CN111203503B - 大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法，包括步骤①下料，②均匀化处理，③坯料和模具加热并保温，④坯料放入第二下型腔中，⑤凸模向下运动挤压坯料完全进入第二下型腔，⑥先移除上凹模，然后T型顶杆上行，推动竖杆从竖槽向上伸出并顶出内凹模，直到内凹模的环槽露出外凹模时，将卡环卡入环槽，⑦顶杆下降复位带动竖杆收缩复位，凸模上行离开坯料，在凸模下部套接凸模套环，⑧凸模下行进入第二下型腔挤压坯料底部逐渐充满第一下型腔，第一下型腔的坯料开始向上顶出内凹模，同时底部坯料继续填充第一下型腔，待坯料的顶部高度平齐后，凸模停止下行。本发明巧妙利用顶杆机构来活动改变型腔结构，成形更饱满，稳定性更强，节省材料。

Description

大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法

技术领域

本发明属于金属挤压成形技术，适用于高径比远远大于3的大高径比镁合金铸棒的连续大变形制坯。

背景技术

连续镦粗变形是指铸棒(以下称作棒料或坯料)在镦粗变形过程中，通过更换不同的凸模、凹模等，连续变换不同工作截面，利用多道次变形累积更大的应变量，从而达到细化晶粒的目的，其原理图如图1所示。第一步：将D1×H1坯料放置在第一组模具中进行第一道次镦粗成形，完成后坯料尺寸为D2×H2；第二步：将D2×H2坯料放置在第二组模具中进行第二道次镦粗成形，完成后坯料尺寸为D3×H3(可以继续镦粗，从而得到想要的坯料尺寸)，至此，完成连续镦粗成形。虽然该工艺结构简单，操作方便。但仍然存在以下不足：

连续镦粗变形过程中由于坯料尺寸不同，模具更换频繁，生产成本高。对于大高径比棒料的连续镦粗变形，其成形效果也不易保证。

镦粗变形是一个不均匀的变形过程。圆柱体坯料在进行镦粗时，高径比(h/D)一般限制在2.5以内。尤其是，当高径比大于3时，圆柱体坯料会产生失稳现象，产生“双鼓形”和折叠缺陷，使得后续变形无法进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法，巧妙利用顶杆机构来活动改变型腔结构，成形更饱满，稳定性更强，且节省材料。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法，包括以下步骤：

S1：圆柱体镁合金棒料下料；

S2：对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理，形成圆柱体坯料；

S3：将圆柱体坯料加热到成形温度并保温，并将连续镦粗制坯模具加热到圆柱体坯料温度以上并保温；所述镦粗制坯模具包括安装在压力机的上工作台的凸模、凸模套环、上凹模、下凹模、卡环和顶杆机构；所述上凹模同轴安装在下凹模的上方，上凹模内设上型腔，用于坯料置入，所述凸模同轴设置在上型腔上方，凸模的直径与上型腔的直径相同；所述下凹模包括内凹模和固定在压力机的下工作台的外凹模，所述外凹模内设第一下型腔，所述内凹模活动嵌套在第一下型腔中，内凹模的外壁开设可供卡环卡入的环槽，卡环的外径大于内凹模的外径，所述内凹模内设第二下型腔，第二下型腔的直径大于上型腔的直径；所述凸模套环可套接在凸模外侧，套接后的凸模直径与第二下型腔的直径相同；所述顶杆机构包括顶板、竖杆和T型顶杆，所述顶板承托在第一下型腔的下方，顶板在对应内凹模的位置开设竖槽，竖槽供所述竖杆上下伸缩，竖杆的下端连接所述T型顶杆；

S4：将预热保温后的模具安装在压力机上，给凸模、上凹模、下凹模均匀喷涂有机石墨润滑剂；将圆柱体坯料从上凹模的上型腔伸入到内凹模的第二下型腔中，此时坯料底部抵靠在顶板上，坯料顶部存留在上型腔中；

S5：坯料放置后，在连续镦粗成形的初期阶段，压力机上工作台带动凸模向下运动，处在上型腔中的圆柱体坯料逐渐进入到第二下型腔内，继续变形，直至上型腔中的坯料完全进入第二下型腔，此时所有坯料充满第二下型腔，坯料在该过程发生第一次变形；

