CN101486048A

CN101486048A - 金属基层状复合板的复合成形方法及其挤压成形模具

Info

Publication number: CN101486048A
Application number: CNA2009100642464A
Authority: CN
Inventors: 杨永顺; 杨茜
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2029-02-19
Also published as: CN101486048B

Abstract

本发明公开了一种金属基层状复合板的复合成形方法及其挤压成形模具，该方法将加热的金属坯料放入挤压成形模具的挤压筒，使其在压力作用下，产生塑性变形，并通过板料成形通道后变成板带形状挤出；同时，通过凹模的表层板料引入通道导入表层板料，并在成形板料带动下一起从模具中挤出，在其一起通过模具的复合压接通道时产生焊接形成层状复合板。本发明的技术方案工艺简单，可以有效地提高层板结合面间的焊接质量，降低对加热气氛的要求。

Description

金属基层状复合板的复合成形方法及其挤压成形模具

技术领域

本发明涉及金属基层状复合材料的加工成形技术，特别涉及金属基层状复合板带材的复合成形方法及实施该方法的挤压成形模具。

背景技术

金属铜和铝具有良好的导电、导热性能，因而被广泛地用于电力、传热工程中。世界铝资源比较丰富，铜资源相对短缺，以铝代铜是一种节约铜资源的重要策略。然而铝的焊接、灭弧、耐磨等性能较差，因此在很多场合，如开关、散热片、过渡板等以铝直接代铜是困难的，此时，铝铜复合材料则可起到重要的作用。目前，铝铜复合材料以其特殊的综合性能，已广泛地应用于电子、电器、电力、汽车与机械等领域。

近30年来，国内外学者对铝铜复合材料的生产工艺进行了较多的研究，1966年英国学者研究出将带有惰性气体的液态铝或其合金喷射到铜金属表面，然后将金属铝与上述覆有铝的铜金属在热状态下复合，从而得到铝铜复合材料的复合工艺；1981年日本学者研究出通过冷轧将镍箔覆盖在铝材上，然后将上述铝材退火，再与经退火的铜材通过冷轧，退火后得到中间夹层为镍的铝铜复合材料的复合工艺；1989年我国学者研究出将铜带与铝箔一起加热至200℃，并轧制而得到覆有铝箔的铜带，再将此带与铝带热轧，得到铝铜复合材料的复合工艺。上述几种复合工艺均存在着不同程度的缺陷：喷射工艺的铝与基体金属铜结合较差，复合金属的强度低；轧制与退火复合工艺，其工艺复杂提高了产品成本，且冷轧道次的压下率高，对轧制设备的承载能力要求高；冷轧热轧复合工艺由于铜的氧化着色温度较低(180℃)，因此铜带的加热温度不可能很高，这样就限制了轧前加热而带来的复合效果，且因需二次加热，使得工艺操作复杂，产品成本提高。

除喷射和轧制工艺外，目前还没有制备铝铜复合板材的其他方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合工艺简单、结合强度较高的金属基层状复合板的复合成形方法。同时本发明还提供了为实施该方法专门设计的金属基层状复合板的挤压成形模具。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：金属基层状复合板的复合成形方法，该方法包括如下步骤：

(a)将金属坯料通过挤压初步成形为板料；在板料成形通道挤出端的至少一侧设置有与成形通道连通的表层板料引入通道，在该表层板料引入通道内引入表层板料并至少预置到上述两通道的交汇处。

(b)两板料自两通道的交汇处随成形板料的挤出在复合成形通道中复合压接成层状复合板。

上述方法中，在板料成形通道挤出端的两侧对称设置有表层板料引入通道，两表层板料引入通道内均引入表层板料并至少预置到引入通道与板料成形通道的交汇处。

作为进一步的改进，所述复合成形通道沿挤出方向依次为复合压接区段和稳定扩散区段，复合压接区段的厚度沿挤出方向渐窄。

上述方法中，所述金属坯料是纯铝棒或铝合金棒，所述表层板料是纯铜板或铜合金板。

所述金属坯料的成形温度为180～480℃，模具温度与金属坯料的成形温度一致，表层板料为常温导入。

实施上述方法的金属基层状复合板的挤压成形模具，包括挤压筒，挤压筒一端设有凸模，另一端设有凹模，所述凹模上具有板料成形通道，在板料成形通道挤出端的至少一侧设置有与板料成形通道连通的表层板料引入通道，在板料成形通道和表层板料引入通道的交汇处连通有复合成形通道。

