CN102601148A - 铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具 - Google Patents

Abstract

一种铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具。等通道转角分流模具小内径孔一端的端面通过连接销与挤压筒内衬的一个端面连接。等通道转角分流模具大内径孔一端端面与定径模小内径孔端的端面固定连接。在等通道转角分流模具与定径模连接一端端面的条形槽与定径模中心的条形孔构成了焊合腔。等通道转角分流模具上有两个贯通的矩形通孔，该矩形通孔一端为直孔，另一端为斜孔，并且直孔与斜孔的衔接处在等通道转角分流模具内形成了等截面转角通道。本发明通过改进挤压筒内衬和模具，采用小挤压比的扁挤压筒来降低挤压力，坯料分流并通过等通道转角来细化晶粒后焊合挤压成形生产尺寸大于坯料的铝合金板材。

Description

铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具

技术领域

本发明涉及热加工领域，具体是一种铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具。

背景技术

铝合金材料在各种车体的应用越来越广泛，最早是在动力系统的一些零件上应用，如缸体、仪表盘、车门、座椅框架等，如今铝合金应用已经推广到整个车体结构上。美国、德国、日本、加拿大等一些发达国家的铝业公司与车辆生产公司合作，已研制出全铝高速客车车厢、地铁车辆、全铝汽车、赛艇和摩托车。截止到2010年，日本已投入运行的全铝质车体占1/5辆以上。全世界都在开展全铝质结构车辆的研究。比如奥迪从A2起基本实现全铝车身，包括车体和外围构件。

大型车体板材生产加工主要方法为轧制，轧制具有道次多和轧制完成的后续定尺寸机加工等缺点；相对轧制，挤压加工具有一次成形的优点；挤压加工是指坯料在三向不均匀压应力作用下，从挤压模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成型为所需制品的加工方法。也可以解释为用挤压杆对放置在挤压筒中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的锻压方法。挤压时，坯料产生三向压应力，即使是塑性较低的坯料，也可被挤压成形。

早期挤压大型板材是通过宽展挤压生产的或者挤压截面形状为U、V、类“C”的薄壁型材再展开获得的。宽展挤压传统做法是在挤压筒端部直接加宽展模，这样的缺点是产品边缘填充不满，挤出板材边缘形成锯齿状缺陷；另一方面宽展比一般较小，宽展幅度有限，采用侧向分流的方法可以达到宽展挤压的目的，也可以在较小的压力机上挤压较大型板型材。U、V、类“C”的薄壁型材在进行后续的压力加工使之成为板材，宽度可达1.5m，但是由于经过压力加工后的板材在展开处变形，最后容易形成褶皱和裂纹，影响外观美和产品质量，也可导致二次加工缺陷。而且舌型的模口寿命较低，模具很快报废。

在公开号为CN101622081的发明创造中，公开了一种金属板材的轧制方法及使用上述轧制方法制造的轧制板材。该发明中，金属板材的制作方法是采用轧制方法，该方法的特点是利用一对轧辊，将金属在轧辊间通过，通过的时候靠量辊的转动和摩擦产生两向应力轧制成板材，其特征在于，一对轧辊与金属板材的各界面的摩擦互不相同，有时候左辊摩擦大，有时候右辊摩擦大，使得得到不同的效果，而且，至少一个界面使用由液体润滑剂，可以来制造钢、铜、铝等金属板。该方法的缺点是在两向应力下轧制的板边缘不整齐，表面质量不高，而且需要多道次才能将坯料制成需要的板材。

在公开号为CN101116879的发明创造中，公开了一种等通道挤压装置。该发明涉及了一种T型等通道挤压，通道的截面为圆形或者正方形，垂直通道的中心线和水平通道的垂直平分线重合形成轴对称通道，将金属材料在T形通道进行挤压分流成左右两股，合金在该过程中由于产生的大变形(SPD)，使得晶粒破碎和动态再结晶，形成晶粒细化机制，经过一定道次的加工后，得到高强的金属圆棒或方形棒材。其方法的缺点是仅仅能用来生产棒材，棒材一般用来作为加工其他型材或产品的坯料，很少能直接作为产品使用。

在公开号为CN201524712U的发明创造中，公开了一种铝合金热挤压分流成型装置。该发明采用新型结构的铝合金热挤压分流成型装置生产空心铝材，其优点在于：在铝合金热挤压时，挤压力由模套和模具共同承受，减小了模具的承受力，降低模具的变形量，既提高铝合金热挤压分流成型后的型材尺寸精度，又延长了整个装置的使用寿命。缺点是该专利模具只能生产最大尺寸小于坯料的型材，不能用来实现挤压产品截面尺寸大于坯料的产品。

