CN105964859B - 一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具，该模具包括凸模、凹模，该凸模的冲头的端面是构成中间凸周边凹的形状，从轴截面看分别由三段圆弧凹凸凹的波浪轮廓，并且中段圆弧的顶点与左右段圆弧的顶点之间的距离保持适中；凹模的模腔的底部中部形成平面，周边成凹槽，平面与周边成凹槽之间平滑过渡，从轴截面看呈现凹平凹的波浪形。该模具能够有效改善各部分金属的应力、应变状态，减小模具与镁合金棒料之间的摩擦力，提高成形的均匀性，改善锻件性能。

Description

一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具

技术领域

本发明涉及金属材料塑性成形领域，特别涉及一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具。

背景技术

目前，在金属成形领域，镦粗是一种常用的锻压成形方法，在大型坯料镦粗成形的过程中，由于模具和接触面之间摩擦的存在，造成变形金属流动的不均性，变形区的金属发生了不均匀的变形，从而引起晶粒尺寸大小不一，锻件性能不均匀；对于大高径比棒料在镦粗时会发生不均匀变形失稳、形成鼓形或双鼓形，为后面的成形造成极大困难，会降低材料利用率。特别对于镁合金大高径比棒料，塑性差，极易从鼓形部位产生裂纹，导致坯料报废。有学者通过模拟证明了凸凹模均成锥面形状的镦粗效果优于凸凹模成平面或凹面的镦粗，但是锥面形状的凸凹模由于增加了与坯料接触面积，相应的摩擦力增大。

发明内容

本发明提供一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具，该模具能够有效改善各部分金属的应力、应变状态，减小模具与镁合金棒料之间的摩擦力，提高成形的均匀性，改善锻件性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具，包括凸模、凹模，该凸模的冲头的端面是构成中间凸周边凹的形状，从轴截面看分别由三段圆弧凹凸凹的波浪轮廓，并且中段圆弧的顶点与左右段圆弧的顶点之间的距离保持适中；凹模的模腔的底部中部形成平面，周边成匹槽，平面与周边成凹槽之间平滑过渡，从轴截面看呈现凹平凹的波浪形。

进一步，凹模的模腔的底部中部还开设有通孔，顶杆(图未视出)放置在通孔中，供凹模中镦粗后的坯料脱模用。

本发明通过设计一种由空间曲面组合而成的凸模、凹模，可以显著减小与镁合金金属棒料的接触面积，改善镁合金金属棒料端部金属的应力状态和流动方向，使镁合金金属棒料的端部金属和中部的金属变形均匀性增强，实现大高径比镁合金棒料的均匀变形，并且提高了材料利用率，在锻压行业推广其经济效益显著。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的坯料形状示意图；

图2是本发明的模具装配示意图；

图3是本发明的凸模的结构示意图；

图4是本发明的凹模的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，镁合金圆柱形坯料1的上端13和下端14各车一个浅凹槽，分别是上凹槽11、下凹槽12，并在上凹槽11、下凹槽12里面涂抹润滑剂，随着金属坯料的流动，缓慢带走润滑剂，和润滑剂一起形成一层润滑膜，这样，可以在镦粗时起到很好的润滑作用，大大减小了摩擦力，减小了鼓肚的产生，在保证材料组织和性能均匀性的同时，提高了材料的利用率。

如图2、图3、图4所示，一种大高径比均匀镦粗成形模具2，包括上模座21、下模座24、凸模22、凹模23，凸模22固定在上模座21上，该凸模22的冲头221的端面构成中间凸周边凹的形状，从轴截面看分别由三段圆弧R2、R1、R2凹凸凹的波浪轮廓。在镦粗初始，圆弧R1的凸部首先与镁合金圆柱形坯料1的上凹槽11的中心区域111接触(如图1所示)，使镁合金圆柱形坯料1的上凹槽11的中心区域的坯料先变形，改变在传统镦粗变形时该区为不变形区的情况，使该区金属的应力状态发生改变，并且R2圆弧的顶点与R1圆弧的顶点之间的距离保持适中，不能太大，否则会导致心部金属径向流动距离过大，造成边部开裂。这就在很大程度上减小了摩擦力，随着镦下量的增加，涂抹在上凹槽11的润滑剂沿着凸模22的波浪轮廓流动，在凸模22与镁合金圆柱形坯料1之间形成润滑层，减小了金属流动过程中，摩擦力对其流动不均匀性的影响，使金属变形过程中各部分组织性能一致性提高。

