CN101898203B - 镁合金连续挤压模 - Google Patents

Abstract

一种镁合金连续挤压模，挤压模采用左、右半模合模固定在一起，形成一正挤压通道、多个分流挤压通道，多个成型通道，以及变通道角、等通道角的连续挤压模。这些分流挤压通道的直径相同，各分流挤压通道的直径相加之和等于正挤压通道的直径，各分流挤压通道与正挤压通道之间的90°转角为变通道角，各分流挤压通道与所连通的成型通道直径相同，成型通道与分流挤压通道之间的90°转角为等通道角。该镁合金连续挤压模能够通过连续挤压，提高镁合金变形挤压的工业化生产效率。

Description

镁合金连续挤压模

技术领域

本发明涉及镁合金挤压成型模具，特别涉及一种能够使镁合金连续挤压变型的镁合金连续挤压模。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，其具有导电性、导热性、电磁屏蔽性，同时性能良好，比强度和比刚度高，减震性好，切削加工和尺寸稳定性佳，易回收，有利于环保等优点，被誉为“21世纪的绿色工程材料”，随着汽车、航空、电子及运输等工业轻量化的发展要求，镁合金的应用范围越来越广。镁合金分为铸造镁合金和变形镁合金，目前应用较广的铸造镁合金，其铸态组织晶粒粗大，力学性能较低。常用的变形镁合金主要有AZ31、AZ61、AZ80、ZK31、ZK61、HK31、HK21等牌号，变形镁合金主要是通过挤压，轧制，锻造或拉伸等塑性压力加工，经过挤压、锻造和轧制等生产工艺产出的变形产品具有更高的强度、更好的延伸率和更多样化的力学性能，可以满足更多样化结构件的需求。

目前，工业生产中镁合金的挤压变形采用的模具，通常是一个直线的单向挤压通道，这种直线的单向挤压通道每道次挤压出的镁合金，晶粒细化效果较差，需反复通过多道次挤压，才能使晶粒得到一定细化。

采用这种镁合金挤压模进行工业化生产变形镁合金，生产效率低，能源消耗大，生产成本高。在镁合金挤压变形的实验研究领域，目前有采用单一的单向等通道角挤压的模具，即等径角挤压模具(见图6)，这种镁合金挤压模的挤压变形通道从进口到出口，挤压通道的直径相同，挤压通道具有一个90度转角，通过转角挤压，使镁合金坯料在经过单向等径角挤压通道的90度转角时，受到剪切变形，将镁合金晶粒细化，提高被挤压的镁合金材料的力学性能。但是这种模具的挤压比为1，镁合金采用该模具每挤压一道次后，镁合金晶粒尺寸细化程度一般只能达到2∶1到6∶1左右，需经过多道次挤压才能够将镁合金晶粒细化到较小尺寸，而且从已有的研究文献来看，用该模具挤压的坯料基本都是要先进行多次大挤压比的预挤压，以求将镁合金坯料的晶粒尺寸预先降到很小的范围，一般在20～80μm左右。如将晶粒为20μm的镁合金坯料采用等通道角挤压模挤压变形，需经过八道次的挤压，镁合金的晶粒尺寸才能达到2μm左右。因此，在工业化生产需要提高生产效率的情况下，采用等通道角挤压模对镁合金实施挤压变形显然存在不足，工业化生产推广应用相当困难。

也有采用单一的单向变通道角挤压的模具，即变径角挤压模具(见图7)，这种镁合金挤压模的挤压变形通道从进口到出口具有一个90度转角，并且转角前的通道直径大于转角后的通道直径，其特点是使被挤压的镁合金在得到一次大剪切变形细化晶粒的塑性变形的基础上，还加上了一定的挤压比，使镁合金的晶粒细化效果得到提高。但是采用单一的变通道角挤压模挤压镁合金，镁合金坯料在通过变通道角时，会出现带状组织，晶粒的均匀性变差，使镁合金的力学性能降低。而且现有的变通道角挤压的挤压比通常控制在10∶1以内，如一旦挤压比达到或超过10∶1，镁合金就很容易产生裂纹，并且当挤压速度大于2m/min后，模具还容易开裂造成损坏。

