摩托车化油器柱塞冷挤压新工艺是怎样进行的？？

摩托车化油器柱塞冷挤压新工艺是怎样进行的？？

摩托车化油器柱塞冷挤压新工艺，详细介绍了零件材料选择、模具设计、机加工方法、表面硬质阳极氧化处理工艺。与国内对此类零件通常采用的压铸毛坯、机加工成形工艺相比，大大提高了零件质量和使用寿命。 ­

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汽油发动机是摩托车的心脏，有人称化油器为摩托车发动机的心脏，而柱塞又是柱塞式化油器的心脏。因此，作为化油器心脏的柱塞，其材质的选用、工艺方法、表面处理水平，对化油器总成的性能有直接影响。本文就是对一种新工艺方法--冷挤压柱塞的研制成果进行简单的总结，与同行们共同探讨。 ­

1　冷挤压柱塞的研制 ­

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　　工业发达的日本，摩托车化油器柱塞早就全部采用冷挤压毛坯和表面硬质阳极氧化工艺。其毛坯材料的化学成分如表1所示。表面处理后，硬度HV＞440。 ­

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表1　日本加工柱塞的化学成分 ­

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材料代号 化学成分(%) ­

Cu Mg Mn Fe Si Zn Ti ­

A6061 0.15～0.4 0.8～1.2 0.15以下 0.7以下 0.4～0.8 0.25以下 0.7以下 ­

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　　要提高国产化油器柱塞的设计水平，我们对原材料的选用和成形方法、机加工和表面处理工艺进行了探索与研究。 ­

1.1　柱塞成品所需的工艺过程 ­

　　由于柱塞是化油器总成中的关键零件，其形状较为复杂，精度要求高。因此，它的生产过程较长，其大致的工艺过程为：原材料选用冷挤压毛坯机械加工表面处理。 ­

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1.2　材料的选用 ­

　　为了加快试制进程，按照日本柱塞材料的化学成分，我们选取了两种与之相近的锻铝进行试制，其化学成分如表2所示。这两种锻铝的变形抗力较小，塑性好。我们与铝材厂共同设计模具，专门配制，使毛坯用料的表面质量和尺寸精度都符合设计要求。 ­

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表2　试制加工柱塞的化学成分 ­

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材料代号 化学成分(%) ­

Cu Mg Mn Fe Si Zn Ti ­

LD2 0.2～0.6 0.45～0.9 0.15～0.35 0.5以下 0.5～1.2 0.2以下 0.5以下 ­

LD31 0.1以下 0.45～0.9 0.1以下 0.35以下 0.2～0.6 0.1以下 0.1以下 ­

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1.3　冷挤压毛坯 ­

　　柱塞的冷挤压工艺，在我国的化油器行业中是一项新工艺，无成功的先例。因此，柱塞的冷挤压工艺的成败，直接决定着冷挤压柱塞研制工作的成败。 ­

　　冷挤压毛坯的工艺流程如图1。 ­

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图1　冷挤压毛坯的工艺流程 ­

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1.3.1　检查材料 ­

　　每批订购的材料应抽查化学成分、表面质量和尺寸。符合要求的原材料才能投入生产。 ­

1.3.2　切断 ­

　　由于毛坯用料为实心的棒料，切断前先计算坯料长度。毛坯的体积按体积不变条件计算，并应加上修边量，即 ­

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V0=Vp+Vs　　　　　　(1) ­

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式中：V0为毛坯体积，mm3；Vp挤压件体积，mm3；Vs为修边量体积，mm3。一般情况下，Vs取Vp的3%～5%。 ­

　　毛料的切断长度为 ­

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h0=V0/A0　　　　　(2) ­

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式中：h0为坯料长度，mm；A0为坯料横断面积，mm2。 ­

