CN109304375A - 一种多凸模分步反向挤压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多凸模分步反向挤压成形方法，采用由内凸模、外凸模组成的多凸模，包括：下料——制坯——分步反向挤压——后续处理，其特征是：所述的分步反向挤压是使用内凸模、外凸模至少一次挤压坯料金属，坯料金属在所述多凸模的作用下产生流动变形，并通过控制内凸模、外凸模的行程，获得底部为实心平底、或凹底、或凸底的空心件。本发明在同一套模具内，可实现平底、凸底、凹底等空心件的成形制造；挤压成形接触面积的减小，降低了挤压成形力，可提高挤压变形量。

Description

一种多凸模分步反向挤压成形方法

技术领域

本发明属于金属材料挤压方法，特别涉及一种主要用于带有平底、凸底、凹底的断面为圆形的大型空心件反向挤压成形制造，适用于金属材料的冷、温、热挤压成形。

背景技术

挤压工艺，作为有色金属、钢铁材料生产与零件成形加工的工艺之一，是近代金属塑性加工中一种先进的制造方法。作为二次塑性加工的挤压，主要用于零件的生产。而反向挤压作为挤压工艺的一种，主要适用于制造断面是圆形、多层圆形、方形、长方形等的空心零件，以及底部是实心或带孔、以及平底、凹底或凸底等的空心零件，已得到较为广泛的开发和应用。

对于带有实心平底的空心零件，传统工艺为实心坯料反挤压；对于带有实心凸底、凹底的空心零件，传统工艺为实心坯料多次反挤压，或反挤压后切削加工；对于底部带有中心孔的空心件，传统工艺为实心坯料反挤压后切削加工。实心坯料反挤压方法，其成形力大，尤其对于大尺寸工件，影响了模具寿命和成形精度；同时底部变形量小，导致工件底部性能较低；而采用后续切削加工方式，降低了材料利用率，增加了制造工序。

为克服解决上述问题，对于底部带有中心孔的空心件，研究提出了凸模中带有活动芯轴的反挤压方法。在中国专利公开的“一种汽车轮毂省力成形方法及装置(CN1864915A)”、“一种径向-反向复合挤压成形镁合金负重轮盘工艺及装置(2015102017001)”中均已提及并应用。应用于空心坯料反挤压成形的模具，主要有两种结构。一种为采用整体式凸模，或凸模内带有不可活动的芯轴，如中国专利公开的“一种汽车轮毂省力成形方法及装置(CN1864915A)”涉及的成形装置，即采用了该种结构。而另一种为采用凸模内带有随动凸模，如中国专利公开的(2015102017001)涉及的成形装置，即采用了该种结构。

然而，空心坯料反挤压方法仅能成形底部带有中心孔的空心件，对于底部为实心平底、凹底、凸底的空心工件，传统的挤压工艺及模具结构已不能满足其要求，也难以达到上述预期效果。

综上所述，常规的反向挤压用于成形制造底部为实心平底、凹底、凸底的空心件，发现主要存在以下问题：

(1)成形力大，采用多整体凸模，增加了模具闭合高度，压力机公称压力和开口高度一定时，所能成形空心件尺寸受到限制；

(2)对于带有实心凸底、凹底的空心零件，多次反挤压或反挤压后切削加工，成形道次多，材料利用率低；

(3)工艺适用性差，当挤压凸模形状和尺寸确定时，只能成形特定形状和尺寸的工件，工艺适用性，模具通用性差，生产成本高。

发明内容

本发明的目的旨在充分发挥反向挤压成形技术的优势，克服现有方法及存在的不足，提出一种以降低成形力、提高变形量和改善适用性的反向挤压成形方法，主要用于成形制造底部为实心平底、实心凹底和实心凸底的空心件。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种多凸模分步反向挤压成形方法，采用由内凸模、外凸模组成的多凸模，包括：下料——制坯——分步反向挤压——后续处理，其特征是：所述的分步反向挤压是使用内凸模、外凸模至少一次挤压坯料金属，坯料金属在所述多凸模的作用下产生流动变形，并通过控制内凸模、外凸模的行程，获得底部为实心平底、或凹底、或凸底的空心件。

所述的分步反向挤压为内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺；或为外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺；

所述的分步反向挤压为内凸模、外凸模分别一次挤压，或内凸模、外凸模交替多次挤压。

所述的外凸模直径取决于空心件内径；所述的内凸模直径取决于底部凸台、或凹孔的直径；若成形底部为实心平底的空心件，则内凸模直径根据空心件内径和压力机综合设计确定。

所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h2时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h3时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h4时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h5时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h3时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h2时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h5时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h4时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，交替多次挤压的工艺为：

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h1，外凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h2，外凸模继续挤压至底厚h3，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h4，外凸模继续挤压至底厚h5，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，交替多次挤压的工艺为：

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h1，内凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h3，内凸模继续挤压至底厚h2，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h5，内凸模继续挤压至底厚h4，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