从上述的镁合金变形挤压模来看，如果要将直径较粗镁合金坯料挤压变形到直径较细的型材，都必须要经过多道次的分次挤压才能完成，而这种从大直径逐渐分道次挤压到小直径，每改一次挤压通道的直径就必须拆模、换模，其程序多且复杂，在实际生产中既浪费时间又浪费资源；尤其是采用变通道角挤压模，每一道次的挤压比达到10∶1后，挤压出的材料就很容易产生裂纹，影响产品质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种能够提高生产效率的镁合金连续挤压模。它通过设有的一个正挤压通道、多个分流挤压通道、多个成型通道，以及变通道角、等通道角，形成具有分流、转角、变径、等径的连续挤压通道的连续挤压模，能够通过连续挤压，提高镁合金变形挤压的工业化生产效率。

本发明的目的是这样实现的：挤压模上设有挤压通道，其特征在于：挤压模包括左、右半模，所述挤压通道由分别设置在左、右半模上的两部分组成；其中，右半模上的一部分包括一个圆形通孔和多个半圆形截面槽，圆形通孔轴向贯穿右半模，多个半圆形截面槽设于右半模的左端合模面，呈放射状分布于圆形通孔圆周且与圆形通孔连通，各半圆形截面槽的轴向垂直于圆形通孔的轴向，各半圆形截面槽的轴向均不延伸出右半模圆周；左半模上的一部分包括与圆形通孔对应的一个圆形凹槽，与右半模上半圆形截面槽对应的多个半圆形截面槽，以及与半圆形截面槽数量相同的成型通道，所述圆形凹槽设于左半模右端合模面，多个半圆形截面槽呈放射状分布于圆形凹槽的圆周且与圆形凹槽连通，各半圆形截面槽的轴向垂直于圆形凹槽的轴向，半圆形截面槽的槽深与圆形凹槽的槽深相同，各成型通道分别从各半圆形截面槽沿左半模轴向贯穿左半模；左、右半模合模固定在一起，左半模上的圆形凹槽与右半模上的圆形通孔对接形成一正挤压通道，左、右半模上的半圆形截面槽相合形成多个分流挤压通道，这些分流挤压通道的直径相同，各分流挤压通道的直径相加之和等于正挤压通道的直径，各分流挤压通道与正挤压通道之间的90°转角为变通道角，各分流挤压通道与所连通的成型通道直径相同，成型通道与分流挤压通道之间的90°转角为等通道角，使挤压模形成具有一个正挤压通道、多个分流挤压通道、多个成型通道，以及变通道角、等通道角的连续挤压模。

正挤压通道与分流挤压通道之间的挤压比为X²∶1，其中X为分流挤压通道的数量。

所述正挤压通道的进口端设有一段用于坯料缩径的圆锥进料口。

所述用于坯料缩径的圆锥进料口的小径端直径与正挤压通道直径相同，大径端直径为正挤压通道直径的2～4倍。

所述分流挤压通道的数量至少为4个。

所述变通道角的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm，所述等通道角的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm，外角半径为4mm～6mm。

