CN104070078A - 镁合金管材超高压静液挤压成型工艺及其挤压模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，包括以下步骤：根据所需的管材尺寸将镁合金坯料一端进行加工，并在坯料端面上涂上润滑脂或润滑油；将加工好的坯料放进挤压模具的外模内固定，安装模芯及模座；将装有坯料的模具一端装好密封系统后与挤压筒对接，挤压筒另一端为挤压轴；挤压筒套上加热器；将液体高压介质充入挤压筒并将挤压筒内空气排尽；加热器通电并控制加热温度在室温~300℃内，保温1-3h；推动挤压轴压缩高压介质并产生300MPa以上的超高压，将镁合金坯料挤出，通过挤压模具的定径带后管材成型。实现了镁合金管材的超高压静液挤压成型、镁合金管材的扩张与收缩成型和开发了镁合金管材超高压静液挤压成型模具。

Description

镁合金管材超高压静液挤压成型工艺及其挤压模具

技术领域

本发明属于金属成型技术领域，特别涉及一种镁合金管材静液挤压成型工艺及其挤压模具。

背景技术

镁合金是目前最轻的金属结构材料，其比强度、比刚度、阻尼性能远高于钢铁、铝合金等结构材料，在航空航天、汽车、兵器、3C等领域的用量越来越大。镁合金结构件常用的加工方法有铸造、轧制、挤压、冲压、锻造等，其中以铸造方法生产为主，但是镁合金铸件存在力学性能低，易产生铸造缺陷，材料利用率低等缺点，从而限制了镁合金的应用。经过塑性变形（如热挤压、轧制、锻造等）的镁合金的力学性能都有明显的提高，内部缺陷少，然而由于是密排六方结构，镁合金的低温变形能力差，目前的塑性变形工艺都在350℃以上进行，由此带来坯料易氧化、加压温度难以保持、模具易损坏等缺点，尤其对于制造大直径薄壁管（壁厚比小于1.2），用常规热挤压的方法材料利用率太低，且精度无法保证，表面质量差。超高压静液挤压金属材料过程中，坯料始终处于三向压应力状态，材料塑性大大提高，特别适用于难变形材料，但目前的静液挤压工艺主要用于镁合金线材和棒材的加工。另外，金属材料管材挤压成型主要是收缩成型，即管材模具中的外模定径带直径大于坯料原始直径，成型后的管材外径小于坯料原始直径，定径带是指模具有效工作部分，由这一部分决定挤压制品的形状、尺寸、直径，也称工作带，现有管材成型模具结构图如图3所示。而金属材料的管材扩张挤压成型工艺，即成型后的管材外径大于坯料原始直径，一直以来未见有报道。

发明内容

 本发明目的在于提供一种用于镁合金管材成型的超高压静液挤压工艺及其挤压模具，以实现镁合金管材的高质量、高效生产。本发明工艺采用如下技术方案：

一种镁合金管材超高压静液挤压成型的挤压模具，包括：外模、模芯、模座，所述的模芯一端为小圆柱体，中部为大圆柱体，另一端为锥体，所述的大圆柱体为模芯的定径带，所述的小圆柱体的直径小于大圆柱体的直径，所述锥体的底面直径与大圆柱体直径一致；在所述模座中心位置设置凹槽，所述凹槽直径与模芯的小圆柱体直径一致，所述模芯置于模座凹槽内，其中心线与模座中心线重合；所述外模设置在模座上，所述外模的定径带与模芯的定径带平行，所述外模的定径带直径大于坯料直径。

一种镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，包括以下步骤：（1）根据所需的管材尺寸将镁合金坯料一端进行加工，并在坯料端面上涂上润滑脂或润滑油；（2）将加工好的坯料放进挤压模具的外模内固定，安装模芯及模座；（3）将装有坯料的模具一端装好密封系统后与挤压筒对接，挤压筒另一端为挤压轴；（4）挤压筒套上加热器；（5）将液体高压介质充入挤压筒并将挤压筒内空气排尽；（6）加热器通电并控制加热温度在室温~300℃内，保温1-3h；（7）推动挤压轴压缩高压介质并产生300MPa以上的超高压，将镁合金坯料挤出，通过挤压模具的定径带后管材成型。

步骤（3）中所述密封系统为O型橡胶圈和金属三角垫。

步骤（4）中所述的加热器采用履带式加热器。

步骤（5）中所述的高压介质为蓖麻油或变压器机油等、所述的充入方式采用小于70 MPa低压油泵。

步骤（7）中所述的挤压轴通过高压油泵推动。

与现有技术相比，本技术解决的主要技术问题及优点为：

1.    实现镁合金管材的超高压静液挤压成型；

2.    实现镁合金管材的扩张成型；

3.    实现镁合金管材的收缩成型；

4.    开发了镁合金管材超高压静液挤压成型模具；

5.    采用扩张挤压和收缩挤压模具分别得到大于或小于原坯料尺寸的管材；

6.    调节模芯的结构尺寸得到不同壁厚比的管材；

7.    使用该工艺和模具制造的镁合金管材力学性能高、尺寸精度高、表面质量好、产品近净成形、材料利用率高。

8.    生产过程可控，危险系数低，生产节拍有保证，精度高，该设备生产工序少。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明镁合金管材超高压静液挤压成型工艺装置图，其中，1—挤压轴；2—第一密封系统；3—挤压筒；4—第二密封系统；5—外模；6—高压介质；7—镁合金坯料；8—加热器，9—模芯，10-模座。

