CN108555054A - 一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺 - Google Patents

一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺。模具套件包括反挤压模具和胀形模具；反挤压模具的凸模外围设有定位套筒，其与上压板中部连接；凹模与固定于下压板上的底座螺栓连接；上、下压板通过设置与两侧的导套和导杆胡活动连接。胀形模具的内模位于外模内，内模由从上至下向外倾斜的左瓣和右瓣组成，它们之间为胀模腔，垫片位于胀模腔底部；内模与设置有气体通道的密封盖密闭连接。制备工艺为，先将镁合金坯料块用反挤压模具挤压成保健杯胚体，再将保健杯胚体置于胀形模具中，并通入高压气体，使胚体胀形至最终形状，然后通过电解处理后得保健杯成品。本发明可有效解决反挤压后保健杯胚体厚度不均匀的技术问题。

Description

一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺
技术领域
本发明属于模具技术领域，具体涉及一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺。
背景技术
水是人体生命的源泉。随着生活水平的提高，人们正在寻求一种更加健康的水源。目前市场上售卖的保健杯大多数通过光、电、磁、铁吸收或催化作用，使得普通水微电解变成具有弱碱性、小分子团、负电位、高含氧量等特征的健康水。然而，这类保健杯需要特定材质组成，结构较复杂，体积庞大，难以随身携带；而且价格昂贵，不能被广大普通群众所使用。
镁合金作为最轻的金属结构材料，其具有密度低、加工性优良、高比强度和比刚度及易回收等优点，被誉为“21世纪绿色工程材料”。在以节能与环保为主题的今天，镁合金的发展已列入国家重大研究项目，因此镁合金制品具有更强的市场竞争力。此外，镁元素作为人体的必需元素之一，具有良好的生物相容性，已经有大量镁合金产品应用临床医学中。相比于铝合金和钢，不会引起过敏中毒反应。同时，镁元素在地壳中分布较广，用其代替其他金属材料，将极大缓解资源紧缺和环境污染等问题。因此，从市场需求和制造成本，还有轻量化等特点，不难看出，使用镁合金制造保健杯具有良好的应用前景。
目前，金属水杯的生产工艺分为一体成型和非一体成型。一体成型主要运用反挤压成形，它是一种无切削的金属压力加工工艺，已经广泛用于薄壁杯形件或管件的生产中，此种工艺的优点是挤压出的杯型胚体均直接带有密封的底部，但是在反挤压过程中，由于需要在凸模和凹模之间预留一定空间，以便于形成杯壁；而空间的存在使凸模很难对准坯料块正中，最终所挤压出的保健杯胚体杯壁厚度不均匀，废品率较高。而非一体成型则是先通过机械加工手段将无底的胚体加工成各种形状，然后再利用无缝焊接技术将胚体与杯底连接起来，此种工艺的对焊接技术要求较高，工艺繁多，且成品率低，人工成本高。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种制备镁合金保健杯的模具套件及保健杯的制备工艺，以解决反挤压后保健杯胚体厚度不均匀的技术问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种制备镁合金保健杯的模具套件，模具套件包括反挤压模具和胀形模具；其中，
反挤压模具包括上压板、下压板、凸模、凹模和底座；凸模以可拆卸的方式连接于上压板中部，其上端设置有挡圈，外围套设有套筒，套筒上端通过弹簧与挡圈相连接，其内径与凸模的直径相当；底座固定在下压板中部，其上端与凹模螺栓连接，凹模中部设置有正对凸模的模腔，模腔的直径与套筒的外径相当；上压板和下压板两侧分别设置有导套和导杆，导杆随着上压板下移可插入导套中；
胀形模具包括密封盖、内模、外模和垫片；内模位于外模内，其包括左瓣和右瓣，左瓣和右瓣由上至下向外倾斜，它们之间形成胀模腔；垫片位于胀模腔底部；密封盖与内模密闭连接，其内部设置有与胀模腔相通的气体通道。
