CN103240292A - 一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置，包括中空结构的上挤压筒和下挤压筒，二者之间设置有凹模，所述上挤压筒、下挤压筒和凹模整体围成一个上下贯通的同心变形型腔，其中上挤压筒的内径略大于下挤压筒，所述上挤压筒的型腔内设置有挤压杆，该挤压杆的下端安装有贴合上挤压筒型腔内壁的挤压头，所述上挤压筒和下挤压筒的外壁上分别围有电阻加热圈，所述挤镦凹模中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶。本发明利用镁合金在挤镦过程中坯料晶粒细化，组织均匀及塑性得到提高的特点，完成相应挤镦道次变形后获得高性能合金材料，该材料可以用来生产薄壁管材。

Description

一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置

技术领域

本发明属于有色金属塑性加工技术领域，涉及一种金属材料的连续挤镦方法，具体涉及镁合金薄壁管材的生产方法。

背景技术

镁及镁合金具有密度小、比强度高、易回收等优点，有“21世纪绿色环保工程材料”的美称。近几年，随着科学技术的进步，镁合金在航空航天、高速轨道交通、电子通讯及人体医学等领域得到了一定程度的应用，是当今社会发展潜力较大的轻有色金属材料。但实际中镁合金的应用领域远不如钢铁材料及铝合金材料广泛，其中主要原因是由于镁合金材料的强度偏低、塑性成型性能较差、抗腐蚀性能不佳等，因此，开发高性能的镁合金材料倍受研究者的青睐和关注，特别是生产高耐热性的航空材料、细丝材料及薄壁管材料等更需要高强度、优良塑性的镁合金材料。

文献研究表明：使用往复挤压法、等通道转角挤压可以改善镁合金材料的组织性能，但这些加工方法操作繁琐，需要翻转或转动装置，难以实现连续生产，效率低，成本较高，甚至在生产过程中存在一定的危险性；中南大学的刘楚明、郑梁等著的《高强变形镁合金研究现状及发展趋势》(《宇航材料工艺》2012年42卷第1期P8-12)文章中，记载了新型高强韧镁合金加工技术，并且作者申请了国家发明专利，专利《一种大直径高强耐热镁合金薄壁管材的挤压变形工艺》(公开号CN102400071A，公开日2012年4月4日)。但是该技术生产的镁合金薄壁管材较厚，变形温度高，合金材料处于半固态，挤压模具长期处于高温状态，寿命较短，很难挤压出镁合金薄壁管材。为了更好的改进镁合金的塑性加工技术，实现生产连续化，有必要研发一种工艺简单、可操作性强的镁合金成形技术，生产出镁合金薄壁管材，以适应当前高端产品的市场需求。

发明内容

本发明目的是提供一种镁合金薄壁管材的生产方法及装置，它针对现有加工技术的不足，能够实现连续多道次挤镦成形，制备出晶粒细小、组织均匀、塑性优良的镁合金材料，这种材料可以用来生产薄壁管材，而且成本较低，效率较高。

一种镁合金连续挤镦变形装置，包括中空结构的上挤压筒和下挤压筒，二者之间设置有凹模，所述上挤压筒、下挤压筒和凹模整体围成一个上下贯通的同心变形型腔，其中上挤压筒的内径略大于下挤压筒，所述上挤压筒的型腔内设置有挤压杆，该挤压杆的下端安装有贴合上挤压筒型腔内壁的挤压头，所述上挤压筒和下挤压筒的外壁上分别围有电阻加热圈，所述挤镦凹模中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶。

一种镁合金的管材挤压装置，包含中空结构的上挤压筒和下挤压筒，二者之间设有管材挤压模具，所述上挤压筒的型腔内设置有挤压杆，该挤压杆的下端安装有贴合上挤压筒型腔内壁的管材挤压模具，所述上挤压筒外壁缠绕有电阻加热圈，所述管材挤压模具中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶。

一种镁合金连续挤镦变形以及管材的加工工艺：

A1、把凹模压进上挤压筒和下挤压筒之间的圆槽内进行合模，并利用固定螺栓进行固定；

A2、将坯料装入上挤压筒内，并在下挤压筒内装入预压紧坯料，接着通过电阻加热圈给上挤压筒和下挤压筒加热，并把测温热电偶插进凹模中间的中心孔内，当达到预定温度时保温二十分钟；

