CN105880310B - 一种超细晶中空镁合金型材的成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细晶中空镁合金型材的成型模具及成型方法，其中，成型模具包括底座、凹模外套、凹模内套、挤压针、挤压轴以及挤压垫；在凹模内套设有成型凹模；该成型方法包括如下步骤：1）将挤压针与挤压轴分别双动式挤压机的内滑块与外滑块固定连接；2）将超细晶中空圆柱坯料加热到再结晶温度以上；3）然后将加热后的坯料放入成型凹模的进料段；4）开启双动式挤压机，先实现挤压针的定位，然后通过外滑块推动挤压轴挤压垫挤压坯料；5）在挤压机的外滑块的挤压下，最终成型得到管材。本发明能够有效提高镁合金管材加工过程中的连续塑性，增强力学性能，并能够实现大批量的生产加工。

Description

一种超细晶中空镁合金型材的成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及管材成型技术领域，尤其涉及一种超细晶中空镁合金型材的成型模具及成型方法。

背景技术

在工业生产中，管材在生产加工过程中，主要通过成型模具挤压成型管材；传统轻合金塑性变形工艺包含铸锭制备、铸锭处理、坯料加热、热塑性变形等多个阶段。

就制造超细晶合金（轻合金）管材而言，特别是薄壁和高精度的轻合金管材，目前，主要采用挤压的方式成型，但传统的挤压生产过程中，一般为正挤压，正挤压会形成沿管材挤压方向的带状组织和强烈的基面织构，严重降低了镁合金的力学性能，并造成力学性能的各向异性，这些织构不利于薄管的二次加工（如内高压成形、折角、煨弯等）；容易造成轻合金铸造组织中的缩孔、疏松等缺陷，使得管材尤其是薄管的加工精度变差。并且，传统挤压后的轻合金管材横向截面组织为等轴晶粒，挤压后的纵向截面组织变成细长晶粒，而且特别明显。同时，由于对薄壁管材的强韧性、二次成形性能与尺寸精度要求严格，必须采用控形控性一体化的塑性成形方法，实现充填完整、变形均匀以及成形过程微观组织结构演变的协调控制，这也是当前塑性成形领域研究的热点问题。

当前镁产业急需发展成批的高性能镁合金新材料、先进低成本低能耗的原镁生产技术、大尺寸超薄和复杂零部件生产的成套技术。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种超细晶中空镁合金型材的成型模具及成型方法，加工镁合金管材更加容易，生产成本低，并且成型精度更高；能够有效提高镁合金管材加工过程中的连续塑性，增强力学性能，并能够实现大批量的生产加工。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种超细晶中空镁合金型材的成型模具，其特征在于：包括底座、凹模外套、凹模内套、挤压针、挤压轴以及挤压垫；所述凹模外套为管状结构，其内孔呈锥形，该凹模外套的小孔径一端与底座固定连接；所述凹模内套设于凹模外套内，其外壁也呈锥形，且凹模内套的外壁与凹模外套的内壁紧贴；

在凹模内套设有成型凹模，所述成型凹模贯穿凹模内套，其包括依次相连通的进料段、镦粗段、定径段、剪切段以及整形段，其中，所述进料段靠近凹模外套的大孔径一端，整形段靠近底座，在底座上，对应整形段的位置设有型材出口；所述镦粗段呈锥形，其靠近进料段一端的直径大于靠近定径段一端的直径；所述剪切段包括第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段，所述第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段的侧壁均呈向外凸出的弧形；所述整形段的直径与定径段的直径一致；

所述挤压针与成型凹模同轴心线设置，其一端从成型凹模的进料段伸入并从成型凹模的整形段伸出，其中，该挤压针与剪切段相对应的位置，对应第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段分别设有向外凸出的第一剪切凸起、第二剪切凸起和第三剪切凸起，且挤压针与定径段、剪切段以及整形段之间的间隙一致；

所述挤压垫设于成型凹模的进料段内，该挤压垫与进料段侧壁之间具有间隙，使其能沿进料段移动；所述挤压轴的一端伸入成型凹模的进料段内并与挤压垫固定连接，在挤压轴和挤压垫上，对应挤压针设有通孔，所述挤压针的另一端从挤压轴的另一端伸出。

进一步地，所述凹模外套、凹模内套、成型凹模、挤压轴、挤压垫以及底座的轴心线均重合。

一种利用上述的成型模具加工超细晶中空镁合金型材的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将挤压针从挤压轴伸出的一端与双动式挤压机的内滑块固定连接，将挤压轴与双动式挤压机的外滑块固定连接；通过双动式挤压机将挤压轴、挤压垫以及挤压针从凹模内套的成型凹模中退出；

