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1、1.绪论1. 1挤压的定义及分类2. 1.1挤压的定义挤压是将挤压模具装在压力机上，将金属坯料放入模腔内，利用压力机的往返运动，在强大的压力和一定的速度之下，迫使金属在挤压模的型腔内发生塑性变形，从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。挤压是在很强的三向应力状态下的成型的过程，因而允许很大的变形量，更适于低塑性材料的成型。显然，挤压加工是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来成型零件的；在整个变形过程中，其材料的体积是保持不变的。挤压成型速度范围很广，它既可在专用挤压机上进行，也可在一般的机械压力机、液压机、摩擦压力机以及高速空气锤上进行。挤压成型温度范围也很广
2、，它既可在常温、中温下进行，也可在高温中进行。根据制品形状的要求，有各种与之相配的模具。挤压模具是挤压生产中最重要的工具，它的结构形式、各局部尺寸、模具材料、模具的装配形式等，对挤压力、金属流动的均匀性、制品尺寸的稳定性、制品外表质量以及模具自身的使用寿命等都产生极大的影响。3. 1.2挤压的分类（1）按毛坯加热温度的不同分类1）冷挤压在室温中对毛坯进行挤压。冷挤压的特点及应用范围；采用冷挤压法加工可以降低原材料消耗，材料的利用率高达70%90%。在冷挤压中，金属材料处于三向不等的压应力作用下，挤压后金属材料的晶粒组织更加细小而密实；金属流线不被切断，而是沿着挤压件轮廓连续分布；同时，由于冷挤
3、压利用了金属材料经冷加工而产生的加工硬化的特性，使冷挤压件的强度大为提高,从而提供了用低强度钢代替高强度钢的可能性。此外，冷挤压靠强大的压力来熨平毛坯外表，因此可以获得较高尺寸精度和较低外表粗糙度的冷挤压件。冷挤压模具与一般冷冲模相比，工作时所受的压力大得多，因而在强度、刚度和耐磨性等方面的要求都较高。冷挤模不同于冷冲模的地方主要有： 凹模一般为组合式（凸模也常常用组合式）结构； 上、下模板更厚，材料选择得更好，满足模具的强度要求； 导柱直径尺寸较大，满足模具的刚度要求； 工作零件尾部位置均加有淬硬的垫板；模具易损件的更换、拆卸更方便。从上述分析可以看出，冷挤压加工具有“高产、优质、低消耗”的
4、特点，在技术上和经济上都有很高的实用价值。目前，己在机械、仪表、电器、轻工、航宇、船舶、军工等工业部门中得到较为广泛的应用，已成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之-*O当然，冷挤压也有一些缺点，比方，单位挤压力较大，模具使用寿命较短WL但是，随着科学技术的开展，模具材料的开发，模具结构的合理化，缺点会被克服，优越性会得到充分发挥。2)温挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以下的某个适当的温度范围内进行挤压。3)热挤压将毛坯加热到金属再结晶温度以上的某个适当的温度范围内进行挤压。(1)按毛坯材料种类不同分类1)有色金属挤压被挤压毛坯材料为有色金属及其合金。2)黑色金属挤压被挤压毛坯材料为黑有
5、色金属及其合金。1.1.3挤压根本方法根据挤压时金属流动方向与挤压轴运动方向之间的关系，常见的挤压方法有：(1)正向挤压法正向挤压是挤压生产中应用最广泛的一种方法，主要特点是挤压时金属的流动方向与挤压轴的运动方向一致，即在挤压时金属流动方向与凸模的运动方向相同。在挤压过程中挤压筒固定不动，毛坯在挤压轴压力的作用下沿着挤压筒内壁发生剧烈的摩擦并引起毛坯的温度升高，同时毛坯沿着挤压轴运动方向发生流动变形。正向挤压又分为实心件正向挤压和空心件正向挤压。正挤压生产的特点是：制品的尺寸范围广，灵活性大，自动化简单，投资费用少，易别离残料；但由于挤压过程中毛坯外表与挤压筒内壁的剧烈摩擦，从而使挤压力损失3