发明内容

为克服现有技术中存在的挤压力大、精度不高、产品尺寸一定小于坯料尺寸和晶粒尺寸粗大的不足，本发明提出了一种铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具。

本发明提出的铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，包括挤压筒内衬、等通道转角分流模具和定径模。等通道转角分流模具小内径孔一端的端面通过连接销与挤压筒内衬的一个端面连接。等通道转角分流模具大内径孔一端端面与定径模小内径孔端的端面固定连接。

在等通道转角分流模具与定径模连接一端的端面有条形槽，并且该条形槽的中心点与等通道转角分流模具的中心重合，当等通道转角分流模具与定径模连接后，由该条形槽与定径模中心的条形孔构成了焊合腔。

等通道转角分流模具上有两个沿轴向贯通该等通道转角分流模具两端的矩形通孔。所述等通道转角分流模具矩形通孔对称分布在中心线两侧。位于等通道转角分流模具与定径模连接端一侧的两个矩形通孔均为直孔。并且该矩形通孔在等通道转角分流模具与定径模连接一端端面的出口位于该端面上的焊合腔内。在等通道转角分流模具与定径模连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具中心线的距离为L。该矩形通孔位于等通道转角分流模具与挤压筒内衬连接端一侧的两个矩形通孔均为斜孔，使所述的两个矩形通孔长度方向的中心线与等通道转角分流模具中心线之间有135°～165°的夹角。在等通道转角分流模具与挤压筒内衬连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具中心线的距离为l，并且L＞l。所述两个矩形通孔的直孔与两个矩形通孔的斜孔的衔接处在等通道转角分流模具内形成了等截面转角通道。

挤压筒内衬的外径与挤压筒的内径配合。挤压筒内衬内孔为坯料安放孔。所述挤压筒内衬内孔的两端为圆弧形。在挤压筒内衬外圆周表面中部有一个截面为矩形的环形定位槽，当挤压筒内衬与挤压筒配合时，该定位槽与挤压筒内圆表面的卡环的配合。

在定径模的中心有贯通该定径模轴向的成形孔。所述的成形孔为矩形，并且该矩形块的长度方向垂直于水平面。所述成形孔位于定径模与等通道转角分流模具配合端面的孔口为所成形板材的入模口，该入模口在定径模径向的长度与所成形板件的宽度相同。入模口的宽度与所成形板件的厚度相同。入模口在定径模轴向的长度根据所成形板材的规格确定。定径模的外圆上有模具安装定位孔。所述贯通定径模轴向的成形孔在定径模内的纵截面呈锥形。

本发明提供了一种通过使用扁挤压筒和扁坯料与宽展分流模具结合，并将分流通道设计成一定内角度的等通道转角结构，最终实现较小扁坯料挤压大型宽金属板的省力、节能生产，挤出的板材尺寸大于坯料宽度，挤出板材的晶粒尺寸细小均匀。实现上述优点的方式如图3所示。在挤压杆推动挤压垫的作用下，金属坯料在进入分流模前在挤压筒内衬内具有轻微墩粗的过程，如图3坯料在墩粗区；然后，金属进入分流模后在具有一定倾斜角度的分流通道入口内向焊合腔运动，期间会通过具有具有一定转角的等截面通道；当坯料进入焊合腔的时候呈挤压轴向更有利于焊合。金属在焊合腔焊合后，通过具有板料特征扁孔的定径带挤出。

使用该发明的模具在加工金属板材整个过程主要有五个晶粒细化阶段，第一阶段是墩粗过程，第二阶段是分流过程，第三阶段是等通道转角过程，第四阶段是在焊合腔内填充流动和高压焊合过程，第五阶段为在定径带挤出过程。这五个阶段都是塑性变形的过程尤其是等通道转角过程使得金属晶粒细化现象更为均匀和明显，对原始平均晶粒尺寸在100μm以上的6061铝合金在该过程中挤压，最终的到平均晶粒尺寸达到13μm，晶粒细小就代表性能优良。

挤出的金属板具有一次成形，切割成一定规格的产品可直接使用的特点。采用扁挤压筒降低挤压比和采用分流宽展挤压技术，使得在较小吨位的挤压机作用下也可以完成大型宽板的挤压，体现出节能减排的效果；使用该发明的模具可以挤出尺寸大于挤压坯料的产品。不仅有效避免了轧制板材时多道次轧制成形的缺点，而且省力。例如挤压宽度798.7mm，厚度10mm的板材挤压力峰值为6700t。通过试验和生产，生产宽度798.7mm，厚度10mm的板材，采用8000t挤压机即可满足使用。

