CN109454120B - 金属板材控幅挤压成形装置及方法 - Google Patents
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Abstract
金属板材控幅挤压成形装置及方法，涉及一种可调控金属板材幅度尺寸的挤压成形装置及方法。用以解决现有金属板材加工成形中存在的板形调控难度大、工艺柔性差及材料利用率低等难题。装置：无需传统挤压工艺所必备的芯模结构，由固定式滑块5和可动式滑块6建立预设限位间隙7，将挤压筒2置于预设限位间隙7上，由预设限位间隙7与挤压筒2截面交互作用部位来决定挤出板材的幅度。方法：根据生产的实际要求，通过预设限位间隙7与挤压筒2截面交互作用部位的调整可控制挤出板材的幅度，在单道次内即可直接挤压成形出所需规格尺寸的板材制品，无需更换模具结构即可实现精确调控，便于在生产实际中推广应用。本发明适用于金属板材挤压加工成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属板材加工成形方法，具体涉及一种高性能金属板材控制幅度的挤压成形方法，属于挤压成形技术领域。
背景技术
钣金零件可实现材料和结构的双重轻量化功效，在航空航天、交通运载、武器装备及民品制造等领域应用越来越广，因此，板材制造及加工成形的方法也备受关注。其中，细小均匀的微观组织可促进力学性能的改善是板材质量提高的一个重要因素，另一个诱因则是形状尺寸精度，包括厚度、宽度、板形、板凸度、平直度等技术指标。过去很少有人将着眼点放在板材幅度上，以板材宽度为例，为了满足需要，对于成形精度较差的加工方法只能留有一定的加工余量，再经过裁剪达到使用要求，这势必会造成材料利用率的降低，因此，金属板材加工成形的幅度调控是十分重要的。
现有金属板材加工成形的手段主要有轧制、铸轧和挤压等。其中铸轧方法虽然能够省去大量繁琐工序，生产板材制品的效率较高，但对板形调控的收效甚微，尤其是对板材宽幅的控制能力较有限。此外，铸轧板材的边缘部位往往不可用，且随着液态金属充填流动差异也会对宽幅形状产生影响。
轧制工艺中涉及到了对板幅的调控，但轧制过程中只受到轧辊的单向压力，而影响板材幅度的因素有很多，如坯料尺寸、形状、温度、立辊零点漂移、立辊辊形和轧机间张力等，其内在关系十分复杂，给板材形状尺寸的精确调控带来不便。
以带钢幅度调控为例，如今国内带钢调宽和控宽方式主要有：立辊轧机调整法，定宽轧机调宽法。粗轧机组包括立辊轧机和平辊轧机两台轧机，奇数道次形成连轧关系，立辊轧机在宽度方向压下实现减幅，平辊轧机在厚度方向压下完成减薄，并在长度方向延伸。轧机不同位置之间调整实现了对板材幅度的控制，同时要对各轧制参数进行工艺优化，通过确定轧机位置来调控板形。板材超宽情况下可裁剪多余边部达到要求，也可去除边部非规则部位保证板形，但材料利用率明显降低。另一方面，要获得不同板幅就需要相应规格的坯料，广泛使用的是连铸坯，但浇铸不同规格坯料造成连铸机生产效率降低及库存费用升高。
金属受到三向压应力能够提高其塑性，因此，挤压工艺也常被用作板材的加工成形。由于坯料受到挤压模口截面形状的约束限制，挤出板材的形状尺寸都受到严格控制。常规挤压法生产板材时，板材形状及幅度完全由芯模口截面形状尺寸决定，但生产不同规格板材时，常需更换相应结构的芯模，工艺柔性差，效率也相对较低，难以满足工业化生产的实际需要。
如何实现金属板材高效率、低成本、可控板形的批量制造与加工成形一直是业界人士长期追求的目标，随着科技创新的引领及推动，新工艺新方法将不断涌现并发挥重要作用。
发明内容
为了解决目前金属板材加工成形过程中板幅调控困难、工艺柔性差且生产效率偏低、成本较高等难题，本发明提供了一种金属板材的控幅挤压成形装置及方法。该方法通过装置结构的合理设计及动态调控，可实现多种幅度尺寸板材的定制，在单道次内即可直接挤压成形出所需规格尺寸的高性能板材制品，无需更换模具结构即可实现精确调控，工艺柔性好且效率高，便于在生产实际中推广应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
装置：所述装置包括凸模1、挤压筒2、坯料3、左固定板4-1、右固定板4-2、固定式滑块5、可动式滑块6、预设限位间隙7、支撑板8、牵引装置9、旋转推进杆10。装置关键在于各部分结构设计。固定式滑块5可在左固定板4-1和右固定板4-2内滑动，通过牵引装置9和旋转推进杆10能改变可动式滑块6的位置，影响板厚变化，挤压筒2坐于左固定板4-1和右固定板4-2内，通过挤压筒2与固定式滑块5、可动式滑块6位置变化可改变板宽，易磨损部件便于维修和更换。
方法：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将固定式滑块5和可动式滑块6置于左固定板4-1和右固定板4-2中间，利用螺钉将固定式滑块5固定；
步骤二、将支撑板8与牵引装置9、旋转推进杆10连接起来，再与左固定板4-1和右固定板4-2相连接；
步骤三、将装置放在压力机平台上；
