CN109590347A - 一种双金属管材分流模挤压成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及挤压技术领域，公开一种双金属管材分流模挤压成形装置，包括依次设置的挤压筒、上模、调节块和下模，上模上一体成型有模芯，上模上开设有围绕模芯的第一分流孔和第二分流孔，且第一分流孔入口处的外接圆直径小于第一金属的直径，第二分流孔入口处的内接圆直径大于第一金属的直径，调节块上开设有第一焊合成形室和导流孔，下模上设置有第二焊合成形室，模芯穿设在第一焊合成形室和第二焊合成形中。本发明提供的双金属管材分流模挤压成形装置，不仅结构更加简单，简化了装配过程，而且模芯的强度高，使用寿命长，同时可以直接利用传统的挤压机，降低了装置的成本；另外，可以避免两种金属交界处的杂质和氧化物对管材质量的影响。

Description

一种双金属管材分流模挤压成形装置

技术领域

本发明属于挤压技术领域，公开一种双金属管材分流模挤压成形装置。

背景技术

双金属管材是一种以某一种金属为基体并在基体外侧包覆另外一种金属的复合管材。由于管材是由两种金属构成的，在物理和力学性能上存在很大差异，因此，其加热制度与变形制度就与一般管材不同，需要同时考虑两种金属性能要求。

目前，双金属管材可以通过挤压的方法制备。挤压变形量大、速度快，并能保证层间有可靠的接合强度，生产出质量符合要求的各类复合管材。

例如：专利CN105642693B公开了一种复合管材的挤压制造方法，但是该方法所采用的挤压成形装置存在以下几方面的不足：

(1)该装置需要在第一模具的中心设置第二模具和/或多个穿心杆，整个装置不仅结构非常复杂，而且第二模具和/或多个穿心杆与第一模具之间的配合精度很难保证，从而造成管材的尺寸精度很难保证；

(2)由于第二模具和/或多个穿心杆的厚度较薄且呈细长状，所以容易发生断裂，从而造成了维修成本的增加和生产效率的降低；

(3)由于该挤压成形装置需要多个动力源来避免第二模具和/或多个穿心杆相对第一模具发生移动，所以难以在传统挤压机上实现，需要开发与该挤压成形装置相配合的新型挤压机，从而大大增加了装置整体的成本；

(4)由于两种金属交界处通常存在一定的杂质和氧化物等，但是利用该挤压成形装置挤压时不能有效地控制杂质和氧化物，杂质和氧化物会直接进入到管材中，从而造成管材的力学性能降低。

发明内容

基于以上所述，本发明的目的在于提供一种双金属管材分流模挤压成形装置，以解决现有双金属管材挤压成形装置存在的结构复杂、易损坏、成本高、成形质量差等技术问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双金属管材分流模挤压成形装置，包括；沿驱动力方向依次设置的挤压筒、上模、调节块和下模，所述上模内部设置有模芯，所述模芯与上模内壁之间间隔设置有多个第一分流孔和多个第二分流孔，所述调节块上设置有第一焊合成形室和导流孔，其中，所述第一焊合成形室与第一分流孔相连，所述导流孔与第二分流孔相连，所述下模上设置有第二焊合成形室，所述模芯穿设在所述第一焊合成形室和所述第二焊合成形室中，且所述第一金属能够由所述挤压筒流经所述第一分流孔后在所述第一焊合成形室内焊合形成第一金属管材，所述第一金属管材能够伸入至所述第二焊合成形室内，第二金属能够由所述挤压筒流经所述第二分流孔和所述导流孔后在所述第二焊合成形室内焊合并与所述第一金属管材焊合以形成所述双金属管材。

本申请中“模芯与上模一体成形”。

工作原理：将如图5所示的棒状铝镁合金坯料(第一金属101为镁合金，第二金属102为铝合金)进行均匀化退火后，放入挤压筒内，在挤压力的作用下将坯料中的镁合金、铝合金分别压入上摸2的第一分流孔22、第二分流孔23。分流过程中，镁合金和铝合金表层(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”的镁合金和铝合金材料，无需对坯料进行表面处理；镁合金经第一分流孔22流入第一焊合成形室31进行充分焊合，并且通过第一工作带311和第二工作带对挤出的镁合金管材定形，铝合金经第二分流孔23、导流孔32流入第二焊合成形室41进行充分焊合，并且通过第三工作带411和第四工作带对挤出的铝合金管材定形；最终，与之前镁合金管材形成复合管材从下模挤出。