本发明多凸模分步反向挤压成形方法与现有技术比较，具有实质性的技术特点和显著的效果为：

1、在同一套模具内可完成多道次反挤压工序，提高了生产效率，降低了生产成本；

2、采用多凸模分步反向挤压，可大幅降低挤压成形力，即在同一压机上可成形更大尺寸的空心件。

3、通过控制各个凸模的运动，采用同一套模具，能够实现平底、凸底、凹底等空心件的成形制造，增强了模具通用性。

附图说明

图1是挤压坯料示意图；

图2是平底空心件示意图；

图3是凹底空心件示意图；

图4是凸底空心件示意图；

图5是内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺流程图；

图6是外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图就具体实施方式进行详细说明(本实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明作出的任何限定)。

本发明一种多凸模分步反向挤压成形方法

图1所示，本发明多凸模分步反向挤压成形用坯料，其外径为D，高度为H，由制坯工序获得。

图2、图3及图4所示，本发明多凸模分步反向挤压成形的工件，分别为实心平底挤压件、实心凹底挤压件以及实心凸底挤压件。其中：

图2为实心平底挤压件，其外径为D1，内径为d，底部厚度为h1；

图3为实心凹底挤压件，其外径为D1，内径为d，底部厚度分别为h2和h3；

图4为实心凸底挤压件，其外径为D1，内径为d，底部厚度分别为h4和h5。

本发明一种多凸模分步反向挤压成形方法，采用由内凸模、外凸模组成的多凸模，包括：下料——制坯——分步反向挤压——后续处理，其特征是：所述的分步反向挤压是使用内凸模、或外凸模一次或多次交替挤压坯料金属，坯料金属在所述多凸模的作用下产生流动变形，并通过控制内活动凸模、外凸模的行程，获得底部为实心平底、或凹底、或凸底的空心件。其中：

所述的分步反向挤压为内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺；或为外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺；

所述的分步反向挤压为内凸模、外凸模分别一次挤压，或内凸模、外凸模交替多次挤压。

所述的外凸模直径取决于空心件内径；所述的内凸模直径取决于底部凸台、或凹孔的直径；若成形底部为实心平底的空心件，则内凸模直径根据空心件内径和压力机综合设计确定。

所述的下料工序，即在选定的棒料上切割所需长度的坯料，为后续制坯准备原材料。铸造棒料和挤压棒料均可，选用棒料时主要确定其直径，应保证后续制坯变形量并且不发生成形失稳。

所述的制坯工序，将切割好的坯料通过相应的成形工序制备成所需的坯料，为后续反挤压准备。制坯通常采用鐓粗或挤压工序，如果下料直径小于反挤压所需坯料直径，则通过鐓粗进行；如果下料直径大于反挤压所需坯料直径，则通过挤压进行；如果下料直径等于反挤压所需坯料直径，则不需要制坯工序。

所述的内凸模、外凸模的行程可控，通过控制其行程获得底部不同形状的空心件，挤压结束时，如内、外凸模工作底面在同一平面，则获得底部为实心平底的空心件；如内凸模工作底面高于外凸模工作底面，则获得底部为实心凸底的空心件；如内凸模工作底面低于外凸模工作底面，则获得底部为实心凹底的空心件。

根据挤压的材料，将模具预热到指定的温度，并采取保温措施；成形时采用相应的润滑剂及润滑工艺。

本发明一种多凸模分步反向挤压成形方法在同一套模具内，可实现平底、凸底、凹底等空心件的成形制造；挤压成形接触面积的减小，降低了挤压成形力，提高了挤压变形量。

1、内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺

图5所示，本发明一种多凸模分步反向挤压成形的工艺流程图，即内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺，将坯料可分别成形为实心平底挤压件、实心凹底挤压件以及实心凸底挤压件。所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h2时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h3时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h4时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h5时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

以上所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，也可以是交替多次挤压的工艺，即为：

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h1，外凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h2，外凸模继续挤压至底厚h3，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h4，外凸模继续挤压至底厚h5，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

2、外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺

图6所示，本发明一种多凸模分步反向挤压成形的工艺流程图，即外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺，将坯料可分别成形为实心平底挤压件、实心凹底挤压件以及实心凸底挤压件。所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h3时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h2时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h5时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h4时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

以上所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，也可以是交替多次挤压的工艺，即为：

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h1，内凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h3，内凸模继续挤压至底厚h2，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

·外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h5，内凸模继续挤压至底厚h4，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

本发明一种多凸模分步反向挤压成形方法的应用示例：

应用示例选取如图2、图3和图4所示的三种挤压件，其主要尺寸如表1所示；

表1挤压件主要尺寸

根据上述发明，三种挤压件的成形工艺如下：

下料——镦粗——分步反向挤压——后续处理。

三种挤压件采用同一套模具即可完成，确定挤压模具内凸模、外凸模、凹模的主要尺寸如下：

(1)内凸模工作部分，即内凸模外径取为280mm，外凸模工作部分，即外凸模外径取为460mm；

(2)凹模的工作部分，即凹模内径取为500mm。

选择Mg-Al-Zn系合金AZ80(Mg-8.9Al-0.53Zn)作为挤压件材料，成形全部在30MN液压机上进行。

1、下料及镦粗

选择采用半连续铸造(或电磁铸造)成型的AZ80镁合金铸锭，车削外皮后，带锯床下料锯切成所需的棒料。经均匀化处理(385±5℃，12h)后，直接镦粗压缩制成所需的反挤压坯料。

