作者：Volker Berghold（Schmiedag GmbH & Co. KG）、Norbert Herrmann（Wildauer Schmiedewerke GmbH）、Michael Wohlmuth（Simufact Engineering GmbH）

用于集裝箱船的大型柴油發動機曲軸通常以中小批量方式鍛造。由于每個曲軸都有其具體特征，因此這些曲軸的制造與設計是一項挑戰。而這正是成型仿真技術大顯身手之處。

挑戰

Wildauer Schmiedewerke GmbH是歐洲少數幾家能夠制造此類“卡鉗”的公司之一。Wildauer的旗艦型壓機是一款630 kJ鍛錘，能夠鍛造重達3500kg的模鍛部件。Wildauer Schmiedewerke的客戶幾乎囊括所有為造船、柴油機車及發電機制造大型柴油發動機的廠家。

Wildauer Schmiedewerke與哈根集團的Schmiedag GmbH & Co. KG 合作，將模具概念與制造工藝編排相結合。這兩家公司均為Georgsmarienhütte Holding GmbH Group所屬的獨立工廠。由于采用了不同的總成，因此Schmiedag和Wildauer Schmiedewerke可提供各種零部件。為優化工藝并獲得理想的效果，這兩家公司均加大了成型仿真技術的使用。

曲軸——發動機的心臟

大型柴油發動機的曲軸尤其重要。曲軸需要滿足極其苛刻的要求，由于故障總是伴隨著巨額成本并危及生命（例如在海上出現傳動裝置故障），因此其設計、制造須能夠承受整個壽命周期內的發動機巨大負載。

對于較小的曲軸，可在鍛壓機中制造，例如汽車曲軸。所需的能量和擠壓力足以滿足成型工藝。而對于較大的曲軸，例如用于大型柴油發動機的曲軸，由于無法一次性施加整個成型工藝所需的能量，因此必須經過多次加熱和擊打來產生所需

的最終形狀。這需要經驗豐富的鍛工技師來掌控鍛造工藝及其團隊。此外，一定要事先對鍛模和鍛造工藝進行適當的編排，以簡化整個制造工藝、打造出理想的零部件。

鍛造工藝

大型曲軸通常分兩階段鍛造。第一個階段是分配質量，讓曲柄臂區域內有充足的材料。隨后，開始最終的鍛造工藝。經過多次擊打后產生最終的形狀。如果工件過冷導致不可鍛造，則需回爐處理，隨后再完成這一過程。眾所周知，想要生產出沒有表面瑕疵的大尺寸鍛件幾乎是不可能的。

初步的虛擬工作

開發、編排鍛模工藝通常是在實際生產曲軸之前。在工藝編排階段，形成涵蓋從鍛造到最后加工的整個制造工藝以及各個階段的規格，其中包括缺陷校正。客戶通常關心是成品圖樣，這是坯料排樣的基礎。也意味著在開發鍛模時，會考慮到與曲軸尺寸與成品標準加工測量的相關性。然后根據坯料零部件的復雜性來設計鍛造坯料，再由鍛造坯料得到模具。為檢查是否能通過鍛造來實現此類結構部件，需要進行仿真。這樣可確保在必要時對坯料進行及時調整，然后將其交給客戶進行審核。編排的目的是盡量減少鍛造后可能出現的缺陷，甚至做到完全無需對法蘭及法蘭倒角進行返工。

可實現 CAD 整體模型的無縫導入

可在仿真中檢測出表面缺陷并在鍛模設計圖中糾正

仿真取得成功

將仿真軟件 Simufact.forming 用于上述工藝以及原材料使用重量優化的設計中。經常用于降低鍛造重量，減少飛邊。這也是Schmiedag所有仿真項目的目標。與初步草案相比，通過相對少的仿真工作來研究改型，可將重量減輕10-30%。

典型應用

曲軸制造初步編排的最新案例表明，可通過減少零部件的表面缺陷來最大限度地縮短最后的加工時間。可采用的參數只有預鍛模測量值的變化以及對初步鍛壓力的控制修正，以達到不同的質量分布和所需的飛邊。

對于上述曲軸，可更改預成型模并對飛邊稍作改動來實現所需的改善，可將預鍛模測量值保持為與初始制造概念相同的數值。

結束語

過去六年里，Schmiedag一直使用Simufact.forming進行成型仿真。自那時起，該公司對鍛模中的材料流、飛邊形成以及不同鍛模及工件形狀的變形進行了虛擬分析和優化。以前是先制作模具，然后根據熟練工人所掌握的知識進行鍛件試驗。這種方法需要三到四個改型。如今借助仿真，最多只需要兩個改型就可以得到滿意的結果。

盡管未來還需要對大型曲軸的整體制造工藝做進一步完善，但目前可以說，使用成型仿真技術不僅能顯著簡化并加速初步編排和制造工藝，而且能提高成本效率。

“采用成型仿真技術的主要原因是可以在計算機上對整個鍛造工藝進行仿真，因此可避免更改試驗鍛件及模具。仿真使我們能夠盡早發現各種潛在錯誤并及時采取措施，避免由此導致更大的損失。”

“每年共有 50 到 60 個項目，每個項目可節省一到兩次迭代過程。雖然沒有具體的數字，但可以假設每次改型可節約五位數的費用。如今我們運用仿真分析材料流或鍛模的壽命。今后我們希望能夠更細致地了解鍛模本身，以便根據鍛模負載和磨損對其進行優化。”

Volker Berghold，

Schmiedag工程主管

更多行業解決方案，請聯系我們：

全國熱線 ：400 633 6258

官方網站 ：www.anscos.com

郵 箱 ：info@anscos.com