在一些实施例中，所述挤压筒用于放置坯料，所述坯料包括：

棒状的第一金属；

环绕在第一金属外侧的第二金属。

在一些实施例中，所述第一分流孔入口处的外接圆直径小于第一金属的直径；

在一些实施例中，所述第二分流孔入口处的内接圆直径大于所述第一金属的直径。

在一些实施例中，所述第一分流孔和所述第二分流孔沿所述上模的周向交错排列。

在一些实施例中，所述第一分流孔由直孔部和斜孔部组成，所述直孔部与所述斜孔部之间具有夹角。

在一些实施例中，所述第一焊合成形室上设置有第一工作带，所述模芯上设置有与所述第一工作带配合的第二工作带。

在一些实施例中，所述第二焊合成形室上设置有第三工作带，所述模芯上设置有与所述第三工作带配合的第四作带。

在一些实施例中，所述下模上还设置与所述第二焊合成形室相连通的避让孔。

在一些实施例中，所述下模上还设置有固定槽，所述调节块能够安装在所述固定槽内，且所述上模能够部分伸入至所述固定槽中与所述调节块相抵接。

本发明还提供了任一上述的装置在制备复合空心管材中的应用。

本发明的有益效果为：

本发明提供的双金属管材分流模挤压成形装置，通过在上模上设置一体成型的模芯，并在调节块和下模上分别设置与模芯配合的第一焊合成形室和第二焊合成形室，以成形双金属管材，与现有技术相比，首先，不需要在第一模具的内部单独设置第二模具和/或多个穿心杆，一体成型的模芯的结构更加简单，而且工作稳定性更高；其次，从外部保证上模与调节块及下模之间的配合精度即可保证内部模芯与第一焊合成形室和第二焊合成形室的配合精度，不需要调整第二模具和/或多个穿心杆在第一模具内部的相对位置，不仅大大简化了装置的装配过程，而且更易于保证双金属管材的尺寸精度；再次，一体成型的模芯的强度更高，不易发生断裂等情况，不仅延长了装置的使用寿命，而且提高了生产效率；最后，由于模芯不会相对上模、调节块和下模发生移动，所以不需要设置额外的动力源来保持模芯与其他部分之间的相对位置关系，大大减少了动力源的数量，只需要提供挤压力的动力源即可，因此可以在传统挤压机上直接实现双金属管材的挤压，不需要开发新型挤压机，大大节约了装置整体的成本。另外，通过将第一分流孔入口处的外接圆直径设计为小于第一金属的直径，且第二分流孔入口处的内接圆直径设计为大于第一金属的直径，可以使两种金属的交界处卡设在第一分流孔与第二分流孔之间，而由于金属流动死区的存在，可以使两种金属交界处的杂质和氧化物留在挤压筒内，避免了杂质和氧化物对双金属管材质量的影响，提高了双金属管材的力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置的成形原理图；

图2是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置的局部剖视图；

图3是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置在另一个角度下的局部剖视图；

图4是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置中调节块的俯视图；

图5是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置所使用的坯料的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置中上模的俯视图；

图7是本发明实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置所成形的双金属管材的剖视图。

图中：

100-坯料；101-第一金属；102-第二金属；

1-挤压筒；

2-上模；21-模芯；22-第一分流孔；23-第二分流孔；

3-调节块；31-第一焊合成形室；311-第一工作带；32-导流孔；

4-下模；41-第二焊合成形室；411-第三工作带；42-避让孔。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

