[发明专利]曲轴整体一次成型电渣熔铸法

说明书

本发明涉及一种特种熔炼方法，特别涉及一种曲轴整体一次成型电渣熔铸法，其不仅具有精炼提纯和凝固成型的特征，而且还具有变形成型的特征。

众所周知，电渣熔铸法是一种把普通熔炼方法制成的金属电极，置于水冷异型结晶器中，通以电流，借助于熔渣的电阻热将金属电极熔化，熔化了的金属汇聚成金属液滴，穿过渣池进入熔池，在异型水冷结晶器中凝固成异型铸件的方法。由于电渣熔铸法可以直接制造出性能与用普通熔炼方法生产的金属锻压件相媲美的优质异型铸件，且其设备简单，操作方便，生产期短，毛坯精化，成本低廉，所以引起国内外的广泛重视，应用范围正在逐渐扩大。至今，已能生产钢管、轧辊、阀体等等各种各样异型铸件。

但是，对于形状十分复杂以及薄壁小件，例如，多拐曲轴、连杆、摇臂等复杂件的电渣熔铸整体成型，尚未见报导。这是由于在电渣熔铸过程中，自耗电极难以插入结晶器的型腔内，而无法进行正常的熔炼之故，这也是该方法的局限性所在。因此，这类复杂件的生产，目前一般采用转铸法或者电渣熔铸加电渣熔接法。采用分段电渣熔铸方法生产整体曲轴，国内和苏联均有报导。此方法是首先用电渣熔铸法制成带有园形凸耳的曲柄轴臂，然后取出旋转一定角度（根据曲轴各连杆轴颈的分度决定），将凸耳放入原结晶器相应的凸耳孔中，又开始熔炼第二个曲柄毛坯，同时把它同第一个曲柄臂毛坯熔接在一起。重复上述步骤，就可生产出整体而拐数和分度均不受限制的曲轴。另一种是连续熔接上述已炼制成的曲柄臂（曲柄臂上曲柄颈部位先熔成孔），直至形成一根整体曲轴。上述方法由于需要多次熔接，对熔接的热影响区组织有不利影响，低倍可见熔合线，有时还会存在夹杂、气孔、夹渣、未焊透、裂纹等缺陷，故而这部分性能低于其它部分的性能。而这部分恰恰是曲轴工作时的应力峰值区。曲轴的疲劳断裂基本上均发生在这个区域。另外，“农业机械”1978年第11-12期，第55-57页报导了一种电渣熔铸异型拐轴（导向轮轴）的方法，该方法为了熔出不在同一轴线上的上、下轴段，在熔铸时，自耗电极和结晶器也作相对移动，以保证电极端部及高温区按一定的路线转移，但没有变形过程。若不作改进，该方法难以熔铸出形状十分复杂的多拐曲轴或者其它复杂件。因为曲轴的曲柄厚度与长、宽之比很小，一般仅1/8-1/4，拐轴为1-1.5，无法进行上述的“转移”。

本发明的目的旨在对电渣熔铸方法进行改进，在熔铸过程中使熔池或者渣池发生局部变形，以克服电渣熔铸方法中的上述局限性，达到整体熔铸出形状十分复杂的产品的目的。

为了实现本发明的目的，本发明在电渣熔铸法中金属凝固成型步骤之前，还包括在曲拐内凹侧电极无法直接插入进行正常熔铸和成型的局部挤入活块模具，通过这种模具的移动所进行的变形成型的步骤，成型曲轴的连杆轴颈的内凹部位。本发明采用二种方式达到变形成型。

第一种方式是，在曲拐内凹侧电极无法直接插入进行正常熔铸和成型的主体结晶器的侧壁上设置一些活块状模具，活块模具在主体结晶器中能够以大体上垂直于主体结晶器轴线的方向作往复移动，成型曲轴的连杆轴颈的内凹部位。主体结晶器一般为对开式的，可以是整体对开式，或是一拐一段对开式，或是多拐一段对开式，视熔铸产品的形状而定。在电渣熔铸过程中，将活块模具挤入相应于曲拐内凹部位的渣池与熔池的交接面处，即可形成一个拐。随着熔炼的进行，还可按上所述挤入第二个活块模具、第三活块模具……，直至熔铸成整根多拐曲轴。

活块模具开始挤入的最佳时刻为渣池与熔池交接面与活块模具下平面刚接触的瞬间，挤入终止的最佳时刻为渣池与熔池交接面上升到高于挤入活块模具下平面之上0.03～0.06倍的活块模具厚度的瞬间。当熔池表面上升至上一拐的下曲柄臂时开始拔出活块模具，拔出过早会影响成型精度，甚至钢液会重新熔穿上曲柄臂，拔出过晚将增大拐颈残余应力以及拔出困难。

挤入活块模具要设计成与变形部位相应的形状。挤入活块模具的宽度B和厚度H应符合以下关系式：

B＝（0.8～1.2）d，H≤0.9L

式中：d为连杆轴颈直径，L为连杆轴颈长度。

如果B＞1.2d，则活块模具挤入困难。倘若B＜0.8d，则主体结晶器的使用寿命会大大地缩短。假如H＞0.9L，则无法满足曲柄臂成型的精度要求。

为了保证挤入的安全和挤入活块模具的使用寿命，活块模具内要用水冷却，而且进水要使用喷管，对中高温死角区，进水压力要比主体结晶器的进水压力高1-2倍。

活块模具挤入和拔出的传动形式可以是多种多样的现有技术，但是必须保证挤入的力的作用线与连杆轴颈对中。