CN110665984A - 一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，该方法涉及一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形模具，该模具包括镶块、与压力机连接的凸模、与转动机构连接的凹模以及顶出机构，凹模内设型腔，型腔设有入料口，且型腔内还设有挤压工作带，镶块安装在挤压工作带处，本发明在传统挤压的基础上施加扭矩，可通过改变旋转的速度，增加旋转的周数，改善在旋转成形下产生的梯度组织，实现组织的均匀变形，通过改变变形体内部应力应变状态，产生较大剪切应变量，形成具有大角晶界的细晶结构，降低构件的各向异性，本发明的镶块结构形式可在磨损后及时更换，避免凹模报废导致的成本提高，从而提高模具寿命，在锻压行业推广经济效益显著。

Description

一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法

技术领域

本发明属于金属塑性加工工艺及成形技术领域，特别涉及一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法。

背景技术

挤压因其高效、优质、低消耗的优点，在金属材料的塑性成形领域得到广泛应用。传统的挤压加工方式指：对放在模具型腔内的金属棒料施加外力，迫使金属从模孔中挤出，获得所需断面形状、尺寸并具有一定力学性能的制件。正挤压变形时棒料大致分为：变形区、不变形区和死区。在变形区内，金属流动不均匀，中心层流动快，外层流动慢；当进入稳定变形阶段以后，不均匀变形的程度是相同的。在凹模出口转角处会产生程度不同的金属“死区”。由于正挤压过程中各变形区的应力、应变状态不同，不同区域的变形量不同，变形极不均匀，在挤压过程中易形成强烈的基面织构，使其表现出强烈的各向异性。挤压时金属处于三向压应力状态，虽然会使得金属的塑性得到提高，但由于附加应力的存在，导致在挤压低塑性材料时往往会产生裂纹，从而导致产品报废，制约了挤压工艺应用的广泛性。

发明内容

本发明的目的是提出的一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，显著降低轴向挤压力，消除挤压变形织构，减少各向异性，使成形件变形更加均匀，大大提高了成形工件的力学性能，提高了材料利用率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，该方法涉及一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形模具，该模具包括镶块、与压力机连接的凸模、与转动机构连接的凹模以及顶出机构，凹模内设型腔，所述型腔设有入料口，且型腔内还设有挤压工作带，镶块安装在挤压工作带处，该方法包括以下步骤：

S1成形前准备：将棒材加热到成形温度并倒圆角；将预热保温后的凸模安装在压力机上，凹模安装在转动机构上，镶块从型腔置入并安装在挤压工作带处；在即将与棒材接触的凸模、凹模、镶块的表面均匀的涂抹油基石墨润滑剂，随后将预热好的棒材从凹模的入料口置入型腔内；

S2开始成形：首先压力机带动凸模轴向进给，将棒材沿轴向推至挤压工作带处与镶块开始接触，然后由转动机构旋转带动凹模旋转，进而凹模带动镶块旋转，从而实现棒材的扭转；最后，凸模继续带动棒材进给，在镶块与凸模的共同作用下达到同时扭转、同时挤压，直到棒材成形为成形件；

S3出料：停止压力机轴向运动后驱动压力机反轴向运动，带动凸模退出凹模并与成形件脱离，最后，由顶出机构顶出成形件，完成出料。

优选地，所述凸模的末端为冲头，冲头从入料口置入并挤压棒材，冲头的底面开设一限位槽，棒材与冲头的底面接触的端面随挤压形变产生配合限位槽形状的限位块，当在S2步骤时，通过限位块嵌入限位槽使凸模限制棒料随凹模旋转而旋转。

本发明与传统正挤压方法相比的优势在于：

(1)对凹模增加扭矩后，正挤压过程中各变形区的应力状态发生改变，特别是改变难变形区与变形区的应力应变状态，增加变形的均匀性；

(2)经过挤压工作带的棒材金属除了沿加载的轴向流动外，增加沿周向产生的扭转变形，且扭转变形量可随旋转的速度及旋转周数增加而改变，从而实现在挤压比较小时获得高力学性能的棒材；

(3)在相同结构条件下，可减小成形载荷及设备吨位，从而实现“小设备干大活”的目的；

(4)采用镶块结构，在凸模和凹模不变的情况下，更换成形部件，即可改变挤压比，改变材料的变形程度，实现一套模具成形多种型号棒材的目的，大大降低生产成本。本发明利用在挤压过程中增加主动剪应力，降低材料成形流动应力，细化晶粒，消除挤压变形织构，实现均匀无各向异性的棒材的挤压成形。同时，采用镶块结构，有利于在磨损后便于及时更换，从而提高模具寿命，在锻压行业推广经济效益显著。

附图说明

图1为本发明一实施例凸模的结构示意图；

图2为图1中凸模冲头的仰视图；

图3为图1中凸模冲头的侧视图；

图4为本发明一实施例凹模的结构示意图；

图5为本发明一实施例凹模的俯视图；

图6为本发明一实施例镶块的俯视图；

图7为图6中沿A-A方向的剖视图；

图8为本发明一实施例镶块的仰视图；

图9为本发明一实施例模具装配示意图；

图10为本发明一实施例工作过程示意图。

附图标记说明：

1-镶块，11-卡槽，12-斜槽，2-凸模，21-冲头，22-限位槽，3-凹模，31- 型腔，311-入料口，312-挤压工作带，3121-卡块，4-棒材。

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，请参阅图1-10。

一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形模具，请重点参阅图1、图2、图7和图9，包括镶块1、与压力机(图中未示出)连接的凸模2、与转动机构(图中未示出)连接的凹模3以及顶出机构(图中未示出)，所述凸模2 连接压力机进行轴向运动，所述凹模3连接转动机构进行周向转动运动，凹模3内设型腔31，所述型腔31设有入料口311，且型腔31内还设有挤压工作带312，入料口311供镶块1、棒材4和凸模2置入。