在成形通道的两侧对称设置有表层板料引入通道。

所述复合成形通道沿挤出方向依次为复合压接区段和稳定扩散区段，复合压接区段的厚度沿挤出方向渐窄。

所述凹模为两体对接组合结构，所述板料成形通道和复合成形通道对应设于凹模的两体上，所述表层板料引入通道设于凹模两体的组合界面上。

凸模进入挤压筒后与挤压筒腔壁之间具有排渣环隙，凸模头部有一与板料成形通道截面尺寸相符的凸台。

本发明利用挤压成形模具将金属坯料通过挤压产生塑性变形，经过板料成形通道后变成板带形状挤出；同时，通过表层板料引入通道导入表层板料，表层板料随成形板料的挤出一起从复合成形通道中挤出；在成形板料带着表层板料一起通过复合成形通道时产生焊接形成层状复合板。

本发明的挤压成形模具中，凹模复合成形通道的复合压接区段在厚度方向为渐窄形状，可以使其中的复合板逐渐变薄，由于处于较高温度的成形板料的流动应力低于表层板料，使复合板中成形板料的流速大于表层板料，成形板料变薄伸长，导致成形板料结合面进一步增加，新金属暴露，使两板料结合紧密，再通过稳定扩散区段，使板料结合面以一定压力保持一段时间，通过板料结合面间的原子扩散，进一步提高板料间的焊接强度，提高其结合力。凹模采用两体组合结构，在两体对接组合后利用两体结合面形成表层板料的引入通道，简化了模具加工工艺，节省模具加工成本。凹模上表面为平面，挤压时可以使金属产生流动死区，凸模与挤压筒间设置排渣环隙，在挤压时可以使金属坯料外层的氧化层反向挤出或滞留在模具中，这些措施均可以防止氧化层挤入凹模影响焊接质量；凸模头部有一与板料成形通道截面尺寸相符的凸台，可以在每次挤压的末期将挤压余料与成形板料分离。

本发明采用挤压成形和复合压接方法及其配套模具生产金属基层状复合板，与现有技术相比具有以下突出的实质性特点和显著的进步：

1、本工艺方法为封闭挤压方式，可以有效地使成形的金属板料与空气隔离，常温表层板料进入模具后加热时也可以有效地与空气隔离，从而有效地保证两种材料结合面清洁，保证其焊接质量。

2、挤压时可以防止金属坯料的氧化层挤入凹模影响焊接质量，对金属坯料加热就不必对炉膛气氛加以控制，并可采用较高的加热温度以降低金属的变形抗力，减小挤压力，提高复合材料的剥离强度。

3、本发明模具结构简单，可以在普通的立式压力机或卧式压力机上使用。

4、可以采用金属棒状坯料直接成形，可省去金属板的制作过程。

本发明的技术方案工艺简单，可以有效地提高板料间结合面的焊接质量，降低对加热气氛的要求。

附图说明

图1是本发明金属基层状复合板的挤压成形模具工作时的结构示意图。

图2是图1的左视图；

图3是图1挤压成形模具去凸模后的俯视图；

图4是图1挤压成形模具中凹模的复合成形通道的形状示意图。

具体实施方式

本发明金属基层状复合板的复合成形方法包括如下步骤：

(a)将金属坯料通过挤压初步成形为板料；在板料成形通道挤出端的至少一侧设置有与成形通道连通的表层板料引入通道，在该引入通道内引入表层板料并至少预置到上述两通道的交汇处。

(b)两板料自两通道的交汇处随成形板料的挤出压接成层状复合板。

在具体应用时，表层板料引入通道可以根据层状复合板的不同结构而设置，对于双层复合板可以只在板料成形通道的一侧设置表层板料引入通道，对于三层复合板在板料成形通道的两侧对称设置表层板料引入通道。上述金属坯料主要针对延展性金属材料，如纯铝、铝合金、镁合金等，表层板料主要采用纯铜、铜合金、不锈钢等，上述方法也可以制造其他材料的层状复合板。

图1-图4是实施上述方法的金属基层状复合板的挤压成形模具，该模具为正挤压模具，包括挤压筒1，该挤压筒一端设有凸模2，挤压筒另一端设有凹模3，该凹模上具有板料成形通道8，在板料成形通道8挤出端的两侧对称设置有与成形通道连通的表层板料引入通道，在板料成形通道8和表层板料引入通道的交汇处连通有复合成形通道12，该复合成形通道沿挤出方向依次为复合压接区段9和稳定扩散区段10，复合压接区段9的厚度沿挤出方向渐窄，见图4所示。所述表层板料引入通道、复合成形通道12均与板料成形通道8等宽对齐设置，表层板料5的宽度尺寸为与所成形的层状复合板6中的表层板宽度尺寸相符；所述凹模3上表面为平面，所述凸模2在进入挤压筒1后与挤压筒腔壁之间具有排渣环隙，并且该凸模头部有一与板料成形通道截面尺寸相符的凸台11，可以在每次挤压的末期将挤压余料与成形板料分离。

