CN107649629A - 大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，步骤：(1)、使用镦粗模具，镦粗凸模底端的中部对称抛物线和边部渐开线相结合的空间曲面组合而成，将镁合金棒料置于封闭的镦粗模具中进行镦粗加工，镁合金棒料在应力作用下进行镦粗变形，径向变长，轴向缩短；(2)将镦粗后的坯料放入挤压模具中进行挤压变形，径向缩短，轴向变长，变成棒形坯料；(3)然后将挤压后坯料的尾部缺陷处切除，再次尾部缺陷切除的坯料放入到镦粗模具中进行镦粗变形，完成一次镦粗‑挤压过程；(4)将镦粗变形后的工件再次进行镦粗挤压，如此反复循环3次。本发明通过镦粗‑挤压反复循环大变形的方法，实现大高径比棒料的无各向异性均匀镦粗制坯。

Description

大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法

技术领域

本发明涉及金属材料塑性成形技术领域，具体涉及一种大型镁合金棒料无各向异性均匀变形制坯方法。

背景技术

镁合金在室温下滑移系少，大变形比较困难，且变形后会形成很强的各向异性，尤其对于大型构件的制坯，变形后坯料性能的不均匀会造成构件的整体性能不均匀。镦粗是一种常用的锻压成形方法，在镦粗时材料的流动方向是垂直于镦粗方向沿径向流动，如果进行反复镦粗，会最大程度上消除工件的各向异性。挤压变形时，由于金属在三向压应力状态下成形，对于成形性能较差的镁合金来说，可以极大地提高其塑性，得到比较大的变形量，从而细化晶粒，提高其强韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除大型镁合金棒料各向异性并提高成形的均匀性，进一步改善工件性能的大高径比镁合金棒料均匀塑形变形制坯方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，它包含以下步骤：

(1)、使用镦粗模具，镦粗凸模底端的中部对称抛物线和边部渐开线相结合的空间曲面组合而成，将镁合金棒料置于封闭的镦粗模具中进行镦粗加工，镁合金棒料在应力作用下进行镦粗变形，径向变长，轴向缩短，改善加工过程中镁合金棒料端部金属的应力状态和流动方向，使端部金属和棒料中部的金属变形均匀性增强，各向异性降低，变形均匀性增强，实现大型镁合金棒料的均匀变形；

(2)将镦粗后的坯料放入挤压模具中进行挤压变形，径向缩短，轴向变长，变成棒形坯料，动态再结晶晶粒数逐渐增加，晶粒得到细化，挤压后坯料的强度韧性提高，整体成形更加均匀；

(3)然后将挤压后坯料的尾部缺陷处切除，再次尾部缺陷切除的坯料33放入到镦粗模具1中进行镦粗变形，完成一次镦粗-挤压过程。反复循环3次镦粗-挤压过程后，晶粒尺寸逐渐细化，坯料各向异性消失，变形均匀，成形后工作具有良好的综合力学性能；

(4)将加工后的工件再次进行镦粗挤压，如此反复循环3次。

进一步、所述的镦粗凸模底端的中部对称抛物线，方程为y＝0.005x²，边部两端为对称渐开线，方程为x(t)＝8*(cos(t)+t*sin(t))，y(t)＝8*(sin(t)-t*cos(t))。

进一步、所述的渐开线顶端与抛物线的顶点之间的距离保持适中。

本发明的原理为：在镦粗时材料的流动方向是垂直于镦粗方向沿径向流动，挤压时材料的流动方向平行于挤压方向沿轴向流动，在多次镦粗、挤压过程中，应变不断积累，应变量变大，晶粒经历了多次的动态再结晶，晶粒不断细化，各向异性消失，保证了工件成形的均匀性。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

本发明解决了技术成形领域大型镁合金制坯时加工困难，易形成很强的各向异性，坯料力学性能不均匀的难题，使得工件的强度韧性显著提高，并极大地消除工件成形的各向异性，提高变形的均匀性，为后续锻件的成形做好组织准备，大大改善了锻件的性能，在锻压行业推广经济效益显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中镦粗模具的结构图；