6、0%40%,同时，摩擦产生的温度使毛坯的温度不均匀，导致金属流动不均匀。为防止由于流动不匀造成制品产生裂纹等缺陷必须降低挤压速度，从而导致生产效率降低，挤压残料较厚。(2)反向挤压法反向挤压法是针对正向挤压法在挤压过程中毛坯外表与挤压筒内壁的剧烈摩擦的情况出现的另一种挤压方法。主要特点是：挤压时金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反，即在挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反，使挤压过程中的毛坯外表与挤压筒内壁之间无相对运动，改变了金属在挤压筒内流动的力学条件，减小了所需的挤压力，降低了变形的不均匀性。反挤压生产的特点是：可减小总挤压力的30%40%,适用于硬合金挤压生产，金属的流动性较好，从
7、而使挤压制品的组织和性能均匀，但由于受到挤压轴、挤压模的限制，使挤压制品的外表质量欠佳，而且对毛坯外表质量要求严格，别离残料困难。由于受到设备条件及别离残料困难等因素的限制，因而使其在工业生产中的运用受到很大限制，但近年来随着生产技术的开展和设备结构的改良，在实际生产在中反向挤压又有新开展。(3)复合挤压法复合挤压法将正向挤压法和反向挤压法的特点结合起来，生产断面形状为圆形、方形、六角形、齿形、花瓣形的双杯类和杆类挤压件，也可以制造等断面的不对称挤压件。复合挤压法是在挤压时使毛坯的一局部金属的流动方向与挤压轴的运动方向相同，而另一局部金属的流动方向与挤压轴的运动方向相反，即在挤压时金属沿着凸模
8、运动的方向和相反的方向同时流动。(4)其他挤压法1)减径挤压法它主要使毛坯断面作轻度缩减。适用于制造在径差不大的阶梯轴类挤压零件以及深孔薄壁杯形零件的休整工序。2)径向挤压法挤压时，金属的流动方向与挤压轴的运动方向垂直，即金属流动方向与凸模的运动方向垂直。用该挤压法可以制造十字轴类挤压件，也可以制造花键轴的齿形局部以及直齿和小模数螺旋齿轮的齿形局部等。3)锁挤复合挤压法它是将局部撤粗和挤压结合在一起的加工方法，主要用于制造凸缘或粗腰形的杆类挤压件。1.2冷挤压定义及特点1.2.1冷挤压定义冷挤压是利用金属材料塑性变形的原理，在室温的条件下，将冷态的金属毛坯放入装在压力机上的模具型腔内，在强大的
9、压力和一定的速度作用下，迫使金属毛坯产生塑性流动，通过凸模与凹模的间隙或凸模出口，挤出空心断面比毛坯断面要小的实心零件，可获得所需一定形状及尺寸，还具有较高力学性能挤压件的工艺技术。1.2.2冷挤压工艺特点1. 2.2.1冷挤压优点近年来，在机械制造工艺方面广泛采用冷挤压先进技术，取得了显著的成效。与其他制造方法相比，冷挤压工艺已成为金属塑性变形中的最先进工艺之一，在技术上和经济上都有很多显著优点。(1)显著降低原材料消耗(2)提高劳动生产率(3)可成形复杂形状的零件(4)提高零件的力学性能(5)可获得较高尺寸精度及较小外表粗糙度值的零件(6)减少工序，缩短生产周期(7)减少设备投资(8)降低
10、生产本钱1.2.2.2冷挤压缺点(1)变形抗力高(2)模具寿命短(3)对毛坯要求较高(4)对冷挤压设备要求高1. 3冷挤压工艺应用范围综上所述，冷挤压加工方法是一种“优质、高产、低消耗、低本钱”的先进工艺，在技术上和经济上都有很高的应用价值。目前冷挤压技术已在我国汽车、摩托车、仪表、电信器材、轻工、建筑、宇航、船舶、军工、及五金等工业部门中获得了广泛的应用。己成为金属塑性成形技术中不可缺少的重要加工手段之一。冷挤压作为一种少无切削的新工艺，己成为先进制造技术中极具特色的一个门类。冷挤压加工的缺点与优点相比是次要的，是相对于当前技术条件而言的，随着科学技术的迅速开展，模具钢新材料的研究开发，模具