正如背景技术所介绍的，针对目前复合管材的挤压成形装置加工精度不足、生产效率低、与挤压机适配性差以及制造的复合管材力学性能不佳等问题。因此，本发明提出一种双金属管材分流模挤压成形装置，包括依次设置的挤压筒、上模、调节块和下模，所述挤压筒用于放置坯料，所述上模上一体成型有模芯，所述上模上开设有围绕所述模芯的第一分流孔和第二分流孔，且所述第一分流孔入口处的外接圆直径小于第一金属的直径，所述第二分流孔入口处的内接圆直径大于所述第一金属的直径，所述调节块上开设有第一焊合成形室和导流孔，所述下模上设置有第二焊合成形室，所述模芯穿设在所述第一焊合成形室和所述第二焊合成形室中，且所述第一金属能够由所述挤压筒流经所述第一分流孔后在所述第一焊合成形室内焊合形成第一金属管材，所述第一金属管材能够伸入至所述第二焊合成形室内，第二金属能够由所述挤压筒流经所述第二分流孔和所述导流孔后在所述第二焊合成形室内焊合并与所述第一金属管材焊合以形成所述双金属管材。

进一步地，多个所述第一分流孔沿所述上模的周向均匀分布。

进一步地，多个所述第二分流孔沿所述上模的周向均匀分布。

进一步地，所述第一分流孔和所述第二分流孔沿所述上模的周向交错排列。

进一步地，所述第一分流孔包括直孔部和斜孔部，所述直孔部与所述斜孔部之间具有夹角。

进一步地，所述直孔部与所述斜孔部之间的所述夹角为110°。

进一步地，所述第一焊合成形室上设置有第一工作带，所述模芯上设置有与所述第一工作带配合的第二工作带。

进一步地，所述第二焊合成形室上设置有第三工作带，所述模芯上设置有与所述第三工作带配合的第四工作带。

进一步地，所述下模上还设置与所述第二焊合成形室相连通的避让孔。

进一步地，所述下模上还设置有固定槽，所述调节块能够安装在所述固定槽内，且所述上模能够部分伸入至所述固定槽中与所述调节块相抵接。

实施例1

如图1-图4所示，本实施例提供一种双金属管材分流模挤压成形装置，包括依次设置的挤压筒1、上模2、调节块3和下模4，挤压筒1用于放置坯料100，上模2上一体成型有模芯21，上模2上开设有围绕模芯21的第一分流孔22和第二分流孔23，且第一分流孔22入口处的外接圆直径小于第一金属101的直径，第二分流孔23入口处的内接圆直径大于第一金属101的直径，调节块3上开设有第一焊合成形室31和导流孔32，下模4上设置有第二焊合成形室41，模芯21穿设在第一焊合成形室31和第二焊合成形室41中，且第一金属101能够由挤压筒1流经第一分流孔22后在第一焊合成形室31内焊合形成第一金属管材，第一金属管材能够伸入至第二焊合成形室41内，第二金属102能够由挤压筒1流经第二分流孔23和导流孔32后在第二焊合成形室41内焊合并与第一金属管材焊合以形成双金属管材。

需要指出的是，如图5所示，坯料100包括第一金属101和第二金属102，第一金属101呈棒状，第二金属102呈环状，且第二金属102能够将第一金属101套设在其内。在本实施例中，第一金属101为镁合金，第二金属102为铝合金，利用本实施例提供的挤压成形装置可以挤出镁合金和铝合金复合管材。当然，本实施例提供的挤压成形装置并不仅限于挤压上述两种材料的双金属管材，可以根据实际需求对材料进行替换或调整，例如：铜铝双金属管材、不锈钢/铝双金属管材等，在此不作限制。