步骤四、利用牵引装置9和旋转推进杆10改变可动式滑块6的位置，获得预设限位间隙7，即所需板厚T；
步骤五、将挤压筒2坐于固定式滑块5和可动式滑块6上，在左固定板4-1和右固定板4-2内改变位置，由预设限位间隙7与挤压筒2截面交互作用部位来决定所需板材宽度B；
步骤六、压力机下行通过凸模1对坯料3进行施载，坯料3流入预设限位间隙7直至完全挤出。
本发明方法与现有技术相比具体以下有益效果：
一、本发明的创新之处在于无需传统挤压所必备的芯模结构，由单道次挤压可使坯料通过预设限位间隙7直接成形出板材。其中，预设限位间隙7与板材厚度一一对应，改变滑块位置能够调整预设限位间隙7，能够实现对任意板厚的精确调控；
二、受压变形后坯料从挤压筒2流入预设限位间隙7，此时板材宽向幅度由预设限位间隙7与挤压筒2截面交互作用部位来决定，通过作用部位的调整可控制挤出板材的幅度，根据生产实际要求，定制出所需规格尺寸的板材制品；
三、与传统挤压工艺相比，本发明方法所得制品的板宽从由芯模口截面决定变为由挤压筒2截面所决定，可生产板材的宽向幅度尺寸范围显著变大，无需更换模具结构，工艺流程短且柔性明显增加；
四、传统挤压时材料从四周向芯模口部充填流动后被挤出成形，各部位变形流动差异较大。而控幅挤压成形时主要是从预设限位间隙7两侧向与挤压筒2截面的交互作用部位充填流动并挤出成形，板材挤出流动均匀性显著提高；
五、坯料经预设限位间隙7挤出成形时受到剧烈的剪切变形作用，促进了挤出制品晶粒的深度细化。同时，由于加载作用方式的变化及挤出流动均匀性的改善，削弱了板织构的形成，所得板材的综合力学性能随之提升；
六、该方法装置结构简单、实效性强，易于在生产实际中实施推广。
附图说明
图1是本发明装置结构图；
图2是本发明右固定板4-2的立体图；
图3是本发明固定式滑块5和可动式滑块6的结构图；
图4是本发明装置成形前后的剖视图（板宽最大时）；
图5是本发明装置成形前后的剖视图（板宽介于最大与最小时）；
图6是本发明方法所得板材制品图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~4和图6中的第一板材11-1说明本实施方式，本实施方式包括凸模1、挤压筒2、坯料3、左固定板4-1、右固定板4-2、固定式滑块5、可动式滑块6、支撑板8、牵引装置9、旋转推进杆10。本实施方式由以下几个步骤完成：一、将固定式滑块5和可动式滑块6置于左固定板4-1和右固定板4-2中间，让其在左固定板4-1和右固定板4-2的导向槽内滑动，利用螺钉将固定式滑块5固定，使得固定式滑块5、左固定板4-1和右固定板4-2形成一个整体；二、将旋转推进杆10装在支撑板8中，再将其与牵引装置9连接起来，最后再将支撑板8与左固定板4-1和右固定板4-2相连接；三、将装置置于压力机平台上；四、利用牵引装置9和旋转推进杆10改变可动式滑块6的位置，使其与固定式滑块5形成一定的预设限位间隙7，即获得所需板厚T；五、将挤压筒2坐于固定式滑块5和可动式滑块6上，使得左固定板4-1和右固定板4-2对其有导向的作用，改变预设限位间隙7与挤压筒2截面的交互作用部位，由交互作用部位限制挤出板材的板宽，获得所需板材宽度为B；六、压力机下行通过凸模1对坯料3进行施载，坯料3流入预设限位间隙7直至完全挤出；
具体实施方式二：结合图1~3、图5和图6中的第二板材11-2说明本实施方式，本实施方式中挤压筒2和预设限位间隙7的交互作用部位与具体实施方式一不同，即在步骤五中摆放挤压筒2的位置不同，形成了不同的板宽B，实现宽度的改变，其它连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1~4和图6中的第三板材11-3说明本实施方式，本实施方式中所生产的板材厚度与具体实施方式一不同，即在步骤四中通过牵引装置9和旋转推进杆10改变可动式滑块6的位置有所不同，形成了不同的预设限位间隙7，实现厚度T的改变，其它连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1~4和图6中的第四板材11-4说明本实施方式，本实施方式中所成形的板材为厚度有所变化的板，在步骤六中随着凸模1的下行，通过牵引装置9和旋转推进杆10改变可动式滑块6的位置，使得生产的板材厚度产生变化，为厚度不均匀的板，其它连接关系与具体实施方式一相同。
Claims (4)
1.金属板材控幅挤压成形装置，其特征在于所述装置包括凸模（1）、挤压筒（2）、坯料（3）、左固定板（4-1）、右固定板（4-2）、固定式滑块（5）、可动式滑块（6）、预设限位间隙（7）、支撑板（8）、牵引装置（9）、旋转推进杆（10）；在左固定板（4-1）和右固定板（4-2）上设计了导向槽，起到了定位和导向的作用，固定式滑块（5）和可动式滑块（6）并列设在左固定板（4-1）和右固定板（4-2）之间，旋转推进杆（10）设在支撑板（8）内，牵引装置（9）设在旋转推进杆（10）上，支撑板（8）设在左固定板（4-1）和右固定板（4-2）的一侧，坯料（3）设在挤压筒（2）内，凸模（1）设在挤压筒（2）内，坯料（3）上方，挤压筒（2）设在固定式滑块（5）和可动式滑块（6）上，在左固定板（4-1）和右固定板（4-2）内；为方便加工与位置固定，挤压筒（2）截面形状的外形为正方形内形为圆形，圆形半径为R，板材宽度B由预设限位间隙（7）与挤压筒（2）截面交互作用部位来决定，其范围在1/2R~2R之间；板厚T可以通过牵引装置（9）和旋转推进杆（10）改变固定式滑块（5）和可动式滑块（6）产生的预设限位间隙（7）控制，板厚T的范围根据挤压筒（2）内的坯料直径控制，在0~R范围内。