本发明通过改进挤压筒内衬和模具，采用小挤压比的扁挤压筒来降低挤压力，坯料分流并通过等通道转角来细化晶粒后焊合挤压成形生产尺寸大于坯料的铝合金板材。

等通道转角挤压在过去几十年里能够细化晶粒已经在学术界得到公认，然而所有的研究者都是用该技术生产棒材或者坯料，并没有一个研究将该技术利用在实际产品的生产中。因此本发明将等通道转角这项技术应用于挤压大型板材。挤压过程中在分流桥中利用等通道转角挤压形成晶粒细化功能，在分流方向上实现宽展挤压，本发明是集省力挤压、细化晶粒、挤压尺寸大于坯料的超大型型材于一体的挤压技术。该方法挤出的产品具有质量高、尺寸大等优点，致力于实现利用现有的挤压机挤压超大超宽高速列车覆盖件。等通道转角分流模挤压的特点是将等通道转角挤压模具技术、分流模具技术、宽展挤压模具技术优点相结合而形成的一种挤压技术。

附图说明

附图1是等通道转角分流焊合挤压板材模具装配图；其中：图1a是右视图；图1b是主剖视图；图1c是A-A局部剖视图；

附图2是坯料在挤压筒内衬中的装配图；其中：图2a是右视图；图2b是主剖视图；图2c是左视图；

附图3是挤压过程金属流动成形示意图；

附图4是内衬腔体形状的示意图；

附图5是挤压筒内衬；其中：图5a是右视图；图5b是主剖视图；

附图6是等通道转角分流模；其中：图6a是右视图；图6b是主剖视图；图6c是左视图；图6d是B-B局部剖视图；

附图7是定径模。其中：图7a是右视图；图7b是主剖视图。图中：

1.坯料腔 2.定位槽 3.挤压筒内衬 4.等通道转角分流模具 5.起吊螺孔

6.连接销 7.定径模 8.定位销 9连接孔 10.定位销孔

11.连接孔 12.内六角连接螺栓 13.连接销 14.挤压杆 15.挤压垫

16.坯料 17.分流通道入口 18.等截面转角通道 19.焊合腔 20.板材

21.间隙 22.金属颗粒 23.连接孔

具体实施方式

本实施例是一种铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，用于成形宽度为798.7mm，厚度为10mm的板材，成形过程采用的挤压机吨位为10000t。采用H13热作模具钢制作模具和其余挤压工具。

包括挤压筒内衬3、等通道转角分流模具4和定径模7。等通道转角分流模具4小内径孔一端的端面通过连接销13与挤压筒内衬3的一个端面连接。等通道转角分流模具4大内径孔一端端面通过螺栓12与定径模7小内径孔端的端面连接。

如图5所示，所述挤压筒内衬3为等径中空回转体。挤压筒内衬3的外径与挤压筒的内径配合；挤压筒内衬3内孔为矩形孔，用于安放坯料。所述挤压筒内衬内孔的两端为圆弧形。在挤压筒内衬3外圆周表面中部有一个截面为矩形的环形定位槽，当挤压筒内衬3与挤压筒配合时，通过该定位槽与挤压筒内圆表面的卡环的配合实现挤压筒内衬3的轴向定位。在挤压筒内衬3一端的端面上对称分布有2个连接孔23，用于将挤压筒内衬3与等通道转角分流模具4固连。

如图6所示，等通道转角分流模具4为圆柱形。等通道转角分流模具4的外圆周表面有一个起吊螺栓孔5。等通道转角分流模具4的两端端面均对称分布有连接孔，并且所述连接孔分别与挤压筒内衬3、定径模7端面的连接孔相对应。等通道转角分流模具4的一个端面对称分布有螺纹孔，用于与定径模7固连。在等通道转角分流模具4与定径模7连接一端的端面有条形槽，并且该条形槽长度方向的对称中心与宽度方向的对称中心形成了该条形槽的中心点，并且所述条形槽的中心点与等通道转角分流模具4的中心重合，当等通道转角分流模具4与定径模7连接后，由该条形槽与定径模7中心的条形孔构成了焊合腔19。

等通道转角分流模具4中心线两侧对称分布有两个矩形通孔。所述矩形通孔的一端贯通该等通道转角分流模具4与挤压筒内衬3连接一端的端面，另一端贯通该等通道转角分流模具4与定径模7连接一端的端面，并位于该端面上的焊合腔内。位于等通道转角分流模具4与挤压筒内衬3连接端一侧的两个矩形通孔均为斜孔，使所述的两个矩形通孔长度方向的中心线与等通道转角分流模具4中心线之间有135°～165°的夹角；位于等通道转角分流模具4与定径模7连接端一侧的两个矩形通孔均为直孔；在等通道转角分流模具4与定径模7连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具4中心线的距离为L；在等通道转角分流模具4与挤压筒内衬3连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具4中心线的距离为l，并且L＞l。所述两个矩形通孔的直孔与两个矩形通孔的斜孔的连接处，在等通道转角分流模具4内形成了等截面转角通道18。