图2为本发明镁合金管材超高压静液挤压成型工艺所用扩张挤压模具图，其中，5—外模，7—镁合金坯料，9—模芯，10-模座，11-外模定径带，12-模芯定径带。

图3为现有技术中镁合金管材超高压静液挤压成型工艺所用收缩挤压模具图，其中，5—外模，7—镁合金坯料，9—模芯，10-模座，11-外模定径带，12-模芯定径带。

图4为本发明实施例中制得的镁合金管材的照片。 

具体实施方式

参照图1和图2，一种镁合金管材超高压静液挤压成型工艺及其挤压模具，步骤包括：                                                根据模芯9的尺寸将镁合金坯料7一端加工出所需尺寸，并在此端面上涂上润滑脂；当需要扩张挤压管件时，将准备好的镁合金坯料7放进图2所示的挤压模具中的外模5内固定，安装模芯9与模座10，外模5、模芯9、模座10同轴，且外模5的定径带即外模定径带11与模芯9的定径带即模芯定径带12（定径带是指模具有效工作部分，由这一部分决定挤压制品的形状、尺寸、直径，也称工作带）平行对齐。外模5安装第一密封系统2后，本实施例第一密封系统2采用O型圈和金属三角垫，前端伸进挤压筒3中对接，挤压轴上设有第二密封系统4，本实施例第二密封系统4采用O型橡胶圈和金属三角垫；挤压筒3套上加热器8，；使用低压（小于70 MPa）油泵将静液挤压用高压介质6，本实施例中高压介质6采用蓖麻油等，打入挤压筒3，加满并将挤压筒3内空气排尽；挤压筒3上的加热器8通电加热至设定温度200℃，保温2h；通过高压油泵推动挤压轴1压缩高压介质6产生400MPa的超高压，在静水压力下镁合金坯料7被扩张挤出，管材通过模具定径带11后成型。

镁合金管材收缩挤压成型时，参照图1和图3，使用收缩挤压模具时重复步骤~，镁合金坯料7被收缩挤出，管材通过模具定径带11后成型。

    图4为运用所述的成型工艺及其扩张挤压模具的一个当前最佳实施例，经实施后，镁合金抗拉强度比实施前提高93%，屈服强度提高248%，延伸率提高121%。

Claims (7)

1.一种镁合金管材超高压静液挤压成型的挤压模具，其特征在于所述模具包括外模(5)、模芯(9)和模座(10)，所述模芯(9)一端为小圆柱体，另一端为锥体，中部为大圆柱体，所述的大圆柱体为模芯(9)的定径带，所述的小圆柱体的直径小于大圆柱体的直径，所述锥体的底面直径与大圆柱体直径一致；在所述模座(10)的中心位置设置凹槽，所述凹槽直径与模芯(9)的小圆柱体直径一致，所述模芯(9)置于模座(10)的凹槽内，其中心线与模座(10)中心线重合；所述外模(5)设置在模座(10)上，所述外模(5)的定径带与模芯(9)的定径带平行，所述外模(5)的定径带直径大于坯料直径。

2.一种镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于所述工艺包括以下步骤：1.根据所需的管材尺寸将镁合金坯料(7)一端进行加工，并在坯料端面上涂上润滑脂或润滑油；2.将加工好的镁合金坯料（7）放进挤压模具的外模（5）内固定，安装模芯（9）及模座（10）；3.将装有镁合金坯料（7）的挤压模具一端设置密封系统后与挤压筒（3）对接，挤压筒（3）另一端为挤压轴；4.挤压筒（3）套上加热器（8）；5.将液体高压介质充入挤压筒（3）并将挤压筒（3）内空气排尽；6.加热器（8）通电并控制加热温度在室温~300℃内，保温1-3h；7.推动挤压轴压缩高压介质并产生300MPa以上的超高压，将镁合金坯料（7）挤出，通过挤压模具的定径带后管材成型。

3.根据权利要求2所述的镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于步骤3中所述的密封系统为O型橡胶圈和金属三角垫。

4.根据权利要求2所述的镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于步骤4中所述的加热器采用履带式加热器。

5.根据权利要求2所述的镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于步骤5中所述的高压介质为蓖麻油或变压器机油、所述的充入方式采用小于70 MPa低压油泵。

6.根据权利要求2所述的镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于步骤7中所述的挤压轴通过高压油泵推动。

7.根据权利要求2所述的镁合金管材超高压静液挤压成型工艺，其特征在于所述的挤压模具包括外模(5)、模芯(9)和模座(10)，所述模芯(9)一端为小圆柱体，另一端为锥体，中部为大圆柱体，所述的大圆柱体为模芯(9)的定径带，所述的小圆柱体的直径小于大圆柱体的直径，所述锥体的底面直径与大圆柱体直径一致；在所述模座(10)的中心位置设置凹槽，所述凹槽直径与模芯(9)的小圆柱体直径一致，所述模芯(9)置于模座(10)的凹槽内，其中心线与模座(10)中心线重合；所述外模(5)设置在模座(10)上，所述外模(5)的定径带与模芯(9)的定径带平行，所述外模(5)的定径带直径大于坯料直径。