CN101590493A - 一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具 - Google Patents

一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具，所述的制备方法应用了三向挤压液压机，加压方式由侧挤压杆和下挤压杆利用右侧缸和底缸以一个主压、一个背压，按设定压力和速度对试样挤压，当侧挤压杆到达左限位或下挤压杆到达上限位后，变换右侧缸和底缸压力，变主压为背压，背压为主压，经往复挤压多道次后取出试样。挤压模具由模具主体、右挡板、底板、左挡板、上盖板、侧挤压杆和下挤压杆等组成，其特征是在模具主体上设有一条等截面折弯且呈直角的挤压槽。由于对试样的挤出方向采用了背压，同时降低了挤压变形温度，使得镁合金试样性能和质量得到有效改善。本发明也可用于铝合金和镁合金粉末低混合成块状材料。

Description

一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具
技术领域
本发明涉及一种带背压的等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具。
背景技术
镁合金具有良好的导电、导热性、电磁屏蔽性，比强度和比刚度高，减震性好，易切削加工和尺寸稳定性高，易回收，有利于环保等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，已被应用在航空航天、国防军工、交通运输、电子器件壳体、体育器材和办公用品等领域。
随着镁合金材料应用的不断拓展和深入，对镁合金材料的力学性能要求越来越高。现阶段，我国变形镁合金的力学性能一般低于400MPa，尚不能满足国防军工、航空航天、汽车工业对于一些关重件的性能要求，仍依靠进口国外的高性能镁合金板、棒和型材。镁合金主要是通过塑性变形达到强化的目的，由于镁合金的晶体结构为密排六方结构，其滑移系少，采用常规塑性变形手段变形困难、性能改善有限。
等通道挤压(Equal Channel Angular Pressing，ECAP)技术是一项基于大塑性变形理论的合成技术，最初应用在低碳钢、铜、铝合金材料的细晶强化方面研究上，取得良好的强化效果。其基本原理如图3所示。因通道的转角作用，在加工过程中材料发生剪切变形，使变形材料产生大的剪切应变，并由此导致位错的重排而使晶粒得到细化，材料的力学性能提高。与传统的大变形塑性加工工艺相比，利用ECAP加工镁合金具有以下优点：能够使挤压的材料承受很高的塑性应变，而同时又不改变样品横截面面积；经多个道次挤压后试样的组织结构均匀，性能得到提高。采用ECAP变形工艺是制备高性能镁合金的一个有效途径。然而，采用ECAP进行挤压的缺点是，由于在挤压过程中要发生强烈剪切应变，导致试样沿剪应力的方向开裂、破碎，最终使得进一步的挤压变形无法进行。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种带背压的等通道往复挤压镁合金制备方法及其挤压模具，采用这一方法获得的镁合金与传统ECAP变形镁合金相比，具有更加优越的变形能力，外观质量和内部组织得到明显改善。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法，其特征是：所述的制备方法包括下述步骤：
①按图1所示，将模具底板固定到三向挤压液压机的工作台上，并使底板上的圆形通孔与压机工作台上的工作孔对准。
②将右挡板装入底板的挡板槽内，模具主体紧贴右挡板放到底板上，下挤压杆沿模具主体的垂直挤压槽立放在底缸立柱上，调整底缸的高度，使下挤压杆的上端距离水平挤压槽的底部距离为0.2～1.5cm，将此高度设定为底缸的上限位，并使底缸保持在该位置，同时设定底缸提供背压时的压力为5～20吨。
③将左挡板按图1所示装配好，使三向挤压液压机的左侧缸向前推进，将模具压紧，同时按下左侧缸锁紧按钮，使左侧缸的位置被锁定。
