CN102601142A - 镁合金挤锻成型工艺及其成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了镁合金挤锻成型工艺，先将坯料、挤压料筒、带有闷垫的模具分别进行预加热；再将坯料加入挤压料筒，敦粗坯料；再将坯料送入带有闷垫的模具中进行第一次挤压；接着，将坯料均匀推向模具内部各方位及边角处进行第二次挤压；然后，将挤压料推出模具，脱模得到镁合金产品。本发明还公开了镁合金挤锻成型装置。本发明制备的镁合金产品的各项机械性能接近、延伸率高、使用寿命长。

Description

镁合金挤锻成型工艺及其成型装置

技术领域

本发明涉及金属材料的加工成型领域，具体是涉及一种镁合金挤锻成型工艺及其成型装置。 

背景技术

现有技术中，镁合金的加工成型有挤压、轧制、锻造、拉拔等多种工艺，其中锻造和拉拔还有后续的加工成型工艺。 

现有技术采用挤压加工成型镁合金的方法，主要是通过挤压机在一定的温度下铸棒在挤压筒内通过模具挤压出相应的镁合金材料，可以连续生产。但是，利用挤压进行变形的方式所挤压出的镁合金产品，由于受到挤压工艺的限制，镁合金产品仅能在一个方向上（等截面一样）而且其横向机械能性很差。现有技术中，利用挤压的方法仅能挤出方向相同截面的镁合金产品，其横向机械性能低于30-40%；而利用现有技术的模锻合成的镁合金产品，其延伸率仅为挤压所得镁合金产品的40-50%。 

现有技术中的锻造工艺分为模锻和自由锻，通过模锻的方法能保证得到的镁合金产品纵向和横向的机械性能相近，但由于模锻过程中合金原料的流动受到制约，因此得到的镁合金产品延伸率较低。 

本发明提出的镁合金挤锻加工成型工艺是国内、国际独创的工艺，它既有挤压的特质，又有锻造的特点。挤锻也称为“成型性挤压”。本发明利用挤锻进行镁合金加工成型的过程中，通过金属坯料长距离的流动，使得产生的晶粒较为均匀。 

本发明避免了现有技术中锻造和拉拔后续加工合成工艺繁琐的问题，克服了挤压工艺造成的镁合金产品横向机械性能差、模锻合成镁合金的延伸率低等问题，提出了一种镁合金挤锻加工成型的工艺，解决了镁合金机械零件设计中的难题，所合成的镁合金产品横向、纵向、斜向机械性能接近，同时所得的镁合金产品延伸率较高，延长了镁合金产品的寿命。 

发明内容

本发明提出了一种镁合金挤锻成型装置，包括： 

挤压料筒，其中设置有一通孔；

挤压垫片，其可滑动地设置在所述挤压料筒的一端；所述挤压垫片上设置挤压杆；

模具，其设置在挤压料筒的一端；所述模具包括模具套筒和设置在模具套筒中的模壁和模腔；

模具座，其中设置有一容纳槽；所述容纳槽中设置所述模具；

模垫，其设置在所述模具和所述模具座之间；

闷垫，其设置在所述模具和所述容纳槽接触的一端处；

液压油缸，其顶杆插入所述模具座的通孔与所述闷垫接触。

模具的内壁膜腔是带有锥度的光整表面。模具套筒侧壁加厚80%。模具套筒侧壁厚度为30－60mm。挤压料筒长度为500-800mm。 

本发明还提出了一种镁合金挤锻成型工艺，通过对立式或卧式挤压机的料筒加热，利用挤压垫对料筒内坯料进行挤压，挤入带有闷垫的模具成型，并在挤压终了加压停顿。 

本发明镁合金挤锻成型工艺为，先将坯料、挤压料筒、带有闷垫的模具分别进行预加热；再将坯料加入挤压料筒，敦粗坯料；再将坯料送入带有闷垫的模具中进行第一次挤压；接着，将坯料均匀推向模具内部各方位及边角处进行第二次挤压；然后，将挤压料推出模具，脱模得到镁合金产品。 