在上述技术方案的基础上，本发明中的模具套件还可以做如下改进。
进一步，套筒外壁两侧设置有凹槽。
进一步，反挤压模具还包括顶出杆；底座和下压板中部设置有供顶出杆穿过的通孔，通孔与模腔相通；模腔底部活动安放有垫块。
进一步，模腔上部设置有倒圆角。
进一步，左瓣和右瓣的倾斜角度为10°。
进一步，胀模腔的侧壁为直线形或曲线形。
本发明模具套件的有益效果是：
1.本发明的反挤压模具中，在凸模外围套设套筒，套筒通过弹簧与凸模上的挡圈相连接。使用时，凸模带着套筒一起插入模腔中，由于套筒的外径与模腔的内径相同，凸模下端直径与套筒下端内径相同，因此，套筒作为定位件能够使凸模正对坯料块的正中，保证最终成型的保健杯胚体杯壁厚度均匀。
2.套筒外壁上设置有凹槽，该凹槽可以排出套筒在插入模腔过程中下端的空气，而且，模腔上端设置有倒圆角，套筒插入模腔更加便利。
3.内模为分瓣结构，胀形完成后，向下顶脱外模，然后向左右两侧分开内模，即可取出杯胚，杯胚的取出更加方便快捷。而且，左瓣和右瓣由上至下向外倾斜，内模受到压力后沿斜面产生一定的下滑，可抵消胀形时左瓣和右瓣结合部位的间隙，保证最终产品的外观平整。
4.胀形模具的侧壁形状多样，通过胀形处理可以直接得到各种形状的保健杯，无需后续处理，工艺简单，成品率高。
该发明还公开了一种镁合金保健杯的制备工艺，该工艺包括以下步骤：
(1)将镁合金制成圆柱形坯料块，并将其加热至350～400℃，然后放入预热后的凹模中，启动压机，凸模挤压坯料块，得到保健杯胚体；
(2)将保健杯胚体放入预热至300～350℃的内模中，加装好密封盖，然后通过密封盖内的气体通道向内模中充入压力为5～10MPa的胀模气体，保压1～2min，得保健杯初品；
(3)以不锈钢为阴极，保健杯初品为阳极，在电解液中进行电解，使保健杯初品表面形成阳极氧化膜层，得保健杯成品；其中，电解液为质量分数为 85～90wt％的NaOH-Na2SiO3-Na2B4O7复配钨酸盐或碳酸盐的溶液。
该工艺中，所用到的镁合金为含有Zn、Sr、Ag、Nd等元素，且具有良好的生物相容性的镁合金。
步骤(2)中的胀模气体为氦气或氩气等惰性气体。
本发明制备工艺的有益效果是：采用反挤压工艺，结合本发明中的反挤压模具，可以制备出杯壁较报薄的保健杯。通过反挤压和胀形两步处理即可得到保健杯初品，制备工艺简单，不需要进行后续处理，在提高成品率的同时可大幅度降低成本。在胀形处理时，直接向胀形模具中通入惰性气体，可保证保健杯胚体中的成分不被氧化；在电解时，以NaOH-Na2SiO3-Na2B4O7复配钨酸盐或碳酸盐的溶液为电解液，可以在保健杯表面形成成分为MgO、MgSiO3和 Mg3B2O6的阳极氧化膜层，能显著提高镁合金的耐腐蚀性能。另外，镁合金含有Zn、Sr、Ag、Nd等元素，最终所制得的保健杯装水后，能够电离出Mg2+、Zn2+、 Sr2+、Ag+等离子，这些离子进入人体后对身体健康具有促进作用，实现保健杯的保健作用。
附图说明
图1为本发明模具套件的主剖视图；
图2为刚开始挤压时各部件的配合图；
图3为挤压过程中各部件的配合图；
图4为套筒的仰视图；
图5为内模俯视图视图；
其中，A、反挤压模具；A1、上压板；A2、凸模；A3、凹模；A4、底座； A5、下压板；A6、挡圈；A7、导套；A8、弹簧；A9、套筒；A10、模腔；A11、垫块；A12、导杆；A13、通孔；A14、顶出杆；
B、胀形模具；B1、密封盖；B2、外模；B3、内模；B31、左瓣；B32、右瓣；B4、垫片；B5、胀模腔；B6、气体通道；
