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這種曲軸適宜采用水平分模。由于其中的4個平衡塊都不需要機加工，需要機加工的位置只有連桿頸、主軸頸和大小頭的臺階軸等部位。但由于曲軸的鍛造精度要求高，一般上下模的對稱度要求≤0.3mm，甚至更高，所以鍛造難度比較大。由于大部分曲軸形狀較為復雜，自成體系，在制造上和其他鍛件的生產有著很大的區別，如果采用人工計算、設計曲軸鍛件和鍛模的方法，難度大、工序多，已經不能滿足設計精度要求和市場的要求。特別是因為當前的生產不斷向著高復雜、高精密、多品種以及設計制造的短周期方向發展，鍛模CAD/CAM技術越來越受到了重視和應用。本文采用Pro/E軟件對133曲軸的鍛模進行設計。

1曲軸鍛模的結構設計

由于熱模鍛壓力機的工作速度相對較低、運動平穩、上下模接近時不能壓靠、完成后有頂出裝置，所以，鍛模不需要承受鍛壓時產生的過剩能量，不用考慮鍛模受力面積的大小，在這種情況下，鍛模大多是在通用模架內添加帶型槽鑲塊的結構形式。這種結構的鍛模主要包括通用模架、模塊、模塊墊板、模塊緊固件、導套、導柱、頂出機構等不同的零件。在設計熱模鍛壓機模具結構時，主要應該考慮模架、模塊、導鎖、排氣孔、收縮率等。

1.1模架

模架的作用是緊固模塊，并且能夠傳遞鍛壓機頂料運動，是承受鍛造負荷的主要部件。目前，已經開發出來的模架類型有很多，可供選擇使用，當然，也可以根據不同的工藝需要自行設計。較為常用的有兩種：一是壓板式模架，二是定位鍵式模架。根據133曲軸的實際情況，一般選用定位鍵式模架作為基礎。這種模架的優點是：先用鍵實現鑲塊、墊板以及模座進行前后左右方向上的定位，再用螺栓把三部分緊固成一個整體。定位鍵呈十字型分布，鑲塊的尺寸可以在較大范圍內進行調節。

1.2模塊

在組合式模具中，模塊是其中最重要的主體。在模塊上需要開設成形的模膛，而模膛的尺寸則由熱鍛件圖的尺寸和形狀確定。一般來說，一個模塊上可以只設置一個模膛，也可以同時設置兩個或多個模膛。在本套曲軸的模具中，由于曲軸的形狀較為復雜，在一個模塊只適合設置一個模膛。模塊的結構和形式應當和模架的結構形式相適應，一般在應用中有長方形和圓柱形兩種。其中，與圓柱形的模塊相比，長方形的模塊在調整和加工時都更為簡便，所以，長方形的模塊在應用中更為廣泛。本模具設計采用長方形結構，其尺寸定為600mm×380mm。

1.3導鎖

利用鍛壓機進行模鍛時，雖然有良好的導向機構，可是，如果鍛件的分模面是斜面、曲面，或者鍛模和模膛中心存在較大的偏移量時，在模鍛時會產生一定量的水平分力，這種水平分力很容易引起鍛模與鍛件之間的錯移，同時增加了壓機導軌、模具導柱、導套之間的磨損。所以，為了避免出現這種情況，常常在鍛模模塊上添加鎖扣來平衡水平分力。在曲軸的鍛模設計中，考慮到曲軸模鍛的變形阻力不均勻，會導致模膛中心與鍛模中心的不重合。同時，因鍛件精度要求較高，如果設備在長期使用后，導向精度也難以達到產品的精度要求，所以在設計時添加導鎖。根據上述分析將導鎖設計為對角形式。本套模具的導鎖尺寸為80mm×80mm×52mm，拔模斜度為3°，導鎖間隙0.2mm。

1.4排氣孔

當終鍛模膛存在較深的型腔時，金屬在上下模塊的一次行程中成形，這時積聚在型腔內的空氣受壓，如果無法溢出，就會在型腔內產生較大的壓力，阻礙金屬充滿整個型腔內部，所以，在模具設計中需要考慮在型腔內最后充滿金屬的部位開設若干個排氣孔。在曲軸的模具中，排氣孔的直徑確定為準2mm，孔深10mm，后部可以用準5mm的通孔使其與通道相通。考慮到不同的因素，在Pro/E軟件中設計出曲軸(預)終鍛模具結構如圖2所示。

2鍛模材料熱處理及加工工藝

2.1鍛模材料選擇

133曲軸終鍛模模型如圖3所示。要想選擇合適的鍛模材料，需要考慮眾多的因素，其中鍛造設備、鍛件材料、型槽深度和復雜程度、鍛造溫度、鍛件的公差等為關鍵的幾個方面。同時，與錘鍛模需要承受較大的沖擊載荷不同，壓力機鍛模則要承受較高的熱載荷。由于鍛模長期處于200℃以上的條件下使用，其材料需要按規定采用耐熱模具鋼。這類模具鋼的含碳量為0.3%～0.6%，主要元素有Cr、Mo、W、V、Ni等。在鍛模中，對于深模槽和一些大模塊，還要求用具有較好的韌性和淬透性的模具鋼，型槽越深、模塊越大，模塊的強度則應選得相對低些。在綜合分析的基礎上，確定選用熱鍛模中最常用的5CrNiMo鋼作為133曲軸的鍛模材料，其化學成分見表1。

2.2鍛模的熱處理

鍛模的熱處處理采用油淬方式，一般淬火的溫度在820～860℃之間，在500℃時回火，最終保證鍛模材料的硬度在45～48HRC之間。需要采用二次回火的方式，使第一次回火后的殘留奧氏體發生充分轉變。

2.3曲軸模具加工工藝

由于曲軸鍛模相對較為復雜，在加工時需要采用多種加工工藝和方法。其中鍛模型腔的最終加工精度直接影響著曲軸鍛件的精度，所以，對于型腔的加工精度是鍛模加工的關鍵所在。特別是曲軸的鍛模型腔形狀較為復雜，相對較深而又狹窄，加工精度要求又高，所以，加工存在一定的難度。一般地，在型腔較深處切削加工時，要求刀具直徑小，強度相應地就降低，特別是精加工大都是在對模具經過淬火之后才能進行，所以，在加工時刀尖切削刃發生崩裂甚至整個刀具斷裂的現象經常發生。綜合考慮以上各種因素，對曲軸鍛模型腔精加工時宜采用電火花方式進行。常見的加工工藝過程為：模塊鍛坯→毛坯退火→銑削各個平面→型面粗銑→型面半精銑→模塊淬火→型面電火花精加工(切邊模用線切割機床加工)→型腔拋光→檢驗。

3結論

由于曲軸結構的復雜性，在鍛模制造上也具有一定的特殊性。借助于Pro/E設計加工平臺，不僅能夠很方便地進行產品的造型，還能很方便地進行加工和制造。使用Pro/E對以上曲軸鍛模進行造型并進行數控加工，大大縮短了生產工期，在模具產品的質量上也有了相當大的提高，對于提高數控加工水平和生產效率具有十分重要的意義。

作者：王敬艷孔建朱晶波單位：長春職業技術學院煙臺工程職業技術學院