本实施例中，凹模3为两体对接组合结构，板料成形通道8和复合成形通道12对应设于凹模的两体上，表层板料引入通道设于凹模两体的组合界面上。

下面以铜包铝的铝铜复合板为例具体说明利用上述挤压成形模具复合成形的工艺过程，如图1所示：

1、将薄铜板5(或带)一面的杂质及氧化层清理干净，通过模具的表层板料引入通道按洁净面朝上的方向插入凹模3中，铜板5前端最好插入复合压接区9一定深度，但至少应插入表层板料引入通道与成形通道的交汇处，确保表层板料在成形板料挤出时随成形板料一起进入复合成形通道。

2、将与模具挤压筒模腔直径相当的铝棒坯料4预热到180～480℃范围中的某一温度，放入到预热的模具挤压筒1中，模具温度与坯料的成形温度一致。

3、模具凸模2下行，使坯料4产生塑性变形通过凹模3板料成形通道向下流动，带动薄铜板5弯曲并一起向下移动，在两者一起运动的过程中实现压接而成为复合板材；同时，铝棒坯料4表层部分从排渣环隙中反向挤出或者滞留在模具中，以防止氧化层挤入凹模影响焊接质量；在挤压的末期，通过凸模头部的凸台将挤压余料与成形板料分离。

4、凸模2回程，带出少量坯料的外部表皮和余料。

5、循环重复上述动作，以进行连续成形。

上述过程中，铜板5为常温导入。该工艺通过挤压成形和复合压接过程将由铝棒4经挤压变成铝板并和导入的薄铜板复合成铝铜复合板6。

上述挤压成形模具中凹模复合成形通道12的形状如图4所示，其中，8为板料成形通道，9为复合成形通道中的复合压接区段，10为复合成形通道中的稳定扩散区段。当干净的铝材进入板料成形通道8后，由于模具的密封作用，材料不再污染；再向下流动，与薄铜板5接触，迫使薄铜板5弹性弯曲一个角度后，在摩擦力作用下一起向下运动，并使薄铜板5迅速加热，由于该区段通道厚度逐渐变窄，使其中的复合板逐渐变薄，铝基板材变薄伸长，新金属暴露，使双金属结合面紧密结合，并相互摩擦，从而提高结合力；在稳定扩散区段，继续使双金属结合面保持一定压力，通过结合面两侧金属的原子扩散，进一步提高其结合力。

Claims

1、金属基层状复合板的复合成形方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2、根据权利要求1所述的金属基层状复合板的复合成形方法，其特征在于，在板料成形通道挤出端的两侧对称设置有表层板料引入通道，两表层板料引入通道内均引入表层板料并至少预置到引入通道与板料成形通道的交汇处。

3、根据权利要求1或2所述的金属基层状复合板的复合成形方法，其特征在于，所述复合成形通道沿挤出方向依次为复合压接区段和稳定扩散区段，复合压接区段的厚度沿挤出方向渐窄。

4、根据权利要求3所述的金属基层状复合板的复合成形方法，其特征在于，所述金属坯料是纯铝棒或铝合金棒，所述表层板料是纯铜板或铜合金板。

5、根据权利要求4所述的金属基层状复合板的复合成形方法，其特征在于，所述金属坯料的成形温度为180～480℃，模具温度与金属坯料的成形温度一致，表层板料为常温导入。

6、金属基层状复合板的挤压成形模具，包括挤压筒，挤压筒一端设有凸模，另一端设有凹模，其特征在于：所述凹模上具有板料成形通道，在板料成形通道挤出端的至少一侧设置有与板料成形通道连通的表层板料引入通道，在板料成形通道和表层板料引入通道的交汇处连通有复合成形通道。

7、根据权利要求6所述的金属基层状复合板的挤压成形模具，其特征在于，在成形通道的两侧对称设置有表层板料引入通道。

8、根据权利要求6或7所述的金属基层状复合板的挤压成形模具，其特征在于，所述复合成形通道沿挤出方向依次为复合压接区段和稳定扩散区段，复合压接区段的厚度沿挤出方向渐窄。

9、根据权利要求8所述的金属基层状复合板的挤压成形模具，其特征在于，所述凹模为两体对接组合结构，所述板料成形通道和复合成形通道对应设于凹模的两体上，所述表层板料引入通道设于凹模两体的组合界面上。

10.根据权利要求9所述的金属基层状复合板的挤压成形模具，其特征在于，凸模进入挤压筒后与挤压筒腔壁之间具有排渣环隙，凸模头部有一与板料成形通道截面尺寸相符的凸台。