CN111438213B - 一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法，包括①下料，②均匀化处理，③坯料和模具加热并保温，④涂抹润滑剂，将坯料放入正挤压型腔，⑤正向挤压坯料，坯料经定径带挤入储料型腔，⑥坯料继续受压流动，直至接触到储料型腔的底部时，坯料发生径向流动，并逐渐将储料型腔内空间全部充满，该过程中坯料发生镦粗变形，⑦受凸模的下压作用，坯料金属开始向与储料型腔两侧相通的侧向型腔挤压口流动，发生侧向挤压变形，当凸模行程结束时，侧向挤压过程也结束，⑧脱模。本案实现正向挤压‑镦粗‑侧向挤压大塑性变形一次成形，提高应变量，丰富应力应变状态、改善组织和弱化织构强度，有效的减少了生产工序，适应我国市场经济前景。

Description

一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法

技术领域

本发明属于金属材料塑性加工及成形技术领域，尤其是一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法。

背景技术

镁合金是工程应用中最轻的结构材料，具有高的比强度、比刚度，但镁合金的室温滑移系少，高温力学性能较差，限制了其在工程领域更广泛的应用。通过对镁合金进行塑性变形(如挤压、镦粗、轧制等)，可以细化组织晶粒，显著提高室温和高温力学性能。镁合金型材应用广泛、需求量大，目前针对镁合金型材成形采用的主要方法是正向挤压。正向挤压中型材流出方向与挤压轴相同，具有操作简便、生产灵活性大、挤压件截面跨度大等优点，但其也具有缺点，一方面，在挤压过程中型材所受到的摩擦阻力较大，金属流动不均匀，造成挤压件头尾、内外组织性能差异大，并且单纯依靠正向挤压制得的镁合金型材由于受到的塑性变形力较小，应力应变模式单一，导致晶粒粗大、综合力学性能较差；另一方面在现有的镁合金型材生产中，轴向尺寸较大的型材往往都是通过利用卧式液压机来实现的，而在我国立式液压机的占有量却远远超过卧式液压机，所以我国实际生产情况大部分还是以立式液压机为主，为了适应我国的实际生产情况，并在此基础上，重点强化镁合金的力学性能，本申请人特提出了应用于立式液压机的高强韧镁合金型材大变形复合挤压制备技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法,有效地将正挤压、镦粗以及侧挤压三种塑性变形工艺结合起来，金属流动更均匀，提高应变量，丰富应力应变状态，制备出晶粒细化、织构弱化具有高强韧性的镁合金型材。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法，包括以下步骤：

(1)圆柱体镁合金棒料下料；

(2)对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理，形成圆柱体坯料；

(3)将圆柱体坯料加热到成形温度并保温，并将复合挤压制备模具整体预热等于圆柱体坯料温度并保温；所述复合挤压制备模具包括与立式液压机的上工作台连接的上模具组件、与立式液压机的下工作台连接的下模具组件、凸模和分体凹模，所述凸模固定在上模具组件上，所述分体凹模固定在下模具组件上，凸模同轴位于分体凹模的上方；

所述分体凹模包括上凹模和下凹模，所述上凹模固定在下凹模的上方，并与下凹模形成相通的储料型腔和侧向型腔，储料型腔垂直于侧向型腔，侧向型腔在靠近储料型腔两侧的位置设有侧向挤压定径带，所述上凹模设有供坯料置入的正挤压型腔，正挤压型腔底部出口设有正向挤压定径带，正挤压型腔通过正向挤压定径带与储料型腔连通，所述正挤压型腔的径向尺寸大于储料型腔的径向尺寸，所述储料型腔的径向尺寸大于侧向型腔的径向尺寸；

(4)将预热保温后的模具安装在立式液压机上，并将水基石墨润滑剂均匀的涂抹在凸模、正挤压型腔、正向挤压定径带、储料型腔以及侧向挤压定径带的表面，再将经过了均匀化热处理的圆柱体坯料放入正挤压型腔内；

