1温挤压工艺设计
1．1毛坯尺寸确定
根据挤压过程中体积不变原理，毛坯体积等于挤压件的体积，由挤压零件尺寸计算毛坯体积。考虑到毛坯下料误差，后续机械加工平端面工序和加热等因素，实际毛坯体积需增加约3．2%。毛坯体积:V=π×［(18mm/2)2×3+(10mm/2)2×37mm+(8mm/2)2×12mm－(6．5mm/2)2×20mm］×(1+3．2%)=3722mm3根据零件图样和温挤工艺，结合棒料规格，选取直径为18mm的不锈钢棒，计算得出毛坯下料长度L=14．64mm。
1．2温挤压温度选择和加热规范
温挤压件加热温度，毛坯材料氧化、热胀冷缩和模具变形都会影响温挤压件尺寸精度和表面粗糙度，挤压件强度也会降低，因此，温挤压件加热温度选择应尽量偏低。从材料变形抗力和塑性出发，希望选择在变形抗力较小，塑性好的温度范围进行挤压加工。为了避免加热氧化，毛坯加热前应涂固体润滑剂并采用快速感应加热法效果较好。阀杆温挤压温度范围选择在700～850℃［2－3］，生产实践表明，在750℃时挤压效果最佳。毛坯加热采用连续式中频感应加热炉，加热时，当炉温升至750℃，开始按照每件12s的生产节奏送料。加热过程中为使炉内温度均匀，加速热量传递，炉内带有强制空气循环装置。
1．3温挤压力计算和压力的确定
1．3．1温挤压变形程度计算温挤压成形过程中，变形程度通常用断面收缩率εF、挤压比G和对数变形程度εe3种方法表示，而实际生产中采用断面收缩率计算最为实用方便。根据文献［2］表4－2中断面收缩率计算公式εF=(d20－d21)/d20×100%，(1)式(1)中，d0，d1分别为温挤压变形前、后圆柱直径，mm。计算得:(1)大圆柱面断面收缩率εF1=69．1%;(2)小圆柱面断面收缩率εF2=36．0%;(3)内孔断面收缩率εF3=57．7%。通过计算并查文献［4］，不锈钢材料正挤压变形εF为78%～82%，可以看出该零件各道次挤压变形程度均小于许用值，不会产生裂纹等缺陷，保证了零件质量。
1．3．2温挤压力确定影响温挤压力的因素包括材料力学性能，挤压变形方式及变形程度，凸、凹模结构形状，加热温度和润滑剂种类等。一般情况下，与冷挤压相比，低温挤压可减小变形抗力约15%，中温及较高温度挤压变形抗力可减少25%～50%，可见温度对变形抗力影响较为明显。温挤压力的计算方法较多，有近似计算法、图算法、查表法、理论公式计算法。近似计算法虽存在误差，但工程应用较为方便，其误差可满足选用挤压机要求。根据文献［2］给出的计算公式P=KnσbF，(2)式(2)中:K为安全系数;n为温挤压变形时材料冷作硬化系数;σb为温挤压温度下被挤压材料抗拉强度，MPa;F为挤压凸模工作部分水平投影面积，mm2。查文献［2］表13－6可知:K1=3．6，n1=2．0;K2=1．8，n2=1．6;K3=2．6，n3=2．0。查文献［2］图13－6(20Cr13不锈钢温度－强度曲线)可知σb=320MPa。温挤压力P=P1+P2+P3=K1n1σbF1+K2n2σbF2+K3n3σbF3，(3)式(3)中:P1，P2，P3分别为大圆柱面、小圆柱面、内孔挤压力，kN。F1，F2，F3分别为大圆柱面，小圆柱面，内孔水平投影面积，mm2。代入数值，计算总温挤压力P=282．3kN。根据总温挤压力选用开式拉力肘杆式J88－40型挤压机比较合理(技术参数:公称压力400kN，滑块行程90mm，行程次数60次/min)。
1．4温挤压工艺流程
通过对气阀阀杆结构形状分析和生产过程的工艺试验，确定气阀阀杆工艺流程:精密剪切下料→退火软化处理→表面清理→润滑处理(氧化硼+石墨+二硫化钼)→连续式加热→挤压成形→淬火强化处理→低温退火。
2毛坯制备
毛坯在温挤压成形前必须进行退火软化处理、表面净化处理和表面润滑处理。3．1退火软化处理为了改善材料挤压成形性能，提高挤压变形塑性，降低硬度和变形抗力，提高模具使用寿命，保证挤压件产品质量，必须对毛坯进行退火软化处理。退火软化工艺规范:850～880℃，保温1．5h，炉冷，退火硬度≤230HB［5］。3．2表面净化处理毛坯表面净化处理对模具寿命和挤压件质量影响很大。表面净化处理工艺:去除油污→温水清洗→酸洗处理→冷水清洗。3．3表面润滑处理采用氧化硼(体积分数25%)+石墨(体积分数33%)+二硫化钼润滑剂对毛坯表面进行浸渍处理，可减小模具表面摩擦，减少模具磨损，降低单位面积挤压力，提高挤压件质量［6］。
3模具结构设计
3．1凸、凹模结构设计
温挤压过程中，凸模承受的单位挤压力大并且受冲击载荷作用，工作部分极易磨损和折断。凹模与毛坯接触面积大，承受静态高压强烈摩擦作用，凹模内应力状态复杂，工作条件恶劣，因此，正确合理设计凸模和凹模结构，对满足温挤压成形要求至关重要。温挤压模具结构示意图如图2所示，挤压内孔凸模设计成整体浮动式结构，挤压外圆柱面凸模设计成台阶式结构，凹模设计成组合镶嵌式结构。
3．2模具材料选用
温挤压模具成形过程中，最大单位挤压力在2000MPa以上，温度达300～500℃，因此，模具材料应具有高强度、高硬度、高红硬性及耐疲劳性，同时还具有小的热膨胀率和大的热导率，应易于锻造，便于强化处理。模具主要工作零件均选用W6Mo5Cr4V2温挤模具钢，强化处理后硬度56～62HＲC。表面抛光研磨后粗糙度Ｒa在0．1以下，避免产生黏模现象，提高模具寿命。
3．3模具的预热和冷却
温挤压前，对凸模和凹模工作部分采用喷灯进行预热，预热温度250～300℃。温挤压过程中，模具温度在500～600℃，连续工作时硬度急剧下降，寿命降低。采用喷雾装置将压力为0．2～0．4MPa的石墨水剂润滑剂喷向凸、凹模工作部分进行冷却，使温度降低。5结语实践表明，气阀阀杆采用温挤压工艺方法生产工序少，零件性能优良，尺寸精度高，表面光洁度好，节约原材料，生产效率高，可获得良好的经济效益。
作者：徐胜利 李春玲 周娟利 王仙萌 单位：西安航空职业技术学院
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