2）将超细晶中空圆柱坯料加热到再结晶温度以上，并保温0.5-4小时；其中，所述再结晶温度至少为200℃；

3）然后将加热后的坯料放入成型凹模的进料段；

4）开启双动式挤压机，先通过内滑块推动挤压针的另一端穿过坯料和成型凹模，并达到预设位置，实现挤压针的定位；然后通过外滑块推动挤压轴，挤压轴带动挤压垫挤压坯料；

5）在挤压机的外滑块的挤压下，坯料依次经过镦粗段、定径段、剪切段、以及整形段，最终成型得到管材。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）在同一模具上同时完成了挤压、连续多次剪切、管材成形、整形4道工序，相比管材热挤压工艺工序更少，并且减少了废料，节约了能源；并且，挤压和连续剪切变形可引入大应变率，促进超细晶镁合金动态再结晶的发生，更能发挥超细晶镁合金材料的塑性变形能力，避免在大应变条件下产生裂纹，减少或消除组织内部的空洞缺陷；通过管材连续成形温度和速度、模具结构调控可控制管材的变形程度及均匀性，从而控制晶粒细化的程度及基面织构的强度和管材精度，能够批量生产超细晶镁合金薄壁(1-5mm)管材；使细化晶粒和成形的效率高，并具有高效、节能的特性。

（2）该模具结构简单，生产成本低，配合双动式挤压机使用；通过本申请的模具挤压成型管材，可连续稳定进行生产，简化生产工艺，缩短生产周期，制备和生产超细晶镁合金材料时间短、成形速度快，使生产效率大大提高，便于自动控制实现自动化；并且在提高超细晶镁合金力学性能和成型能力方面具有较大的潜力，可以实现连续的、大尺寸的超细晶镁合金管材的生产，适合制备塑性较差的超细晶镁合金管材，适用范围广。

（3）本装置生产的超细晶镁合金管材强塑性好；通过工艺和模具结构参数优化，能够消除超细晶镁合金中显微孔洞等缺陷、提高材料的致密性、破碎枝晶，形成细小的等轴晶，并促使基面织构弱化，从而保证管材的成形精度和力学性能，并可以通过调整剪切次数和剪切强度来调控微观组织织构，从而提高管材的可靠性和可控性，可应用于镁铝钛等超细晶镁合金管材的加工成形。

附图说明

图1为本发明中成型模具使用时的结构示意图。

图2为凹模外套的结构示意图。

图3为凹模内套的结构示意图。

图4为挤压针的结构示意图。

图5为凹模内套与挤压针配合的结构示意图。

图中：1—底座，2—凹模外套，3—凹模内套，4—挤压针，41—第一剪切凸起，42—第二剪切凸起，43—第三剪切凸起，5—挤压轴，6—挤压垫，7—进料段，8—镦粗段，9—定径段，101—第一剪切段，102—第二剪切段，103—第三剪切段，11—整形段。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例：参见图1至图5，一种超细晶中空镁合金型材的成型模具，包括底座1、凹模外套2、凹模内套3、挤压针4、挤压轴5以及挤压垫6。所述凹模外套2为管状结构，其内孔呈锥形，该凹模外套2的小孔径一端与底座1固定连接。所述凹模内套3设于凹模外套2内，其外壁也呈锥形，且凹模内套3的外壁与凹模外套2的内壁紧贴；凹模内套3和凹模外套2通过锥形结构配合在一起，使凹模内套3与凹模外套2通过预应力组合形式配合，可提高整个凹模的强度，防止模具被挤裂，从而使整体稳定性更好，延长了模具使用寿命；并能够显著提高凹模内套3在挤压时的承载能力，提高模具钢热处理质量和原始材质，节省了昂贵的钢模具的使用成本；并且，凹模内套3的更换更加方便，快捷。

在凹模内套3设有成型凹模，所述成型凹模贯穿凹模内套3，其包括依次相连通的进料段7、镦粗段8、定径段9、剪切段以及整形段11。其中，所述进料段靠近凹模外套2的大孔径一端，整形段11靠近底座1，在底座1上，对应整形段11的位置设有型材出口；以便于管材加工成型后的出料，该型材出口的孔径大于整形段11的直径，从而避免对管材造成损伤等。所述镦粗段8呈锥形，其靠近进料段7一端的直径大于靠近定径段9一端的直径。所述剪切段包括第一剪切段101、第二剪切段102和第三剪切段103，所述第一剪切段101、第二剪切段102和第三剪切段103的侧壁均呈向外凸出的弧形。所述整形段11的直径与定径段9的直径一致；从而确保管材的直径及壁厚，进而有效保障管材的质量。

所述挤压针4与成型凹模同轴心线设置，其一端从成型凹模的进料段7伸入并从成型凹模的整形段11伸出。其中，该挤压针4与剪切段相对应的位置，对应第一剪切段101、第二剪切段102和第三剪切段103分别设有向外凸出的第一剪切凸起41、第二剪切凸起42和第三剪切凸起43。且挤压针4与定径段9、剪切段以及整形段11之间的间隙一致；从而确保管材成型过程中，其壁厚保持一致，以进一步保障管材的质量。

