CN100450654C - 镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法及其挤压模具 - Google Patents
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Abstract
镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法及其挤压模具，它涉及一种镁合金丝材或棒材温静液挤压制造的方法及该方法的专用挤压模具。本发明有效解决了镁合金塑性加工时存在塑性差、流动摩擦阻力较大、易产生龟裂、加工成本高的问题。本方法的具体工序包括：镁合金坯料加工、涂润滑剂、蓖麻油加热、温静液挤压模具加热及温度控制、放镁合金坯料、注蓖麻油、放活动凸模、加压、挤出成形。镁合金丝材或棒材温静液挤压模具包括活动凸模(26)，活动凸模(26)置于凸模(6)的正下方并与凸模(6)同轴，活动凸模(26)的下端穿过凹模压板(17)中间设有的凸模通孔(8)装在挤压筒(13)内的上部，所述的挤压筒(13)为多层冷压组合挤压筒。该方法和该专用模具制造出的丝材与棒材具有更高的力学性能和更好的表面质量，比强度、比刚度指标也有所提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金丝材或棒材温静液挤压制造的方法及该方法的专用挤压模具。
背景技术
镁合金是目前最轻的工程金属材料，其密度约为1.78g/cm3，为钢的1/4，铝的2/3，锌的1/4。由于密度小，和常用工程材料相比，镁合金的比强度、比刚度指标高出很多。此外，镁合金还具有优良的导热性、吸振性和耐磨性，电磁屏蔽性能良好，并易于铸造成型和机械加工。同时，镁合金还是一种可重复使用的环保材料。由于镁合金具有这些显著的优点，因此被日益广泛地应用在汽车、航空航天、信息通讯等工业领域。从轻量化方面考虑，镁合金常被用于替代比重较大的钢铁及铝合金零件；从提高强度及环保方面考虑，它还用于替代工程塑料及木材。镁合金每年的用量现在正以15％的速率快速增长，远远高于钢铁、铝、铜、镍和锌的增长速度。
目前工程上镁合金成形加工主要采用压铸、半固态成形及触变成形等铸造加工技术，全世界范围内镁合金产品有90％以上是铸件，通过金属塑性变形方式加工的产品还不足5％。由于塑性加工技术的不成熟，使镁合金结构件的普及应用受到了很大限制，尤其是镁合金丝材与棒材的生产。镁合金是一种常温塑性很差的金属材料，其塑性加工存在下面几个主要困难：镁合金的晶体结构为密排六方晶格，只有一个滑移面共三个滑移系，稀少的滑移系使常温镁合金塑性很差；镁合金高温时表面摩擦系数较大，在进行塑性加工时，其流动摩擦阻力较大；镁合金导热性能良好，进行温或热塑性加工时和模具接触部分容易激冷而产生龟裂；高温镁合金会在空气中激烈氧化，因此要使用阻燃剂等填加物，这会大大增加镁合金塑性加工的生产成本。由于上述问题，镁合金塑性加工产品的应用受到了很大限制。
发明内容
本发明解决了镁合金塑性加工时存在塑性差、流动摩擦阻力较大、易产生龟裂、加工成本高的问题。
镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法的技术方案是按以下步骤实现的：一、镁合金坯料加工：选取镁合金棒料，将镁合金棒料头加工成锥角为20～60°的圆锥面；二、涂润滑剂：将蓖麻油和石墨按重量比3～5∶1的比例混合后涂在加工后的镁合金坯料表面上；三、蓖麻油加热：将蓖麻油预热到250～300℃；四、温静液挤压模具加热及温度控制：将温静液挤压模具加热到250～300℃并将温度控制在250～300℃之间；五、放镁合金坯料：把完成步骤二的镁合金坯料放入温度为250～300℃的温静液挤压模具的挤压凹模内，镁合金坯料的圆锥头和挤压凹模的内腔下端开有的挤压模口的圆锥面相配合，通过温静液挤压模具直接给坯料加热，使镁合金坯料温度达到250～300℃；六、注蓖麻油：将温度为250～300℃的蓖麻油注入温静液挤压模具的挤压凹模内腔中；七、放活动凸模：将活动凸模的下端放入挤压筒内腔的上部；八、加压：对活动凸模加压，镁合金坯料挤压温度控制在250～300℃；九、挤出成形：在活动凸模完成了挤压行程之后，温静液挤压成形镁合金丝材或棒材就从挤压嘴处挤压成形。
