目前我国已经成为世界上第一大通用小型动力机械产品生产国，单拐曲轴作为小型通用动力机械产品的关键部件，其需求也随之增长。传统的单拐曲轴锻造生产工艺存在着生产效率较低、产品质量相对较差、生产环境恶劣以及材料利用率低，特别是自由锻制坯工序对工人技术依赖高等不足，无法满足目前锻造行业“近净成形”和“绿色锻造”的发展要求。在此背景下北京机电研究所提出了一种单拐曲轴无飞边闭式挤压成形工艺，获得了国家发明专利（专利号ZL201110124870.6），提出了在多向模锻液压机上通过弯曲和镦粗两个工序完成单拐曲轴无飞边成形任务。本文以该闭式挤压成形工艺为基础，研究了关键工序的确定，成形过程中金属流动和成形力的变化特点、成形设备主参数的选取、坯料尺寸的优化以及模具关键部位的应力分析等内容，完善了单拐曲轴闭式挤压成形工艺，深化了对于该成形工艺的认识，为成功实施这一先进工艺解决了关键技术问题。本文选取了一种典型的单拐曲轴产品（Z170F）为研究对象，通过Deform-3D软件对关键的闭式挤压工序进行有限元模拟，分析模拟结果可知，挤压成形过程中金属流动规律和闭式镦粗相类似：主要包括镦粗、充填型腔和挤出毛刺等三个阶段；等效应力区域呈“V”字形状分布，随着挤压过程的进行，该区域在水平方向上被压缩，竖直方向上被拉长，最终平衡块轮廓边缘部位等效应力较大。研究了多向液压机实施单拐曲轴闭式挤压成形时的合模力和侧向挤压力，曲轴平衡块在侧向完成了闭式挤压成形，主方向上由于主轴颈和连杆颈均已经成形完毕，合模力主要是用来抵抗镦粗所产生的模具张力，因此主方向上的合模力小于侧向的挤压力。模拟结果表明Z170F单拐曲轴在主方向上的合模力为1610kN，而侧向的挤压力为2280kN，根据成形力的分布特点，确定成形设备主方向的公称压力为3150～4000kN，侧向的公称压力为4000kN，能够实现重量在2.0～4.5kg范围内单拐曲轴的挤压成形。模拟分析了不同挤压速度对挤压力和模具温度的影响规律，最大挤压力随着挤压速度的增大而增大；挤压速度越大，模具和坯料的接触时间越短，模具温升越小。综合考虑成形力、模具温度以及4000kN成形设备的工作速度范围（20～45mm/s），确定了Z170F单拐曲轴成形设备的工作速度为20～25mm/s。采用正交试验方法对单拐曲轴坯料尺寸的三个因素：连杆颈直径、平衡块直径和坯料体积进行了模拟分析，优化出理想的坯料尺寸：坯料的连杆颈直径和锻件的连杆颈直径保持一致，平衡块直径需要综合考虑楔横轧工艺的最小轧制直径和镦粗比来确定，坯料体积按照锻件体积的1.5%进行放大。模拟了左右冲头同步性存在误差情况下模具关键部位的受力状态和应力分布，随着同步性误差的增大，该部位所受不平衡作用力越大，模具温升越高，模具越容易失效；为了保证模具寿命和锻件质量，要求成形设备的同步性误差控制在小于1mm。在多向模锻液压机上完成了单拐曲轴闭式挤压成形工艺试验，成形出无飞边单拐曲轴，试验结果与模拟分析具有较好的一致性，表明单拐曲轴闭式挤压成形工艺是可行的，为该工艺的推广应用积累了经验。