(5)立式液压机带动凸模向下运动，凸模接触圆柱体坯料并开始正向挤压坯料，当坯料向下碰撞正向挤压定径带后，坯料沿定径带的内收面开始向储料型腔移动，坯料进行正向挤压变形，在正向挤压变形后坯料在凸模带动下继续向下运动；

(6)当坯料接触到储料型腔的底部时，坯料不断受挤并产生径向流动，逐渐将储料型腔内空余的空间全部充满，该过程中坯料下部在进行镦粗变形时，坯料上部仍在进行正向挤压变形；

(7)坯料将储料型腔内空间全部充满后，受凸模的下压作用，坯料金属开始向与储料型腔两侧相通的侧向型腔流动，此时坯料经过侧向挤压定径带发生变形，当凸模行程结束时，侧向挤压过程也相继结束；

(8)立式液压机先带动凸模向上回程，然后拆卸上凹模、下凹模，即打开分体凹模，后将镁合金型材成形件取出，完成脱模。

采用上述方案后，本发明的增益效果在于：

1、本发明将正向挤压、镦粗变形和侧向挤压这三种镁合金塑性变形方式结合起来，正挤压型腔的坯料碰撞于定径带，该部分的金属流动速度加快，塑性变形量加大，而后，由于所述储料型腔的径向尺寸大于中间型腔的径向尺寸，所以坯料又在镦粗变形充满整个储料型腔，坯料所受到的塑性变形继续累加，再然后径向挤压使得坯料根部金属获得巨大拉伸变形，塑性变形又不断累加，最终得到了正向挤压-镦粗-侧向挤压大塑性变形一次成形制备高强韧镁合金型材，所制备的镁合金型材具有塑性变形量大、应力应变模式丰富、晶粒细小、组织均匀以及力学性能高等优点。并且，本发明通过将上述三种不同类型的变形方式在一次成形过程中实现，有效的减少了生产工序，降低了生产成本，节约了生产周期，增大了材料利用率。

2、本发明通过利用立式液压机制备具有较大轴向尺寸的高性能镁合金型材，能够显著提高立式液压机的使用范围，大幅度提高立式液压机的利用率，适应我国的行业情况，因此具有广阔的市场前景以及巨大的经济效益。

3、本发明可以根据调节正挤压应变、镦粗应变、侧向挤压应变，从而更为灵活的控制组织，比如侧向挤压行程的挤压织构较强时，就可增大镦粗应变以达到变形需求，变形组织更容易去控制。

附图说明

图1为本发明所提供的一实施例结构示意图；

图2为本发明所提供的一实施例正向挤压工作状态示意图；

图3为本发明所提供的一实施例镦粗变形工作状态示意图；

图4为本发明所提供的一实施例侧向挤压工作状态示意图；

图5为本发明所提供的一实施例分体凹模的俯视示意图；

图6为坯料镦粗变形金属变形流动情况状态示意图；

图7为坯料侧向挤压金属变形流动情况状态示意图。

标号说明：

1—上模板；2—上垫板；3—上模座；4—凸模；5—上凹模；6—下凹模；7—下垫板；8—下模板；9—正挤压型腔；10—正向挤压定径带；11—侧向挤压定径带；12—储料型腔；13—侧向型腔；14—内收面；15—安装孔；16—坯料。

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。

本发明涉及一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备模具，包括与立式液压机的上工作台连接的上模具组件、与立式液压机的下工作台连接的下模具组件、凸模4和分体凹模，凸模4同轴位于分体凹模的上方。

所述分体凹模包括上凹模5和下凹模6，所述上模具组件包括与液压机的上工作台连接的上模板1、与上模板1相接的上垫板2、与所述上垫板2相接的上模座3，所述上模座3的中部开设安装孔15，供凸模4安装，使得所述凸模4固定在上模具组件上；所述下模具组件包括与液压机的下工作台连接的下模板8、下垫板7，所述下模板8、下垫板7和下凹模6从下至上固定在一起，使得所述分体凹模固定在下模具组件上。