所述成型通道具有直径大于成型通道直径的出口。

所述连续挤压模的左、右半模合模通过设有的定位销定位，并用一模套套上固定。

所述模套的内孔右端设有用于轴向限位的台阶，该台阶与右半模外圆左端设有的凸台配合轴向定位，模套与左半模径向通过螺钉紧固。

所述连续挤压模的左、右半模上对应设有多个轴向的安装螺栓孔。

采用上述方案，镁合金变形的挤压模形成具有一个正挤压通道、多个分流挤压通道、多个成型通道，以及变通道角、等通道角的连续挤压模。这样能够使镁合金坯料在该连续挤压模中经过正挤压→多个分流变通道角挤压→等通道角挤压→成型挤压的顺序进行连续流动挤压变形，只需一道次的单向连续挤压就能使镁合金坯料在正挤压阶段将最粗大的原始组织初步细化；然后在分流变通道角挤压阶段通过第一次大剪切变形作用，使镁合金组织的部分晶粒被粉碎成一系列具有小角度晶界的亚晶，亚晶被沿着一定方向拉长形成带状组织，随后亚晶被继续破坏，由于动态再结晶行为开始出现部分具有大角度界面的等轴晶组织，亚晶带就消失，产生混晶组织，显微组织为具有大角度晶界的亚晶，晶粒位相差随剪切变形量的增大而增大，同时随着流线区域发生了晶粒破碎现象，在挤压过程中发生动态再结晶；然后再在等通道角挤压阶段通过第二次大剪切变形作用，进一步剪切晶粒，包括在经过变通道时由于拉长形成带状组织的没有发生完全再结晶的晶粒，消除了带状组织的存在，使晶粒更加细化和均匀；而后经成型挤压通道挤压成型后挤出连续挤压模。

由于这些分流挤压通道的直径相同，各分流挤压通道的直径相加之和等于正挤压通道的直径，使正挤压通道与分流挤压通道之间的挤压比为X²∶1，其中X为分流挤压通道的数量，这样能够使大挤压比的挤压在工业化生产中得到实现。因按此结构制作的挤压模具，设置的分流挤压通道数量越多，正挤压通道与分流挤压通道之间的挤压比就越大，晶粒细化的效果就越好；同时因分流挤压通道的直径相加之和等于正挤压通道的直径，又能够使挤压阻力相对减小而满足大挤压比，从而克服了在大挤压比的挤压过程中镁合金开裂的现象出现，并且挤压速度也能得到提高，尤其是解决了采用大挤压比挤压通道的模具容易发生模具爆裂的问题，使在大规模的工业化生产时生产效率能够提高。

所述分流挤压通道的数量至少为4个，可以使正挤压通道与分流挤压通道之间的挤压比至少达到16∶1，与现有的变通道角挤压的挤压比通常控制在10∶1的范围相比，挤压比得到增大。

所述正挤压通道的进口端设有一段用于坯料缩径的圆锥进料口，用于坯料缩径的圆锥进料口的小径端直径与正挤压通道直径相同，大径端直径为正挤压通道直径的2～4倍。这样还能够使直径粗大的镁合金坯料从用于坯料缩径的圆锥进料口经过时，接受一定挤压比的缩径挤压预处理，有利于随后的挤压变形，由此又使整个连续挤压模的进口端与出口端之间的挤压比进一步增大。

采用本发明镁合金连续挤压模，能够使挤压变形的镁合金只通过一道次的连续挤压，晶粒细化比就能达到50∶1或者更大，远大于单独的等通道角挤压模或变通道角挤压模的一道次挤压的晶粒细化比；由此获得具有抗压强度高、屈服强度高、延伸性好的综合力学性能要求高的产品，以满足航空航天、军工等领域的需要。同时解决了现有工业生产中需多道次反复挤压导致的能耗高、效率低、成本大的问题，有利于在大规模工业化生产中应用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面图；

图3为图1的B-B向剖面图；

图4为图1的C向视图；

图5为本发明的使用状态图；

图6为单一的单向等通道角挤压的模具；

图7为单一的单向变通道角挤压的模具。

附图中，1为左半模，2为模套，3为右半模，4为正挤压通道，4a为圆形通孔，4b为圆形凹槽，4c为圆锥进料口，5为分流挤压通道，5a、5b为半圆形截面槽，6为等通道角，7为成型通道，8为出口，9为变通道角，10为螺栓孔，11为销孔，12为定位销，13为模垫，14为螺钉，15为挤压筒，16为镁合金坯料，17为挤压杆。

