CN110293142B - 一种铜合金半固态挤压管材的模具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜合金半固态挤压管状的模具，其包括上模、下模，其中上模包括隔热板、上模板、挤压环；下模包括下模板、支撑盘、套筒、芯轴、阻流环、箍环、3根以上的支撑柱、中心柱；本发明模具即解决舌型模坯料难取出和偏心问题，同时由于该装置的芯轴可以拆卸下来，增加模具的使用寿命；本发明装置的残料较少，增加其材料利用率，降低企业的生产成本。

Description

一种铜合金半固态挤压管材的模具
技术领域
本发明涉及铜合金半固态反挤压管材的模具装置，属于材料加工设备技术领域。
背景技术
金属挤压开始于1797年，英国人布拉曼申请一项专利，此专利设计了世界第一台液体铅管挤压的机械式挤压机。这台挤压机具有现代管材挤压机的基本结构。到了1894年英国人迪克尝试热挤压成型实验，他意识到挤压铅的方法不能够挤压铜和铜合金，因为铜需要一个更高的挤压温度，并且铜应有更大的变形抗力。由于铜及铜合金有良好的力学性能，导电导热优于其他的合金材料，因此现在越来越多应用于铜和铜合金，例如空调里的导热管，高端仪器的铜导线等。就目前而言，一些汽车及高铁所用的轴套，大多数都是铜合金铸造出来的，而轴套可以经过铜管机械加工得到其成品。对于无缝铜管的最典型的成型方法是：热挤压-冷轧-成品，或者热挤压-冷轧-拉拔-成品。铜管的热挤压多采用实心坯料穿孔法，但是对于一些Cu-Sn系一类的高变形抗力合金，穿孔针的刚度与强度问题较为突出。对于金属管材的挤压目前的难点无非是芯轴的设计、固定、强度、刚度以及使用寿命的问题，目前设计芯轴使用最多的就是平面分流模和舌型模，舌型模是挤压机上生产各种管材和空心型材的一种重要模具形式，其特点是将针放在模孔中犹如舌头一样，其中舌头、分流器、模子内套组合成为一个整体，这就构成一个完整的舌型模；其工作原理在挤压力的作用下，被模子的桥分为几股金属流，流入焊合室，在高温、高压、真空条件下重新焊合并经模孔与针形成的间隙中流出，达到所需要的形状；对于舌型模也存在着一些缺陷问题，如制品有焊缝，焊缝强度会明显低于母材，出现裂纹、分层、气泡等问题；模子容易被破坏，设计制造较为复杂，成本很高。对于一些强度较高的金属来说:残料很难取出来，远远大于穿孔针所需的材料；而平面分流模可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心管材和型材，生产效率很高，这一点是舌型模很难实现的，但分流模也有难点，用穿孔针挤压管材内外表面缺陷、管壁内部缺陷、壁厚不均匀等，其主要表现在偏心问题。
发明内容
针对现有技术存在的舌型模坯料难取出和偏心的问题，本发明提供一种铜合金半固态挤压管材的模具，本发明装置的芯轴可以拆卸下来，增加模具的使用寿命，本发明装置的残料较少，增加了材料利用率，降低了企业生产成本。
本发明铜合金半固态挤压管材的模具包括上模、下模，所述上模包括隔热板、上模板、挤压环，隔热板设置在上模板上方，挤压环固定在上模板下方；下模包括下模板、支撑盘、套筒、芯轴、阻流环、箍环、3根以上的支撑柱、中心柱，3根以上的支撑柱一端固定在下模板上方，另一端固定在支撑盘底部，中心柱底端通过定位销依次与下模板、连接圆柱固连；套筒底部固定在支撑盘上，芯轴下端与中心柱顶端固连且芯轴中上部位于套筒中心处，套筒与芯轴中上部之间形成挤压腔，挤压环设置在挤压腔内，即挤压环套装在芯轴上部且与其上部相配合，挤压环外侧与套筒内侧相配合，阻流环套装在芯轴中部；箍环套装在套筒外侧；