凹模23的模腔231的底部中部形成平面233，周边成凹槽234，平面233与周边成凹槽234之间平滑过渡，从轴截面看呈现凹平凹的波浪形。平面233为保证镁合金圆柱形坯料1放入模腔231后稳定，防止在变形初期镁合金圆柱形坯料1发生失稳，同时在金属流动过程中，由于凹模23的模腔231底部周边凹下的波浪，在变形初期，镁合金圆柱形坯料1的下端14的边部与凹模23的模腔231的底部周边之间并没有完全接触，使得摩擦力减小，提高材料的均匀性；凹模23的深度比较大，达到了封闭模具镦粗的效果，起到了很好的保温效果，使得镦粗过程坯料的温度尽可能保持恒定，在一定程度上也保证了材料的均匀化。

如图2、图4所示，凹模23的模腔231的底部中部还开设有通孔232，顶杆25放置在通孔232中，供凹模23中镦粗后的坯料脱模用。

综上所述，本发明通过设计一种由空间曲面组合而成的凸模22、凹模23，改善镁合金圆柱坯料1的上下端13、14的金属的应力状态和流动方向，使端部金属和中部的金属变形均匀性增强，实现大高径比镁合金棒料的均匀变形。

并通过提前在将镁合金圆柱坯料1的上下端13、14的表面各车一个圆形的浅凹槽，用于涂抹和预留一定量的润滑剂。在金属流动的过程中，通过金属的流动缓慢带走润滑剂，和润滑剂一起形成一层润滑膜，这样，可以在镦粗时起到很好的润滑作用，大大减小了摩擦力，减小了鼓肚的产生，提高了材料的利用率。

此外，凹模23的模腔231的底部的平面233将镁合金圆柱坯料1的下端14部进行局部限制进行固定，有效的减小了因为高径比大而引起的失稳弯曲的难题，这也为大高径比锻件获得良好的镦粗性能提供了一种途径。

为此，本发明还提出一种大高径比均匀镦粗成形方法是：

首先，设计一种大高径比均匀镦粗成形模具，该模具主要包括凸模22、凹模23，该凸模22的冲头221的端面构成中间凸周边凹的形状，从轴截面看分别由三段圆弧R2、R1、R2凹凸凹的波浪轮廓，凹模23的模腔231的底部中部形成平面233，周边成凹槽234，平面233与周边成凹槽234之间平滑过渡，从轴截面看呈现凹平凹的波浪形；

其次，在镁合金圆柱坯料1的上下表面各车一个圆形的浅凹槽，分别是上凹槽11、下凹槽12，并涂抹和预留一定量的润滑剂；

再次，预热的大高径比均匀镦粗成形模具，将镁合金圆柱坯料1放置在大高径比均匀镦粗成形模具2中进行保温镦粗，实现将镁合金圆柱坯料1在镦粗时的等温均匀预热；

最后，通过大高径比均匀镦粗成形模具2对镁合金圆柱坯料1进行镦粗挤压成形，脱模。

该方法改变传统镦粗时镁合金圆柱坯料与凸模的冲头接触的中间部位为不变形区的缺陷，通过优化设计上下模具的型面，提供一种波浪形凸凹模，改变不变形区和其它变形区金属的应力状态，让各部分均匀变形流动，并显著减小接触面积，结合镦粗过程中金属的流动特性，优化上下模具的形状，减小摩擦力，提高成形的均匀性，进一步改善锻件性能。

此外，提前在将镁合金圆柱坯料1的上下端13、14的表面各车一个圆形的浅凹槽，用于涂抹和预留一定量的润滑剂。在金属流动的过程中，通过金属的流动缓慢带走润滑剂，和润滑剂一起形成一层润滑膜，这样，可以在镦粗时起到很好的润滑作用，大大减小了摩擦力，减小了鼓肚的产生，提高了材料的利用率。

再者，通过提前均匀预热和润滑剂的使用，在一定程度上改善了镦粗的不均匀性。

本发明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具，其特征在于：包括凸模、凹模，该凸模的冲头的端面是构成中间凸周边凹的形状，从轴截面看分别有 三段圆弧凹凸凹的波浪轮廓，并且中段圆弧的顶点与左右段圆弧的顶点之间的距离保持适中；凹模的模腔的底部中部形成平面，周边成凹槽，平面与周边成凹槽之间平滑过渡，从轴截面看呈现凹平凹的波浪形。

2.如权利要求1所述的一种大高径比镁合金棒料均匀镦粗成形模具，其特征在于：凹模的模腔的底部中部还开设有通孔，顶杆放置在通孔中，供凹模中镦粗后的坯料脱模用。