④将侧挤压杆放入水平挤压槽中，设定右侧缸的左限位，使侧挤压杆的前端距离左挡板上的导向突起的距离为0.2～1.5cm；按图1所示将试样放入水平挤压槽内，设定右侧缸前进的慢速位，挤压速度为0.2～1.0mm/s，使侧挤压杆在距离试样0.2～1.0cm时以低速挤压行程向前推进，挤压压力为50～150吨。
⑤将模具主体、右挡板、侧挤压杆、左挡板、试样、上盖板和下挤压杆全部取下并放入保温炉中预热至150℃～350℃。
⑥在模具主体的挤压槽内、左挡板、上盖板和试样的接触部位、以及侧挤压杆和下挤压杆快速刷一层润滑油；接着将模具主体、右挡板、左挡板重新安装在底板上，在安装左挡板前将下挤压杆放入垂直挤压槽内，然后将试样和侧挤压杆重新放入水平挤压槽内，最后将上盖板盖好，并使主缸下降，将模具压紧，主缸的加压锁紧压力为50～100吨。
⑦开动压机，按下右侧缸前进按钮和底缸保压按钮，此时，侧挤压杆从右向左推进，在距离试样0.2～1cm时以0.2～1.0mm/s慢速前进挤压试样，挤压压力50～150吨，此时底缸的保压压力为5～20吨，试样在侧挤压杆的推动下转过挤压槽的弯折处进入垂直挤压槽，并迫使下挤压杆向下运动，当侧挤压杆到达左限位后，试样已基本进入垂直挤压槽，此时转换右侧缸和底缸的压力，变背压为主压，主压为背压，压力变换完成后，再同时按下底缸加压按钮和右侧缸保压按钮，下挤压杆以挤压压力为50～150吨推动试样在挤压槽内反方向运动，此时右侧缸的保压压力为5～20吨，在下挤压杆到达上限位后，试样又基本回到水平挤压槽内，此时，再次变换右侧缸和底缸的压力，进行往复挤压。
⑧依据要求反复转换右侧缸和底缸的挤压压力，往复挤压1～16道次后，挤压结束，升起主缸，拆开模具，取出试样。
一种背压等通道往复挤压镁合金的挤压模具，包括模具主体、右挡板、底板、侧挤压杆、左挡板、上盖板和下挤压杆，其特征是：所述模具主体上设有一条等截面折弯挤压槽，该挤压槽呈直角，形成水平挤压槽和垂直挤压槽，在挤压槽的底部两侧以及弯折处设有小倒角。
所述模具的底板上设有挡板槽和圆形通孔，右挡板安装在挡板槽中。
所述左挡板上有一呈R角的导向突起。
与现有技术相比，本发明的方案是利用三向挤压液压机和本发明的ECAP挤压模具，在模具预热和涂润滑油的条件下，完成镁合金的背压等通道往复挤压。即在试样被挤出的方向施加一较小的反作用力，使得镁合金在被挤压过程中，形成了双向受力的情况，对镁合金试样增加致密度、改善内部组织形貌起到了积极作用。避免了常规挤压使试样受到强烈的剪应力作用而导致发生变形、开裂、甚至破碎的缺陷。采用背压挤压，试样端部由无应力的自由状态转变为受限状态，且由于试样是在带背压情况下进行挤压，变形性比较好，这就使得试样端部能够保持完好，避免开裂，沿长度方向变形更加均匀，组织均匀性更好。此制备方法不仅仅局限于对镁合金的等通道挤压变形，也适用于变形镁合金和铝合金粉末低温制备块状材料。
附图说明
图1为本发明背压等通道往复挤压模具结构示意图。
图2为本发明背压等通道往复挤压模具的左挡板上部的导向突起结构图。
图3为现有等通道挤压技术(ECAP)基本原理图。
具体实施方式
本发明包括两部分：一是带背压等通道往复挤压镁合金制备方法，二是适用于该制备方法的挤压模具。
带背压等通道往复挤压镁合金制备方法利用自行设计制造的三向挤压液压机结合挤压模具，在模具和试样预热和涂润滑油的条件下，挤压过程中主缸、底缸和侧缸同时加压的方式并通过反复转换主压和背压压力来完成镁合金的背压等通道往复挤压，挤压前、后试样样貌不发生变化。
本发明适用于上述制备方法的挤压模具包括模具主体1、右挡板2、底板3、侧挤压杆4、左挡板5、上盖板7和下挤压杆8等。模具的底板3上设有挡板槽31和圆形通孔32，挡板槽31放置右挡板2，起到固定右挡板作用，圆形通孔32为下挤压杆8进入垂直挤压槽的挤压通道。左挡板5上有一呈R角的导向突起51，起变形和流动导向作用，且在挤压过程中，R角能够与模具主体1上的挤压槽密切结合，在挤压时为试样6提供导向作用，使得挤压过程容易进行。
实施例1
以下以2号变形镁合金(MB2)的背压等通道往复挤压为例对本发明的技术方案进行详细描述。
①首先，先将MB2合金样加工成尺寸为19.5mm×19.5mm×100mm的挤压试样。
②对三向挤压液压机进行调试，确保各缸工作正常。
③按图1所示，将模具底板3固定到三向挤压液压机的工作台上，并使底板3上的圆形通孔32与压机工作台上的工作孔对准。