所述挤压环为中空圆柱体；
所述套筒是由半筒Ⅰ和半筒Ⅱ组成的中空圆台，半筒Ⅰ和半筒Ⅱ结构相同；
所述隔热板、上模板上均开有4个U型槽，且位置对应，上模板中的U型槽和挤压机滑块通过连接螺母固定；下模板设置在挤压机工作台上。
所述芯轴由轴Ⅰ、轴Ⅱ、轴Ⅲ依次连接固定而成，轴Ⅰ和轴Ⅲ为圆柱体，轴Ⅱ为半球体，轴Ⅰ和轴Ⅱ位于套筒中心处，挤压环套装在轴Ⅰ上并与其紧密配合，阻流环套装在轴Ⅱ上且位于套筒与轴Ⅱ之间。
分流比（K）就是各分流的断面积（ΣF分）与型材断面积（F型）之比，
即K=ΣF分/F型
分流比大小直接影响挤压阻力的大小、制品的成型，在模具允许的范围内，应尽量选择K值较大的，一般管状则选择8-14的挤压比；本装置设备的断面积（ΣF分）是直径为150mm扣除一个的直径为40mm的圆形环柱。
其面积大小
Figure 820797DEST_PATH_IMAGE001
，
型材的断面积则是外径为90mm内径为80mm的同心圆构成，得出分流面积为5225
Figure 347725DEST_PATH_IMAGE002
mm，得出型材断面积为425
Figure 127462DEST_PATH_IMAGE002
mm；故而其分流比K=12.29。
本发明的工作过程为：
在铜合金挤压过程中，将熔融好的坯料倒入挤压腔中，上模板中的U型槽和挤压机滑块通过连接螺母固定，然后将挤压机滑块降至挤压环刚刚接触到芯轴时，停止挤压机滑块的移动；通过操纵挤压机，使挤压冲头进入下模的连接圆柱，通过挤压冲头顶起所述模具的下模，从而实现反挤压；在挤压的过程中，由于压力的原因，套装在芯轴中部的阻流环会自动滑落，形成挤压通道；金属液会在挤压通道凝固，然后挤出形成管材，近而实现管材的反挤压；待挤压结束后，上模会随着挤压机滑块向上移动，下模随着挤压冲头向下移动，移动到工作台位置，结束后将箍环撤去，随之管材外面的套筒也分开，将管材从模具中取出。
本发明的有益效果：
（1）本发明装置能避免舌型模坯料难取出，以及舌型模芯偏心等问题；
（2）本发明装置可以实现铸、挤一体化，工艺流程短，成形力较低，可以加工大的薄壁尺寸，可以提高企业的生产效率；
（3）本发明装置对于挤压铜管具有较大的挤压比，使其塑性变形程度较大，有利于提高材料的抗拉强度和屈服强度；
（4）本发明装置设计合理，结构简单，成本低、效率高，可与压铸成形设备配合使用，直接获得挤压零件，降低管材成型等工艺成本。
附图说明
图1为本发明模具结构示意图；
图2为本发明模具剖视结构示意图；
图3为本发明套筒与箍环结构示意图；
图4为套筒结构示意图；
图5为半筒Ⅰ或半筒Ⅱ结构示意图
图6为下模板、支撑盘部分结构示意图；
图7为芯轴结构示意图；
图中：1-上模；2-下模；3-隔热板；4-下模板；5-支撑盘；6-上模板；7-挤压环；8-套筒；9-芯轴；10-阻流环；11-定位销；12-箍环；13-支撑柱；14-中心柱；15-连接圆柱；16-半筒Ⅰ；17-半筒Ⅱ；18-轴Ⅰ；19-轴Ⅱ；20-轴Ⅲ；
