擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)/制造的標(biāo)準(zhǔn)化研究與應(yīng)用

嚴(yán)成武

摘 要：擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)作為汽車(chē)輕量化的重要成形工藝，發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用。擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)是使液態(tài)金屬在高壓作用下，高速噴射充填型腔，隨后在壓力下凝固成形的一種鑄造工藝，具有生產(chǎn)率高、精密性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，用擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)工藝生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件不但可以縮短生產(chǎn)周期，還可達(dá)到精密近凈成形，省去大量的機(jī)加工序，節(jié)約成本，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、油底殼、前蓋、凸輪軸蓋、出水管、節(jié)溫器、支架等零件。本文以擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)中氣門(mén)頂桿為例介紹了擠壓模的制作和成形工藝，通過(guò)對(duì)毛坯尺寸、擠壓件的變形程度的計(jì)算，詳細(xì)討論了擠壓模結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后闡述了采用擠壓模制作各類零部件的好處。

關(guān)鍵詞：氣門(mén)頂桿；擠壓模；結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： TG3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）14-176-2

0 引言

擠壓屬于立體壓制中的一種比較先進(jìn)的加工方法，它只需要一副就可以加工底和壁厚不同、高度和直徑之比很大的圓形件或其他各種形狀的不同零件。這種加工方式的優(yōu)點(diǎn)在于其尺寸精度較高、表面粗糙度值比較小、力學(xué)性能較好。以具體的研究成果為基本材料，進(jìn)行科學(xué)化的分析，從而找到一些具體的方法才是關(guān)鍵所在，通常情況下，主要依據(jù)的方法來(lái)源于在實(shí)踐中不斷的進(jìn)行總結(jié)，從而形成一種較高的思維模式，這對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)講前景非常廣闊，同時(shí)研究其成果也是值得我們借鑒和認(rèn)真學(xué)習(xí)的。因此采用擠壓的加工工藝生產(chǎn)出來(lái)的零件就能比較好的符合各種要求。經(jīng)過(guò)分析該零件的擠壓工藝具體流程是：先制作簡(jiǎn)單的形狀，之后再進(jìn)行科學(xué)化的分析，找到一些具體的實(shí)施辦法，從而加快擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)/制造的標(biāo)準(zhǔn)化研究的進(jìn)程。

1 氣門(mén)頂桿擠壓模的工藝設(shè)計(jì)

1.1 具體大小尺寸的確定

因?yàn)樵趯?shí)際制作過(guò)程中有可能會(huì)有擠壓件頂端不平齊的現(xiàn)象，所以在工件的頂端要留出修邊余量，就是氣門(mén)頂桿擠壓件。擠壓的壽命及其纖維方向的改善都與毛坯的形狀和尺寸有著密切聯(lián)系。通過(guò)對(duì)氣門(mén)頂桿的形狀特點(diǎn)以及毛坯的定位和成形便利程度的分析，發(fā)現(xiàn)使用圓柱形毛坯比較合適。

擠壓件毛坯體積的計(jì)算是根據(jù)制件體積與毛坯體積相等的規(guī)則來(lái)進(jìn)行的。通過(guò)計(jì)算具體的形狀大小以及結(jié)構(gòu)情況，我們可以從中感受到在進(jìn)行科學(xué)化的設(shè)計(jì)過(guò)程中所采用的技術(shù)是相當(dāng)嚴(yán)格的，并且還需要不斷地?cái)U(kuò)大其研究范圍，才能夠滿足當(dāng)前發(fā)展的需要。通常凹模型腔尺寸要比毛坯的外徑要大，相對(duì)于反擠壓件來(lái)說(shuō)，凹模型腔尺寸要比毛坯尺寸大0.5mm左右。

1.2 關(guān)于擠壓件的變形程度分析

擠壓件的變形程度指的就是材料在擠壓時(shí)其塑性變形量的大小。擠壓件的變形抗力是和其擠壓時(shí)的變形程度成正比的，但是當(dāng)擠壓壓力大于其承受的壓力時(shí)，就會(huì)形成一種壓力過(guò)大而出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，為此，要結(jié)合其承受壓力的大小關(guān)系來(lái)進(jìn)行科學(xué)化的分析，從而保障其不受壓力損害。而實(shí)際的生產(chǎn)生活中大多采用斷面縮減率來(lái)表示。