前面所述制造方法的实现必须借助镁合金丝材或棒材温静液挤压模具才能实现，该挤压模具包括上模板、凸模固定套、凸模垫块、凸模、挤压筒、凹模压板、挤压凹模、垫块、模座盖板、模座、铠装热电偶、温度控制器、电热管、第一导线和第二导线，上模板置于凸模固定套的上端且与凸模固定套连接，凸模垫块置于凸模固定套中设有的圆柱孔内，凸模的上端置于凸模固定套中设有的圆锥孔内，圆柱孔和圆锥孔是相通的，模座盖板、垫块、挤压筒、凹模压板按从下到上的顺序依次置放，挤压凹模置于挤压筒内的底部垫块的上方，凹模压板、模座盖板和模座固定连接，电热管装在挤压筒内的电热管孔内，电热管通过第二导线与温度控制器电连接，温度控制器通过第一导线与铠装热电偶电连接，它还包括活动凸模，所述的活动凸模置于凸模的正下方并与凸模同轴，活动凸模的下端穿过凹模压板中间设有的凸模通孔装在挤压筒内的上部，所述的挤压筒为多层冷压组合挤压筒。
镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法能使常温塑性较差的镁合金坯料在变形过程中始终处于三向静水压力状态，使其塑性显著提高；合适的温度也进一步提高了镁合金坯料的塑性，降低了塑性变形抗力；蓖麻油既是液体压力介质又是润滑剂，使工件与模具之间形成液体隔离及流体动力润滑，大大降低了金属流动的摩擦阻力；液体压力介质还避免了镁合金和模具的直接接触，使镁合金散热速度大大降低，避免了工件表面龟裂纹的产生；液体压力介质把镁合金和空气隔离，大大减轻了高温镁合金的氧化程度；温静液挤压还可获得细小的晶粒组织，静水高压还可以减少甚至消除坯料内部的微裂纹缺陷。与挤压、拉拔、轧制等传统方法相比，用该方法制造出的丝材与棒材具有更高的力学性能、更好的表面质量，比强度和比刚度指标有了很大的提高。是一种替代钢和铝合金零件的理想材料，非常适合于航空、航天、汽车、摩托车、电动车、自行车及童车等领域机械零部件的制造。镁合金丝材或棒材温静液挤压模具采用多层冷压组合挤压筒和密封结构，大大提高了镁合金丝材或棒材温静液挤压的压力，温度控制装置确保了温静液挤压温度，活动凸模的使用实现了在不用导柱、导套的情况下的温静液挤压。
附图说明
图1是镁合金丝材或棒材温静液挤压模具的剖视图，图2是多层冷压组合挤压筒压配前的结构图，图3是多层冷压组合挤压筒压配后结构图；图4是挤压筒的上密封结构的放大图；图5是挤压筒的下密封结构的放大图；图6是镁合金坯料图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式所述的一种镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，它是按以下步骤实现的：一、镁合金坯料加工：选取镁合金棒料，将镁合金棒料头加工成锥角为20～60°的圆锥面；二、涂润滑剂：将蓖麻油和石墨按重量比3～5∶1的比例混合后涂在加工后的镁合金坯料表面上；三、蓖麻油加热：将蓖麻油预热到250～300℃；四、温静液挤压模具加热及温度控制：将温静液挤压模具加热到250～300℃并将温度控制在250～300℃之间；五、放镁合金坯料：把完成步骤二的镁合金坯料放入温度为250～300℃的温静液挤压模具的挤压凹模内，镁合金坯料的圆锥头和挤压凹模的内腔下端开有的挤压模口的圆锥面相配合，通过温静液挤压模具直接给坯料加热，使镁合金坯料温度达到250～300℃；六、注蓖麻油：将温度为250～300℃的蓖麻油注入温静液挤压模具的挤压凹模内腔中；七、放活动凸模：将活动凸模的下端放入挤压筒内腔的上部；八、加压：对活动凸模加压，镁合金坯料挤压温度控制在250～300℃；九、挤出成形：在活动凸模完成了挤压行程之后，温静液挤压成形镁合金丝材或棒材就从挤压嘴处挤压成形。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于，先将镁合金坯料加热到250～300℃，并保持加热速度在6～8℃/min，达到加热温度后，坯料要在加热炉中保温至少15～45分钟，然后再将加热后镁合金坯料放入静液挤压模具的挤压凹模内腔中。采用这样的工序步骤可以大大提高生产效率。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中镁合金棒料头加工成锥角α为38°的圆锥面，和挤压模口的锥角γ为40°的圆锥面相配合，能够形成有效的密封。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤二中将蓖麻油和石墨按重量比4∶1的比例混合配制润滑剂，滑润效果最佳。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤四中温静液挤压模具温度控制在270℃，温度较易控制。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤八中活动凸模的移动速度为5～15mm/s，有效地保证了挤压效果。
