對擊錘是我國曲軸鍛造生產(chǎn)領(lǐng)域的新生力量，主要分為蒸(空)氣對擊錘和電液對擊錘兩種。對擊錘系無砧座錘，在錘基礎(chǔ)與錘身之間安裝有減震裝置，對地面和廠房沒有任何沖擊。對擊錘的最大特點(diǎn)是設(shè)備投資少，只占熱模鍛壓力機(jī)的50%左右，而且結(jié)構(gòu)簡單，維修費(fèi)用低。同傳統(tǒng)的蒸汽模鍛錘相比，對擊錘具有機(jī)械化程度高、工作環(huán)境好等優(yōu)勢。
目前，國內(nèi)共有兩條對擊錘鍛造生產(chǎn)線，一條是丹東五一八廠的GH3200型電液對擊錘生產(chǎn)線，另一條是我公司的DG38型空氣對擊錘生產(chǎn)線，均從德國引進(jìn)，年產(chǎn)量可達(dá)12萬支左右。這兩條生產(chǎn)線在進(jìn)口前并不是用于生產(chǎn)曲軸的，而是用于生產(chǎn)汽車前軸的。對擊錘的設(shè)備特點(diǎn)是上下錘頭等速對擊，考慮安全操作的因素，不可能排布多型腔，只能單型腔鍛造。對于形狀復(fù)雜的曲軸鍛件如何在對擊錘上生產(chǎn)，成為我公司急需解決的課題。
經(jīng)過近兩年的試生產(chǎn)，我公司成功地利用對擊錘生產(chǎn)線開發(fā)出了5種重型卡車曲軸，均投入了批量生產(chǎn)。下面以產(chǎn)量最大、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)最為成熟的康明斯曲軸為例，介紹對擊錘曲軸鍛造生產(chǎn)線的工藝流程及特點(diǎn)。
根據(jù)對擊錘的特點(diǎn),我們制定了如下的生產(chǎn)工藝流程，并配備了相應(yīng)的設(shè)備(見表1)。
關(guān)鍵工藝的規(guī)劃
1、坯料加熱溫度的控制
坯料的加熱溫度對于鍛件成形至關(guān)重要。加熱溫度過低，則直接影響鍛件的填充，加劇模具的磨損，影響模具的使用壽命;加熱溫度過高，則終鍛后鍛件晶粒急劇長大，鍛件的機(jī)械性能及內(nèi)部質(zhì)量受到影響。目前，絕大部分曲軸材料為非調(diào)質(zhì)鋼，鍛后靠控溫冷卻來滿足晶粒度和機(jī)械性能的要求。控溫冷卻是將校正后的熱鍛件入爐急冷至650℃，再經(jīng)過90min的緩冷至500℃，然后快冷出爐。鍛件的內(nèi)部質(zhì)量最終如何，在很大程度上取決于熱鍛件的入爐溫度。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，入爐溫度在850℃時(shí)，晶粒度可達(dá)5級以上，強(qiáng)度指標(biāo)和塑性指標(biāo)比較平衡，抗拉強(qiáng)度和延伸率均可滿足工藝要求。要想保證850℃的入爐溫度，坯料的加熱溫度就應(yīng)嚴(yán)格控制在1190℃±20℃。這樣，在終鍛成形后鍛件溫度可保持在1000～1050℃之間，晶粒的長大速度不致于太快，對切邊和校正工序的完成也不會(huì)造成影響。為此，我們在感應(yīng)爐爐膛內(nèi)和爐門處安裝了紅外線測溫裝置，嚴(yán)格監(jiān)控坯料的加熱溫度。
入氮?dú)鈱?shí)施氣體保護(hù)，有效地保證了鍛件的表面質(zhì)量。
2、制坯和預(yù)鍛的設(shè)計(jì)
我公司空氣對擊錘生產(chǎn)線配備的預(yù)鍛設(shè)備是1600t液壓機(jī)。作為曲軸的預(yù)鍛，其設(shè)備功率相差較懸殊，只能用于壓彎和局部變形，絕大部分的金屬變形靠終鍛型腔來完成。要想最大限度地減輕終鍛型腔的負(fù)荷，輥鍛坯型和預(yù)鍛型腔的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。
●輥鍛坯型的設(shè)計(jì)
輥鍛是對擊錘生產(chǎn)線最重要的一道工序。由于預(yù)鍛設(shè)備能力有限，坯料的變形主要靠輥鍛來完成。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的六缸曲軸8個(gè)平衡塊的居多。如圖1所示，這8個(gè)平衡塊分布在1、2、5、6、7、8、11、12處的8個(gè)曲臂上，5、6、7、8處的4個(gè)曲臂是用料最集中的地方。而坯料直徑主要是根據(jù)此區(qū)域的平均截面積來選取。輥鍛模與錘鍛模的閉式輥鍛型腔的作用不同，前者只能減小截面積,而后者既可增加也可減小截面積。因此，采用輥鍛模制坯時(shí)，需以最大的計(jì)算面積來選擇坯料，這也是對擊錘與蒸汽模鍛錘的不同之處。曲軸輥鍛坯型筒圖如圖2所示。
輥鍛工序采用EUMUCO輥鍛機(jī)，其兩輥軸之間的軸距可在較大范圍內(nèi)調(diào)整。由于這個(gè)特點(diǎn)，我們在開發(fā)4種軸向尺寸相近的曲軸產(chǎn)品時(shí)，一套輥鍛模就可滿足要求。對于不同的坯料直徑(φ60～φ170)，適當(dāng)調(diào)整軸距即可。
