在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過(guò)曲軸鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定 、材料利用率不高等問(wèn)題 ，為此上海重型機(jī)器廠與高校合作研究，對(duì)曲軸鍛件在生產(chǎn)過(guò)程中現(xiàn)的問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型 ，模擬分析曲臂件的生產(chǎn)過(guò)程 ，并針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析 ，改變現(xiàn)有的工藝技術(shù) ，消除產(chǎn)生缺陷的不穩(wěn)定因素 ，形成適合我廠的工藝技術(shù) ，為下階段曲軸的大批量生產(chǎn)提供了保障通過(guò)對(duì)曲軸數(shù)值模擬得到了彎鍛過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，將曲拐的變形分為3個(gè)區(qū)域 ，并研究了曲軸的塑性流動(dòng)機(jī)理 ，分析了曲軸“細(xì)腰形”缺陷的形成過(guò)程和原陶，以及各工步的曲軸鍛造過(guò)程變形情況與裂紋傾向。 同時(shí)基于數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)曲軸結(jié)構(gòu)形狀和新工藝模具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 

 一 曲軸鍛造工藝模擬分析與優(yōu)化

曲軸鍛件作為傳遞動(dòng)力的傳動(dòng)件，是驅(qū)動(dòng)大型船體的重要核心部分。大型船用曲軸采用半組合式的方法制造，其中曲拐是曲軸生產(chǎn)的關(guān)鍵。隨著柴油發(fā)動(dòng)機(jī)率的增大 ，船用曲軸的規(guī)格也發(fā)生著變化 ，其特點(diǎn)是曲臂長(zhǎng)度增加 、厚度減薄 、曲柄銷(xiāo)部位變小。采用閉式模鍛很難生產(chǎn)這種大型號(hào)的船用曲軸 ，因此曲軸均采用自由彎曲鍛造的方法制造。

由于曲拐尺寸大 ，變形工序較為復(fù)雜 ，因此有必要采用數(shù)值模擬對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算 ，以預(yù)測(cè)曲軸的最終形狀和尺寸 ，進(jìn)而優(yōu)化工藝 。對(duì)于厚板彎曲成形問(wèn)題 ，國(guó)內(nèi)外存金屬變形機(jī)制 、起皺 ，以及坯料 、模具形狀對(duì)變形過(guò)程的影響等方面已有較多研究 ，但曲軸變形較為復(fù)雜 ，不能簡(jiǎn)化為平面或軸對(duì)稱(chēng)等簡(jiǎn)單問(wèn)題來(lái)近似處理 。曲軸成形過(guò)中 ，既存在材料非線性 ，又存在幾何非線性 ，同時(shí)還存在邊界條件非線性 ，變形機(jī)制十分復(fù)雜 ，且接觸邊界和摩擦邊界較難描述 。

曲拐彎曲部位的金屬流動(dòng)曲軸彎曲結(jié)束后的應(yīng)力應(yīng)變的分布情況。在彎曲過(guò)程中，曲軸鍛件的塑性流動(dòng)大致分為3個(gè)區(qū)域 ，即曲臂末端、曲臂與曲柄銷(xiāo)的連接處、曲柄銷(xiāo)曲臂末端隨著上模的下移而自由旋轉(zhuǎn)，變形量很小；曲柄銷(xiāo)受到上模的壓緊作用 ，隨上模向下運(yùn)動(dòng) ，除與上模接觸的一小部分外 ，其余基本為無(wú)變形的剛體運(yùn)動(dòng) ；曲臂與曲柄銷(xiāo)的連接處則是上述兩剛性區(qū)的過(guò)渡 ，它產(chǎn)生側(cè)向彎曲和橫向鐓粗的復(fù)合變形。 該區(qū)域中間位置的彎曲程度最大，內(nèi)表面和外表面分別受壓應(yīng)力和拉應(yīng)力作用 ；兩側(cè)受臨近材質(zhì)的擠壓 ，此應(yīng)變量最大：金屬流動(dòng)較劇烈的區(qū)域集中在內(nèi)表面彎曲部位 ，以及外表面發(fā)生拉伸的部位 。曲臂外側(cè)貼模部位溫度下降較大 ，造成材質(zhì)塑性下降 ，產(chǎn)生應(yīng)力集中。

“細(xì)腰形 ”缺陷的產(chǎn)生給曲軸外表而沿曲臂方向的應(yīng)力分情況 、由此可見(jiàn)，彎曲過(guò)程中，由于曲臂與下模之間存在較大的摩擦力，使得外表面沿曲臂方向伸長(zhǎng) ，其形過(guò)程類(lèi)似單向拉伸試驗(yàn)． 塑性變形較大時(shí) ，在中間部位發(fā)生頸縮 ，曲臂外表面受兩向或三向拉力作用，這佯就形成了“細(xì)腰形 ”缺陷，“細(xì)腰”部位是曲軸塑性變形最大的位置。這種缺陷存外表面表現(xiàn)最為嚴(yán)重 ，向內(nèi)逐漸減輕 。

各工步變形及裂紋傾向分析是曲拐彎鍛第一工步變形過(guò)程應(yīng)變的變化情況隨著下量的增大 ，變形增大且主要集中在根部

通過(guò)與高校合作 ，我們掌握了熱塑性加丁金屬變形特征，利用材料本構(gòu)模型和微觀組織演化模型 ，掌握了大鍛件加工過(guò)程中的流變和晶粒尺寸的演變行為 ，為曲軸大鍛件鍛造熱力參數(shù)的合理制定與挎制提供了依據(jù) 。

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