CN107486477A - 一种Al/Mg/Al复合板材分流模挤压成形装置及方法 - Google Patents

一种Al/Mg/Al复合板材分流模挤压成形装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置及方法，只需对原始铝合金、镁合金铸棒进行均匀化退火处理，即可一步挤压成形出Al/Mg/Al复合板材，具有坯料制备简单、界面结合稳定、流程短、生产效率高等优势。其技术方案为：Al/Mg/Al复合板材分流模挤压成形装置主要包括挤压筒、上模和下模三部分，挤压筒加工有3个坯料孔，与挤压筒坯料孔相对应的上模位置处开设3个分流孔；将2根铝棒和1根镁棒分别装入挤压筒的坯料孔内，在挤压力的作用下将3根棒料压入分流孔，棒料表层(氧化皮等杂质)被留在挤压筒内，挤入分流孔内的材料为“新鲜”的铝合金和镁合金材料，3股金属流同时到达工作带处并进行充分焊合，最终挤出工作带并定形为所需尺寸的Al/Mg/Al复合板材。

Description

一种Al/Mg/Al复合板材分流模挤压成形装置及方法
技术领域
本发明属于有色金属复合材料加工领域，具体涉及一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置及方法。
背景技术
镁合金是最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高，良好的散热性、降噪减振性和电磁屏蔽性等优点，在缓解能源、环保、安全三大世界难题上具有特有的优势。然而，耐腐蚀性差是镁合金存在的主要问题之一，极大的限制了镁合金在工程领域中的广泛应用。铝合金同样属于轻质金属材料，而且氧化膜比较致密，耐腐蚀性能优异。因此，将铝合金包覆在镁合金表面制成Al/Mg/Al复合板材，可兼具镁合金板材和铝合金板材的优势，应用前景广阔。
传统的Al/Mg/Al复合板材多采用累积叠轧方法制备，首先将铝板和镁板交替叠加，之后通过多道次轧制实现两种板材的复合。以公开号CN101530860B的发明为例，该发明公开了一种Al/Mg/Al多层复合板材的制备方法，主要流程包括表面打磨、清洗、叠合、热处理、多道次轧制、退火、冷却等。该发明优点是能够制备超细晶的Al/Mg/Al多层结构，缺点是需要对初始坯料进行打磨、清洗、叠合、热处理等前期处理，整个制备流程过长、成本较高。
近年来，研究人员也尝试采用热挤压工艺制备Al/Mg/Al复合板材。在公开号为CN103879086A的发明创造中公开了一种Al/Mg多层复合板材热挤压加工方法，首先制作铝合金或镁合金空腔作为包覆基材，并在空腔中填充芯材，经固溶处理后，通过挤压加工成所需要的板材尺寸。该发明采用原始的铸态材料直接制备复合板材，有效的减少了加工流程。缺点是挤压前需要准备空心的包覆基材和包覆芯材，增加了复合板材制备的复杂性，而且包覆基材和包覆芯材之间原始界面的氧化、夹杂等缺陷，在后期的挤压过程中无法得到有效的消除。
分流模挤压技术是指在普通挤压机上用实心锭生产空心型材的一种挤压成形方法。分流模挤压时，首先将实心金属锭装入挤压筒中，在挤压力的作用下进行填充挤压，迫使金属通过模孔流出，获得所需的空心型材。分流模挤压法的主要特点是：利用挤压杆把作用力传递给金属，流动的金属进人模孔之前，先被分成两股或两股以上的金属流，然后在下模焊合室内重新汇合，金属在高温、高压、高真空条件下被焊合，最后金属流出模孔并形成所需的空心型材。但现有的分流模挤压成形装置与方法，主要用于同一材料的型材和管材的生产加工，难以得到铝合金在镁合金表面包覆的效果，无法获得Al/Mg/Al复合板材。
综上所述，现有技术中对于Al/Mg/Al复合板材制备工艺中存在的前处理工艺复杂、流程长、效率低等问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为克服现有技术的不足之处，本发明的一个目的是提供一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置。
本发明的第二个目的是提供了一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，主要包括挤压筒，上模和下模三部分，挤压筒加工有3个坯料孔，上模由分流桥、焊合室构成，与挤压筒坯料孔相对应的上模位置处开设3个分流孔，分流孔面积略小于挤压筒的坯料孔，分流孔下部设计有焊合室，所述的下模从进料端到出料端依次设有工作带和空刀。