1.3 關(guān)于受力狀況分析

要采取一些具體的辦法來(lái)處理遇到的受力情況，我們通常主要借鑒一些在實(shí)踐過(guò)程中形成的一種慣性思維來(lái)考慮問(wèn)題，從而最大化的解決所出現(xiàn)的擠壓過(guò)猛而造成的一系列損害。通常在具體的實(shí)施過(guò)程中一定要根據(jù)其方便的特點(diǎn)來(lái)處理。在實(shí)際的生產(chǎn)中還應(yīng)該考慮擠壓力還會(huì)受到各種因素的影響，從而會(huì)造成一些損害的發(fā)生，為了避免這些危害的發(fā)生，我們主要結(jié)合因素來(lái)分析其具體解決的辦法。

1.4 關(guān)于深化設(shè)計(jì)的要求分析

對(duì)于具體的毛坯而言，主要在于其具體的設(shè)計(jì)過(guò)程嚴(yán)格程度，且技術(shù)是關(guān)鍵。如果出現(xiàn)了一些由于壓力過(guò)大而造成一系列的損害發(fā)生時(shí)，我們就要緊緊抓好損害發(fā)生的原因開(kāi)始，逐步建立健全一些管理的制度來(lái)規(guī)范化操作，從而減少問(wèn)題的發(fā)生。這樣以來(lái)對(duì)于擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)/制造的標(biāo)準(zhǔn)化研究與應(yīng)用而言就顯得非常重要，這是值得我們關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

①柔軟性分析。當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行具體的操作過(guò)程時(shí)，一定要采取一些科學(xué)化的辦法來(lái)處理，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的科學(xué)化、合理化?？墒菍?duì)于如何進(jìn)行材料的柔性軟化，這主要采取的辦法還在于將一些材料可塑性、降低變形抗力以及消除內(nèi)應(yīng)力，一般采用的方式為軟化退火處理。經(jīng)過(guò)軟化退火處理后的毛坯其硬度一般都在110-120HB。

②表層結(jié)構(gòu)分析。經(jīng)過(guò)我們認(rèn)真的分析后，目前，主要在于表層結(jié)構(gòu)不合理，從而造成難以解決壓力承受問(wèn)題。通常情況下，我們主要依據(jù)一些具體的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)作為指導(dǎo)，將一些不能夠進(jìn)行的設(shè)計(jì)給予科學(xué)化的處理。從而達(dá)到預(yù)期效果。對(duì)于表層處理，還在于進(jìn)行磷化處理。

③潤(rùn)滑處理。為了使得毛坯與間的摩擦力降低到最小值，變形抗力和變形功也得到最大限度的減少，并提高使用壽命，就必須對(duì)經(jīng)過(guò)表面處理后的毛坯進(jìn)行潤(rùn)滑處理。一般采用皂化處理的方式進(jìn)行毛坯的潤(rùn)滑處理。

1.5 擠壓銷(xiāo)制造的標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)計(jì)要求是多樣化的，我們?cè)谶M(jìn)行具體的設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，一定要采取一些行之有效的方法來(lái)進(jìn)行操作，從而形成既可滿足當(dāng)前發(fā)展的需要，也可及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)生的不協(xié)調(diào)問(wèn)題，所以，要加大對(duì)擠壓銷(xiāo)制造標(biāo)準(zhǔn)的研究，改變一些原來(lái)錯(cuò)誤的做法才是關(guān)鍵，具體而言，就應(yīng)該加大其制造標(biāo)準(zhǔn)的研究力度，從具體的實(shí)踐過(guò)程中，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從而為擠壓銷(xiāo)制造提供新的技術(shù)借鑒。對(duì)于如何讓模架上應(yīng)有吊環(huán)螺釘，便于模架的吊運(yùn)和裝配，我們就得依靠現(xiàn)代化的技術(shù)設(shè)備來(lái)完成，因?yàn)樵趯?shí)際的操作過(guò)程中，一定要結(jié)合實(shí)際的辦法來(lái)進(jìn)行科學(xué)化操作，以避免由于操作不當(dāng)而發(fā)生問(wèn)題。其實(shí)，更應(yīng)該注重壓鑄機(jī)尺寸設(shè)計(jì)外形及大小，防止干涉。