具体实施方式七：如附图1所示的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，它由上模板1、凸模固定套2、凸模垫块5、凸模6、挤压筒13、凹模压板17、挤压凹模18、垫块19、模座盖板20、模座21、铠装热电偶31、温度控制器29、电热管28、第一导线30、第二导线34和活动凸模26组成，上模板1置于凸模固定套2的上端且与凸模固定套2连接，凸模垫块5置于凸模固定套2中设有的圆柱孔3内，凸模6的上端置于凸模固定套2中设有的圆锥孔4内，圆柱孔3和圆锥孔4是相通的，模座盖板20、垫块19、挤压筒13、凹模压板17按从下到上的顺序依次置放，挤压凹模18置于挤压筒13内的底部垫块19的上方，凹模压板17、模座盖板20和模座21固定连接，电热管28装在挤压筒13内的电热管孔7内，电热管28通过第二导线34与温度控制器29电连接，温度控制器29通过第一导线30与铠装热电偶31电连接，所述的活动凸模26置于凸模6的正下方并与凸模6同轴，活动凸模26的下端穿过凹模压板17中间设有的凸模通孔8装在挤压筒13内的上部，所述的挤压筒13为多层冷压组合挤压筒。镁合金丝材或棒材温静液挤压模具在工作状态下，上模板1与液压机滑块32连接，模座21固定安装在工作台33上，镁合金坯料14放在挤压筒13内挤压凹模18内腔中，通过和压力机相连的凸模6给挤压筒13型腔内的蓖麻油液体介质施加高压，使镁合金坯料14受到周围高压液体的静水压力。静水压力和适当的温度使镁合金坯料14的塑性显著提高，变形抗力下降。在高压蓖麻油液体产生的静水压力作用下，镁合金坯料14被温静液挤压模具挤压成丝材或棒材，并经挤压嘴25、垫块19内的圆锥腔23、模座盖板20内的圆柱腔24挤出。
具体实施方式八：如附图2和附图3所示，本实施方式所述的挤压筒13由外筒9、中筒10和内筒11相套组成，外筒9、中筒10和内筒11通过冷压的方式装配到一起，外筒9的内表面、中筒10的内外表面及内筒11的外表面倾斜角β均为1.5°，该装置可完成0～1500Mpa压力范围内的挤压加工。
具体实施方式九：如附图1、附图4和附图5所示，本实施方式与具体实施方式七、八的不同点是，本实施方式还包括氟橡胶O型圈15与铍铜楔形环16，所述的氟橡胶O型圈15和铍铜楔形环16置放在活动凸模26的下端周围和挤压筒13之间且铍铜楔形环16叠放在氟橡胶O型圈15的上端；所述的氟橡胶O型圈15和铍铜楔形环16还置放在凹模18的上端周围和挤压筒13之间且氟橡胶O型圈15叠放在铍铜楔形环16的上端，采用这样的结构可实现在0～380℃温度范围内及0～1500Mpa压力范围内的顺序密封。
具体实施方式十：如附图1所示，本实施方式与具体实施方式七、八、九的不同点是，本实施方式还包括石棉隔热板27和硅酸铝纤维隔热套12，所述的石棉隔热板27置于挤压筒13的底面，所述的硅酸铝纤维隔热套12套在挤压筒13的外表面。圆板形的石棉隔热板27使挤压筒13和垫块19隔开，硅酸铝纤维隔热套12使挤压筒13和空气相隔离。这种保温隔热方式能够很好地保证镁合金坯料及蓖麻油液体挤压介质的加热速度。
具体实施方式十一：如附图5所示，本实施方式所述的挤压凹模18的挤压模口22的圆锥面的锥角γ为22～62°，挤压模口22能与棒料头锥面的锥角α为20～60°的镁合金坯料相配合。
Claims (10)
1、一种镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，其特征在于它是按以下步骤实现的：一、镁合金坯料加工：选取镁合金棒料，将镁合金棒料头加工成锥角为20～60°的圆锥面；二、涂润滑剂：将蓖麻油和石墨按重量比3～5∶1的比例混合后涂在加工后的镁合金坯料表面上；三、蓖麻油加热：将蓖麻油预热到250～300℃；四、温静液挤压模具加热及温度控制：将温静液挤压模具加热到250～300℃并将温度控制在250～300℃之间；五、放镁合金坯料：把完成步骤二的镁合金坯料放入温度为250～300℃的温静液挤压模具的挤压凹模内，镁合金坯料的圆锥头和挤压凹模的内腔下端开有的挤压模口的圆锥面相配合，通过温静液挤压模具直接给坯料加热，使镁合金坯料温度达到250～300℃；六、注蓖麻油：将温度为250～300℃的蓖麻油注入温静液挤压模具的挤压凹模内腔中；七、放活动凸模：将活动凸模的下端放入挤压筒内腔的上部；八、加压：对活动凸模加压，镁合金坯料挤压温度控制在250～300℃；九、挤出成形：在活动凸模完成了挤压行程之后，温静液挤压成形镁合金丝材或棒材就从挤压嘴处挤压成形。
