CN107081343B - 一种镁合金型材连续塑性加工成型模具及成型方法 - Google Patents

Abstract

一种镁合金型材连续塑性加工成型模具及成型方法，所述成型模具包括底座、凹模、挤压针以及挤压杆；所述底座包括底板和支撑板；所述凹模安装于两支撑板上，其中部具有成型孔，所述挤压针穿过成型孔后与底板固定连接，所述挤压杆为管状结构，其下端从挤压针的上端套入挤压针，其内壁与挤压针贴合，外壁与凹模贴合。所述成型方法如下：1）将成型模具固定安装于挤压机上；2）将凹模加热到一定温度；3）将空心坯料放入到凹模的成型孔内；4）通过挤压机的动模带动挤压杆挤压空心坯料。本发明能够使镁合金管材的成型更加容易，并能提高管材组织织构均匀性，并且能够实现工业化生产，从而提高生产效率。

Description

一种镁合金型材连续塑性加工成型模具及成型方法

技术领域

本发明涉及有色金属成型技术领域，尤其涉及超细轻合金或其它合金细晶型材的成型领域，具体来说涉及一种镁合金型材连续塑性加工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，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。

对于超细晶合金（轻合金）管材，特别是薄壁和高精度的轻合金管材，如镁合金薄壁管材的生产加工，目前，主要采用正挤压的方式成型；但在正挤压成型过程中，镁合金薄壁管材会形成沿挤压方向的带状组织和较强的基面织构，这些织构不利于管材的二次加工(如内高压成形、折角、煨弯等)，严重降低了镁合金管材质量，造成力学性能各向异性；而镁管等通道挤压成型工艺虽可细化组织并弱化织构，但需要多次挤压、工艺复杂难以工业化。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决细晶粒弱织构镁合金管材加工难度大，成型质量差，不利于二次加工，且不适用于工业化生产的问题，提供一种镁合金型材连续塑性加工成型模具及成型方法，能够使镁合金管材的成型更加容易，并能提高管材组织织构均匀性，从而提高镁合金管材的成型质量，有利于后续加工，并且能够实现工业化生产，从而提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种镁合金型材连续塑性加工成型模具，包括底座、凹模、挤压针以及挤压杆；其特征在于：所述底座包括水平设置的底板和竖直设于底板相对两侧的支撑板；所述凹模安装于两支撑板上，其中部具有竖直贯穿凹模的成型孔，在凹模的两侧分别设有数个加热棒安装槽；所述挤压针的下端从上至下穿过成型孔后与底板固定连接，且挤压针的轴心线与成型孔的轴心线重合；所述挤压杆为管状结构，其下端从挤压针的上端套入挤压针，该挤压杆与挤压针及凹模滑动配合相连，其内壁与挤压针贴合，外壁与凹模贴合；

其中，所述成型孔包括进料段、定径段、第一挤压段和整型段，所述进料段与定径段之间通过锥形收口段相连通；所述第一挤压段包括第一剪切段、第二剪切段以及第三剪切段，所述第一剪切段为上大下小的锥形结构，其上端与定径段相连，下端与第二剪切段相连；所述第三剪切段也为上大下小的锥形结构，其上端与第二剪切段相连，下端与整型段相连；

所述挤压针包括导向段、第二挤压段和定型段，所述导向段的下端与定径段的下端平齐；第二挤压段的结构与成型孔的第一挤压段结构相对应；定型段的上端与整型段的上端平齐，其下端与底板固定连接；且定径段与导向段之间的间隙、第一挤压段与第二挤压段之间的间隙、以及整型段与定型段之间的间隙的径向宽度一致。

进一步地，所述定径段与第一剪切段之间圆弧过渡，该过渡处所对应的圆的半径为r，其中，0.01cm<r<2cm。

进一步地，所述第一剪切段与第二剪切段之间的夹角以及第二剪切段与第三剪切段之间的夹角均为α，其中，90°<α<180°。

一种镁合金型材连续塑性加工成型方法，其特征在于：利用上述成型模具，具体步骤如下：

1）将成型模具固定安装于挤压机上，其中，将成型模具的底板与挤压机的定模固定连接，挤压杆与挤压机的动模固定连接，然后在凹模的加热棒安装槽内安装加热棒；

2）通过加热棒将凹模加热到一定温度t₁（450℃<t₁<550℃)；

3）将加热到一定温度t₂（400℃<t₂<450℃)的空心坯料放入到凹模的成型孔内，并套入挤压针；其中，空心坯料的温度t₂比凹模的温度t₁低10-30℃。

4）通过挤压机的动模带动挤压杆挤压空心坯料，使空心坯料经定径段、第一挤压段和整型段后形成管材，并沿挤压针的定型段向下移动。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、成型模具结构简单，占地面积小，建造速度快，投资少，污染少，生产成本低。