所述工艺包括以下具体步骤： 

（一）预加热：将坯料加热至350-440℃，将挤压料筒加热至300-350℃、将模具加热至380-450 ℃。

（二）退出模具座，将所述模具及模垫安装放入滑动模具座中，并在模具及模垫之间安置闷垫，将滑动模具座复位。 

（三）将液压油缸的顶杆伸入模具座上的通孔，移动液压顶缸使顶杆顶住闷垫，与模具的出口端贴紧。 

（四）将坯料加入至所述挤压料筒中，开启挤压杆并敦粗坯料。 

（五）第一次挤压：墩粗后，挤压杆以200-220mm/min的速度推动，挤压垫片及坯料并逐渐挤压让所述坯料流入模具中，停顿后（停顿一秒钟左右）同时打开自动电磁排气装置排气。 

（六）排完气，待所述坯料完全进入模具后，加压至20-25Mpa，并持续30-60秒。 

（七）第二次挤压：继续加压或移动挤压杆，将坯料均匀推向模具内部的各个方位及边角处，并停顿10-20秒左右。 

（八）同时进行的是，将液压油缸卸下，后退挤压杆及挤压料筒，切除压尾，移除闷垫及模垫，推动挤压杆继续前进，将挤压料推出模具。 

（九）脱模，取出镁合金零件。 

坯料的组成成分包括镁92.5-94.5%，锌5.0-6.0%，锆0.3-0.9%。坯料质量比重（密度）为1.8。 

坯料的组成成分还可以进一步包括锰0.10-0.30%。坯料包括镁93%，锌6.0%，锆0.9%，锰 0.10%。坯料质量比重（密度）为2.0。 

坯料还包括少量的杂质<0.2%，铝、铜、铁、硅等，如铁<0.05%，铜< 0.05%。 

坯料型号为镁合金材料MB15，也可以是MB2、MB8等。 

其中，所述模垫、以及所述插入并通过模具座的通孔从而支撑的闷垫，保证金属液通过模具及闷垫之间外流出模具。 

本发明镁合金挤锻加工成型工艺所具有的进步之处包括：利用本发明镁合金的挤锻工艺能够制造出挤压不能制造的产品，同时克服了挤压一般横向机械性能不高的问题。本发明克服了现有技术挤压方法中挤压材料通过模具直接挤出，挤压材料受压不均等的问题，本发明工艺中坯料在模具及闷垫辅助支撑下间所形成的封闭的等压型腔内流动成型，使得成型零件各个部位在三维方向上所受的压力均相等，因而利用本发明工艺得到的挤锻产品的机械性能远远高于普通挤压产品。 

应用挤压机并综合挤压机的纵向挤压及锻压机的锻打工艺，将镁合金锭挤入带有闷垫的模具中，并采用二次挤压（第二次挤压采用闷挤）即相当于液压旋锻压，博取挤压机的挤压及锻打机的锻造效果的长处，并避免了挤压的横向物理性能差，锻造的纵向受力过大易开裂状况，比对挤压产品，锻造产品及本产品的材料强度及延伸力，本产品的金属综合物理性能的均衡性远高于单纯挤压及锻造的物理性能。 

利用本发明镁合金挤锻加工成型工艺能够制造出比一般压机本身更大的镁合金产品。现有技术中的挤压工艺得到的产品大小受到出料口大小的限制；而挤压方法中通过流动产品，对变形力大小的要求相对较小，相对地，锻造工艺中对所用设备的力量要求更大。本发明镁合金挤锻工艺中经过大流动的制品组织更均匀、更致密。本发明镁合金挤锻加工成型工艺中，坯料比镁合金产品长的多，是其高度5-8倍，而这是锻造工艺所无法实现的；并且本发明工艺中采用的料筒长500mm~800mm，解决了在锻造过程中存在的坯料变形流动距离短，产品材料均匀性差、延伸率低的问题。本发明镁合金挤锻加工成型工艺能合成出高度30mm~50mm的扁平产品，镁合金产品组织致密均匀。 