④将右挡板2装入底板3的挡板槽31内，模具主体1紧贴右挡板2放到底板3上，下挤压杆8沿模具主体1的垂直挤压槽立放在底缸立柱上，调整底缸的高度，使下挤压杆8的上端距离水平挤压槽的底部约1cm，将此高度设定为底缸的上限位，并使底缸保持在该位置，同时设定底缸提供背压时的压力为5吨。
⑤将左挡板5按图1所示装配好，使三向挤压液压机的左侧缸向前推进，将模具压紧，同时按下左侧缸锁紧按钮，使左侧缸的位置被锁定。
⑥将侧挤压杆4放入水平挤压槽中，设定右侧缸的左限位，使侧挤压杆4的前端距离左挡板5上的导向凸起51约1cm；按图1所示将试样放入水平挤压槽内，设定右侧缸前进的慢速位，挤压速度为0.5mm/s，使侧挤压杆4在距离试样60.5cm时以低速挤压行程向前推进，挤压压力60吨。
⑦将模具主体1、右挡板2、侧挤压杆4、左挡板5、试样6、上盖板7和下挤压杆8全部取下并放入保温炉中预热至200℃。
⑧在模具主体1的挤压槽内、左挡板5、上盖板7和试样6的接触部位、以及侧挤压杆4和下挤压杆8快速刷一层润滑油；接着将模具主体1、右挡板2、左挡板5重新安装在底板3上，在安装左挡板前将下挤压杆8放入垂直挤压槽内，然后将试样6和侧挤压杆4重新放入水平挤压槽内，最后将上盖板7盖好，并使主缸下降，将模具压紧，主缸的加压锁紧压力为80吨。
⑨开动压机，按下右侧缸前进按钮和底缸保压按钮，此时，侧挤压杆4从右向左推进，在距离试样0.5cm时以0.5mm/s慢速前进挤压试样，挤压压力60吨，此时底缸的保压压力为5吨，试样在侧挤压杆的推动下转过挤压槽的弯折处进入垂直挤压槽，并迫使下挤压杆向下运动，当侧挤压杆到达左限位后，试样已基本进入垂直挤压槽，此时转换右侧缸和底缸的压力，变背压为主压，主压为背压，压力变换完成后，再同时按下底缸加压按钮和右侧缸保压按钮，下挤压杆以挤压压力为60吨推动试样在挤压槽内反方向运动，此时右侧缸的保压压力为5吨，在下挤压杆到达上限位后，试样又基本回到水平挤压槽内，此时，再次变换右侧缸和底缸的压力，进行往复挤压。
⑩依据要求反复转换左侧缸和底缸的挤压压力，往复挤压1～16道次后，挤压结束，升起主缸，拆开模具，取出试样。
实施例2
Mg-6Al-5Zn材料的低温合成制备过程。
①首先，按成分要求将150目的纯镁粉、200目的纯铝粉和150目的纯锌粉按重量百分比配料：6％的铝，5％的锌，余量为镁。
②将配好的料通过冷等静压，切割等方式加工成尺寸为19.5mm×19.5mm×100mm的挤压试样。
③对三向挤压液压机进行调试，确保各缸工作正常。
④按图1所示，将模具底板3固定到三向挤压液压机的工作台上，并使底板3上的圆形通孔32与压机工作台上的工作孔对准。
⑤将右挡板2装入底板3的挡板槽31内，模具主体1紧贴右挡板2放到底板3上，下挤压杆8沿模具主体1的垂直挤压槽立放在底缸立柱上，调整底缸的高度，使下挤压杆8的上端距离水平挤压槽的底部约0.5cm，将此高度设定为底缸的上限位，并使底缸保持在该位置，同时设定底缸提供背压时的压力为10吨。
⑥将左挡板5按图1所示装配好，使三向挤压液压机的左侧缸向前推进，将模具压紧，同时按下左侧缸锁紧按钮，使左侧缸的位置被锁定。
⑦将侧挤压杆4放入水平挤压槽中，设定右侧缸的左限位，使侧挤压杆4的前端距离左挡板5上的导向凸起51约0.5cm；按图1所示将试样放入水平挤压槽内，设定右侧缸前进的慢速位，挤压速度为0.3mm/s，使侧挤压杆4在距离试样60.5cm时以低速挤压行程向前推进，挤压压力100吨。
⑧将模具主体1、右挡板2、侧挤压杆4、左挡板5、试样6、上盖板7和下挤压杆8全部取下并放入保温炉中预热至250℃。
⑨在模具主体1的挤压槽内、左挡板5、上盖板7和试样6的接触部位、以及侧挤压杆4和下挤压杆8快速刷一层润滑油；接着将模具主体1、右挡板2、左挡板5重新安装在底板3上，在安装左挡板前将下挤压杆8放入垂直挤压槽内，然后将试样6和侧挤压杆4重新放入水平挤压槽内，最后将上盖板7盖好，并使主缸下降，将模具压紧，主缸的加压锁紧压力为80吨。