11、结构设计的合理化，缺点问题会被解决，优越性将会得到充分发挥。因此，可以预见，在我国经济建设已跨入21世纪，并参加WTO组织及参与国际市场竞争的情况下，这种先进的金属塑性成形加工工艺将会起到更大的作用，在各个行业中得到越来越广泛的应用。2. 材料分析3. 1材料化学成分及机械性能材料：20钢各化学成份含量元素含量碳（C）0.17-0.24硅(Si)0.17-0.37镒(Mn)0.35-0.65磷(P)0.04硫（S）0.04铭（Cr）0.25银(Ni)0.25材料机械性能M屈服极限bS（兆帕）强度极限bb延伸率6（%）断面收缩率（%）23039042028553.工艺方案的制定3. 1零件工艺性
12、分析气门顶杆用于发动机，受拉、压、剪、扭、弯和冲击等多种载荷作用，要求其具有较高的疲劳强度和冲击韧性。采用切削加工，不仅浪费大量的金属，而且由于零件材料为20钢，强度高，切削性差，所以生产效率低。而采用冷挤压加工，可节省金属，提高生产率,而且还可提高零件的强度和尺寸精度，适于冷挤压工艺。而且设计的零件图如图31所示:图3-13. 2冷挤压工艺方案的制定4. 2.1毛坯尺寸确实定考虑到挤压件顶端不平齐。应在工件顶端留出修边余量Ah,取Ah三4mm,气门顶杆挤压件如图2所示。毛坯的形状及尺寸对模具寿命及冷挤压件纤维方向的改善有很大影响。根据气门顶杆的形状特点，同时考虑到便于毛坯的定位和成形，决定选
13、用圆柱形毛坯。挤压件毛坯体积是根据制件体积与毛坯体积相等的原那么计算的。计算毛坯体积Vp得：Vp=(26/2)251-X(20/2)2(51-3.8-2.7)一冗X(23.5/2)2. 27=11926mm3为了便于将毛坯放入凹模型腔内，同时考虑到减少模具的磨损，提高零件的外表质量,一般毛坯外径D应比凹模型腔尺寸D小，对于反挤压件，毛坯尺寸应比凹模型腔尺寸小0.05m左右。由此可得毛坯外径D。：Dp=D11-0.05=260.05-25.95mm毛坯长度IP为:1p=(4Vp)/(Dp)=(411926)/(25.952)=22.55mm经试验，最后确定的毛坯实际尺寸为25.95mmX22.6
14、m11,如图3所示。图3毛坯挤压件综上所述，制定的发动机气门顶杆冷挤压工序为：（1）制备毛坯；（2）退火处理;（3）毛坯外表处理：酸洗-磷化-皂化等；（4）反挤压成形：（5）洗涤，切削加工。3. 3冷挤压经济效果分析材料利用率由切削加工的42%提高到89%,并提高了零件强度，其中零件疲劳寿命提高了一倍，且模具调整方便，生产率也提高了。4.模具设计4. 1挤压模具设计根本要求,挤压模具设计的根本要求，应满足以下条件：（1）凹模工作局部应有足够高的强度和较长的使用寿命；（2）凹模工作局部能够简洁可靠的固定在模架上；（3）极易损坏局部拆卸方便；（4）毛坯放置容易，定位准确，在大量生产时可能采用半自动
15、或全自动料；（5）挤压的工件可以方便的取出；（6）制造简单，本钱费用低；（7）保证操作人员的平安。4.2模具设计时应考虑的平安措施在设计模具时，必须周全的从各个不同角度考虑必要的平安措施，以确保人身平安和设备平安。模具结构平安措施的一些根本要求如下：（1）模具的结构不应使操作者有不平安感。在操作时，严禁向模具内伸手。模具结构应以操作时不必将操作者身体的一局部进入危险区为原那么。2模具要有足够的强度。整个模具结构的厚度不能过薄，受力局部厚度要大一些。(3)在设计模座时，应考虑安装螺钉的槽孔尺寸，特大的上模座或具有较大的钢性卸料板的模具，应增加紧固螺钉。(4)对具有敞开式活动卸料板的模具，应加保护板。4. 3挤压模具整体设计在高压力作用下，为了保证挤压模具的寿命，对模具结构的强度、刚度等方面的要求应比一般冲压模具高。该模具采用导柱导套导向，来提高导向的精度。凸模用凸模固定板固定。由于挤