具体实施方式

参见图1至图4，本发明镁合金连续挤压模包括左半模1、右半模3，连续挤压模的挤压通道由分别设置在左、右半模上的两部分组成；其中，右半模3上的一部分包括一个圆形通孔4a和多个半圆形截面槽5a，圆形通孔4a轴向贯穿右半模3，多个半圆形截面槽5a设于右半模3的左端合模面，呈放射状分布于圆形通孔4a圆周且与圆形通孔连通，各半圆形截面槽5a的轴向垂直于圆形通孔4a的轴向，各半圆形截面槽5a的轴向均不延伸出右半模3圆周；左半模1上的一部分包括与圆形通孔4a对应的一个圆形凹槽4b，与右半模3上半圆形截面槽5a对应的多个半圆形截面槽5b，以及与半圆形截面槽数量相同的成型通道7，所述圆形凹槽4b设于左半模1右端合模面，多个半圆形截面槽5b呈放射状分布于圆形凹槽4b的圆周且与圆形凹槽连通，各半圆形截面槽5b的轴向垂直于圆形凹槽4b的轴向，半圆形截面槽5b的槽深与圆形凹槽4b的槽深相同，各成型通道7分别从各半圆形截面槽5b沿左半模1轴向贯穿左半模。所述左、右半模1、3合模固定在一起，左半模1上的圆形凹槽4b与右半模3上的圆形通孔4a对接形成一正挤压通道4，左、右半模1、3上的半圆形截面槽5b、5a相合形成多个分流挤压通道5，这些分流挤压通道5的直径相同，各分流挤压通道5与所连通的成型通道7直径相同，各分流挤压通道5与各成型通道7之间的挤压比为1∶1，所述成型通道7具有直径大于成型通道直径的出口8。各分流挤压通道5的直径相加之和等于正挤压通道4的直径，正挤压通道4与分流挤压通道5之间的挤压比为X²∶1，其中X为分流挤压通道5的数量，所述分流挤压通道5的数量至少为4个，使正挤压通道4与分流挤压通道5之间的挤压比至少为16∶1。所述正挤压通道4的进口端设有一段用于坯料缩径的圆锥进料口4c，用于坯料缩径的圆锥进料口4c的小径端直径与正挤压通道4直径相同，大径端直径为正挤压通道直径的2～4倍，使圆锥进料口4c与分流挤压通道5之间的挤压比还能进一步增大。各分流挤压通道5与正挤压通道4之间的90°转角为变通道角9，所述变通道角9的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm；成型通道7与分流挤压通道5之间的90°转角为等通道角6，所述等通道角6的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm，外角半径为4mm～6mm。使镁合金挤压模形成具有一个正挤压通道4、多个分流挤压通道5、多个成型通道7，以及变通道角9、等通道角6的连续挤压模。如本实施例连续挤压模的分流挤压通道5设为4个，每个分流挤压通道5的直径为10mm，正挤压通道4的直径为40mm，正挤压通道4的用于坯料缩径的圆锥进料口4c的大端直径为80mm，是正挤压通道4的2倍。所述连续挤压模的左半模1上设有用于定位的销孔11，右半模3设有定位销12，左、右半模1、3合模时通过设有的定位销12与销孔11配合定位，并用一模套2套上固定。所述模套2的内孔右端设有用于轴向限位的台阶，该台阶与右半模3外圆左端设有的凸台配合轴向定位，模套2与左半模1径向通过螺钉14紧固固定，组合成一个完整的连续挤压模。

实施挤压时，所述连续挤压模的左、右半模1、3上对应设有多个轴向的安装螺栓孔10，连续挤压模通过安装螺栓固定在卧式挤压机的模垫13，使连续挤压模位于模垫13和挤压筒15之间，挤压筒15紧贴右半模3的右端面，镁合金坯料16放于挤压筒15中，通过挤压杆17向镁合金坯料16施压，使镁合金坯料16从正挤压通道4的用于坯料缩径的圆锥进料口4c进入连续挤压通道，经正挤压→多个分流变通道角挤压→等通道角挤压→成型挤压的顺序进行连续流动挤压变形，只需一道次的单向连续挤压就能将镁合金从坯料挤压变形到成型的型材，而且晶粒细化比就能达到50∶1或者更大，晶粒更加细化和均匀，由此获得具有抗压强度高、屈服强度高、延伸性好的综合力学性能要求高的产品，以满足航空航天、军工等领域的需要。同时解决了现有工业生产中需多道次反复挤压导致的能耗高、效率低、成本大的问题，有利于在大规模工业化生产中应用。