A3、将下挤压筒里的坯料预压紧，使坯料充满凹模型腔，然后通过挤压杆把轴向压力传递给挤压头，使被挤镦坯料通过凹模进入下挤压筒，完成初次挤镦；

A4、经过初次挤镦后，向上移动挤压杆，再次装入加热到预定温度的坯料，开动挤压机再次进行挤镦，完成一道次的挤镦后，把挤镦坯料锯下，加热到预定温度后放进上挤压筒，进行第二次挤镦变形，周而复始，直至达到设计的挤镦道次，完成整个连续挤镦过程，即可得到挤镦坯料；

A5、将挤镦坯料装入上挤压筒内，然后给上挤压筒外围的加热圈通电加热，当温度回升到300℃～360℃时保温，开动挤压装置通过挤压杆把挤镦坯料压到管材模具上，当挤镦坯料通过管材挤压模具的模孔后即可得到镁合金薄壁管材。

所述挤压杆向下运行的速度范围为10mm/min～15mm/min。

所述的挤压头采用高速钢W6Mo5Cr4V2制作而成。

所述的挤压杆、凹模和管材模具采用热作模具钢4Cr5MoVlSi制作而成。

本发明设计的生产方法，利用镁合金在挤镦过程中坯料晶粒细化，组织均匀及塑性得到提高的特点，完成相应挤镦道次变形后获得高性能合金材料，该材料可以用来生产薄壁管材。挤镦变形不需要来回翻转挤压装置，可操作性强，容易实现连续挤镦，适用于各种压力机及其他轻有色金属材料，并且挤镦温度相对偏低，只有330℃左右，镁合金不会发生相变和氧化，模具工作界面稳定，使用寿命长，因此生产成本相对较低，生产效率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1为本发明中镁合金连续挤镦变形装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明中镁合金的管材挤压装置的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图中：1.挤压杆，2.上挤压筒，3.挤压头，4.电阻加热圈，5.坯料，6.凹模，7.下挤压筒，8.挤镦坯料，9.测温热电偶，10.管材挤压模具，11.镁合金薄壁管材。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1、图2是本具体实施方式的镁合金连续挤镦变形装置示意图，该装置主要包括中空结构的上挤压筒2和下挤压筒7，二者之间设有凹模6，其中上挤压筒2的内径略大于下挤压筒7，该凹模6将上挤压筒2和下挤压筒7内的型腔内径收缩成两个上下相通的型腔，所述上挤压筒2的型腔内设置有挤压杆1，该挤压杆1的下端安装有贴合上挤压筒2型腔内壁的挤压头3，所述上挤压筒2和下挤压筒7外壁分别缠绕有电阻加热圈4，凹模6中间部位打有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶9，将坯料5装入上挤压筒2的型腔内，并在下挤压筒7的型腔内装入预压紧坯料，首先先把下挤压筒7内的预压紧坯料预压紧，使之充满凹模6的模孔，然后挤压杆1轴向下压使坯料5经过凹模6后变细，并在下挤压筒7内的型腔中被镦粗，即可得到挤镦坯料8，当上挤压筒2型腔内的坯料5挤镦完成后提起挤压杆1，再次放入经过加热的坯料5，再次进行挤镦作业，在完成一个道次后，把经过挤镦后的挤镦坯料8锯下，加热后放入上挤压筒2的型腔内进行二次挤镦，周而复始，即可得到晶粒细小、组织均匀、塑性优良镁合金料。

图3、图4是本具体实施方式的镁合金的管材挤压装置示意图，该装置包含中空结构的上挤压筒2和下挤压筒7，二者之间设有管材挤压模具10，其中上挤压筒2的内径略大于下挤压筒7，所述上挤压筒2外壁缠绕有电阻加热圈4，所述管材挤压模具10中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶9，将经过反复挤镦作业的挤镦坯料8放进上挤压筒2的型腔内，在挤压杆1的轴向压力作用下，挤镦坯料8经过管材挤压模具10后即可得到镁合金薄壁管材11。