所述上凹模5固定在下凹模6的上方，并与下凹模6形成相通的储料型腔12和侧向型腔13，储料型腔12垂直于侧向型腔13，侧向型腔13在靠近储料型腔12两侧的位置设有侧向挤压定径带11，所述上凹模5设有供坯料16置入的正挤压型腔9，正挤压型腔9底部出口设有正向挤压定径带10，正向挤压定径带10向内渐收，正挤压型腔9通过正向挤压定径带10与储料型腔12连通，所述正挤压型腔9的径向尺寸大于储料型腔12的径向尺寸，所述储料型腔12的径向尺寸大于侧向型腔13的径向尺寸。

为了促进正向挤压定径带10的金属流动，避免形成“死区”，所述正向挤压定径带10的内收面14带有向下倾斜的倾斜度。

一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法，包括以下步骤：

(1)圆柱体镁合金棒料下料；(2)对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理，形成圆柱体坯料16；(3)将圆柱体坯料16加热到成形温度并保温，并将模具整体预热等于圆柱体坯料16温度并保温；(4)如图1所示，将预热保温后的模具安装在立式液压机上，并将水基石墨润滑剂均匀的涂抹在凸模4、正挤压型腔9、正向挤压定径带10、储料型腔12以及侧向挤压定径带11的表面，再将经过了均匀化热处理的圆柱体坯料16放入正挤压型腔9内；(5)如图2所示，立式液压机带动凸模4向下运动，凸模4接触圆柱体坯料并开始正向挤压坯料16，当坯料16向下碰撞正向挤压定径带10后，坯料16沿正向挤压定径带10的内收面14开始向储料型腔12移动，坯料16进行正向挤压变形，在正向挤压变形后坯料16在凸模4带动下继续向下运动(6)如图3所示，由于正挤压型腔9的径向尺寸小于储料型腔12的径向尺寸，所以从正挤压型腔9下来的坯料尺寸小于储料型腔12的尺寸，当接触到储料型腔12的底部时，坯料16不断受挤并产生径向流动，逐渐将储料型腔12内空余的空间全部充满，该过程中坯料16发生镦粗变形，除此之外，坯料16下部在进行镦粗变形时，坯料16上部仍在进行正向挤压变形；(7)如图4所示，坯料16将储料型腔12内空间全部充满后，受凸模4的下压作用，坯料16金属开始向与储料型腔12两侧相通的侧向型腔13流动，此时坯料16经过侧向挤压定径带11发生变形，当凸模4行程结束时，侧向挤压过程也相继结束；(8)立式液压机先带动凸模4向上回程，然后拆卸上凹模5、下凹模6，即打开分体凹模，后将镁合金型材成形件取出，完成脱模。

在所述的正向挤压变形过程中，坯料16的边部直接受到凸模4的作用属于直接受力压缩区，加上正向挤压定径带10产生的作用，此时径向压应力为最大主应力，径向拉应变为最大主应变。而坯料16心部金属变形主要是受到边部金属压力的作用，属于间接受压区，轴向应力应变为最大主应力和主应变。

经过正挤压变形后，在所述的镦粗变形过程中，坯料16在接触到储料型腔12底部后，会进行镦粗变形，直至其将储料型腔12全部充满，镦粗结束。从镦粗变形的角度而言，坯料16的上部及下部分别与凸模4及储料型腔12底部直接接触，摩擦阻力大，变形程度小属于难变形区。坯料16的内部(图6中Ⅱ区)变形程度最大，属于大变形区。坯料16的边部(图6中Ⅲ区)变形程度居中，坯料16内部金属流动会对坯料16边部产生径向压应力，这就使这一部分金属切向受拉应力，而且越靠近坯料16表面，这一切向拉应力越大，应变也就越大。