2.根据权利要求1所述金属板材控幅挤压成形装置，其特征在于固定式滑块（5）和可动式滑块（6）的结构设计，即便于控制板厚又利于磨损后的修复与更换。
3.根据权利要求1所述金属板材控幅挤压成形装置，其特征在于牵引装置（9）和旋转推进杆（10）的结构设计，能够方便快捷的调整可动式滑块（6）的位置。
4.一种采用权利要求1所述挤压成形装置的金属板材控幅挤压成形方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：一、将固定式滑块（5）和可动式滑块（6）置于左固定板（4-1）和右固定板（4-2）中间，让其在左固定板（4-1）和右固定板（4-2）的导向槽内滑动，利用螺钉将固定式滑块（5）固定，使得固定式滑块（5）、左固定板（4-1）和右固定板（4-2）形成一个整体；二、将旋转推进杆（10）装在支撑板（8）中，再将其与牵引装置（9）连接起来，最后再将支撑板（8）与左固定板（4-1）和右固定板（4-2）相连接；三、将装置置于压力机平台上；四、利用牵引装置（9）和旋转推进杆（10）改变可动式滑块（6）的位置，使其与固定式滑块（5）形成一定的预设限位间隙（7），即获得所需板厚T；五、将挤压筒（2）坐于固定式滑块（5）和可动式滑块（6）上，使得左固定板（4-1）和右固定板（4-2）对其有导向的作用，改变预设限位间隙（7）与挤压筒（2）截面的交互作用部位，由交互作用部位限制挤出板材的板宽，获得所需板材宽度为B；六、压力机下行通过凸模（1）对坯料（3）进行施载，坯料（3）流入预设限位间隙（7）直至完全挤出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20200730 Address after: 350000 Tongyang 217, Dongtai Village, Qingkou Town, Minhou County, Fuzhou City, Fujian Province Patentee after: FUJIAN XIANGXIN SHARES Co.,Ltd. Address before: 150040 Lin Yuan Road, Xiangfang District, Harbin City, Heilongjiang Province, No. 4 Material College, 317 mailbox Patentee before: HARBIN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Sheet metal controlled amplitude extrusion forming device and method Effective date of registration: 20201221 Granted publication date: 20200731 Pledgee: China Exim Bank Fujian branch Pledgor: FUJIAN XIANGXIN SHARES Co.,Ltd. Registration number: Y2020980009691 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220923 Granted publication date: 20200731 Pledgee: China Exim Bank Fujian branch Pledgor: FUJIAN XIANGXIN SHARES Co.,Ltd. Registration number: Y2020980009691 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Device and method of sheet metal controlled extrusion Effective date of registration: 20220923 Granted publication date: 20200731 Pledgee: China Exim Bank Fujian branch Pledgor: FUJIAN XIANGXIN SHARES Co.,Ltd. Registration number: Y2022350000122 |