如图7所示，定径模7为圆柱形。在定径模7的中心有贯通该定径模轴向的成形孔。所述的成形孔为矩形，并且该矩形块的长度方向垂直于水平面。所述成形孔位于定径模7与等通道转角分流模具4配合端面的孔口为所成形板材20的入模口，该入模口在定径模7径向的长度与所成形板件的宽度相同；入模口的宽度与所成形板件的厚度相同；入模口在定径模7轴向的长度根据所成形板材20的规格确定，为15～100mm。所述贯通定径模轴向的成形孔在定径模内的纵截面呈锥形，使该成形孔的出模口大于该成形孔的入模口，以减少成形后的板件与成形孔孔壁的摩擦。成形孔内表面与定径模中心线之间的夹角为13°。定径模7的外圆周表面有一个起吊螺栓孔5；定径模7的一端端面均匀对称分布有连接孔，并且所述连接孔与等通道转角分流模具4端面的连接孔相对应。定径模7的外圆上有一个定位孔，用于在挤压机上安装模具时的定位。定径模7上均布有4个贯通该定径模7两端的螺栓连接孔，该螺栓连接孔与等通道转角分流模具4上的螺栓孔对应。

装配时，等通道转角分流模4和定径模7之间通过连接销6过盈配合定位。等通道转角分流模具4和定径模7采用内六角螺栓12紧固。定位销8和定位孔10过盈配合使在挤压机上安装模具时使模具圆周定位，以使得模具上的坯料入口和安装在挤压筒内衬上的坯料孔对应。连接销13和连接孔9过盈配合使得等通道转角分流模具4和挤压筒内衬3圆周定位。定位槽2用来确定挤压筒内衬轴线位置，应与挤压筒配合轴向定位。装配后在坯料孔1内壁和模具内壁刷动物油润滑。坯料16与挤压筒内衬3有一定间隙21，3-5mm，坯料16安装在坯料腔的中央，安装坯料时在挤压筒内衬底面撒直径为3-5mm同坯料材质一致的金属颗粒30个。

Claims (4)

1.一种铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，其特征在于：

a.包括挤压筒内衬、等通道转角分流模具和定径模；等通道转角分流模具小内径孔一端的端面通过连接销与挤压筒内衬的一个端面连接；等通道转角分流模具大内径孔一端端面与定径模小内径孔端的端面固定连接；

b.在等通道转角分流模具与定径模连接一端的端面有条形槽，并且该条形槽的中心点与等通道转角分流模具的中心重合，当等通道转角分流模具与定径模连接后，由该条形槽与定径模中心的条形孔构成了焊合腔；

c.等通道转角分流模具上有两个沿轴向贯通该等通道转角分流模具两端的矩形通孔；所述等通道转角分流模具矩形通孔对称分布在中心线两侧；位于等通道转角分流模具与定径模连接端一侧的两个矩形通孔均为直孔；并且该矩形通孔在等通道转角分流模具与定径模连接一端端面的出口位于该端面上的焊合腔内；在等通道转角分流模具与定径模连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具中心线的距离为L；该矩形通孔位于等通道转角分流模具与挤压筒内衬连接端一侧的两个矩形通孔均为斜孔，使所述的两个矩形通孔长度方向的中心线与等通道转角分流模具中心线之间有135°～165°的夹角；在等通道转角分流模具与挤压筒内衬连接端，两个矩形通孔长度方向的中心线与该等通道转角分流模具中心线的距离为l，并且L＞l；所述两个矩形通孔的直孔与两个矩形通孔的斜孔的衔接处在等通道转角分流模具内形成了等截面转角通道。

2.如权利要求1所述铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，其特征在于：挤压筒内衬的外径与挤压筒的内径配合；挤压筒内衬内孔为坯料安放孔；所述挤压筒内衬内孔的两端为圆弧形；在挤压筒内衬外圆周表面中部有一个截面为矩形的环形定位槽，当挤压筒内衬与挤压筒配合时，该定位槽与挤压筒内圆表面的卡环的配合。

3.如权利要求1所述铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，其特征在于：在定径模的中心有贯通该定径模轴向的成形孔；所述的成形孔为矩形，并且该矩形块的长度方向垂直于水平面；所述成形孔位于定径模与等通道转角分流模具配合端面的孔口为所成形板材的入模口，该入模口在定径模径向的长度与所成形板件的宽度相同；入模口的宽度与所成形板件的厚度相同；入模口在定径模轴向的长度根据所成形板材的规格确定；定径模的外圆上有模具安装定位孔。

4.如权利要求1所述铝合金板材等通道转角分流宽展挤压成形模具，其特征在于：所述贯通定径模轴向的成形孔在定径模内的纵截面呈锥形。

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