仅作为优选技术方案，所述的凹模6两端锥形倾角为80°～100°，其中间的定径带长度为5mm，上挤压筒2的内径比下挤压筒7的内径大0.3mm，挤镦速度(即挤压杆轴向速度)控制在10mm/min～20mm/min，采用高速钢W6Mo5Cr4V2加工挤压头，采用热作模具钢4Cr5MoVlSi制作挤压杆1、挤镦凹模6和管材挤压模具10，管材挤压模具10采用分流组合平面模结构。

本发明的镁合金薄壁管材的加工方法及装置，按以下步骤进行：

首先将凹模6挤镦压进上挤压筒2和下挤压筒7之间的圆槽内合模，并利用固定螺栓进行固定；

其次把坯料5装入上挤压筒2的型腔内，并在下挤压筒7的型腔内装入预压紧坯料，接着通过电阻加热圈4给上挤压筒2和下挤压筒7加热，并把热电偶插进凹模6的中心孔内，在达到预定温度后保温二十分钟；

然后利用挤压机将下挤压筒7内的预压紧坯料预压紧，使坯料5充满凹模6的型腔，然后通过挤压杆1把轴向压力传递给高速钢挤压头3，使被挤镦的坯料5通过凹模6进入下挤压筒7，完成初次挤镦；

再者进行初次挤镦后，向上移动挤压杆1，再次装入加热到预定温度的坯料5，开动挤压机再次进行挤镦，完成一道次的挤镦后，把得到的挤镦坯料8锯下，加热到预定温度后再次放进上挤压筒2内，进行第二次挤镦作业，周而复始，直至达到设计的挤镦道次后获得晶粒细小、组织均匀、塑性优良镁合金材料挤镦坯料8，完成整个连续挤镦过程；

最后将挤镦凹模6替换成管材挤压模具10，并去除或关闭下挤压筒周围的电阻加热圈4，在上挤压筒2内装入经过挤镦后的挤镦坯料8，然后给上挤压筒2外围的电阻加热圈4通电加热，当温度回升到300℃～360℃时保温，开动挤压装置，通过挤压杆1把挤镦坯料8压进管材模具10，挤镦坯料8通过模孔后即被挤压成镁合金薄壁管材。

实施例

连续挤镦Mg-Sn-Al-Zn-Si镁合金铸态坯料，得到组织均匀、晶粒细小的高性能挤镦合金材料，最后连续挤压成镁合金薄壁管材。

备料将铸态Mg-5Sn-1.5Al-1.0Zn-0.8Si合金坯锭车去表层部分，加工成比挤压筒内径小0.2mm圆形铸锭，并清除表面油污；

首先将装配好的挤镦装置放到压力机平台上，把经过处理的圆形铸锭坯料装入上挤压筒2的型腔内，并在下挤压筒7的型腔内装入预压紧坯料，并把测温热电偶9插进凹模6中间的中心孔内，通过电阻加热圈4给上挤压筒2和下挤压筒7以及凹模6加热，当达到340℃时保温20分钟；

接着启动压力机，先把下挤压筒7内的预压紧坯料预压紧，使之充满凹模6的模孔，而后设定挤压杆1的轴向下压速度为15mm/min，开动压力机挤压铸锭坯料，使之通过凹模6进入下挤压筒7的型腔内，金属在下挤压筒7里依靠与筒壁的摩擦被镦粗，当铸锭坯料挤镦完成后，提起挤压杆1，在上挤压筒2里装入加热温度为340℃铸锭坯料，挤镦后完成首次变形；

然后把经过一道次挤镦铸锭坯料锯下，加热预定温度装进上挤压筒2，进行第二次挤镦变形，周而复始，直至达到设计的6个挤镦道次，完成整个连续挤镦过程，得到晶粒细小，组织均匀，塑性优良的镁合金材料挤镦坯料8；

把挤镦凹模4换成管材挤压模具6，并去除或关闭下挤压筒周围的电阻加热圈4，固定后在上挤压筒2内装入经过挤镦6个道次后的挤镦坯料，然后给上挤压筒2外围的加热圈通电加热，当温度回升到340℃时保温，开动挤压装置，通过挤压杆1把挤镦坯料压进管材模具6，挤镦坯料通过模孔后即可得到镁合金薄壁管材11。