S6：先移除上凹模，然后T型顶杆上行，推动竖杆从竖槽向上伸出，从而向上顶出内凹模，直到内凹模的环槽露出外凹模时，将卡环配合卡入环槽中；

S7：接着，T型顶杆下降复位带动竖杆收缩复位，凸模上行离开坯料，待凸模完全回程后，在凸模下部套接凸模套环；

S8：再接着，凸模与凸模套环组成的新凸模结构下行进入第二下型腔中，向坯料继续施加向下的作用力，坯料底部逐渐外扩，在第一下型腔中发生第二次变形；在坯料底部逐渐充满第一下型腔、且凸模不断挤压坯料的情况下，第一下型腔的坯料开始向上顶出内凹模，同时坯料继续填充第一下型腔，待坯料的顶部高度平齐后，凸模停止下行，成形完毕；

S9：凸模上行回程，取出内凹模和卡环，顶杆上行带动竖杆和顶板从第一下型腔顶出成形坯料；

S10：最后合模，卸载掉模具，取出零件。

采用上述方案后，本发明的增益效果在于：

一、本发明成形坯料高径比限制在2.5以内，避免“双鼓形”和由于失稳产生的折叠缺陷，实现大规格铸棒连续镦粗大塑性变形，为其他变形工序奠定一定的基础。

二、对于连续多道次镦粗变形过程中由于坯料尺寸不同，需要模具更换频繁的问题，本发明始终只采用同一组模具，有效克服现有连续镦粗变形过程中工艺流程长、装卸模具繁琐的缺陷，降低了生产成本。

三、本发明的特点之一在于灵活运用顶杆机构，与传统模具的顶杆机构不同的是，本案顶杆机构既保留了顶出坯料的基本功能，即在坯料成形后，T型顶杆推动顶板及竖杆顶出坯料；又能在坯料连续镦粗变形时，通过顶杆机构的竖杆推动内凹模向上移动，留出空间，从而改变了型腔的结构，实现在同一组模具上灵活变化型腔结构，这是传统顶杆机构设计时所意想不到的。

四、本发明采用特殊的成形路线，先底部后整体，这种方式的好处是不仅坯料成形得更饱满，而且正向扩挤成形底部使力学性能得到提高，最后利用该饱满的部分反向挤压整体成形，保证坯料不断变形充满型腔，最终使得坯料获得整体大塑性变形。

五、有些现有模具产生大量的余料，既减小了坯料的体积，又增大了清理工作，本发明无余料产生，可以得到完整坯料，让资源得到充分利用，保持节能省材的良好理念。

附图说明

图1是传统镦粗和挤压变形过程的示意图；

图2是本发明一实施例步骤S4连续镦粗变形前将圆柱体坯料放入模具时工作状态示意图

图3是本发明一实施例步骤S5连续镦粗变形过程凸模下部完全进入上型腔中，坯料完全充满第二下型腔时工作状态示意图；

图4是本发明一实施例步骤S6连续镦粗变形过程中移除上凹模，内凹模被顶杆机构顶出并被卡环限制下落时工作状态示意图；

图5是本发明一实施例步骤S7连续镦粗变形过程中凸模完全回程被加上凸模套环时工作状态示意图；

图6是本发明一实施例步骤S8连续镦粗变形过程中，凸模以及凸模套环组成的新凸模结构进入下凹模时工作状态示意图；

图7是本发明一实施例步骤S8连续镦粗变形过程中坯料最终成形完成时工作状态示意图；

图8是本发明一实施例步骤S9连续镦粗成形过程中，凸模以及凸模套环组成的新凸模结构回程后，圆柱形顶杆向上顶出成形坯料时工作状态示意图。

标号说明：凸模1，限位台阶11，凸模套环2，上凹模3，上型腔31，上凸缘32，下凹模4，内凹模41，第二下型腔411，环槽412，外凹模42，第一下型腔421，螺纹孔422，下凸缘423，润滑槽424，紧固孔43，卡环5，顶杆机构6，顶板61，竖槽611，竖杆62，T型顶杆63，垫圈64，凸模固定板7，通孔71，凹模固定板8，倒T型孔81，螺栓9，坯料10。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

本发明涉及一种镁合金铸棒连续镦粗制坯模具，包括安装在压力机的上工作台(图中未示出)的凸模1、凸模套环2、上凹模3、下凹模4、卡环5、顶杆机构6、紧固件(图中未示出)、凸模固定板7、凹模固定板8和螺栓9，如图2所示；凸模固定板7固定于上工作台，凸模固定板7中部开设漏斗状通孔71，所述凸模1的顶部呈漏斗状，凸模1从通孔71置入并与通孔71紧密配合，漏斗状设计简化并稳固凸模1的安装。