2、在同一台设备上同时完成了模具加热、管材挤压、连续阶梯型塑性变形、整形4道工序，相比热挤压工艺省去了铸锭加热、开坯及热挤等多道工序，减少了废料，节约了能源。

3、通过挤压杆正方向对镁合金坯料施加挤压力，可以不间断连续塑性成形高性能镁合金合金管材（型材）；管材挤压剪切成形通过引入大剪切变形，改变成形中外加应力的取向，能够有效地改变镁合金织构并细化组织，弱化或随机化织构，改善镁合金的各向异性，实现管材成形过程塑性变形与组织织构性能、外形质量的协调控制；所制备的镁合金管材具有较细的晶粒结构（平均10μm左右），高的屈服应力、大幅度提高材料的塑性以及低温超塑性和高应变速率超塑性等可贵的性能；大幅度提高镁合金管材的二次加工成形性能。

4、适用范围广，操作简单；设备结构与工艺很容易在工业上应用，可连续稳定进行生产，简化生产工艺，缩短生产周期，使生产效率大大提高，便于自动控制实现自动化；该技术将无缝管管材正挤压成形与连续阶梯型塑性变形技术合为一体；使制备和生产轻合金材料时间短、成形速度快，可以连续生产，生产率高。

5、本装置生产的轻合金材料强塑性好，提供的制备工艺简单，显著降低产品成本的同时具有环境友好特征，应用前景广阔。

6、本发明为镁合金管材的生产制备提供了一种简单、效率高、连续生产、使用方便、应用广泛、适用的材料广泛、模具样式灵活的方法；该方法是一种柔性加工方法，通过改变模具结构就可以开发新产品，扩大范围，可实现小批量多品种的生产，可应用于镁铝钛等轻合金的回收。

附图说明

图1为成型模具的结构示意图。

图2为图1中的局部放大图。

图中：11—底板，12—支撑板，2—凹模，3—挤压针，4—挤压杆，5—定径段，61—第一剪切段，62—第二剪切段，63—第三剪切段，7—整型段，8—空心坯料。

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、图2，一种镁合金型材连续塑性加工成型模具，包括底座、凹模2、挤压针3以及挤压杆4。

所述底座包括水平设置的底板11和竖直设于底板11相对两侧的支撑板12。所述凹模2安装于两支撑板12上，其中部具有竖直贯穿凹模2的成型孔，在凹模2的两侧分别设有数个加热棒安装槽；使用时，将加热棒安装于加热棒安装槽内，以对凹模2进行加热。所述挤压针3的下端从上至下穿过成型孔后与底板11固定连接，且挤压针3的轴心线与成型孔的轴心线重合；所述挤压杆4为管状结构，其下端从挤压针3的上端套入挤压针3，该挤压杆4与挤压针3及凹模2滑动配合相连，其内壁与挤压针3贴合，外壁与凹模2贴合。

其中，所述成型孔包括进料段、定径段5、第一挤压段和整型段7，所述进料段与定径段5之间通过锥形收口段相连通。所述第一挤压段包括第一剪切段61、第二剪切段62以及第三剪切段63，所述第一剪切段61为上大下小的锥形结构，其上端与定径段5相连，下端与第二剪切段62相连。所述定径段5与第一剪切段61之间圆弧过渡，该过渡处所对应的圆的半径为r，其中，0.01cm<r<2cm，从而既保证两端圆弧过渡，又确保剪切导致的晶粒细化和织构调节效果。所述第三剪切段63也为上大下小的锥形结构，其上端与第二剪切段62相连，下端与整型段7相连。所述第一剪切段61与第二剪切段62之间的夹角以及第二剪切段62与第三剪切段63之间的夹角均为α，其中，90°<α<180°；便于从一侧挤出，并且使坯料受到剪切力。具体实施时，所述定径段5长度l为1-10mm，第一剪切段61、第三剪切段63的高度h为L*cot(α)，第二剪切段62的长度L为1-20mm，从而保证剪切的强度和方向，更好的控制晶粒尺寸且调控织构。