利用本发明镁合金挤锻加工成型工艺能够直接获得镁合金产品，减少了锻造和拉拔合成镁合金还需要进行的后续加工成型步骤。 

利用本发明镁合金挤锻加工成型工艺能够制造部分现有技术仅能通过铸造得到的产品，并且本发明工艺制造出的产品组织致密，无气孔。 

现有技术的模锻加工成型镁合金的方法中，坯料仅能在模具内变形，而本发明工艺中挤坯的步骤中，整个坯料都在流动、变形。因此本发明工艺更有利于镁合金产品的组织均匀。 

本发明镁合金挤锻加工成型工艺在封闭空间内进行，因此工艺温度更容易掌握。 

本发明镁合金挤锻加工成型工艺克服了现有技术中脱模和排气的难题，模具设计也与挤压和锻造工艺完全不同，脱模采用分装式脱模的办法，模具根据产品不同有单独合并及相坎式采用拼装式，压机根据流动原理自带电磁排气阀实现排气。 

由本发明镁合金挤锻加工成型工艺制造出的产品的延伸率大于由模锻制造的产品5-10个百分点。 

附图说明

图1是本发明镁合金挤锻加工成型装置的结构剖面示意图。 

图2是本发明镁合金挤锻加工成型装置的模具结构剖面示意图。 

图3是本发明镁合金挤锻加工成型装置的纵向结构剖面示意图及模垫与模具的位置示意图。 

图4是本发明镁合金挤锻加工成型装置的模具出口剖面结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不以此来限制本发明的保护范围。 

如图1- 4所示，1表示挤压料筒，2表示模具，3表示模垫，4表示模具座，5表示容纳槽，6表示挤压垫片，7表示挤压料筒的通孔，8表示电磁阀排气装置，9表示挤压杆，10表示闷垫，11表示液压油缸，12表示液压油缸的顶杆，21表示模具壁，22表示模腔，23表示模具套筒。 

本发明的镁合金挤锻加工成型装置，如图1所示，包括：挤压料筒1，模具2，模垫3，闷垫10，模具座4，液压油缸11。挤压料筒1中设置有一通孔7，通孔7的一端可滑动地设置挤压垫片6，挤压垫片6上设置了挤压杆9。挤压料筒1的侧壁上设置排气装置8。挤压料筒1的长度为500 mm，还可以是600 mm，800mm等。 

挤压料筒1的另一端设置有模具2，模具2设置在滑动模具座4中的容纳槽5中。模具2和模具座4之间设置模垫3。进一步地，在模具2和模具座4的容纳槽5之间相邻接触的一端可设置闷垫10。闷垫10的外径大于模具2出料口。 

进一步地，模具座4设置一通孔 ，其与容纳槽5连通，液压油缸11的顶杆12插入到通孔中与闷垫10接触。 

如图2、图3、图4所示，模具2包括模具套筒23、以及设置在模具套筒23中的模壁（模具壁）21和模腔22。模壁21和模腔22构成模芯结构。 

模腔22是带有锥度的光整表面，内腔成锥形，其纵截面为梯形。 

模具套筒23的侧壁厚度为30mm，还可以是40 mm，60 mm等。 

模壁21是呈长方形状的加厚壁，内侧是孔状，其内壁是带有锥度的光滑内壁，其侧壁加厚80%，厚度为60mm以上，四角是带有R的。 

模具2的外径或模壁22比常规的模具加厚80%，内侧两头45度x10 倒角易以金属液体流动。模具2设计有锥度且四角为R角，保证顺利脱模。模具2是平模，还可以是复合模。 