本实施例提供的双金属管材分流模挤压成形装置，通过在上模2上设置一体成型的模芯21，并在调节块3和下模4上分别设置与模芯21配合的第一焊合成形室31和第二焊合成形室41，以成形双金属管材，与现有技术相比，首先，不需要在第一模具的内部单独设置第二模具和/或多个穿心杆，一体成型的模芯21的结构更加简单，而且工作稳定性更高；其次，从外部保证上模2与调节块3及下模4的配合精度即可保证内部模芯21与第一焊合成形室31和第二焊合成形室41的配合精度，不需要调整第二模具和/或多个穿心杆在第一模具内部的相对位置，不仅大大简化了装置的装配过程，而且更易于保证双金属管材的尺寸精度；再次，一体成型的模芯21的强度更高，不易发生断裂等情况，不仅延长了装置的使用寿命，而且提高了生产效率；最后，由于模芯21不会相对上模2、调节块3和下模4发生移动，所以不需要设置额外的动力源来保持模芯与其他部分之间的相对位置关系，大大减少了动力源的数量，只需要提供挤压力的动力源即可，因此可以在传统挤压机上直接实现双金属管材的挤压，不需要开发新型挤压机，大大节约了装置整体的成本。另外，通过将第一分流孔22入口处的外接圆直径设计为小于第一金属101的直径，且第二分流孔23入口处的内接圆直径设计为大于第一金属101的直径，可以使两种金属的交界处卡设在第一分流孔22与第二分流孔23之间，而由于金属流动死区的存在，可以使两种金属交界处的杂质和氧化物留在挤压筒1内，避免了杂质和氧化物对双金属管材质量的影响，提高了双金属管材的力学性能。

进一步地，第二分流孔23入口处的外接圆直径小于第二金属102的直径。按照此种方法设计，可以使第二金属102表层的杂质和氧化物留在挤压筒1与上模2的端面之间的金属流动死区内，防止第二金属102表层的杂质和氧化物进入到上模2内，从而进一步提高了双金属管材的力学性能。

如图6所示，在本实施例中，多个第一分流孔22和多个第二分流孔23分别沿上模2的周向均匀分布。设置多个第一分流孔22和多个第二分流孔23可以使坯料100得到充分的变形，从而提高双金属管材组织的均匀性；由于双金属管材呈圆形，所以第一分流孔22和第二分流孔23沿上模2的周向均匀分布，以使管材的周向得到均匀的填充，保证成形质量。具体地，四个第一分流孔22沿上模2的内圈周向间隔排列，四个第二分流孔23沿上模2的外圈周向间隔排列。当然，在其他实施例中，第一分流孔22和第二分流孔23的数量和位置关系可以根据双金属管材的尺寸、形状和坯料100的材料特性等进行相应调整，在此不作限制。

为了保证双金属管材的质量，第一分流孔22和第二分流孔23沿上模2的周向交错排列。如图7所示，由于第一金属101和第二金属102在成形过程中会分别经历分流和焊合的过程，所以在管材的内层和外层会分别留下焊合痕迹，而为了避免内层的焊合痕迹与外层的焊合痕迹相重叠，所以将第一分流孔22和第二分流孔23交错设置，使内层的焊合痕迹与外层的焊合痕迹错开一定的角度，从而保证双金属管材的力学性能。

为了使第一金属101变形更充分、组织更均匀，如图1-图2所示，第一分流孔22包括直孔部和斜孔部，直孔部与斜孔部之间具有夹角。将第一分流孔22设置为带有转角的通道，使第一金属101能够在第一分流孔22内发生剪切变形，从而可以起到细化晶粒、提高强度的作用。具体地，在本实施例中，直孔部与斜孔部之间的夹角为110°。经过数值模拟分析和实验验证，当直孔部与斜孔部之间的夹角为110°时，既可以提高管材的强度，又可以保证第一金属101在第一分流孔22内的流动速度，提高成形效率。当然，在其他实施例中，直孔部与斜孔部之间的夹角还可以根据双金属管材的尺寸和坯料100的材料特性等进行调整，在此不作限制。另外，为了促进第二金属102的变形，与第一分流孔22一样，第二分流孔23也包括直孔部和斜孔部，且直孔部和斜孔部之间的夹角也为110°。

如图3所示，在本实施例中，第一焊合成形室31上设置有第一工作带311，模芯21上设置有与第一工作带311配合的第二工作带。通过第一工作带311与第二工作带的配合可以保证第一金属管材厚度的均匀性，提高尺寸精度，另外，由于第一工作带311与第二工作带在成形过程中会与第一金属101发生较强烈的摩擦，所以通过调整第一工作带311与第二工作带沿挤压方向的长度可以调控摩擦力的大小，从而起到调节金属流速的作用，以提高第一金属管材成形的均匀性。同理，第二焊合成形室41上设置有第三工作带411，模芯21上设置有与第三工作带411配合的第四工作带。第三工作带411与第四工作带的配合可以保证双金属管材厚度的均匀性，从而保证整体尺寸的精度。为了保证第二金属102能够有效地覆盖在第一金属101的外侧，第一工作带311与第二工作带之间的间隔小于第三工作带411与第四工作带之间的间隔。需要指出的是，第一工作带311与第二工作带之间的间隔以及第三工作带411与第四工作带之间的间隔可以根据双金属管材壁厚的需求进行灵活调整，在此不作限制。

