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摘要：討論了采用楔橫軋精密制坯，摩擦壓力機(jī)精密模鍛成形生產(chǎn)摩托車曲柄的新工藝，此工藝具有生產(chǎn)效率高、鍛件質(zhì)量好、節(jié)材等諸多優(yōu)點(diǎn)，值得在該領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：楔橫軋；精密鍛造；曲柄

一、前言

近年來(lái)，我國(guó)摩托車行業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，1996年摩托車產(chǎn)量已達(dá)1000萬(wàn)輛，成為世界上最大摩托車生產(chǎn)國(guó)。曲柄是摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的關(guān)鍵傳動(dòng)部件，對(duì)其性能要求較高，只有采用鍛造的方法，才能滿足其性能要求。

舊的曲柄生產(chǎn)工藝多為：火焰爐加熱、空氣錘手工制坯、摩擦壓力機(jī)成形。由于采用空氣錘手工制坯，普遍存在生產(chǎn)效率低、鍛件質(zhì)量不容易保證、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺點(diǎn)，難以滿足當(dāng)前行業(yè)的需求，迫切需要一種新的高效生產(chǎn)工藝提供高質(zhì)量的鍛坯。

楔橫軋是高效成形精密階梯軸類件的新工藝，與傳統(tǒng)模鍛相比，生產(chǎn)率是傳統(tǒng)模鍛的2～5倍，材料利用率提高10%～35%，模具壽命提高10倍以上。自60年代興起以來(lái)，經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的研究與生產(chǎn)廠家的應(yīng)用，其技術(shù)已日臻完善，近年來(lái)在汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，顯示出了綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

二、楔橫軋精密制坯工藝設(shè)計(jì)

摩托車曲柄的規(guī)格很多，本文以TB50曲柄為例，討論其成形過(guò)程及設(shè)計(jì)技術(shù)。根據(jù)TB50曲柄的鍛件圖(如圖1所示)，經(jīng)體積計(jì)算設(shè)計(jì)如圖2的楔橫軋毛坯圖。由于楔橫軋工藝可以有較高的精度，桿部可以由楔橫軋直接成形，頭部由模鍛成形，從而可以大大提高材料利用率。

圖1曲柄鍛件圖

該楔橫軋工藝采用一模兩件軋制，這樣可以保證軋制具有良好的工藝性，且有較高的生產(chǎn)效率。

圖2曲柄楔橫軋毛坯圖

軋件最大的斷面縮減率為η＝1-(d／D)2＝1-(16.5／40)2＝83%，已超過(guò)楔橫軋工藝的一次軋制的極限斷面縮減率75%，故應(yīng)分兩次軋制。第一次軋制后的中間直徑取Φ28，其斷面縮減率為51%，第二次軋制分別成形Φ23處圓柱部分(斷面縮減率為33%)和Φ16.5處的圓錐部分(33%～65%)。由于左右曲柄利用一副模具生產(chǎn)，故楔橫軋模具為非對(duì)稱模具。第一次軋制Φ28段時(shí)可以采用對(duì)稱軋制，第二次軋制時(shí)采用不同的成形角以平衡軸向力，利用楔入分料點(diǎn)偏置的方法保證左右變形的同步。楔橫軋制坯模具簡(jiǎn)圖如圖3所示。

考慮到左邊的瞬時(shí)壓下量大于右邊的瞬時(shí)壓下量，所以兩邊采用不同的成形角以平衡軸向力，左邊的成形角取28°，右邊的成形角取30°。

圖3楔橫軋模具簡(jiǎn)圖

在楔橫軋工藝設(shè)計(jì)中，如果采用兩次軋制工藝，必然在第一次軋制的基圓與第二次軋制的基圓間存在一過(guò)渡臺(tái)肩。臺(tái)肩設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)使此臺(tái)肩對(duì)第一次軋制時(shí)留下的頭部造成擠壓，從而在頭部和桿部聯(lián)接處產(chǎn)生折疊。如果折疊嚴(yán)重，會(huì)使模鍛時(shí)在該部位產(chǎn)生折疊缺陷，形成廢品。因此，這一臺(tái)肩的正確設(shè)計(jì)可以確保在軋制過(guò)程中此臺(tái)肩與頭部不發(fā)生干涉。

圖4二次軋制時(shí)過(guò)渡臺(tái)肩的設(shè)計(jì)

臺(tái)肩的設(shè)計(jì)(圖4)原則為臺(tái)肩的展寬量應(yīng)與第二次楔展量相協(xié)調(diào)。由于楔入段的展寬效果不明顯，故可忽略此段的影響。這一臺(tái)肩的起點(diǎn)從展寬起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的A點(diǎn)開(kāi)始。在某一瞬時(shí)位置：

由于dy＝dx.cotβx

積分可得：

忽略第二項(xiàng)，可以認(rèn)為展寬線為直線，從而可以導(dǎo)出，

當(dāng)?shù)诙�次軋制時(shí)工件的中間形狀為賀柱時(shí)，有：

就是說(shuō)當(dāng)?shù)诙�次軋制工件的中間形狀為圓柱體時(shí)，展寬線為一斜率為cotβ的直線，兩基圓件的過(guò)渡臺(tái)肩為以為斜率的直線，為第二次軋制的斷面縮減率。

在實(shí)際的模具設(shè)計(jì)中，上述的計(jì)算方法可能導(dǎo)致模具加工困難，因此為保證模具具有良好的機(jī)加性，只要使臺(tái)肩的斜率小于計(jì)算的斜率即可。

三、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

楔橫軋成形的鍛件精度很容易達(dá)到GB12361-12362-90《鋼質(zhì)模鍛件》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的精密級(jí)，因此，桿部的尺寸精度很容易得到保證，從而鍛件可以留有較少的機(jī)加工余量，節(jié)約了原材料和后續(xù)機(jī)加工工時(shí)，材料利用率可達(dá)95%。桿部和頭部的同軸度也有較高的精度、可以控制在0.5mm以內(nèi)，而空氣錘制坯采用胎模鍛拔長(zhǎng)桿部，對(duì)工人的技能要求較高。工人操作時(shí)要特別認(rèn)真，即使這樣也難免桿部和頭部的同軸度出現(xiàn)較大的偏差，從而導(dǎo)致在模鍛時(shí)，圓盤的個(gè)別部位出現(xiàn)缺肉等缺陷，造成廢品。胎膜鍛拔長(zhǎng)桿部時(shí)，在桿部的尾端常出現(xiàn)凹心，圓盤桿部連接處產(chǎn)生折疊的缺陷，楔橫軋制坯工藝可以完全避免這些缺陷的產(chǎn)生。楔橫軋制坯的生產(chǎn)節(jié)拍可達(dá)12件／min，班產(chǎn)按6h計(jì)，可達(dá)4320件／班，年產(chǎn)可達(dá)100萬(wàn)件以上，具有很高的生產(chǎn)效率。

四、結(jié)論

采用楔橫軋工藝生產(chǎn)摩托車曲柄中間毛坯是目前較為先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，具有高效、節(jié)材、自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量好、工人勞動(dòng)條件好、生產(chǎn)噪音小等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，值得在行業(yè)推廣應(yīng)用。

作者單位：徐春國(guó)任廣升北京機(jī)電研究所(100083)；李興國(guó)張松云青島天鴻精鍛公司

參考文獻(xiàn)
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