CN110369662A - 无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，包括凸模和分体模，分体模包括可上下开合的上模和下模，上模与上压力机相连，上模和下模合并形成“十”字形的型腔，型腔具有横向通道和垂直于横向通道的纵向通道，横向通道的长度大于纵向通道的长度，上模设有凸模通道，凸模通道连通纵向通道使纵向通道通向上模上表面，凸模通道可配合凸模。本发明的多道次镦粗变形可在一套模具下进行，经过“十”字形型腔多道次变形的棒料，可以基本实现均匀变形，消除各向异性，实现无各向异性棒料的均匀镦粗。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性加工工艺及成形技术领域，特别与一种改善镁合金构件镦粗变形不均匀性的成形模具有关。
背景技术
镁合金密度小，比强度高，比弹性模量大，散热好，消震性好，承受冲击载荷能力比铝合金大，耐有机物和碱的腐蚀性能好，主要用于航空、航天、运输、化工、火箭等工业部门，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4，它是实用金属中的最轻的金属，高强度、高刚性。
镦粗是使镁合金圆棒状坯料高度减小而横截面积增大的一种成形工序，它可以增大冲孔前棒料的横截面积以便于冲孔和平整端面，还可以提高锻造比以便于下一步拔长，故一些大型锻件的制坯及改性必须要借助于镦粗。圆棒状坯料镦粗时，随着高度的减小，金属向四周扩张流动，由于坯料端面和模具之间存在摩擦，坯料内部变形是不均匀的，大致可分为三个变形区，如图1所示。区域I属于难变形区，该变形区受端面摩擦影响，变形十分困难，变形程度很小，其原因主要是工具与坯料端面之间摩擦力的影响，这种摩擦力使金属变形所需的单位压力增高；区域II属于大变形区，该变形区处于坯料中段内部，受摩擦影响小，应力状态有利于变形，因此变形程度最大；区域III属于小变形区，该区变形程度介于区域I和区域II之间，区域III的变形是由于区域II金属向外流动时对其产生压应力所引起，并使其在切向产生拉应力，越靠近坯料表面切向拉应力越大，当切向拉应力超过材料当时的抗拉强度或切向应变超过材料允许的变形程度时，便会引起纵向裂纹的产生。
因此，镦粗时的变形不均匀对锻件质量很不利，坯料侧面的周向拉应力不仅会引起侧表面纵向开裂，还容易引起锻件晶粒大小不均匀，从而导致锻件的性能不均匀，特别是在难变形区，可能因变形不足引起晶粒粗大。
发明内容
本发明的目的是为了解决在镦粗时变形不均匀而提出的一种成形模具，提高了工件的尺寸精度，能获得机械性能良好、成形良好的锻件。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，包括凸模和分体模，所述分体模包括可上下开合的上模和下模，上模与上压力机相连，上模和下模合并形成“十”字形的型腔，型腔具有横向通道和垂直于横向通道的纵向通道，横向通道的长度大于纵向通道的长度；
所述上模设有凸模通道，凸模通道连通纵向通道使纵向通道通向上模上表面，凸模通道可配合凸模。
本发明的设计原理是，由于镦粗变形是极度不均匀变形的过程，所以要实现均匀变形，就需要改变不同变形区的应力状态，让各个变形区在变形过程中的应变尽可能相当，因此，采用上述方案后，可将坯料放在模具中镦粗，利用经过拓扑优化的该模具结构，实现对变形过程中坯料不同部位的应力应变状态的控制。
本发明的增益效果在于：
1)一道次镦粗不能完成坯料的变形均匀，则将模具设计成“十”字形型腔，这样有利于在一道次镦粗完后，将坯料翻转90°继续镦粗；为了保证每次变形都是镦粗变形，其横向通道的尺寸和纵向通道的尺寸不相等(即横向通道长度大于纵向通道的长度)，这样在多次反复变形后，可以基本实现坯料的均匀变形，消除各向异性，实现无各向异性坯料的均匀镦粗。并且，本发明的镦粗过程可在一套模具下反复成形，节省成本，方便操作。
2)成形的关键是如何减小飞边。由于金属在塑性变形时，其质点会沿阻力最小的方向流动，上模下压型腔内的坯料时，坯料沿径向的阻力是最小的，若上模封闭(纵向通道不通向上模上表面)，则在下压时极易产生严重的飞边。因此，本发明在上模上表面开通纵向通道，并增设凸模与纵向通道配合，来避免飞边的产生。
优选地，该模具还包括上模具组件，上模通过上模具组件与上压力机相连，上模具组件用于固定上模。
优选地，所述上模和下模之间设有紧固装置，上模合并在下模时上模通过固定装置紧密固定在下模上。
优选地，该模具还包括顶出机构，顶出机构设于下模底部，顶出机构向上运动顶出下模和坯料。
优选地，所述凸模的下端形成弧形面，该弧形面与所述纵向通道的下表面形状相同。
附图说明
图1为本发明实施例圆棒状坯料在镦粗时变形区的受力示意图，其中，σ1为切向应力，σ2为径向应力，σ3为轴向应力；
图2为本发明实施例第一道次成形时模具工作和坯料变形的示意图；
图3为本发明实施例第二道次及之后道次成形时模具工作和坯料变形的示意图；
图4为本发明实施例放入坯料后，凸模下压前工作状态示意图；
图5为本发明实施例的上模示意图；