根據(jù)我司的實(shí)際生產(chǎn)情況，模架至少需要滿足兩種以上機(jī)型的安裝和生產(chǎn)，設(shè)計(jì)的裝配圖上需畫(huà)出所安裝的壓鑄機(jī)大杠的尺寸及位置，開(kāi)模、頂出位置；動(dòng)、定模套板使用50#鋼或P20，熱處理硬度為HRC28～30；銘牌必須安裝在操作者側(cè)經(jīng)加工出的凹槽中，其上必須注明尺寸（長(zhǎng)×寬×高）、重量、適合機(jī)型、壓射中心位置、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品編號(hào)、編號(hào)；模架出吊環(huán)孔時(shí)，要上下對(duì)稱出4個(gè)吊環(huán)孔，動(dòng)模套板或定模套板上的吊環(huán)孔位置必須在單邊的重心上設(shè)置，以保證單邊吊模時(shí)平行。（即動(dòng)模套板上的吊環(huán)孔位置，能保證吊起整個(gè)動(dòng)模時(shí)平行，不傾斜；所有必須開(kāi)設(shè)動(dòng)模底板，不允許使用支撐柱直接與壓鑄機(jī)板接觸；跨距大于150mm時(shí)都應(yīng)考慮加支撐柱。支撐柱直徑（或?qū)挘┎恍∮?5mm，盡可能靠近壓射中心容易變形的部位；設(shè)計(jì)完成時(shí)必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。

2 擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)重點(diǎn)

材料為20Cr，斷面收縮率（ψ/%）≥40。

①活塞銷(xiāo)內(nèi)孔（Φ18.6mm）是自由公差，所以其精度要求可以由冷擠壓工藝來(lái)滿足，因此不必留出切削余量。而外圓表面粗糙度值Ra要求為0.1mm，尺寸精度要求是0.01mm，冷擠壓很難滿足要求，所以外圓要留出磨削余量0.5mm（雙邊），再冷擠壓工序以后用磨削方法將外圓磨出。

②對(duì)于器件的斷面收縮率εA=（18.6/29.1）2×100%=40.85%。對(duì)于20Cr是可行的。從擠壓凸模的穩(wěn)定性來(lái)考慮，我們要結(jié)合實(shí)際的模型進(jìn)行科學(xué)化分析，找到一些能夠解決壓力過(guò)大所造成的損害方法，從而加快擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)的進(jìn)程。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的比值（長(zhǎng)徑比）不應(yīng)該超過(guò)3.0。所以L/d=（92/2）/18.6=2.47<3.0，所以可行。

③連皮的位置保持在中間，實(shí)際過(guò)程中并不容易，要從具體的實(shí)踐過(guò)程來(lái)考慮這些問(wèn)題的解決辦法。通常情況下，我們依據(jù)其在實(shí)踐過(guò)程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)來(lái)處理問(wèn)題，可是一些具體的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不能夠滿足當(dāng)前發(fā)展的需要，所以要加快對(duì)其受力結(jié)構(gòu)的技術(shù)的研究，從而能夠很快的形成一種良性發(fā)展的趨勢(shì)，這是我國(guó)進(jìn)行研究的重要內(nèi)容。同時(shí)，更應(yīng)該關(guān)注其實(shí)際的壓力的大小，從具體的擠壓力進(jìn)行分析，找到能夠解決問(wèn)題的方法，這才是最關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。對(duì)于上凸模前端錐角α1為162°下凸模錐角為150°。這樣就使金屬向下流動(dòng)比向上流動(dòng)容易些，從而抵消了前述流動(dòng)的差異，使連皮位于中間位置。

3 擠壓工作零件常用材料及選擇

3.1 碳素工具鋼

碳素工具鋼是冷擠壓模具鋼中價(jià)格最低廉的鋼種。T10A是常用的碳素工具鋼牌號(hào)。其優(yōu)點(diǎn)是加工及熱處理方便，具有良好的切削和耐磨性能，但缺點(diǎn)是淬透性、強(qiáng)韌性及耐熱性能差、熱處理變形大、使用壽命低。因此只能用于尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)載不大的模具零件，如壓力墊板、頂料桿，純鋁、紫銅等軟材料擠壓凹模。