ma、镁金属坯料块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的实施例中，如图1～4所示，提供了一种制备镁合金保健杯的模具套件，模具套件包括独立使用的反挤压模具A和胀形模具B。反挤压模具A包括上压板A1、下压板A5、凸模A2、凹模A3和底座A4。凸模A2由凸模本体和挤压头组成，凸模本体与上压板A1连接的一端设置有外螺纹或卡扣，上压板 A1下端面中部设置有带内螺纹的沉孔或卡槽，凸模本体与上压板A1螺纹连接或卡接；凸模本体另一端与挤压头螺纹连接，挤压头端部截面呈等腰梯形。凸模A2外部套设有套筒A9，即凸模A2的凸模本体插装在套筒A9中，套筒A9 的内径与凸模A2的直径相当，且套筒A9能够沿着凸模A2自由滑动；凸模A2 上端设置有环状挡圈A6，挡圈A6与凸模本体一体成型，其下端面上固定连接有弹簧A8，弹簧A8的另一端与套筒A9顶端固定连接。底座A4固定在下压板 A5中部，其上端设置有安装凹模A3的螺纹孔，凹模A3下端设置有连接边，连接边的形状和尺寸与底座A4上端面相同，连接边上设置有与螺纹孔相配合的螺栓安装孔，凹模A3通过螺栓固定在底座A4上。凹模A3中部设置有圆柱形模腔A10，模腔A10的直径与套筒A9的外径相当。挤压时，凸模A2带着套筒 A9一起插入模腔A10中，由于套筒A9的外径与模腔A10的直径相同，内径与凸模A2的直径相同，则在挤压时，凸模A2能够正对镁合金坯料块ma的中部，使挤出的保健杯胚体杯壁厚度均匀。为了使套筒A9能够顺利插入模腔A10中，套筒A9外壁两侧设置有凹槽A91，另外还在模腔A10上部设置有倒圆角。考虑到挤压完成后，保健杯胚体难以取出，在下压板A5和底座A4中部开设有通孔A13，并配备有垫块A11和顶出杆A14，通孔A13与模腔A10相通。挤压前，将垫块A11放入模腔A10底部，在垫块A11上放置镁合金坯料块ma，然后开始挤压；挤压完成后，将顶出杆A14从通孔A13中插入模腔A10，向上推顶出杆A14，将垫块A11和保健杯胚体一起从模腔A10中顶出。上压板A1下端面两侧设置有导套A7，下压板A5上设置有与导套A7相对应的导杆A12，导杆 A12插装在导套A7中；导套A7的内径大于导杆A2的外径，导杆A12除了能够在导套A7中上下自由活动外，上压板A1还能在水平面内小范围移动，以使凸模A2和套筒A9具有一定的容错空间。
胀形模具B包括密封盖B1、内模B3、外模B2和垫片B4。内模B3包括左瓣B31和右瓣B32，左瓣B31和右瓣B32由上至下向外倾斜，本发明中，左瓣B31和右瓣B32由上至下倾斜10°，即左瓣B31和右瓣B32与竖直方向之间的夹角为10°。左瓣B31和右瓣B32上端与外模B2贴靠，下端与外模B2 之间留有空隙，他们之间形成胀模腔B5。胀模腔B5的侧面可以为直线型也可以为流线型，以使最终得到的产品具有不同的形状，而且，还可以在胀模腔B5 的侧壁设置花纹状突起，则挤压后的产品表面形成相应的花纹图案，使产品更加美观。胀模腔B5底部垫有垫片B4，垫片B4中心设置有带有弧度的凸台。密封盖B1与内模B3密闭连接，密封盖B1内部设置有与胀模腔B5相通的气体通道B6，通过气体通道B6，可以想胀模腔B5中通入高压气体。
与本发明中模具套件相配合的镁合金保健杯制备工艺，包括以下步骤：
(1)组装好反挤压模具A，并将含有Zn、Sr、Ag、Nd等元素，且具有良好的生物相容性的镁合金制成圆柱形的坯料块。将镁合金坯料块加热至 350～400℃，并在加热坯料块的同时将凹模A3预热至300～350℃，然后将加热后的坯料块放入预热后的凹模A3中，启动压机，凸模A2带着套筒A9一起进入模腔A10中，套筒A9起定位作用，使凸模A2正对镁合金坯料块ma正中，如图2所示；挤压开始后，凸模A2继续向下运动，镁合金坯料块ma中部向下凹陷，周围向上隆起，形成保健杯胚体，如图3所示。
(2)组装好胀形模具B，并将其预热至300～350℃；将预热至300～350℃的保健杯胚体放入预热后的内模B3中，加装好密封盖B1，然后通过密封盖B1内的气体通道B6向预热至300～350℃的内模B3中充入压力为5～10MPa的胀模气体，并保持压力1～2min；保健杯胚体的杯壁在高压气体的挤压下，紧贴内模B3的侧壁，根据内模B3侧壁形状的不同，可得到不同形状的保健杯初品。为了保健杯胚体不被氧化，所充入的高压气体为性质不活泼的气体，如氦气、氩气等。