为了保证双金属管材的表面质量，在本实施例中，下模4上还设置与第二焊合成形室41相连通的避让孔42，且避让孔42的直径大于双金属管材的直径，避让孔42可以有效避免成形后的双金属管材与下模4的壁面之间发生刮擦，使双金属管材能够顺利地由下模4中挤出，保证双金属管材的表面质量。

在本实施例中，下模4上还设置有固定槽，调节块3能够安装在固定槽内，且上模2能够部分伸入至固定槽中与调节块3相抵接。通过设置固定槽，更便于上模2、调节块3与下模4三者之间的装配，从而有利于保证装配精度，以提高双金属管材的尺寸精度。另外，在本实施例中，上模2、调节块3和下模4上均开设有连接孔和螺栓孔，利用连接销和螺栓可以将三者串接在一起，防止在挤压过程中发生转动和移动，从而保证三者工作的稳定性。

使用方法：将如图5所示的棒状铝镁合金坯料(第一金属101为镁合金，第二金属102为铝合金)进行均匀化退火后，放入挤压筒内，在挤压力的作用下将坯料中的镁合金、铝合金分别压入上摸2的第一分流孔22、第二分流孔23。分流过程中，镁合金和铝合金表层(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”的镁合金和铝合金材料，无需对坯料进行表面处理；镁合金经第一分流孔22流入第一焊合成形室31进行充分焊合，并且通过第一工作带311和第二工作带对挤出的镁合金管材定形，铝合金经第二分流孔23、导流孔32流入第二焊合成形室41进行充分焊合，并且通过第三工作带411和第四工作带对挤出的铝合金管材定形；最终，与之前镁合金管材形成复合管材从下模挤出。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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 (10)

1.一种双金属管材分流模挤压成形装置，其特征在于，包括；沿驱动力方向依次设置的挤压筒、上模、调节块和下模，所述上模内部设置有模芯，所述模芯与上模内壁之间间隔设置有多个第一分流孔和多个第二分流孔，所述调节块上设置有第一焊合成形室和导流孔，其中，所述第一焊合成形室与第一分流孔相连，所述导流孔与第二分流孔相连，所述下模上设置有第二焊合成形室，所述模芯穿设在所述第一焊合成形室和所述第二焊合成形室中，且所述第一金属能够由所述挤压筒流经所述第一分流孔后在所述第一焊合成形室内焊合形成第一金属管材，所述第一金属管材能够伸入至所述第二焊合成形室内，第二金属能够由所述挤压筒流经所述第二分流孔和所述导流孔后在所述第二焊合成形室内焊合并与所述第一金属管材焊合以形成所述双金属管材。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述挤压筒用于放置坯料，所述坯料包括：

棒状的第一金属；

环绕在第一金属外侧的第二金属。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一分流孔入口处的外接圆直径小于第一金属的直径；所述第二分流孔入口处的内接圆直径大于所述第一金属的直径。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一分流孔和所述第二分流孔沿所述上模的周向交错排列。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一分流孔由直孔部和斜孔部组成，所述直孔部与所述斜孔部之间具有夹角。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一焊合成形室上设置有第一工作带，所述模芯上设置有与所述第一工作带配合的第二工作带。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二焊合成形室上设置有第三工作带，所述模芯上设置有与所述第三工作带配合的第四作带。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下模上还设置与所述第二焊合成形室相连通的避让孔。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下模上还设置有固定槽，所述调节块能够安装在所述固定槽内，且所述上模能够部分伸入至所述固定槽中与所述调节块相抵接。

10.权利要求1-9任一项所述的装置在制备复合空心管材中的应用。