底部增加支架，防止加熱過程中產生變形。鍛件裝爐后開始送電升溫，當爐溫達到設定溫度后，開始計算保溫時間，時間達到后直接出爐進行空冷。理化檢測檢查過熱、過燒項目，結果為鍛口組織正常，無脫碳。

校正

校正設備采用31500kN油壓機，校正模具規格為2400mm×800mm×500mm, 材料為5CrNiMo鋼，校正前需將模具預熱，溫度在250～350℃之間，預熱時間不小于12小時。最終曲軸鍛件如圖7所示。

圖7 曲軸鍛件

結論

⑴分模面依據零件的外形結構和走勢，兩側采用沿曲柄外形曲面分模，不增加出模斜度自然出模，非加工面上不增加多余的加工余塊。避免機械加工斷續切削，延長刀具的使用壽命。

⑵采用此模鍛成形技術生產的大型曲軸產品，表面質量良好、規格尺寸精確、流線分布合理、組織性能優異、機械加工余量小、材料利用率高，各項技術指標完全符合技術標準要求。

⑶采用此模鍛成形技術生產的大型曲軸產品，產品合格率達100%，克服了分段鍛造成形造成產品規格尺寸不合格、且無法返修等導致產品合格率低的缺點。

⑷通過對成形原理、工藝流程等分析、改進、優化，解決了分段鍛造成形過程中曲柄錯位、脫節等技術難題，提高了產品合格率和生產效率，同時降低了工裝模具的消耗。

⑸采用此模鍛成形技術生產的大型曲軸產品，過程控制簡單、質量控制容易、性能穩定可靠，易于實現產品的大批量、工業化生產。