通过成型凹模的剪切段与挤压针4上的剪切凸起配合形成连续剪切结构，从而可引入大应变率，促进超细晶镁合金动态再结晶的发生，更能发挥超细晶镁合金材料的塑性变形能力，避免在大应变条件下产生裂纹，减少或消除组织内部的空洞缺陷；通过管材连续成形温度和速度、模具结构调控可控制管材的变形程度及均匀性，从而控制晶粒细化的程度及基面织构的强度和管材精度，能够批量生产超细晶镁合金薄壁(1-5mm)管材；

所述挤压垫6设于成型凹模的进料段7内，该挤压垫6与进料段7侧壁之间具有间隙，使其能沿进料段7移动；所述挤压轴5的一端伸入成型凹模的进料段7内并与挤压垫6固定连接，在挤压轴5和挤压垫6上，对应挤压针设有通孔，所述挤压针4的另一端从挤压轴5的另一端伸出。

其中，所述凹模外套2、凹模内套3、成型凹模、挤压轴5、挤压垫6以及底座1的轴心线均重合。

一种利用上述的成型模具加工超细晶中空镁合金型材的成型方法，包括如下步骤：

1）将挤压针从挤压轴伸出的一端与双动式挤压机的内滑块固定连接，将挤压轴与双动式挤压机的外滑块固定连接；通过双动式挤压机将挤压轴、挤压垫以及挤压针从凹模内套的成型凹模中退出；

2）将超细晶中空圆柱坯料加热到再结晶温度以上，并保温0.5-4小时；其中，所述再结晶温度至少为200℃；

3）然后将加热后的坯料放入成型凹模的进料段；

4）开启双动式挤压机，先通过内滑块推动挤压针的另一端穿过坯料和成型凹模，并达到预设位置，实现挤压针的定位；然后通过外滑块推动挤压轴，挤压轴带动挤压垫挤压坯料；

5）在挤压机的外滑块的挤压下，坯料依次经过镦粗段、定径段、剪切段、以及整形段，最终成型得到管材。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种超细晶中空镁合金型材的成型模具，其特征在于：包括底座、凹模外套、凹模内套、挤压针、挤压轴以及挤压垫；所述凹模外套为管状结构，其内孔呈锥形，该凹模外套的小孔径一端与底座固定连接；所述凹模内套设于凹模外套内，其外壁也呈锥形，且凹模内套的外壁与凹模外套的内壁紧贴；

在凹模内套设有成型凹模，所述成型凹模贯穿凹模内套，其包括依次相连通的进料段、镦粗段、定径段、剪切段以及整形段，其中，所述进料段靠近凹模外套的大孔径一端，整形段靠近底座，在底座上，对应整形段的位置设有型材出口；所述镦粗段呈锥形，其靠近进料段一端的直径大于靠近定径段一端的直径；所述剪切段包括第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段，所述第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段的侧壁均呈向外凸出的弧形；所述整形段的直径与定径段的直径一致；

所述挤压针与成型凹模同轴心线设置，其一端从成型凹模的进料段伸入并从成型凹模的整形段伸出，其中，该挤压针与剪切段相对应的位置，对应第一剪切段、第二剪切段和第三剪切段分别设有向外凸出的第一剪切凸起、第二剪切凸起和第三剪切凸起，且挤压针与定径段、剪切段以及整形段之间的间隙一致；

所述挤压垫设于成型凹模的进料段内，该挤压垫与进料段侧壁之间具有间隙，使其能沿进料段移动；所述挤压轴的一端伸入成型凹模的进料段内并与挤压垫固定连接，在挤压轴和挤压垫上，对应挤压针设有通孔，所述挤压针的另一端从挤压轴的另一端伸出。

2.根据权利要求1所述的一种超细晶中空镁合金型材的成型模具，其特征在于：所述凹模外套、凹模内套、成型凹模、挤压轴、挤压垫以及底座的轴心线均重合。

3.一种利用如权利要求1所述的成型模具加工超细晶中空镁合金型材的成型方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）将挤压针从挤压轴伸出的一端与双动式挤压机的内滑块固定连接，将挤压轴与双动式挤压机的外滑块固定连接；通过双动式挤压机将挤压轴、挤压垫以及挤压针从凹模内套的成型凹模中退出；

2）将超细晶中空圆柱坯料加热到再结晶温度以上，并保温0.5-4小时；其中，所述再结晶温度至少为200℃；

3）然后将加热后的坯料放入成型凹模的进料段；

4）开启双动式挤压机，先通过内滑块推动挤压针的另一端穿过坯料和成型凹模，并达到预设位置，实现挤压针的定位；然后通过外滑块推动挤压轴，挤压轴带动挤压垫挤压坯料；

5）在挤压机的外滑块的挤压下，坯料依次经过镦粗段、定径段、剪切段、以及整形段，最终成型得到管材。