如图1至图3所示，所述凸模2的末端为冲头21，冲头21从入料口311 置入并挤压棒材4，冲头21的底面开设一限位槽22，棒材4与冲头21的底面接触的端面随挤压形变产生配合限位槽22形状的限位块(图中未示出)，通过限位块嵌入限位槽22使凸模2限制棒料4随凹模3旋转而旋转。

所述镶块1安装在所述挤压工作带312处，挤压工作带312形成凸起的卡块3121，在一实施例中，如图4所示，卡块3121的数量为两个，两个卡块 3121沿轴中心线对称分布，镶块1对应卡块3121的位置形成卡槽11，当镶块1从入料口311置入到挤压工作带312处时，镶块1通过卡槽11与卡块3121 的配合从而安装在挤压工作带312处，卡槽11与卡块3121的设计能牢牢将镶块1卡接在挤压工作带312处，使镶块1随着凹模3旋转而旋转，结构简单，便于拆卸。经过挤压工作带的棒材金属除了沿加载的轴向流动外，增加沿周向产生的扭转变形。

为了能使扭转角度更倾斜，扭转成形的效果更好，所述镶块1沿周向均布设有若干个斜槽12，如图6所示，斜槽12为绕镶块1中心轴产生偏转的凹槽，斜槽12能增强同时扭转、同时挤压时的成形效果。

在一实施例中，所述顶出机构位于远离入料口的型腔内。

一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，如图10所示，包含以下步骤：

(1)成形前准备：将棒材4加热到成形温度并倒圆角；将预热保温后的凸模2安装在压力机上，凹模3安装在转动机构上，镶块1从型腔31的入料口311置入并安装在挤压工作带312处；在即将与棒材4接触的凸模2、凹模 3、镶块1的表面均匀的涂抹油基石墨润滑剂，随后将预热好的棒材4从凹模 3的入料口311置入型腔31内；

(2)开始成形：首先压力机带动凸模2轴向进给，将棒材4沿轴向推至挤压工作带312处与镶块1开始接触，然后当棒材4流动到斜槽12内并充满时，由转动机构旋转带动凹模3旋转，进而凹模3带动镶块1旋转，从而实现挤压工作带312处的棒材4扭转；最后，凸模2继续带动棒材4进给，在镶块1与凸模2的共同作用下达到同时扭转、同时挤压的效果，直到棒材4 成形为成形件；在挤压过程中，由于凹模3的旋转提供周向扭矩，大大减小摩擦力，从而大幅降低轴向挤压力，提高了材料利用率，促进棒材4的均匀流动，提高成形均匀性，消除挤压变形织构，大幅降低成形件轴向和周向性能差异，改善成形性能；边扭转边挤压的大塑性变形过程，有助于提高成形工件力学性能。

(3)出料：停止压力机轴向运动后驱动压力机反轴向运动，带动凸模2 退出凹模3并与成形件脱离，最后，由顶出机构(图中未示出)顶出成形件，完成出料。

本发明在传统挤压的基础上施加扭矩，可通过改变旋转的速度，增加旋转的周数，改善在旋转成形下产生的梯度组织，实现组织的均匀变形。本发明将凹模3挤压工作带312部位设计成镶块1结构形式。一方面，工作带部位的镶块磨损后可及时更换，避免凹模3报废导致的成本提高，从而提高模具寿命，在锻压行业推广经济效益显著；另一方面，可将挤压工作带和镶块系列化，通过更换不同的镶块1，得到不同挤压比的成形件。本发明在成形过程中凹模3施加转动，通过改变变形体内部应力应变状态，产生较大剪切应变量，可细化晶粒，形成具有大角晶界的细晶结构，保证挤压成形件的组织均匀，降低成形件的各向异性。

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 (2)

1.一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，该方法涉及一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形模具，该模具包括镶块、与压力机连接的凸模、与转动机构连接的凹模以及顶出机构，凹模内设型腔，所述型腔设有入料口，且型腔内还设有挤压工作带，镶块安装在挤压工作带处，该方法包括以下步骤：

S1成形前准备：将棒材加热到成形温度并倒圆角；将预热保温后的凸模安装在压力机上，凹模安装在转动机构上，镶块从型腔置入并安装在挤压工作带处；在即将与棒材接触的凸模、凹模、镶块的表面均匀的涂抹油基石墨润滑剂，随后将预热好的棒材从凹模的入料口置入型腔内；

S2开始成形：首先压力机带动凸模轴向进给，将棒材沿轴向推至挤压工作带处与镶块开始接触，然后由转动机构旋转带动凹模旋转，进而凹模带动镶块旋转，从而实现挤压工作带处棒材的扭转；最后，凸模继续带动棒材进给，在镶块与凸模的共同作用下达到同时扭转、同时挤压，直到棒材成形为成形件；

S3出料：停止压力机轴向运动后驱动压力机反轴向运动，带动凸模退出凹模并与成形件脱离，最后，由顶出机构顶出成形件，完成出料。

2.根据权利要求1所述的一种无各向异性的镁合金棒材的挤压成形方法，其特征在于：所述凸模的末端为冲头，冲头从入料口置入并挤压棒材，冲头的底面开设一限位槽，棒材与冲头的底面接触的端面随挤压形变产生配合限位槽形状的限位块，当在S2步骤时，通过限位块嵌入限位槽使凸模限制棒料随凹模旋转而旋转。

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