商用车曲轴自动线锻造技术研究

文／孙文东，沈汝利，王志亮，姜希翠，谭潇·一汽锻造（吉林）有限公司

一汽锻造公司12500t 锻造生产线，主要承担集团内部、外部重型卡车前轴、曲轴类大型模锻件的生产，承担着公司总产量的30%以上，于2006 年建成投产，属于手动辅助操作的半自动化生产线。为提升生产线的自动化程度、提高过程稳定性、产品一致性，于2016 年初启动生产线全自动化改造项目，经前期技术方案评审、工艺技术升级改造评审、设备制造、现场施工与后期调试，历时近3 年，实现了安全、高效、高质的目标，生产线装备水平、产品质量达到国内领先，国际一流水平。

除鳞工艺

锻造坯料加热产生氧化皮问题一直是制约锻件表面质量的关键问题，同时由于氧化皮硬度极高，增加了模具的磨损，降低模具寿命。为解决此问题，对自动线改造项目评审后，引入了高压水除鳞装备。

利用高压水气爆原理，对中频加热后坯料表面的氧化皮进行清理，坯料表面氧化层在高压水的作用下产生变形、被击碎，同时由于受坯料表面高温作用，高压水产生气爆瞬间清除表面氧化皮，解决了氧化皮对锻件质量与模具寿命的影响。通过除鳞技术的应用，锻件感观质量显著提升，同时降低了模具使用过程的磨损。高压水除鳞技术效果图和技术原理如图1、2 所示。

图1 除鳞技术效果图

图2 除鳞技术原理

自动喷淋系统开发使用

锻造过程中需要对模具进行润滑、冷却，以满足工艺要求并提高模具使用寿命，通过研究开发模具自动喷淋系统，由机器人带动喷淋臂实现模具自动润滑与冷却，大大改善了模具工况，提升模具寿命与锻件质量。

自动喷淋系统开发过程中，充分考虑规避了喷淋过程可能对产品质量的影响，通过水、石墨、压缩空气的独立管路设计实现了精准控制模具温度、石墨覆盖、积液吹扫功能，良好的润滑效果与模具温度控制大幅提高了自动线的模具寿命，模具寿命由之前的3200 件提升到4200 件，同时提升了锻件表面质量。自动喷淋系统结构图及喷淋臂示意图如图3、4 所示。

图3 喷淋结构图

自动线模体结构工艺研究

锻造设备主机模体在主机结构中起着举足轻重的作用，承担着设备运转带来的打击力，并且最终传递至锻件，保证锻件成形。前期主机模座上下模体配合方式为导柱导套配合，长期使用磨损后出现锻件错差，锻件一致性差，导柱导套自身更换亦是相当繁琐。另外导柱导套为不分开结构，减小了机器人送件取件空间。为了便于坯料顺利送至主机模体内，将导柱导套结构改为X 形导轨结构(图5），导轨上安装快速更换导向板，一旦长期使用发生磨损，即可实现快速更换，从而保证主机模体的导向精度。

图4 喷淋臂示意图

图5 X 形导轨示意图

在主机模体中间，增加了二级换模机构，也称二级座结构，二级座可在主机模体内通过快速换模小车(亦称导轨快换系统）进行拉入拉出(图6），实现快速换模，省去了将整个模体机构拉入拉出的时间，大大减轻了劳动强度，同时避免了天车吊运带来的安全隐患，并且提高了换模效率。二级座与主机模座之间通过液压把紧，液压把紧系统体积小，刚度大，精度高，寿命长，易于实现安全保护。基于安全和操作方面考虑，采用自动翻转机构将二级座进行翻转，更换锻模，消除了天车操作带来的安全隐患，降低了辅助人员的劳动强度，提高了换模效率。

图6 二级座拉入拉出示意图

自动线锻模结构工艺研究

商用车曲轴在机锻模具工艺布排上，分为预锻、终锻工步，终预锻模具安装在二级座上，通过拉出拉入二级座即可完成模具的切换。由于曲轴类产品外形尺寸相差不大，锻模采用标准模块大小，避免了二级座和共用件屡次更换带来的不便。所有模具安装基准一致，即终锻模具作为最终安装定位基准，通过预锻模具挤压终锻模具，并采用楔块把紧，实现模具紧固，如图7 所示。机锻模具实现标准化设计后，缩短了模块准备时间，且同类产品之间模块可互相替换，尤其体现在新产品模具准备中，大大缩短了产品同步开发所用时间，使我司在新产品开发过程中处于优势地位。同时锻模顶杆，也称二级顶杆，采用标准化设计，所有顶杆采用φ33mm 直径。标准化设计后，极大的提高了工作效率，并且减少了模具准备时间。

图7 锻模安装结构示意图

商用车曲轴锻模通过封料挡墙(图8），实现规整化飞边，封料挡墙设计为上下模一凸一凹，凸起部分设计在下模，凹进部分设计在上模，通过合理的宽度及挡墙间隙(挡墙间隙一般大于飞边桥厚5mm 以上为宜），达到预期飞边效果。规整后飞边便于机器人夹钳抓取，从而传递至下一工位。

图8 机锻模挡墙示意图

自动线切边工艺研究

为适应自动线工艺要求，满足机器人自动抓取，切边工序采用切边复合模工艺，即俗称的“抱切”，“抱切”工艺原理为通过机器人将带飞边锻件摆放至下冲头工位，切边凹模安装在上模体，设备运转带动上模体，并且凹模内含有校正上模，切边凹模完成切边后，校正上模通过液压机构实现退件和锻件校直功能，切边后锻件保留在下冲头上，机器人按照自动程序将其取走，完成切边工序，满足自动线生产流程。

至此，商用车曲轴生产线实现了全序自动线锻造工艺生产，提升产品质量的同时，提升了生产效率，在国内率先实现了自动化改造工作。

——文章选自《锻造与冲压》2022年第17期