图2为本发明中挤压模具的结构图；

图3为本发明的工艺流程图；

图4为本发明中镦粗模具的凸模结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图4，镦粗模具1，主要包括镦粗凸模11、镦粗凹模12，其中镦粗凸模11的底端111的中间凸部112为抛物线，方程为y＝0.005x²，边部113两端为对称渐开线，方程为x(t)＝8*(cos(t)+t*sin(t))，y(t)＝8*(sin(t)-t*cos(t))。在镦粗初始，中间凸部112首先与坯料的中部点接触，使坯料端部的中心区域的坯料先变形，相比于传统镦粗变形，改变了该区为不变形区的情况，使该区金属的应力方向发生转变。因此在很大程度上减小了摩擦力，随着镦下量的增加，金属流动均匀，减少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。同时，渐开线顶端与抛物线的顶点之间的距离要保持适中，不宜过大，否则会导致心部金属径向流动距离过大，造成边部开裂。

请参阅图2，挤压模具2，包括挤压冲头21、挤压凹模22，挤压模具2为现有的常规模具设计。

请参阅图1-4，本具体实施方式采用以下技术方案：大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，它包含以下步骤：

1、如图1、3所示，将镁合金棒料3置于封闭的镦粗模具1中进行镦粗加工，镁合金棒料3在应力作用下进行镦粗变形，径向变长，轴向缩短，改善加工过程中镁合金棒料3端部金属的应力状态和流动方向，使端部金属和棒料中部的金属变形均匀性增强，各向异性降低；

2、如图2、3所示，将镦粗后的坯料31放入挤压模具2中进行挤压变形，径向缩短，轴向变长，变成棒形坯料，动态再结晶晶粒数逐渐增加，晶粒得到细化，挤压后坯料32的强度韧性提高，整体成形更加均匀；

3、在挤压时，挤压后坯料32的尾部由于接触面相对表面积较大，摩擦的影响相对较大，变形局限于中心部分，故在挤压冲头21与挤压后坯料32的接触面处产生缩孔凹陷，影响下一步的加工处理，因此，须将挤压后坯料32的尾部缺陷处切除，再次尾部缺陷切除的坯料33放入到镦粗模具1中进行镦粗变形，完成一次镦粗-挤压过程。反复循环3次镦粗-挤压过程后，晶粒尺寸逐渐细化，坯料各向异性消失，变形均匀，成形后工作具有良好的综合力学性能。

本发明在均匀镦粗成形的基础上，结合大变形量的挤压，通过镦粗-挤压反复循环大变形的方法，实现大高径比棒料的无各向异性均匀镦粗制坯，提高材料的综合力学性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (3)

1.大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，其特征在于，它包含以下步骤：

(1)、使用镦粗模具，镦粗凸模底端的中部对称抛物线和边部渐开线相结合的空间曲面组合而成，将镁合金棒料置于封闭的镦粗模具中进行镦粗加工，镁合金棒料在应力作用下进行镦粗变形，径向变长，轴向缩短；

(2)将镦粗后的坯料放入挤压模具中进行挤压变形，径向缩短，轴向变长，变成棒形坯料；

(3)然后将挤压后坯料的尾部缺陷处切除，再次尾部缺陷切除的坯料放入到镦粗模具中进行镦粗变形，完成一次镦粗-挤压过程；

(4)将镦粗变形后的工件再次进行镦粗挤压，如此反复循环3次。

2.根据权利要求1所述的大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，其特征在于，所述的镦粗凸模底端的中部对称抛物线，方程为y＝0.005x²，边部两端为对称渐开线，方程为x(t)＝8*(cos(t)+t*sin(t))，y(t)＝8*(sin(t)-t*cos(t))。

3.根据权利要求1所述的大高径比镁合金棒料消除各向异性的大塑形变形制坯方法，其特征在于，所述的渐开线顶端与抛物线的顶点之间的距离保持适中。