⑩开动压机，按下右侧缸前进按钮和底缸保压按钮，此时，侧挤压杆4从右向左推进，在距离试样0.5cm时以0.3mm/s慢速前进挤压试样，挤压压力100吨，此时底缸的保压压力为10吨，试样在侧挤压杆的推动下转过挤压槽的弯折处进入垂直挤压槽，并迫使下挤压杆向下运动，当侧挤压杆到达左限位后，试样已基本进入垂直挤压槽，此时转换右侧缸和底缸的压力，变背压为主压，主压为背压，压力变换完成后，再同时按下底缸加压按钮和右侧缸保压按钮，下挤压杆以挤压压力为100吨推动试样在挤压槽内反方向运动，此时右侧缸的保压压力为10吨，在下挤压杆到达上限位后，试样又基本回到水平挤压槽内，此时，再次变换右侧缸和底缸的压力，进行往复挤压4道次后，挤压结束，升起主缸，拆开模具，取出试样。

Claims (4)

1、一种背压等通道往复挤压镁合金制备方法，其特征是：所述的制备方法包括下述步骤：
①按图1所示，将模具底板(3)固定到三向挤压液压机的工作台上，并使底板(3)上的圆形通孔(32)与压机工作台上的工作孔对准。
②将右挡板(2)装入底板(3)的挡板槽(31)内，模具主体(1)紧贴右挡板(2)放到底板(3)上，下挤压杆(8)沿模具主体(1)的垂直挤压槽立放在底缸立柱上，调整底缸的高度，使下挤压杆(8)的上端距离水平挤压槽的底部距离为0.2～1.5cm，将此高度设定为底缸的上限位，并使底缸保持在该位置，同时设定底缸提供背压时的压力为5～20吨。
③将左挡板(5)按图1所示装配好，使三向挤压液压机的左侧缸向前推进，将模具压紧，同时按下左侧缸锁紧按钮，使左侧缸的位置被锁定。
④将侧挤压杆(4)放入水平挤压槽中，设定右侧缸的左限位，使侧挤压杆(4)的前端距离左挡板(5)上的导向突起(51)的距离为0.2～1.5cm；按图1所示将试样(6)放入水平挤压槽内，设定右侧缸前进的慢速位，挤压速度为0.2～1.0mm/s，使侧挤压杆(4)在距离试样(6)0.2～1.0cm时以低速挤压行程向前推进，挤压压力为50～150吨。
⑤将模具主体(1)、右挡板(2)、侧挤压杆(4)、左挡板(5)、试样(6)、上盖板(7)和下挤压杆(8)全部取下并放入保温炉中预热至150℃～350℃。
⑥在模具主体(1)的挤压槽内、左挡板(5)、上盖板(7)和试样(6)的接触部位、以及侧挤压杆(4)和下挤压杆(8)快速刷一层润滑油；接着将模具主体(1)、右挡板(2)、左挡板(5)重新安装在底板(3)上，在安装左挡板前将下挤压杆(8)放入垂直挤压槽内，然后将试样(6)和侧挤压杆(4)重新放入水平挤压槽内，最后将上盖板(7)盖好，并使主缸下降，将模具压紧，主缸的加压锁紧压力为50～100吨。
⑦开动压机，按下右侧缸前进按钮和底缸保压按钮，此时，侧挤压杆(4)从右向左推进，在距离试样0.2～1cm时以0.2～1.0mm/s慢速前进挤压试样，挤压压力50～150吨，此时底缸的保压压力为5～20吨，试样在侧挤压杆(4)的推动下转过挤压槽的弯折处进入垂直挤压槽，并迫使下挤压杆(8)向下运动，当侧挤压杆到达左限位后，试样已基本进入垂直挤压槽，此时转换右侧缸和底缸的压力，变背压为主压，主压为背压，压力变换完成后，再同时按下底缸加压按钮和右侧缸保压按钮，下挤压杆以挤压压力为50～150吨推动试样在挤压槽内反方向运动，此时右侧缸的保压压力为5～20吨，在下挤压杆到达上限位后，试样又基本回到水平挤压槽内，此时，再次变换右侧缸和底缸的压力，进行往复挤压。
⑧依据要求反复转换右侧缸和底缸的挤压压力，往复挤压1～16道次后，挤压结束，升起主缸，拆开模具，取出试样。
2、一种根据权利要求1所述的背压等通道往复挤压镁合金的挤压模具，包括模具主体(1)、右挡板(2)、底板(3)、侧挤压杆(4)、左挡板(5)、上盖板(7)和下挤压杆(8)，其特征是：所述模具主体(1)上设有一条等截面折弯挤压槽，该挤压槽呈直角，形成水平挤压槽和垂直挤压槽，在挤压槽的底部两侧以及弯折处设有小倒角。
3、根据权利要求2所述的一种背压等通道往复挤压镁合金的挤压模具，其特征是：模具的底板(3)上设有挡板槽(31)和圆形通孔(32)，右挡板(2)安装在挡板槽(31)中。
4、根据权利要求2所述的一种背压等通道往复挤压镁合金的挤压模具，其特征是：左挡板(5)上有一呈R角的导向突起(51)。
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