如用本实施例的连续挤压模对AZ31镁合金棒材进行连续挤压变形加工，首先将镁合金坯料加热至400℃保温15小时进行均匀化处理，使经过均匀化处理的镁合金铸锭的粗大的枝晶消失，使铸锭的化学成分和组织更加均匀。挤压前，把模具加热，使模具的温度约低于镁合金坯料温度10℃～30℃，在模具挤压通道腔内均匀涂抹石墨润滑剂，然后将模具装配卧式挤压机的工作台上。随后将经过均匀化处理的镁合金坯料温度加热至350℃～450℃，放入卧式挤压机的挤压筒中，卧式挤压机的挤压杆以1m/min～3m/min的等速挤压速度，推动镁合金坯料依次经正挤压→多个分流变通道角挤压→等通道角挤压→成型挤压的先后顺序进行一道次单向连续挤压，使镁合金坯料从模具一端经由正挤压阶段后等量分流成4股流，经第一次转角90度，通过变通道角挤压，然后再经第二次转角90度，通过等通道角挤压，随后从模具另一端成型出模，极大地提高了大规模生产的效率、质量，降低了生产成本、能耗。

Claims (10)

1.一种镁合金连续挤压模，挤压模上设有挤压通道，挤压模包括左、右半模，所述挤压通道由分别设置在左、右半模上的两部分组成；其特征在于：右半模上的一部分包括一个圆形通孔和多个半圆形截面槽，圆形通孔轴向贯穿右半模，多个半圆形截面槽设于右半模的左端合模面，呈放射状分布于圆形通孔圆周且与圆形通孔连通，各半圆形截面槽的轴向垂直于圆形通孔的轴向，各半圆形截面槽的轴向均不延伸出右半模圆周；左半模上的一部分包括与圆形通孔对应的一个圆形凹槽，与右半模上半圆形截面槽对应的多个半圆形截面槽，以及与半圆形截面槽数量相同的成型通道，所述圆形凹槽设于左半模右端合模面，多个半圆形截面槽呈放射状分布于圆形凹槽的圆周且与圆形凹槽连通，各半圆形截面槽的轴向垂直于圆形凹槽的轴向，半圆形截面槽的槽深与圆形凹槽的槽深相同，各成型通道分别从各半圆形截面槽沿左半模轴向贯穿左半模；左、右半模合模固定在一起，左半模上的圆形凹槽与右半模上的圆形通孔对接形成一正挤压通道，左、右半模上的半圆形截面槽相合形成多个分流挤压通道，这些分流挤压通道的直径相同，各分流挤压通道的直径相加之和等于正挤压通道的直径，各分流挤压通道与正挤压通道之间的90°转角为变通道角，各分流挤压通道与所连通的成型通道直径相同，成型通道与分流挤压通道之间的90°转角为等通道角，使挤压模形成具有一个正挤压通道、多个分流挤压通道、多个成型通道，以及变通道角、等通道角的连续挤压模。

2.根据权利要求1所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：正挤压通道与分流挤压通道之间的挤压比为X²:1，其中X为分流挤压通道的数量。

3.根据权利要求1或2所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述正挤压通道的进口端设有一段用于坯料缩径的圆锥进料口。

4.根据权利要求3所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述用于坯料缩径的圆锥进料口的小径端直径与正挤压通道直径相同，大径端直径为正挤压通道直径的2～4倍。

5.根据权利要求1或2所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述分流挤压通道的数量至少为4个。

6.根据权利要求1所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述变通道角的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm，所述等通道角的90°转角为倒角平滑过渡，其内角半径为2mm～5mm，外角半径为4mm～6mm。

7.根据权利要求1所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述成型通道具有直径大于成型通道直径的出口。

8.根据权利要求1所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述连续挤压模的左、右半模合模通过设有的定位销定位，并用一模套套上固定。

9.根据权利要求8所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述模套的内孔右端设有用于轴向限位的台阶，该台阶与右半模外圆左端设有的凸台配合轴向定位，模套与左半模径向通过螺钉紧固。

10.根据权利要求7所述的镁合金连续挤压模，其特征在于：所述连续挤压模的左、右半模上对应设有多个轴向的安装螺栓孔。

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