3.2 高合金工具鋼

含鉻量為12%的高合金工具鋼是冷擠壓模具材料中普遍采用的高碳高鉻鋼種。Cr12、Cr12Mo和Cr12MoV是經(jīng)常使用的牌號(hào)。該類鋼熱處理變形小，淬透性好，耐磨性較高，韌性優(yōu)良，適宜制作冷擠壓凸模和凹模。不過(guò)這類鋼的碳化物偏析較為嚴(yán)重，尤其是大尺寸的材料，在制造模具之前要進(jìn)行改鍛，使碳化物分布均勻（1～3級(jí)），否則在使用中嚴(yán)重影響模具使用壽命，因此它比較適宜于作為有預(yù)應(yīng)力圈的內(nèi)凹模材料。

3.3 高速工具鋼

常用高速工具鋼的牌號(hào)有：W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2等。該類鋼種具有很高的強(qiáng)度、良好的耐磨性和韌性，尤其是高溫硬度高、熱硬性極好，抗軟化變形能力強(qiáng)，是制造凸模的優(yōu)良材料。但是高速工具鋼的碳化物分布不均勻，這種不均勻性隨著鋼材截面尺寸的增大而提高，使其力學(xué)性能下降。在模具結(jié)構(gòu)允許的前提下，應(yīng)盡量選用小尺寸的高速工具鋼原始棒料來(lái)制造模具零件。

3.4 硬質(zhì)合金

一般用于冷擠壓模具工作零件的硬質(zhì)合金為鎢鈷系硬質(zhì)合金，常有牌號(hào)有YG15、YG20、YG25，其中數(shù)字表示含鈷量的百分比。如YG15表示含鈷量15%，其余為鈦化鎢。硬質(zhì)合金具有極高的硬度、良好的紅硬性、較小的膨脹系數(shù)、足夠的強(qiáng)度，并且耐磨、耐高溫，是優(yōu)良的模具材料。但是硬質(zhì)合金抗彎、抗拉強(qiáng)度低，所以常用作凹?；虬寄ｈ倝K材料。

3.5 合金碳素工具鋼

在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素，性能與碳素鋼類似。

3.6 擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

擠壓銷(xiāo)工藝技術(shù)就是在擠壓銷(xiāo)中進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，鋁液在高速、高壓充填型腔后，還處于半凝固狀態(tài)時(shí)，通過(guò)油缸推動(dòng)擠壓銷(xiāo)擠壓半凝固狀態(tài)鋁液，使得由于殘留氣體及凝固收縮產(chǎn)生的孔洞被壓實(shí)、充填，從而獲得局部致密的鑄件。

在國(guó)內(nèi)擠壓銷(xiāo)技術(shù)還處于前期的摸索和研究、試驗(yàn)階段，目前還未有使用自主創(chuàng)新、自行研發(fā)專利技術(shù)的詳細(xì)報(bào)道，也沒(méi)有形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)資料可以參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

本課題主要是在GHT積累的擠壓銷(xiāo)工藝經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)基

礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和總結(jié)。通過(guò)對(duì)FS汽車(chē)零件的擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和制造工藝的研究，分析工藝的設(shè)計(jì)關(guān)鍵和制造要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)神項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)化，降低產(chǎn)品的廢品率、故障率、制造周期、產(chǎn)品的制造成本，增加公司的經(jīng)濟(jì)效益。

FS汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)零件的典型特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚變化大，加工精度高，制造困難。特別是高壓油道設(shè)計(jì)集成在零

件中，局部壁厚較大，導(dǎo)致縮孔、縮松，即使X光檢查沒(méi)有

發(fā)現(xiàn)缺陷也會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)品泄漏。針對(duì)以上情況，本項(xiàng)目需要在設(shè)計(jì)和制造方面實(shí)現(xiàn)：擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)化。擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多零件裝配而成，零件的制造準(zhǔn)確性、可靠性嚴(yán)重影響著壽命和產(chǎn)品制造成本，需要分類進(jìn)行研究和規(guī)范。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 盧宏遠(yuǎn)，盧敏，宋青，王禹彭.汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的壓鑄[J].特種鑄造及有色合金，2012，32（3）.

[2] 陳金誠(chéng).中國(guó)擠壓銷(xiāo)業(yè)發(fā)展的回顧與展望[J].鑄造，2012（5）.

[3] 潘憲曾主編.擠壓銷(xiāo)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2002.