(3)以不锈钢板或石墨板为阴极，保健杯初品为阳极，在电解液中进行电解，使保健杯初品表面形成阳极氧化膜层，得保健杯成品；其中，电解液为质量分数为85～90wt％的NaOH-Na2SiO3-Na2B4O7复配钨酸盐或碳酸盐的溶液，所形成的阳极氧化膜层的成分为MgO、MgSiO3和Mg3B2O6，氧化膜能够显著提高镁合金的耐腐蚀性能。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述模具套件包括反挤压模具(A)和胀形模具(B)；其中，
反挤压模具(A)包括上压板(A1)、下压板(A5)、凸模(A2)、凹模(A3)和底座(A4)；所述凸模(A2)以可拆卸的方式连接于所述上压板(A1)中部，其上端设置有挡圈(A6)，外围套设有套筒(A9)，所述套筒(A9)上端通过弹簧(A8)与所述挡圈(A6)相连接，其内径与所述凸模(A2)的直径相当；所述底座(A4)固定在下压板(A5)中部，其上端与凹模(A3)螺栓连接，所述凹模(A3)中部设置有正对所述凸模(A2)的模腔(A10)，所述模腔(A10)的直径与所述套筒(A9)的外径相当；所述上压板(A1)和下压板(A5)两侧分别设置有导套(A7)和导杆(A12)，所述导杆(A12)随着上压板(A1)下移可插入所述导套(A7)中；
胀形模具(B)包括密封盖(B1)、内模(B3)、外模(B2)和垫片(B4)；所述内模(B3)位于所述外模(B2)内，其包括左瓣(B31)和右瓣(B32)，所述左瓣(B31)和右瓣(B32)由上至下向外倾斜，它们之间形成胀模腔(B5)；所述垫片(B4)位于所述胀模腔(B5)底部；所述密封盖(B1)与所述内模(B3)密闭连接，其内部设置有与所述胀模腔(B5)相通的气体通道(B6)。
2.根据权利要求1所述的制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述套筒(A9)外壁两侧设置有凹槽(A91)。
3.根据权利要求1所述的制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述反挤压模具(A)还包括顶出杆(A14)；所述底座(A4)和下压板(A5)中部设置有供顶出杆(A14)穿过的通孔(A13)，所述通孔(A13)与所述模腔(A10)相通；所述模腔(A10)底部活动安放有垫块(A11)。
4.根据权利要求1所述的制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述模腔(A10)上部设置有倒圆角。
5.根据权利要求1所述的制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述左瓣和右瓣由上至下倾斜10°。
6.根据权利要求1所述的制备镁合金保健杯的模具套件，其特征是：所述胀模腔(B5)的侧壁为直线形或曲线形。
7.利用权利要求1～6任一项所述模具套件制备镁合金保健杯的工艺，其特征是，包括以下步骤：
(1)将镁合金制成圆柱形坯料块，并将其加热至350～400℃，然后放入预热后的凹模(A3)中，启动压机，凸模(A2)挤压镁金属坯料块(ma)，得到保健杯胚体；
(2)将保健杯胚体放入预热至300～350℃的内模(B3)中，加装好密封盖(B1)，然后通过密封盖(B1)内的气体通道(B6)向内模(B3)中充入压力为5～10MPa的胀模气体，保压1～2min，得保健杯初品；
(3)以不锈钢为阴极，保健杯初品为阳极，在电解液中进行电解，使保健杯初品表面形成阳极氧化膜层，得保健杯成品；其中，电解液为质量分数为85～90wt％的NaOH-Na2SiO3-Na2B4O7复配钨酸盐或碳酸盐的溶液。
8.根据权利要求7所述的制备镁合金保健杯的工艺，其特征是：所述胀模气体为氦气或氩气。
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