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：如图1~7所示，本铜合金半固态挤压管材的模具包括上模1、下模2；上模包括隔热板3、上模板6、挤压环7，隔热板3通过连接螺母固定在上模板6上方，挤压环7通过螺栓固定在上模板6下方，挤压环7为中空圆柱体；下模2包括下模板4、支撑盘5、套筒8、芯轴9、阻流环10、箍环12、4根支撑柱13、中心柱14，4根支撑柱13一端固定在下模板4上方，另一端固定在支撑盘5底部，中心柱14底端通过定位销11依次与下模板4、连接圆柱15固连；套筒8底部固定在支撑盘5上，芯轴9由轴Ⅰ18、轴Ⅱ19、轴Ⅲ20依次连接固定而成，轴Ⅰ和轴Ⅲ为圆柱体，轴Ⅱ为半球体，芯轴9下端（轴Ⅲ）与中心柱14顶端通过螺栓固连，轴Ⅰ18和轴Ⅱ19位于套筒8中心处，套筒8与芯轴9中上部（轴Ⅰ和轴Ⅱ）之间形成挤压腔，阻流环10套装在轴Ⅱ19上且位于套筒与轴Ⅱ之间，挤压环7设置在挤压腔内，即挤压环套装在芯轴9上部且与其上部相配合，挤压环7外侧与套筒8内侧相配合，箍环12套装在套筒8外侧；
隔热板3的长、宽分别为300mm，厚度10mm，上模板与隔热板形状相同，挤压环外径为150mm，内径为40mm，挤压环长度为100mm；套筒8内径为150mm；芯轴9的轴Ⅰ直径为40mm，长度为50mm。
实施例2：本实施例模具结构同实施例1，不同在于隔热板3、上模板6上均开有4个U型槽，通过螺母固定在挤压机滑块上；下模板直接坐在挤压机工作台上，套筒8是由半筒Ⅰ16和半筒Ⅱ17组成的中空圆台。

Claims (1)

1.一种铜合金半固态挤压管材的模具，其特征在于：包括上模（1）、下模（2）；
所述上模包括隔热板（3）、上模板（6）、挤压环（7），隔热板（3）设置在上模板（6）上方，挤压环（7）固定在上模板（6）下方；
下模（2）包括下模板（4）、支撑盘（5）、套筒（8）、芯轴（9）、阻流环（10）、箍环（12）、3根以上的支撑柱（13）、中心柱（14），3根以上的支撑柱（13）一端固定在下模板（4）上方，另一端固定在支撑盘（5）底部，中心柱（14）底端通过定位销（11）依次与下模板（4）、连接圆柱（15）固连；套筒（8）底部固定在支撑盘（5）上，芯轴（9）下端与中心柱（14）顶端固连且芯轴（9）中上部位于套筒（8）中心处，套筒与芯轴（9）中上部之间形成挤压腔，挤压环套装在芯轴（9）上部且与其上部相配合，挤压环（7）外侧与套筒（8）内侧相配合，阻流环（10）套装在芯轴（9）中部；箍环（12）套装在套筒（8）外侧；
所述挤压环（7）为中空圆柱体；
所述套筒（8）是由半筒Ⅰ（16）和半筒Ⅱ（17）组成的中空圆台，半筒Ⅰ和半筒Ⅱ结构相同；
所述芯轴（9）由轴Ⅰ（18）、轴Ⅱ（19）、轴Ⅲ（20）依次连接固定而成，轴Ⅰ和轴Ⅲ为圆柱体，轴Ⅱ为半球体；轴Ⅰ（18）和轴Ⅱ（19）位于套筒（8）中心处，挤压环套装在轴Ⅰ上并与其紧密配合，阻流环（10）套装在轴Ⅱ（19）上且位于套筒与轴Ⅱ之间；
所述隔热板（3）、上模板（6）上均开有4个U型槽，且位置对应；
在铜合金挤压过程中，将熔融好的坯料倒入挤压腔中，上模板（6）中的U型槽和挤压机滑块通过连接螺母固定，然后将挤压机滑块降至挤压环（7）刚刚接触到芯轴时，停止挤压机滑块的移动；通过操纵挤压机，使挤压冲头进入下模的连接圆柱，通过挤压冲头顶起所述模具的下模（2），从而实现反挤压。
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