模垫3是比模具2出料孔大带有孔的板材，其中间孔与模具出料口相吻。 

闷垫10的位置在模垫3及模具2中间，比模具2的出料口大。 

本发明的镁合金挤锻加工成型工艺，先将坯料、挤压料筒、带有闷垫的模具分别进行预加热；再将坯料加入挤压料筒，敦粗坯料；再将坯料送入带有闷垫的模具中进行第一次挤压；接着，将坯料均匀推向模具内部各方位及边角处进行第二次挤压；然后，将挤压料推出模具，脱模得到镁合金产品。 

本发明加工制备镁合金零部件的具体步骤如下： 

（1）预加热：将坯料加热至350℃，同时挤压料筒1加热至300℃、将模具2加热至380℃。还可以将坯料加热至440℃，将挤压料筒1加热至350℃，将模具2加热至450℃。本发明适用的预加热温度范围为：坯料加热至350-440℃，将挤压料筒（1）加热至300-350℃，将模具（2）加热至380-450℃。

（2）打开模具座4，将模具2安装入模具座4的容纳槽5中，并在模具2及模垫3之间安置闷垫10，然后，归位模具座4，将模具2及模具座4设置在挤压料筒1的一端。 

（3）如上挤压杆移动前，逆向液压油缸顶杆11，将液压油缸11的顶杆12伸入并通过模具座4上的通孔，同时移动挤压机出料口处的液压顶缸11，使顶杆12将闷垫10逆向贴紧顶住模具2后段的出口端。液压油缸11的顶杆12插入并通过模具座4的通孔从而支撑闷垫10。模垫3和闷垫10保证了金属液通过模具2及闷垫10之间向外流出模具2。 

（4）将坯料加入至挤压料筒1的通孔7中，开启挤压杆9并将坯料敦粗； 

（5）第一次挤压：墩粗坯料后，以200mm/min的速度推动挤压杆9，推动挤压垫片6及坯料，并逐渐挤压坯料流入模具2的模腔22中，停顿（停顿1秒），同时打开自动电磁排气装置8排气；本步骤中，推动挤压杆9的速度可以是250mm/min。

（6）排完气，待坯料完全进入模具2的模腔22中后，加压至25Mpa，并持续60秒。本步骤中，还可以加至20Mpa，并持续30秒。 

（7）第二次挤压：继续加压挤压机顶杆9，将坯料材料均匀推向模具2的模腔22中的各个方位及边角处，并停顿10-20秒左右。本步骤中，还可以通过以移动方式挤压机顶杆9。 

（8）将液压油缸11卸下移除，将挤压杆9后退，后移挤压料筒1，切除多余坯料压尾，移除闷垫10、模垫3及模具座4，推动挤压杆9继续前进，将挤压料从模具2的模腔22中推出。 

（9）脱模，取出镁合金零件。 

坯料的组成成分包括镁94.5%，锌5.0%，锆0.3%。坯料质量比重（密度）为1.8。坯料组成成分的适用范围包括镁92.5-94.5%，锌5.0-6.0%，锆0.3-0.9%。 

坯料的组成成分还可以是镁93%，锌6.0%，锆0.9%，锰 0.10%。坯料质量比重（密度）为2.0。锰含量是0.10-0.30%。 

坯料还含有少量杂质，杂质<0.2%，铝、铜、铁、硅等，如铁<0.05%，铜< 0.05%。坯料型号为MB15，也可以是MB2、MB8等。 

将本发明工艺制得零件的物理性能测试结果与传统制造产品比较，结果如下表所示： 

从上表中数据可以看出，采用本发明镁合金挤锻合成工艺制得的镁合金产品，既在纵向上保持了传统挤压、锻造工艺产品的强度，同时本发明工艺改进了产品在横向上的抗拉强度。同时，本发明工艺制得的产品与传统锻造工艺所得的产品相比，在延伸率上获得了较大的改进。因此，采用本发明镁合金挤锻合成工艺合成的镁合金具有很好的机械性能，既有较高的强度，又有很好的延伸率，大大提高了零件的使用范围和寿命。