在所述的侧向挤压变形过程中，当坯料16经镦粗变形充满整个储料型腔12后，便直接开始从位于储料型腔12对称分布的侧向型腔13中流出，此时金属流动方向与凸模4运动方向垂直。从金属流动角度来看，凸模4下端附近的金属,在未进入某一区域时网格并未发生变形,说明这部分金属作刚性平移。这部分金属即称为弹性变形区(图7中Ⅰ区)。侧向型腔13附近的坯料16由于受到较大的剪切力，会发生较大的剪切变形，金属流动最为剧烈属于大变形区(图7中Ⅱ区)。工件底部为难变形区,拐角处被称为死区(图7中Ⅲ区)。在金属径向流动过程中，由于受到下凹模内壁与变形金属间摩擦的影响，中心金属流动较快而表面金属流动较慢。在各枝的端部由于这部分金属原来就在侧向型腔腔口附近，受到挤压时迅速向外挤出，因此在越靠近根部的位置金属拉伸变形越大。金属在流动过程中与侧型腔内壁造成的摩擦力过大，本案特别在侧向型腔中添加了侧向挤压定径带，侧向挤压定径带与正向挤压定径带的结构相同；通过上述的三次塑性变形，镁合金型材受到的塑性变形量逐渐累加，应力应变模式在成形过程中不断改变，其组织发生多级动态再结晶，晶粒变得细小而均匀，相应的力学性能也会显著提高。

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)

1.一种立式液压机用镁合金型材大变形复合挤压制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)圆柱体镁合金棒料下料；

(2)对圆柱体镁合金棒料进行均匀化处理，形成圆柱体坯料；

(3)将圆柱体坯料加热到成形温度并保温，并将复合挤压制备模具整体预热等于圆柱体坯料温度并保温；所述复合挤压制备模具包括与立式液压机的上工作台连接的上模具组件、与立式液压机的下工作台连接的下模具组件、凸模和分体凹模，所述凸模固定在上模具组件上，所述分体凹模固定在下模具组件上，凸模同轴位于分体凹模的上方；

所述分体凹模包括上凹模和下凹模，所述上凹模固定在下凹模的上方，并与下凹模形成相通的储料型腔和侧向型腔，储料型腔垂直于侧向型腔，侧向型腔在靠近储料型腔两侧的位置设有侧向挤压定径带，所述上凹模设有供坯料置入的正挤压型腔，正挤压型腔底部出口设有正向挤压定径带，正挤压型腔通过正向挤压定径带与储料型腔连通，所述正挤压型腔的径向尺寸大于储料型腔的径向尺寸，所述储料型腔的径向尺寸大于侧向型腔的径向尺寸；

(4)将预热保温后的模具安装在立式液压机上，并将水基石墨润滑剂均匀的涂抹在凸模、正挤压型腔、正向挤压定径带、储料型腔以及侧向挤压定径带的表面，再将经过了均匀化热处理的圆柱体坯料放入正挤压型腔内；

(5)立式液压机带动凸模向下运动，凸模接触圆柱体坯料并开始正向挤压坯料，当坯料向下碰撞正向挤压定径带后，坯料沿定径带的内收面开始向储料型腔移动，坯料进行正向挤压变形，在正向挤压变形后坯料在凸模带动下继续向下运动；

(6)当坯料接触到储料型腔的底部时，坯料不断受挤并产生径向流动，逐渐将储料型腔内空余的空间全部充满，该过程中坯料下部在进行镦粗变形时，坯料上部仍在进行正向挤压变形；

(7)坯料将储料型腔内空间全部充满后，受凸模的下压作用，坯料金属开始向与储料型腔两侧相通的侧向型腔流动，此时坯料经过侧向挤压定径带发生变形，当凸模行程结束时，侧向挤压过程也相继结束；

(8)立式液压机先带动凸模向上回程，然后拆卸上凹模、下凹模，即打开分体凹模，后将镁合金型材成形件取出，完成脱模。

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