本具体实施方式的挤镦装置思路新颖，镁合金挤镦温度范围内不会发生组织相变，挤镦过程的巧妙之处在于靠摩擦力作用完成挤镦变形，加工过程中不需要翻转装置，缩短了加工时间，生产效率较高，挤压头采用高速钢W6Mo5Cr4V2制作，避免了挤压杆与坯料的直接接触，使凸模、凹模及管材挤压模具的寿命得到改善，降低了生产成本，该方法制备的合金材料组织均匀，晶粒细小，加工塑性好，得到的镁合金薄壁管材性能优异。

本发明适合于各种轻有色合金的连续挤镦变形，尤其是适合需要深加工的高塑性镁合金材料，是挤压镁合金薄壁管材较佳选择。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种镁合金连续挤镦变形装置，其特征在于包括中空结构的上挤压筒(2)和下挤压筒(7)，二者之间设置有凹模(6)，所述上挤压筒(2)、下挤压筒(7)和凹模(6)整体围成一个上下贯通的同心变形型腔，其中上挤压筒(2)的内径略大于下挤压筒(7)，所述上挤压筒(2)的型腔内设置有挤压杆(1)，该挤压杆(1)的下端安装有贴合上挤压筒(2)型腔内壁的挤压头(3)，所述上挤压筒(2)和下挤压筒(7)的外壁上分别围有电阻加热圈(4)，所述挤镦凹模(6)中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶(9)。

2.一种镁合金的管材挤压装置，其特征在于包含中空结构的上挤压筒(2)和下挤压筒(7)，二者之间设有管材挤压模具(10)，所述上挤压筒(2)的型腔内设置有挤压杆(1)，该挤压杆(1)的下端安装有贴合上挤压筒(2)型腔内壁的挤压头(3)，所述上挤压筒(2)外壁缠绕有电阻加热圈(4)，所述管材挤压模具(10)中间设有中心孔，该中心孔内插有测温热电偶(9)。

3.一种镁合金连续挤镦变形以及管材的加工工艺，其特征在于：

A1、把凹模(6)压进上挤压筒(2)和下挤压筒(7)之间的圆槽内进行合模，并利用固定螺栓进行固定；

A2、将坯料(5)装入上挤压筒(2)内，并在下挤压筒(7)内装入预压紧坯料，接着通过电阻加热圈(4)给挤镦装置加热，并把测温热电偶(9)插进凹模(6)中间的中心孔内，当达到预定温度时保温二十分钟；

A3、将下挤压筒(7)里的坯料预压紧，使坯料充满凹模(6)型腔，然后通过挤压杆(1)把轴向压力传递给挤压头(3)，使坯料(5)通过凹模(6)进入下挤压筒(7)，完成初次挤镦；

A4、经过初次挤镦后，向上移动挤压杆(1)，再次装入加热到预定温度的坯料(5)，开动挤压机再次进行挤镦，完成一道次的挤镦后，把挤镦坯料(8)锯下，加热到预定温度后放进上挤压筒(2)，进行第二次挤镦变形，周而复始，直至达到设计的挤镦道次，完成整个连续挤镦过程；

A5、将挤镦坯料(8)装入上挤压筒(2)内，然后给上挤压筒(2)外围的加热圈(4)通电加热，当温度回升到300℃～360℃时保温，开动挤压装置通过挤压杆(1)把坯料(5)压到管材模具(10)，挤镦坯料(8)通过模孔后即可得到镁合金薄壁管材(11)。

4.根据权利要求3所述的一种镁合金连续挤镦变形以及管材的加工工艺，其特征在于：所述挤压杆(1)向下运行的速度范围为10mm/min～15mm/min。

5.根据权利要求1、2或3所述的挤压头(3)，其特征在于该挤压头(3)采用高速钢W6Mo5Cr4V2制作。

6.根据权利要求1、2或3所述的挤压杆(1)、挤镦凹模(6)和管材模具(10)，其特征在于该挤压杆(1)、挤镦凹模(6)和管材模具(10)采用热作模具钢4Cr5MoVlSi制作而成。

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