Claims (9)

1.一种镁合金挤锻成型装置，其特征在于，包括：

挤压料筒（1），其中设置有一通孔（7）；

挤压垫片（6），其可滑动地设置在所述挤压料筒（1）的一端；所述挤压垫片（6）上设置挤压杆（9）；

模具（2），其设置在挤压料筒（1）的一端；所述模具（2）包括模具套筒（23）和设置在模具套筒（23）中的模具壁（21）和模腔（22）；

模具座（4），其中设置有一容纳槽（5）；所述容纳槽（3）中设置所述模具（2）；

模垫（3），其设置在所述模具（2）和所述模具座（4）之间；

闷垫（10），其设置在所述模具（2）和所述容纳槽（5）接触的一端处；

液压油缸（11），其顶杆（12）插入所述模具座（4）的通孔与所述闷垫（10）接触。

2.如权利要求1所述的镁合金挤锻加工成型装置，其特征在于，所述模具（2）的内壁是光整，模具套筒（23）的侧壁加厚80%，侧壁厚度为30－60mm。

3.如权利要求1所述的镁合金挤锻加工成型装置，其特征在于，所述挤压料筒（1）的长度为500-800mm。

4.一种镁合金挤锻成型工艺，其特征在于，先将坯料、挤压料筒（1）、模具（2）分别进行预加热；再将坯料加入挤压料筒（1），敦粗坯料；再将坯料送入带有闷垫（10）的模具（2）中进行第一次挤压；接着，将坯料均匀推向模具（2）内部各方位及边角处进行第二次挤压；然后，将挤压料推出模具（2），脱模得到镁合金产品。

5.如权利要求4所述的镁合金挤锻成型工艺，其特征在于，包括以下具体步骤：

（一）预加热：将坯料加热至350-440℃，将挤压料筒（1）加热至300-350℃，将模具（2）加热至380-450℃；

（二）将所述模具（2）及模垫（3）安装到模具座（4）中，在模具（2）及模垫（3）之间安置闷垫（10），将模具2及模具座4设置在挤压料筒1的一端；

（三）将液压油缸（11）的顶杆伸入模具座（4）上的通孔，移动液压顶缸（11）使顶杆顶住闷垫（10），与模具（2）贴紧；

（三）将坯料加入挤压料筒（1），开启挤压杆（9）将坯料敦粗；

（四）第一次挤压：以200-220mm/min的速度推动挤压杆（9），使挤压垫片（6）逐渐挤压并推动坯料流入模具（2）中，停顿后打开自动电磁排气装置（8）排气；

（五）待所述坯料完全进入模具（2）后，加压至20-25Mpa，持续30-60秒；

（六）第二次挤压：继续加压或移动挤压杆（9），将坯料均匀推向模具（2）内部的各个方位及边角处，并停顿10-20秒；

（七）将液压油缸（11）卸下，后退挤压杆（9）及挤压料筒（1），切除压尾，移除闷垫（10）及模垫（3），推动挤压杆（9）继续前进，将挤压料推出模具（2）；

（八）脱模，取出镁合金零件产品。

6.如权利要求4所述的镁合金挤锻成型工艺，其特征在于，所述坯料包括镁92.5-94.5%，锌5.0-6.0%，锆0.3-0.9%。

7.如权利要求6所述的镁合金挤锻成型工艺，其特征在于，所述坯料进一步包括锰0.10-0.30%。

8.如权利要求4所述的镁合金挤锻成型工艺，其特征在于，所述模垫（3）和所述闷垫（10）保证金属液通过模具（2）及闷垫（10）之间外流出模具。

9.一种如权利要求4所述的镁合金挤锻成型工艺制备得到的镁合金产品。

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