所述上凹模3同轴安装在下凹模4的上方，所述外凹模42设有下凸缘423，所述上凹模3对应下凸缘423的位置设有上凸缘32，上凸缘32和下凸缘423同轴开设供紧固件7配合穿置的紧固孔43，使上凹模3固定在外凹模42的上方。上凹模3内设上型腔31，用于坯料10置入，所述凸模1同轴设置在上型腔31上方，凸模1的直径与上型腔31的直径相同，换句话说，上型腔31可供凸模1配合进入；

所述下凹模4包括内凹模41和固定在压力机的下工作台(图中未示出)的外凹模42，所述外凹模42内设第一下型腔421，所述内凹模41活动嵌套在第一下型腔421中，内凹模41的外壁开设可供卡环5卡入的环槽412，卡环5的外径大于内凹模41的外径，所述内凹模41内设第二下型腔411，当卡环5卡入环槽412时，卡环5限制内凹模41下落，内凹模41底部留出第二下型腔411的空间，第二下型腔411的直径大于上型腔31的直径，为坯料在第二下型腔扩挤提供条件；

凹模固定板8固定于下工作台，凹模固定板8设有倒T型孔81用于螺栓9置入，所述外凹模42放置于凹模固定板8上并在对应倒T型孔81的位置开设螺纹孔422，螺栓9伸出倒T型孔81与外凹模42的螺纹孔422配合，这样一来，可以方便外凹模42的装卸。

所述凸模套环2可套接在凸模1外侧，套接后的凸模1与凸模套环2组成的新凸模结构，套接后的凸模1直径与第二下型腔411的直径相同，换句话说，套接后的凸模1可配合进入第二下型腔411；在一实施例中，所述凸模1的外壁凸设限位台阶11，限位台阶11供凸模套环2的顶部抵接，限位台阶11的高度、凸模套环2的长度与上型腔31的高度相同，因此一方面，限位台阶11的高度与上型腔31的高度相同，可以正好做到凸模1下行至极限时不会超过上型腔31，而坯料10能全部被挤压到第二下型腔411中去，另一方面，限位台阶11的高度与凸模套环2的长度相同，使限位台阶11能够定位套接在凸模1上，方便安装。

所述顶杆机构6包括顶板61、竖杆62和T型顶杆63，所述顶板61承托在第一下型腔421的下方，顶板61在对应内凹模41的位置开设竖槽611，竖槽611供所述竖杆62上下伸缩，竖杆62的下端连接所述T型顶杆63。为了减小竖杆62和内凹模41之间的摩擦损耗，所述竖杆62和内凹模41之间设有垫圈64，垫圈64固定在竖杆62顶部。

一种大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法，该方法包括以下步骤：

S1：圆柱体镁合金棒料下料；

S2：对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理；

S3：将圆柱体坯料10加热到成形温度并保温，并将连续镦粗变形过程中所需模具加热到圆柱体坯料10温度以上并保温；

S4：将预热保温后的模具安装在压力机上，给凸模1、上凹模3、下凹模4均匀喷涂有机石墨润滑剂；将经过均匀化热处理的圆柱体坯料10从上凹模3的上型腔31伸入到内凹模41的第二下型腔411中，此时坯料10底部抵靠在顶板61上，坯料10顶部存留在上型腔31中，如图2所示；

S5：坯料10放置后，如图3所示，在连续镦粗成形的初期阶段，压力机上工作台通过凸模固定板7带动凸模1向下运动，处在上型腔31中的圆柱体坯料10逐渐进入到第二下型腔411内，继续变形，直至上型腔31中的坯料10完全进入第二下型腔411，此时所有坯料10充满第二下型腔411，坯料10在该过程发生第一次变形；

S6：先移除上凹模3，如图4所示，然后T型顶杆63上行，推动竖杆62从竖槽611向上伸出，从而向上顶出内凹模41，直到内凹模41的环槽412露出外凹模42时，将卡环5配合卡入环槽412中，由于卡环5的外径大于内凹模41的外径，所以卡环5限制内凹模41下降；在一实施例中，所述外凹模42与内凹模41之间设有润滑槽424，润滑槽424开设在外凹模42的内壁上，润滑槽424有利于润滑外凹模42和内凹模41之间的相对移动；

S7：接着，T型顶杆63下降复位带动竖杆62收缩复位，如图5所示，凸模1上行离开坯料10，待凸模1完全回程后，在凸模1下部套接凸模套环2；

S8：再接着，如图6和图7所示，凸模1与凸模套环2组成的新凸模结构下行进入第二下型腔411中，向坯料10继续施加向下的作用力，坯料10底部逐渐外扩，在第一下型腔421中发生第二次变形；在坯料10底部逐渐充满第一下型腔421、且凸模1不断挤压坯料10的情况下，第一下型腔421的坯料10开始向上顶出内凹模41，同时坯料10继续填充第一下型腔421，待坯料10的顶部高度平齐后，凸模1停止下行，成形完毕；以上成形过程中无余料产生，最终可以得到完整成形坯料10，让资源得到充分利用，保持节能省材的良好理念。