本发明分流模挤压成形装置的工作原理：利用上述装置将2根铝合金棒料、1根镁合金棒料分别装入挤压筒的坯料孔内，在挤压力的作用下将3根棒料压入分流孔。分流过程中，棒料表层(氧化皮等杂质)被留在挤压筒内，挤入分流孔内的材料为“新鲜”的铝合金和镁合金材料，无需对坯料进行表面处理；由于两侧铝合金棒长度大于镁合金棒，铝合金材料将先流入焊合室内进行填充，从分流孔流出的3股金属材料在焊合室进行充分焊合，并且通过工作带对挤出的复合板材定形。挤压成形前只需对原始坯料进行均匀化退火，即可一步挤压成形出Al/Mg/Al复合板材，具有坯料制备简单、界面结合稳定、流程短、生产效率高等优势。
优选的，挤压筒加工有3个坯料孔，与坯料孔相对应的上模位置处开设3个分流孔。
优选的，挤压筒两侧坯料孔放置铝合金棒料，中部坯料孔放置镁合金棒料。
优选的，装入两侧坯料孔的铝合金棒长度大于中间坯料孔的镁合金棒。
优选的，所述的挤压筒下端面与上模的上端面通过凸台配合连接。
一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形方法，包括如下步骤：
(1)根据坯料孔尺寸加工铝棒2根、镁棒1根，并将棒料加热至370-390℃；
(2)对挤压筒、上模、下模进行装配，并将模具与挤压筒预热至330-350℃；
(3)将2根铝棒装入两侧的坯料孔，1根镁棒装入中间坯料孔；
(4)利用挤压机或压力机施加压力，挤压杆速度为6-12mm/min；
(5)当复合板材被挤出下模模孔后，利用水雾对复合板材进行在线淬火处理；
(6)复合板材的挤出长度达到预期长度后，挤压停止。
优选的，步骤1中铝合金铸棒、镁合金铸棒加工前按照常规热处理制度对两种铸棒进行均质处理。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压装置，利用铝合金棒材、镁合金棒材作为原始坯料，由于两侧铝棒长度大于镁合金棒，铝合金材料将先流入焊合室内进行填充，从而保证3股金属材料同时到达工作带处，并在焊合室内进行充分焊合，最终挤出工作带定形为Al/Mg/Al复合板材。
(2)本发明提出的Al/Mg/Al复合板材分流模挤压方法，挤压成形前只需对铝合金铸棒、镁合金铸棒进行均匀化退火处理，即可一步成形出Al/Mg/Al复合板材，具有坯料制备简单、流程短、生产效率高等优势。
(3)挤压过程中，棒料表层(氧化皮等杂质)被留在挤压筒内，挤入分流孔内的材料为“新鲜”的铝合金和镁合金材料，无需对坯料进行表面处理，并且界面结合稳定。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置：(a)正视图，(b)俯视图，(c)A-A断面图。
图2为Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形过程材料流动示意图：(a)装料，(b)分流，(c)填充焊合室，(d)焊合挤出。
图3为Al/Mg界面处扫描电镜图。
1.坯料孔，2.挤压筒，3.分流孔，4.上模，5.上模起吊螺孔，6.下模，7.工作带，8.空刀，9.定位销，10.下模起吊螺孔，11.焊合室，12.分流桥，13.螺栓，14.连接销。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分：
挤压，是指用冲头或凸模对放置在凹模中的坯料加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的一种压力加工方法。挤压时，坯料产生三向压应力，即使是塑性较低的坯料，也可被挤压成形。
分流模挤压，是采用一种特殊结构的挤压模，在普通挤压机上用实心锭正常的挤压法生产空心型材。挤压时将金属锭装人挤压筒中，在挤压力的作用下先进行填充挤压，迫使金属通过模孔流出，获得所需的空心型材。分流模挤压法的主要特点是：利用挤压杆把作用力传递给金属，流动的金属进人模孔之前，先被分成两股或两股以上的金属流，然后在下模焊合室内重新汇合，金属在高温、高压、高真空条件下被焊合，最后金属流出模孔并形成所需的空心型材。用分流模挤压法生产的空心型材，在微观组织上可以明显看到焊缝，焊缝的数目一般等于金属锭被分成的金属流的数目。
实施例1