所述挤压针3包括导向段、第二挤压段和定型段，所述导向段的下端与定径段5的下端平齐；第二挤压段的结构与成型孔的第一挤压段结构相对应；定型段的上端与整型段7的上端平齐，其下端与底板11固定连接；且定径段5与导向段之间的间隙、第一挤压段与第二挤压段之间的间隙、以及整型段7与定型段之间的间隙的径向宽度一致。

一种镁合金型材连续塑性加工成型方法，利用上述成型模具进行加工，具体步骤如下：

1）将成型模具固定安装于挤压机上，其中，将成型模具的底板11与挤压机的定模固定连接，挤压杆4与挤压机的动模固定连接，然后在凹模2的加热棒安装槽内安装加热棒。

2）通过加热棒将凹模2加热到一定温度t₁，其中，450℃<t₁<550℃。由于镁合金具有良好的导热性,与冷模具接触时,坯料温度会迅速降低,加上镁合金的变形温度范围比较狭窄,因而极易产生塑性变形缺陷,不利于塑性成形的进行，所以必须对模具进行预热，以有利于材料流动性能，但不能高于其回火温度，以保证模具的强度。

3）将加热到一定温度t₂的空心坯料8放入到凹模2的成型孔内，并套入挤压针3；其中，400℃<t₂<450℃，且空心坯料8的温度t₂比凹模2的温度t₁低10-30℃。在挤压过程中，坯料由于剧烈变形而释放热量，使坯料和模具的温度升高；为保证在变形的全过程中坯料和模具保持在预定的温度范围内，模具预热温度要根据坯料温度变化而变化，应比坯料温度低10-30℃ 。

4）通过挤压机的动模带动挤压杆4挤压空心坯料8，使空心坯料8经定径段5、第一挤压段和整型段7后形成管材，并沿挤压针3的定型段向下移动。

最后，待冷却后将成型模具拆下，然后将成型的管材取下。

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 (4)

1.一种镁合金型材连续塑性加工成型模具，包括底座、凹模、挤压针以及挤压杆；其特征在于：所述底座包括水平设置的底板和竖直设于底板相对两侧的支撑板；所述凹模安装于两支撑板上，其中部具有竖直贯穿凹模的成型孔，在凹模的两侧分别设有数个加热棒安装槽；所述挤压针的下端从上至下穿过成型孔后与底板固定连接，且挤压针的轴心线与成型孔的轴心线重合；所述挤压杆为管状结构，其下端从挤压针的上端套入挤压针，该挤压杆与挤压针及凹模滑动配合相连，其内壁与挤压针贴合，外壁与凹模贴合；

其中，所述成型孔包括进料段、定径段、第一挤压段和整型段，所述进料段与定径段之间通过锥形收口段相连通；所述第一挤压段包括第一剪切段、第二剪切段以及第三剪切段，所述第一剪切段为上大下小的锥形结构，其上端与定径段相连，下端与第二剪切段相连；所述第三剪切段也为上大下小的锥形结构，其上端与第二剪切段相连，下端与整型段相连；

所述挤压针包括导向段、第二挤压段和定型段，所述导向段的下端与定径段的下端平齐；第二挤压段的结构与成型孔的第一挤压段结构相对应；定型段的上端与整型段的上端平齐，其下端与底板固定连接；且定径段与导向段之间的间隙、第一挤压段与第二挤压段之间的间隙、以及整型段与定型段之间的间隙的径向宽度一致。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金型材连续塑性加工成型模具，其特征在于：所述定径段与第一剪切段之间圆弧过渡，该过渡处所对应的圆的半径为r，其中，0.01cm<r<2cm。

3.根据权利要求1所述的一种镁合金型材连续塑性加工成型模具，其特征在于：所述第一剪切段与第二剪切段之间的夹角以及第二剪切段与第三剪切段之间的夹角均为α，其中，90°<α<180°。

4.一种镁合金型材连续塑性加工成型方法，其特征在于：利用上述任一权利要求所述的成型模具，具体步骤如下：

1）将成型模具固定安装于挤压机上，其中，将成型模具的底板与挤压机的定模固定连接，挤压杆与挤压机的动模固定连接，然后在凹模的加热棒安装槽内安装加热棒；

2）通过加热棒将凹模加热到一定温度t₁；

3）将加热到一定温度t₂的空心坯料放入到凹模的成型孔内，并套入挤压针；其中，空心坯料的温度t₂比凹模的温度t₁低10-30℃；

4）通过挤压机的动模带动挤压杆挤压空心坯料，使空心坯料经定径段、第一挤压段和整型段后形成管材，并沿挤压针的定型段向下移动。