S9：凸模1上行回程，如图8所示，取出内凹模和卡环，顶杆上行带动竖杆62和顶板61从第一下型腔421顶出成形坯料10；

S10：最后合模，将外凹模42与压力机下工作台相连的螺栓9拧松，卸载掉模具，取出零件。在整个过程中，本发明只采用同一组模具，改善频繁更换模具的弊端。

本发明最后成形坯料的高径比限制在2.5以内，避免“双鼓形”和由于失稳产生的折叠缺陷，实现大规格铸棒连续镦粗大塑性变形，为其他变形工序奠定一定的基础。

本发明的特点之一是采用特殊的成形路线，先底部后整体，这种方式的好处是不仅坯料成形得更饱满，而且正向扩挤成形底部使力学性能得到提高，最后利用该饱满的部分反向挤压整体成形，保证坯料不断变形充满型腔，最终使得坯料获得整体大塑性变形。由步骤S6和S9可以看出，本案顶杆机构在成形过程中起到关键的作用，其不仅能在坯料连续镦粗变形时，通过顶杆机构的竖杆推动内凹模向上移动，留出空间，从而改变了型腔的结构，实现在同一组模具上灵活变化型腔结构，这是传统顶杆机构设计时所意想不到的；而且保留了顶出坯料的基本功能，即在坯料成形后，T型顶杆推动顶板及竖杆顶出坯料。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (1)

1.大规格大高径比镁合金铸棒连续镦粗制坯方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：圆柱体镁合金棒料下料；

S2：对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理，形成圆柱体坯料；

S3：将圆柱体坯料加热到成形温度并保温，并将连续镦粗制坯模具加热到圆柱体坯料温度以上并保温；所述镦粗制坯模具包括安装在压力机的上工作台的凸模、凸模套环、上凹模、下凹模、卡环和顶杆机构；所述上凹模同轴安装在下凹模的上方，上凹模内设上型腔，用于坯料置入，所述凸模同轴设置在上型腔上方，凸模的直径与上型腔的直径相同；所述下凹模包括内凹模和固定在压力机的下工作台的外凹模，所述外凹模内设第一下型腔，所述内凹模活动嵌套在第一下型腔中，内凹模的外壁开设可供卡环卡入的环槽，卡环的外径大于内凹模的外径，所述内凹模内设第二下型腔，第二下型腔的直径大于上型腔的直径；所述凸模套环可套接在凸模外侧，套接后的凸模直径与第二下型腔的直径相同；所述顶杆机构包括顶板、竖杆和T型顶杆，所述顶板承托在第一下型腔的下方，顶板在对应内凹模的位置开设竖槽，竖槽供所述竖杆上下伸缩，竖杆的下端连接所述T型顶杆；

S4：将预热保温后的模具安装在压力机上，给凸模、上凹模、下凹模均匀喷涂有机石墨润滑剂；将圆柱体坯料从上凹模的上型腔伸入到内凹模的第二下型腔中，此时坯料底部抵靠在顶板上，坯料顶部存留在上型腔中；

S5：坯料放置后，在连续镦粗成形的初期阶段，压力机上工作台带动凸模向下运动，处在上型腔中的圆柱体坯料逐渐进入到第二下型腔内，继续变形，直至上型腔中的坯料完全进入第二下型腔，此时坯料充满第二下型腔，坯料在该过程发生第一次变形；

S6：先移除上凹模，然后T型顶杆上行，推动竖杆从竖槽向上伸出，从而向上顶出内凹模，直到内凹模的环槽露出外凹模时，将卡环配合卡入环槽中；

S7：接着，T型顶杆下降复位带动竖杆收缩复位，凸模上行离开坯料，待凸模完全回程后，在凸模下部套接凸模套环；

S8：再接着，凸模与凸模套环组成的新凸模结构下行进入第二下型腔中，向坯料继续施加向下的作用力，坯料底部逐渐外扩，在第一下型腔中发生第二次变形；在坯料底部逐渐充满第一下型腔、且凸模不断挤压坯料的情况下，第一下型腔的坯料开始向上顶出内凹模，同时坯料继续填充第一下型腔，待坯料的顶部高度平齐后，凸模停止下行，成形完毕；

S9：凸模上行回程，取出内凹模和卡环，顶杆上行带动竖杆和顶板从第一下型腔顶出成形坯料；

S10：最后合模，卸载掉模具。

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