需要注意的是，在鍛造生產(chǎn)開始前，對輥鍛模要進(jìn)行烤模預(yù)熱。否則，在輥鍛坯料時(shí)模具會(huì)吸收大量的熱量，使坯料急劇降溫，影響終鍛時(shí)鍛件的填充和模具的使用壽命。
●預(yù)鍛模的設(shè)計(jì)
預(yù)鍛是輥鍛和終鍛成形之間不可缺少的一道工序。預(yù)鍛的效果如何將直接影響鍛件的填充質(zhì)量和終鍛型腔的使用壽命�？得魉骨S的平衡塊型腔深且窄，這對預(yù)鍛模的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
當(dāng)曲臂5～8的平均截面積為直徑160時(shí)，往往平衡塊的截面積都在直徑185以上，不足的金屬則需要從鄰近的連桿頸或主軸頸補(bǔ)充，大量的金屬在型腔內(nèi)呈軸向流動(dòng)。連桿頸預(yù)鍛坯型如圖3所示，主軸頸預(yù)鍛坯型如圖4所示。為了保證金屬軸向流動(dòng)順暢，預(yù)鍛模的凸臺(tái)不能設(shè)計(jì)的太高。降低凸臺(tái)高度的另一個(gè)好處是可以儲(chǔ)備一部分金屬，在終鍛時(shí)幫助填充平衡塊。
3、終鍛成形
對擊錘的一個(gè)顯著特點(diǎn)是上下錘頭導(dǎo)向性好，不易錯(cuò)模。因此，在設(shè)計(jì)型腔尺寸時(shí)，加工余量的選擇(單邊加工余量3.5～4mm)比蒸汽模鍛錘要小，但比熱模鍛壓力機(jī)的加工余量要大些，精度相對也較差。
由于導(dǎo)向性好，模具在鍛擊時(shí)側(cè)向力較小，鍛件的粘模傾向也較小，還有機(jī)械手配合抓起鍛件，這樣出模角可以選取的盡量小些。例如，對于平衡塊比較淺的鍛件出模角選3°，康明斯曲軸的平衡塊深且窄，出模角選擇5°。即使這樣，比蒸汽模鍛錘的7°出模角還是提高了40%左右，減小了加工余量。
對擊錘無砧座，有良好的減震裝置，鍛擊時(shí)對模具的沖擊相對蒸汽模鍛錘要小一些。因此，模具的熱處理硬度可以適當(dāng)提高，以HB321～377為宜。
模具的潤滑采用石墨潤滑乳。將潤滑乳與水以1∶5～1∶10的比例攪拌后，用噴槍向模具噴灑，極少出現(xiàn)粘�，F(xiàn)象。
4、其它工序
在切邊工序中，為了解決1000t機(jī)械壓力機(jī)設(shè)備功率偏小的問題，除了嚴(yán)格控制切邊溫度外，還將切邊刃口設(shè)計(jì)成階梯型。形成一定的落差可以避免刃口平面同時(shí)接觸飛邊，降低切邊時(shí)的設(shè)備功率。
扭擰工序僅適應(yīng)于斯太爾曲軸。其它曲軸均采取立體分模,在終鍛模上直接將120°分布的連桿頸鍛出。
控溫冷卻線是將850～900℃的熱校之后的鍛件進(jìn)行兩個(gè)工步的急冷，降至650℃時(shí)入緩冷區(qū)進(jìn)行緩冷，保證曲軸內(nèi)外均溫，使鐵素體均勻析出，從而得到均勻的晶粒度和硬度，滿足了產(chǎn)品的機(jī)械性能和金相組織的要求。
總結(jié)
目前，國內(nèi)多數(shù)鍛造企業(yè)仍然采用蒸汽模鍛錘。和蒸汽模鍛錘生產(chǎn)線相比，對擊錘鍛造生產(chǎn)線明顯的優(yōu)勢是配備齊全的制坯設(shè)備，材料利用率高，生產(chǎn)節(jié)拍快，產(chǎn)品精度高，加工余量小，工作環(huán)境得到改善。而熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線較對擊錘生產(chǎn)線而言，其生產(chǎn)節(jié)拍更快，為60～75s/件，每小時(shí)可生產(chǎn)48～60件;對擊錘的生產(chǎn)節(jié)拍為90～120s/件，每小時(shí)可生產(chǎn)30～40件。而且熱模鍛壓力機(jī)加工精度高、加工余量小，但是投資大、成本高，是對擊錘投資的一倍左右，一般企業(yè)難以承受。
我公司經(jīng)過對工藝流程的不斷改進(jìn)和優(yōu)化，并采取倍尺采購鋼材的方式，材料的各項(xiàng)利用率指標(biāo)明顯提高，鍛件各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)國內(nèi)上游水平，尤其是鍛件表面質(zhì)量得到客戶和業(yè)內(nèi)同行的認(rèn)可。
表2是將國內(nèi)不同廠家在蒸汽模鍛錘上生產(chǎn)的67種曲軸鍛件，以及國內(nèi)外熱模鍛壓力機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的20多種多缸曲軸鍛件統(tǒng)計(jì)后，同我公司5種不同曲軸產(chǎn)品在幾項(xiàng)重要指標(biāo)上的數(shù)據(jù)比較。
可以看出，對擊錘生產(chǎn)的鍛件除了精化程度略低于熱模鍛壓力機(jī)，其余幾項(xiàng)指標(biāo)均高于熱模鍛壓力機(jī)。實(shí)踐表明，我公司引進(jìn)的對擊錘生產(chǎn)線達(dá)到了很好的生產(chǎn)效果