一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，装置整体采用刚性结构，主要包括挤压筒、上模和下模三部分，所述的挤压筒下端面与上模的上端面通过凸台配合连接，上模的下端面通过螺栓和定位销与下模的上端面连接，下模上设有用于安装上模的定位销，有利于上、下模在热处理前就能精确的确定销钉与螺钉的位置，上、下模同时进行热处理工序，以缩短制造周期；同时可以使得模具在使用过程中，销钉不易掉落。上模中设有便于操作的上模起吊螺孔，所述下模中设有下模起吊螺孔，操作使用上、下模具更方便。挤压筒加工有3个坯料孔，挤压筒两侧坯料孔放置铝合金棒料，中部坯料孔放置镁合金棒料。上模由分流桥、焊合室构成，所述分流桥与挤压筒坯料孔相对应的上模位置处开设3个分流孔，分流孔面积略小于挤压筒的坯料孔，分流孔下部设计有焊合室，所述的下模从进料端到出料端依次设有工作带和空刀，空刀则起到支撑工作带的作用。
如图2的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形过程材料流动示意图可知，主要包含四个环节(a)装料，(b)分流，(c)填充焊合室，(d)焊合挤出。装置分流模挤压过程为：
装料过程：将3根棒料分别装入挤压筒的坯料孔内，在挤压力的作用下将3根棒料压入分流孔。
分流过程：棒料表层(氧化皮等杂质)被留在挤压筒内，挤入分流孔内的材料为“新鲜”的铝合金和镁合金材料，因此无需对坯料进行表面处理。
填充焊合室过程：由于两侧铝棒长度大于镁合金棒，铝合金材料将先流入焊合室内进行填充，确保3股金属流同时到达工作带处。
焊合挤出过程：3股金属流在焊合室内充分焊合，并通过工作带对挤出的复合板材定形。
实施例2
一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形方法，以制备6063Al/AZ31/6063Al复合板材为例具体说明分流模挤压成形模具的使用：
1、选取6063铝合金铸棒、AZ31镁合金铸棒，按照常规热处理制度对两种铸棒进行均质处理，之后根据坯料孔尺寸加工6063铝棒2根，AZ31镁棒1根。
2、对上模、下模进行装配，并将模具与挤压筒预热至330-350℃，3根棒料加热到370-390℃。
3、将挤压筒与模具进行装配，2根6063铝棒装入两侧的坯料孔，1根AZ31镁棒装入中间坯料孔。
4、利用挤压机或压力机施加压力，挤压杆速度为6-12mm/min。
5、当复合板材被挤出模孔后，利用水雾对复合板材进行在线淬火处理。
6、复合板材的挤出长度达到预期长度后，挤压停止。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，包括挤压筒、上模和下模三部分，其特征在于，挤压筒加工有3个坯料孔，上模由分流桥、焊合室构成，与挤压筒坯料孔相对应的上模位置处开设3个分流孔，分流孔面积略小于挤压筒的坯料孔，分流孔下部设计有焊合室，所述的下模从进料端到出料端依次设有工作带和空刀。
2.如权利要求1所述的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，其特征在于，所述的挤压筒两侧坯料孔放置铝合金棒料，中部坯料孔放置镁合金棒料。
3.如权利要求1所述的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，其特征在于，挤压筒两侧坯料孔内的铝合金棒长度大于镁合金棒料，以确保3股金属流同时到达工作带处。
4.如权利要求1所述的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形装置，其特征在于，所述的挤压筒下端面与上模的上端面通过凸台配合连接。
5.一种Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据坯料孔尺寸加工铝棒2根、镁棒1根，并将棒料加热至370-390℃；
(2)对上模、下模进行装配，并将模具与挤压筒预热至330-350℃；
(3)将挤压筒与模具进行装配，2根铝棒装入两侧的坯料孔，1根镁棒装入中间坯料孔；
(4)利用挤压机或压力机施加压力，挤压杆速度为6-12mm/min；
(5)当复合板材被挤出下模模孔后，利用水雾对复合板材进行在线淬火处理；
(6)复合板材的挤出长度达到预期长度后，挤压停止。
6.如权利要求5所述的Al/Mg/Al复合板材的分流模挤压成形方法，其特征在于，所述的步骤(1)中铝合金铸棒、镁合金铸棒加工前按照常规热处理制度对两种铸棒进行均质处理。
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