2、根据权利要求1所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，其特征在于步骤一中镁合金棒料头加工成锥角(α)为38°的圆锥面。
3、根据权利要求1所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，其特征在于步骤二中将蓖麻油和石墨按重量比4∶1的比例混合配制润滑剂。
4、根据权利要求1所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，其特征在于步骤四中温静液挤压模具温度控制在270℃。
5、根据权利要求1所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法，其特征在于步骤八中活动凸模的移动速度为5～15mm/s。
6、实现权利要求1所述镁合金丝材或棒材温静液挤压制造方法中的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，它包括上模板(1)、凸模固定套(2)、凸模垫块(5)、凸模(6)、挤压筒(13)、凹模压板(17)、挤压凹模(18)、垫块(19)、模座盖板(20)、模座(21)、铠装热电偶(31)、温度控制器(29)、电热管(28)、第一导线(30)和第二导线(34)，上模板(1)置于凸模固定套(2)的上端且与凸模固定套(2)连接，凸模垫块(5)置于凸模固定套(2)中设有的圆柱孔(3)内，凸模(6)的上端置于凸模固定套(2)中设有的圆锥孔(4)内，圆柱孔(3)和圆锥孔(4)是相通的，模座盖板(20)、垫块(19)、挤压筒(13)、凹模压板(17)按从下到上的顺序依次置放，挤压凹模(18)置于挤压筒(13)内的底部垫块(19)的上方，凹模压板(17)、模座盖板(20)和模座(21)固定连接，电热管(28)装在挤压筒(13)内的电热管孔(7)内，电热管(28)通过第二导线(34)与温度控制器(29)电连接，温度控制器(29)通过第一导线(30)与铠装热电偶(31)电连接，其特征在于它还包括活动凸模(26)，所述的活动凸模(26)置于凸模(6)的正下方并与凸模(6)同轴，活动凸模(26)的下端穿过凹模压板(17)中间设有的凸模通孔(8)装在挤压筒(13)内的上部，所述的挤压筒(13)为多层冷压组合挤压筒。
7、根据权利要求6所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，其特征在于所述的挤压筒(13)由外筒(9)、中筒(10)和内筒(11)相套组成，外筒(9)的内表面、中筒(10)的内外表面及内筒(11)的外表面倾斜角(β)均为1.5°。
8、根据权利要求6所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，其特征在于它还包括氟橡胶O型圈(15)与铍铜楔形环(16)，所述的氟橡胶O型圈(15)和铍铜楔形环(16)置放在活动凸模(26)的下端周围和挤压筒(13)之间且铍铜楔形环(16)叠放在氟橡胶O型圈(15)的上端；所述的氟橡胶O型圈(15)和铍铜楔形环(16)还置放在挤压凹模(18)的上端周围和挤压筒(13)之间且氟橡胶O型圈(15)叠放在铍铜楔形环(16)的上端。
9、根据权利要求6所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，其特征在于它还包括石棉隔热板(27)和硅酸铝纤维隔热套(12)，所述的石棉隔热板(27)置于挤压筒(13)的底面，所述的硅酸铝纤维隔热套(12)套在挤压筒(13)的外表面。
10、根据权利要求6所述的镁合金丝材或棒材温静液挤压模具，其特征在于所述的挤压凹模(18)的挤压模口(22)的圆锥面的锥角(γ)为22～62°。
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Legal Events
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Granted publication date: 20090114 Termination date: 20220214 |
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