2、分步反向挤压

采用镦粗制成的坯料，置于反挤压凹模中进行挤压；模具与坯料加热到380±10℃，坯料在热循环加热炉中加热保温2h，模具在电炉中加热到指定的温度并保温，成形过程中使用了油剂石墨润滑剂。

若采用内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺：

A.平底挤压件

·先用内凸模对坯料进行挤压，控制底厚至25mm时停止；

·然后采用外凸模进行挤压，控制底厚至25mm时停止，成形获得底部厚度为25mm的实心平底挤压件；

B.凹底挤压件

·先用内凸模对坯料进行挤压，控制底厚至25mm时停止；

·然后采用外凸模进行挤压，控制底厚至60mm时停止，成形获得底部厚度分别为25mm和60mm的实心凹底挤压件；

C.凸底挤压件

·先用内凸模对坯料进行挤压，控制底厚至60mm时停止；

·然后采用外凸模进行挤压，控制底厚至25mm时停止，成形获得底部厚度分别为60mm和25mm的实心凸底挤压件；

若采用外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺：

A.平底挤压件

·先用外凸模对坯料进行挤压，控制底厚至25mm时停止；

·然后采用内凸模进行挤压，控制底厚至25mm时停止，成形获得底部厚度为25mm的实心平底挤压件；

B.凹底挤压件

·先用外凸模对坯料进行挤压，控制底厚至60mm时停止；

·然后采用内凸模进行挤压，控制至底厚25mm时停止，成形获得底部厚度分别为25mm和60mm的实心凹底挤压件；

C.凸底挤压件

·先用外凸模对坯料进行挤压，控制底厚至25mm时停止；

·然后采用内凸模进行挤压，控制底厚至60mm时停止，成形获得底部厚度分别为60mm和25mm的实心凸底挤压件。

3、后续处理

对Mg-Al-Zn系合金AZ80采用单一人工时效处理，时效处理规范：177±5℃保温16小时，即可获得较高的综合机械性能。而后进行相应的机械加工、表面处理等。

Claims (8)

1.一种多凸模分步反向挤压成形方法，采用由内凸模、外凸模组成的多凸模，包括：下料——制坯——分步反向挤压——后续处理，其特征是：所述的分步反向挤压是使用内凸模、外凸模至少一次挤压坯料金属，坯料金属在所述多凸模的作用下产生流动变形，并通过控制内凸模、外凸模的行程，获得底部为实心平底、或凹底、或凸底的空心件。

2.依据权利要求1所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的分步反向挤压为内凸模先挤压、外凸模后挤压工艺；或为外凸模先挤压、内凸模后挤压工艺。

3.依据权利要求1所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的分步反向挤压为内凸模、外凸模分别一次挤压，或内凸模、外凸模交替多次挤压。

4.依据权利要求1所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的外凸模直径取决于空心件内径；所述的内凸模直径取决于底部凸台、或凹孔的直径；若成形底部为实心平底的空心件，则内凸模直径根据空心件内径和压力机综合设计确定。

5.依据权利要求3所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

●先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

●先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h2时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h3时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

●先用内凸模对坯料进行挤压，至底厚h4时停止，然后采用外凸模进行挤压，至底厚h5时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

6.依据权利要求3所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，分别挤压一次的工艺为：

●先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h1时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h1时停止，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

●先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h3时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h2时停止，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

●先用外凸模对坯料进行挤压，至底厚h5时停止，然后采用内凸模进行挤压，至底厚h4时停止，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

7.依据权利要求3所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的内凸模先挤压、外凸模后挤压，交替多次挤压的工艺为：

●内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h1，外凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

●内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h2，外凸模继续挤压至底厚h3，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

●内凸模对坯料进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，接着外凸模进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，然后内凸模对坯料继续挤压至底厚h4，外凸模继续挤压至底厚h5，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。

8.依据权利要求3所述的一种多凸模分步反向挤压成形方法，其特征是：所述的外凸模先挤压、内凸模后挤压，交替多次挤压的工艺为：

●外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h1某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h1，内凸模继续挤压至底厚h1，成形获得底部厚度为h1的实心平底挤压件；

●外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h3某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h2某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h3，内凸模继续挤压至底厚h2，成形获得底部厚度分别为h2和h3的实心凹底挤压件；

●外凸模对坯料进行挤压至底厚大于h5某个位置时停止，接着内凸模进行挤压至底厚大于h4某个位置时停止，然后外凸模对坯料继续挤压至底厚h5，内凸模继续挤压至底厚h4，成形获得底部厚度分别为h4和h5的实心凸底挤压件。