图6为本发明实施例的下模示意图；
图7为本发明实施例的凸模示意图。
附图标记说明：
1-分体模，11-上模，12-下模，13-型腔，14-凸模通道，131-纵向通道，132-横向通道，2-凸模，21-弧形面，3-坯料。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，请参阅图2-7，包括分体模1、凸模2、上模具组件(图中未示出)和顶出机构(图中未示出)。
如图5和图6所示，所述分体模1包括可上下开合的上模11和下模12，上模11通过上模具组件与上压力机相连，上模具组件用于固定上模11，从而使上压力机带动上模11下行。
上模11下行与下模12合并形成“十”字形的型腔13，型腔13具有横向通道132和纵向通道131，纵向通道131垂直于横向通道132，横向通道132的长度L1大于纵向通道131的长度L2，如图2所示，所述上模11设有凸模通道14，凸模通道14连通纵向通道131使纵向通道131通向上模11上表面，凸模通道14既是供凸模2配合，也是一道次时的坯料3入料口。
顶出机构设于下模12底部，顶出机构向上运动顶出下模12和坯料3。
在一实施例中，所述凸模2的下端形成弧形面21，该弧形面21与所述纵向通道131的下表面形状相同，使通过凸模2下端挤压成形出的坯料3形状与通过纵向通道131的下表面挤压成形出的坯料3形状相同、对称。
无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗方法，包含以下步骤：
(1)成形前准备：将圆棒状坯料3加热到成形温度并倒圆角；将预热保温后的模具安装在压力机上；在即将与坯料3接触的上模11、下模12、凸模2的表面均匀的涂抹油基石墨润滑剂，随后将预热好的坯料3放置到上模11的凸模通道14处；
(2)第一道次成形：首先是分体模1合并到位阶段，上压力机带动上模具组件下行，从而带动上模11下行，如图2所示，上模11与下模12逐渐接触合并，型腔13封闭，再将凸模2从凸模通道14配合置入、放置在坯料3上方，然后用凸模2将坯料3压入型腔13，完成第一道次成形；
(3)出料：先停止上压力机向下运动，取出凸模2，上压力机反向向上运动，带动上模11上升并与坯料3脱离，接着，顶出机构向上运动，下模12和坯料3在顶出机构的作用下被顶出，然后，工件取出时将下模12一起顶出，分开下模12取出工件；
(4)第二道次成形：先将第一道次成形的坯料3旋转90°放入未合并的上下模12之间，由于横向通道132和纵向通道131的长度不等，旋转90°后的坯料纵向尺寸大于横向尺寸，所以此时坯料3顶住上模11使上模11未能合并；首先上压力机带动上模具组件下行，从而带动上模11下行，上模11与下模12逐渐接触合并，在这过程中，坯料3再次变形，因为上模11上设有凸模通道14，且由于金属在塑性变形时，其质点会沿阻力最小的方向流动，即坯料3上流流向凸模通道14，所以避免产生严重飞边，最后，将凸模2置入凸模通道14，将凸模通道14内多余金属压入型腔13，完成第二道次成形；
(5)出料以及多道次成形：可重复步骤(3)和步骤(4)，得到多道次成形的工件，尺寸精度更高，机械性能更优秀。
为了防止上模11和下模12合并时产生错位现象，所述上模11和下模12之间设有紧固装置，上模11合并在下模12时上模11通过固定装置紧密固定在下模12上。
本发明的多道次镦粗变形可在一套模具下进行，经过“十”字形型腔多道次变形的棒料，可以基本实现均匀变形，消除各向异性，实现无各向异性坯料的均匀镦粗。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，其特征在于：包括凸模和分体模，所述分体模包括可上下开合的上模和下模，上模与上压力机相连，上模和下模合并形成“十”字形的型腔，型腔具有横向通道和垂直于横向通道的纵向通道，横向通道的长度大于纵向通道的长度；
所述上模设有凸模通道，凸模通道连通纵向通道使纵向通道通向上模上表面，凸模通道可配合凸模。
2.根据权利要求1所述的无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，其特征在于：该模具还包括上模具组件，上模通过上模具组件与上压力机相连，上模具组件用于固定上模。
3.根据权利要求1所述的无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，其特征在于：所述上模和下模之间设有紧固装置，上模合并在下模时上模通过固定装置紧密固定在下模上。
4.根据权利要求1所述的无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，其特征在于：该模具还包括顶出机构，顶出机构设于下模底部，顶出机构向上运动顶出下模和坯料。
5.根据权利要求1所述的无各向异性镁合金棒料的均匀镦粗模具，其特征在于：所述凸模的下端形成弧形面，该弧形面与所述纵向通道的下表面形状相同。
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