1.3.3　去毛刺 ­

　　去除坯料切断时产生的毛刺。 ­

1.3.4　软化处理 ­

　　为了降低毛坯的变形抗力，提高塑性，改善组织，细化晶粒，使坯料易于冷挤压，在冷挤压前进行软化处理。具体的退火规范为：410℃±10℃，保温4h，随炉冷却到150℃。检测软化处理前后的硬度结果：处理前坯料硬度为HB68～72；处理后坯料硬度为HB38～40。 ­

1.3.5　涂润滑剂 ­

　　冷挤压时，单位挤压力很大。涂润滑剂可减少挤压力， ­

使金属流动性好，挤压壁厚均匀，卸料力小，提高冷挤压件的表面光洁度。使用润滑剂为硬脂酸锌粉。使用方法：将坯料清洗干净，与粉状硬脂酸锌粉一起放在滚筒内滚动15min，使毛坯料牢固而均匀地涂上一层硬脂酸锌。 ­

1.3.6　冷挤压毛坯 ­

　　冷挤压就是金属坯料放入模具腔内，在强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定的力学性能的挤压件。显然，冷挤压是靠模具来控制金属流动，靠金属体积的大量转移来形成零件毛坯的。 ­

　　采用冷挤压工艺，可以降低原材料消耗，材料利用率高达80%～90%；冷挤压是在压力机上进行的，压力机的一次行程就可以完成简单零件的成形。因此，与切削加工相比，生产率可以大幅度提高，生产成本也大为降低。在冷挤压过程中，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会更加细小而密实；金属流线不被切断，而是沿着挤压件轮廓连续分布(如图2)；同时，由于冷挤压利用了金属材料经冷加工而产生加工硬化的特性，使冷挤压件的强度大为提高。 ­

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图2　冷挤压时的金属流线图 ­

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1.3.6.1　冷挤压毛坯图的设计 ­

　　根据产品图(如图3)的设计要求，同时考虑尽量减少加工余量和不需要加工的原则。 ­

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图3　试制产品图 ­

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　　由于柱塞的形状不算太复杂，且用塑性好的锻铝进行冷挤压，因此按一次挤压成形的方案进行设计。毛坯图具体尺寸及形状见图4。 ­

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图4　试制毛坯图 ­

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　　验算断面缩减率： ­

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εA=(A0-A1)/A0×100%=d12/d02×100%= ­

132/17.72×100%=54% ­

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未超过许用断面缩减率的75%～90%，因此，可以一次成形。 ­

　　零件上半部的内腔，可以考虑按照不用切削加工的方式，直接由冲头的形状与尺寸精度来保证。而零件下半部的内腔及外圆精度要求较高，必须留有余量，最终由切削加工来保证。在长度方向上也应给出金属流动的变化范围，由切削加工来达到成品的精度要求。 ­

1.3.6.2　冷挤压模具的设计 ­

　　冷挤压时的单位压力很大，模具必须经得住静态高压，经得起冲击，经得住毛坯与模具接触面的摩擦，同时还要经得起疲劳。因此，为了确保模具的正常工作和使用寿命，冷挤压模具应具有如下一些特点。 ­

　　a.工作部分的材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性、一定的韧性以及良好的热应性、热稳定性、耐热疲劳性等性能。 ­

　　b.模具工作部分的过渡处皆应采用光滑的圆角过渡，以防止产生较大的应力集中而开裂，造成模具的早期失效。 ­

　　c.模具工作部分与上、下底板之间一定要有厚实淬硬的压力垫板，以缓和从凸模凹模传来的超高压力，防止压坏上、下底板。 ­

　　d.为了提高模具的工作部分的强度，冷挤压凹模一般不采用整体式结构，而采用加预应力的组合式结构。 ­

　　e.下底板采用具有足够厚度的中碳钢经锻造制成，以保证模具具有较高的强度和刚性。 ­

　　模具的结构设计如图5所示。工作部分由模套(凹模)、上冲头(凸模)和下冲头(反向凸模)组成。 ­

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图5　试制冷挤压模具图 ­

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　　模套(凹模)：决定着毛坯的外圆尺寸精度，内表面必须光滑(Ra0.4μm)