作者：张毅
若采用普通自由锻造方式制造毛坯，既浪费材料，生产效率又低；若采用冷挤压或温挤压，则因为形状复杂，变形程度大，且HPb59-1是双相黄铜，退火组织含有脆性相，易出现锻造缺陷[4]。故采用热挤压成形工艺制造减压阀体，取得了较好的效果，零件表面质量、尺寸精度和力学性能都优于模锻件，挤压件表面不存在氧化皮，表面粗糙度Ra<0.8um，具有较高的力学性能[5]。
1 成形工艺分析
图1为减压阀零件图。传统的制造工艺是热模锻，但成形品质差，材料利用率低，后续机械加工工序较多，若采用热挤压工艺则可避免以上缺点[6，7]。
减压阀体热挤压成形工艺为：HPb59-1黄铜圆棒料剪切下料->箱式电阻加热炉加热->热挤压。坯料加热温度为(740±20)℃，挤压前将模具预热至250℃ 左右，成形设备为1 600 k N闭式单点压力机，并采用水基石墨对模具进行润滑。
2 成形方案的确定
2.1 有限元模型建立
有限元模型见图2。型腔体和冲头简化为刚体，预热温度为250℃，坯料设置为塑性体，采用热压缩变形流动应力方程做为材料模型[1]，划分50 000个网格单元，加热温度为750℃，采用剪切摩擦，摩擦因子取0. 25，冲头速度为20 mm/s[8,9]。
2.2成形方案设计
通过数值模拟分析得到减压阀的成形过程，并根据挤压力的变化情况将减压阀体热挤压成形分为4个阶段，见图4。
图5为热挤压过程的4个阶段成形过程。初始阶段是挤压开始前的准备阶段（图4a），坯料被放置在进料口处，随着冲头的向下移动逐渐接触模具，并先挤入料头腔内，为后续热挤压成形做准备。金属通过料头腔后挤入型腔体内，挤入阶段（图4b）主要是金属进入型腔体内为下阶段各分枝的充填做储料的准备。随着挤入金属的增加，型腔体内金属开始流入5个分枝，进入充填阶段(图4c)，由于5个分枝大小和形状均不相同，故充填饱满的次序也不一样。轴向的分枝1先充填饱满，较粗、较短的径向分枝2和3其次充填饱满，较长、有台阶的分枝4和5最后充填饱满，并且在充填阶段挤压力快速增大（标示见图3）。当型腔体被充填饱满后，冲头继续下压则在冲头与型腔体间隙形成纵向毛刺(图4d)，挤压力急剧增大。
减压阀体热挤压充填阶段中的速度分布情况见图6。在充填初期金属液逐步流入5个分枝，但在成形分枝4的台阶处时，由于台阶的阻碍作用，金属向上流动先充填台阶处的边缘。图7为不同阶段的充填情况，浅色表示未充填，深色表示已充填；随着冲头下压，金属逐渐挤入分枝4型腔，在台阶部分形成内凹，此处易出现折叠缺陷；最后在分枝4充填饱满后，台阶部分也充填饱满。
2.3 改进设计成形方案
通过对初始设计方案的数值模拟结果进行分析，可得分枝4台阶处易出现折叠缺陷，原因为台阶对金属的阻碍导致充填不合理。针对以上分析，对初始设计方案进行改进，改进设计的热挤压件见图8。
改进设计将原分枝4的台阶改为锥形过渡，减小成形过程中表皮金属流动所受阻力。图9为改进设计成形方案在充填阶段的速度分布情况。可见金属流动合理，台阶处不再形成内凹，避免了折叠缺陷的产生。
3 成形模具结构设计
减压阀体热挤压模见图10。外套1固定在压机工作台上，将加热的棒料毛坯放人模具的型腔3内，冲头4下压，坯料在型腔体内成形减压阀体，冲头上行后，抓住手柄5将型腔体移到压机外，分开型腔体取出工件。型腔体和冲头模具材料为3Cr2W8V，热处理后硬度( HRC)为44～48，堵头和外套材料为T8A，热处理后硬度( HRC)为55～60。图1 1为型腔体模具，图1 2为热挤压毛坯。
4 结 论
(1)设计减压阀体热挤压成形工艺方案，并建立减压阀有限元模型，通过数值模拟分析确定减压阀体的成形工艺方案。
(2)工艺试验表明，采用改进设计的热挤压成形工艺方案生产的减压阀体满足设计精度和尺寸要求，挤压件组织致密，无砂眼、裂纹和折叠等缺陷存在。
5 摘要对减压阀成形工艺进行分析，采用热挤压成形技术生产了HPb59-1黄铜减压阀。建立了减压阀热挤压成形有限元模型，通过数值模拟获得了在减压阀成形过程中金属的流动规律，并制订出减压阀热挤压成形工艺，并设计相应的模具。生产实践表明，采用热挤压工艺可以生产出满足设计要求的减压阀。
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