CN111451309A - 一种异型方管的热挤压模具及热挤压整体成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异型方管的热挤压模具及热挤压整体成型方法，属于挤压成型技术和异型材制造技术领域，解决了现有技术中无法利用热挤压整体成型方法制备异型方管的问题。本发明提供的异型方管热挤压整体成型方法包括：步骤1、对坯料进行加热处理并扩孔；步骤2、扩孔后对坯料进行第二次加热处理；步骤3、利用异型方管热挤压模具对坯料进行热挤压；步骤4、将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。本发明制备的异型方管表面质量良好，尺寸精度较高，且经过理化分析和力学性能测试，性能指标均符合设计要求，整体质量达到工业用途要求。

Description

一种异型方管的热挤压模具及热挤压整体成型方法

技术领域

本发明涉及挤压成型技术和异型材制造技术领域，尤其涉及一种异型方管的热挤压模具及热挤压整体成型方法。

背景技术

异型方管属于特种异型材，应用于航空、航天、舰船等领域，由于其形状具有流线性，是良好的承力结构。

在国内这种异型方管的成型方法一般采用拼接后焊接的方法。而采用热挤压方法整体成型生产异型方管尚未见文献报道。

由于热挤压整体成型方法可以一次成型且保证性能与尺寸要求，但是这种成型方法也存在难点，加热工艺、工模具设计、润滑效果、变形工艺设计无论哪个环节出问题都会导致该成型方法的失败。

另外，现有的热挤压材截面为非对称结构，易于发生严重的变形。且坯料加热温度过高，组织中晶粒易于粗大，温度过低，需要更高得挤压力，出现挤压机无法挤出得现象，降低了模具寿命。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种异型方管用的热挤压模具及热挤压整体成型方法，用以解决现有技术中无法利用热挤压整体成型方法制备异型方管的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种异型方管的热挤压模具，包括具有异型空腔的模腔套，模腔套内设有热挤压芯棒，模腔套与热挤压芯棒之间的区域构成异型方管模腔孔；

异型方管模腔孔下方设有第一挤压导流孔和第二挤压导流孔；模腔套的外形为圆柱体，异型方管模腔孔整体形心位于模腔套径向截面圆心位置；模腔套的两个端面之间的夹角a2＝1°～2°。

在一种可能的设计中，模腔套的外径为415～416mm；以模腔套径向截面的圆心位置为原点在热挤压模具径向截面上建立三维笛卡尔坐标系，横向为X轴方向，纵向为Y轴方向，模腔套沿Z轴方向的厚度为20～40mm；模腔套和芯棒均关于Y轴对称；第一挤压导流孔与第二挤压导流孔关于Y轴对称设置。

在一种可能的设计中，异型空腔包括相连接的第一矩形腔和第二矩形腔，第一矩形腔设于第二矩形腔的上方，第一矩形腔的长度大于第二矩形腔的长度；

第一矩形腔顶部中间位置设有凸出部，凸出部中间位置设有下凹的圆弧部。

在一种可能的设计中，第一矩形腔与第二矩形腔连接处设有倒圆角R1和R4；第一矩形腔顶部两侧设有倒角a1，a1＝45°；第二矩形腔底部关于Y轴对称的两个角处设有圆角，圆角大小为20.26；

芯棒的四角处分别设有相等的圆角R2、R3、R5、R6，圆角R2、R3、R5、R6均等于10.3。

在一种可能的设计中，第一挤压导流孔和第二挤压导流孔均为圆形孔，第一挤压导流孔和第二挤压导流孔的倒角分别为R9、R10；芯棒与第一矩形腔的长边形成模腔孔宽部，芯棒与第二矩形腔的形成模腔孔窄部；

在热挤压模具的进料端，模腔套在模腔孔宽部处设有倒圆角R11；模腔套在模腔孔窄部处设有圆角，圆角大小为15。

另一方面，本发明还提供了一种异型方管的热挤压整体成型方法，采用上述的异型方管的热挤压模具，包括以下步骤：

步骤1、对坯料进行加热处理并扩孔；

步骤2、扩孔后对坯料进行第二次加热处理；

步骤3、利用异型方管热挤压模具对坯料进行热挤压；

步骤4、将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。

进一步地，在步骤1中，采用环形炉加热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温4～5h；保温处理后利用一次感应炉将坯料加热至1150～1180℃出炉。

进一步地，在步骤1中，对加热后的坯料进行扩孔，扩孔头选择60/240mm，扩孔速度100～250mm/s。

进一步地，在步骤2中，第二次加热过程包括扩孔后将坯料放入环形炉加热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温时间≧1h；保温处理后利用第二次感应炉将坯料加热至1190～1220℃，均温后出炉。

进一步地，在步骤3中，利用异型方管的热挤压模具对加热后的坯料进行热挤压，挤压力≤60MN，挤压速度200～300mm/s。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)本发明在扩孔前对坯料进行了预制孔和喇叭口，增加了扩孔的孔位精度，提高了坯料壁厚均匀性。在扩孔与热挤压前进行了除鳞处理，去除了表面氧化皮，避免了热变形时氧化皮进入材料内部，提高了产品质量，且提高了材料的表面质量。

(2)本发明在第二次感应加热时将坯料加热至1190～1220℃后进行热挤压，既降低了降压的过程的变形抗力，又避免了高温铁素体的形成。

(3)本发明公开的异型方管热挤压模具由芯棒与模腔套组成，模腔下开设有两个挤压导流孔，使得模腔整体形心位于模腔套圆面的圆心位置，降低了热挤压过程的变形，并解决异型方管金属充型难题。本发明的模腔套为圆柱体，圆柱体两个端面之间的夹角a1为1°～2°，当热挤压时坯料首先接触模腔孔窄部时，能够避免热挤压过程中模腔孔窄部出现发生较大的变形和拉伤。

(4)采用本发明的热挤压整体成型方法制备的异型方管表面质量良好，尺寸精度在误差范围以内，且经过理化分析和力学性能测试，性能指标均符合设计要求，整体质量达到工业用途要求。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为异型方管结构的截面示意图；

图2为坯料结构截面示意图；

图3为热挤压模具的结构示意图；

图4为模腔套A-A向视图；

图5为模腔套B-B向视图。

附图标记：

1-模腔套；2-芯棒。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种异型方管用热挤压模具，如图1、图3-5所示，包括具有异型空腔的模腔套1，模腔套1内设有热挤压芯棒2，模腔套1与热挤压芯棒2之间的区域构成异型方管模腔孔；异型方管模腔孔下方设有第一挤压导流孔和第二低压导流孔；模腔套1的外形为圆柱体，异型方管模腔孔整体形心位于模腔套1竖截圆面的圆心位置。

具体地，本发明提供的热挤压模具用于挤压异型方管，热挤压模具包括内部设有异型空腔的模腔套1，异型空腔的形状构成异型方管的外部形状；模腔套1内固定有芯棒2，芯棒2的外形构成异型方管模腔孔的内部形状；在异乡方管模腔孔下方设有第一挤压导流孔和第二挤压导流孔，第一挤压导流孔和第二挤压导流孔的作用是减少挤压材的变形。当进行挤压坯料时，坯料从模腔套1和芯棒2构成的异型方管模腔孔进入其内，从而挤压得到异型方管。

需要说明的是，由于本发明的异型方管属于上下不对称结构，上半部分的模腔面积较大，下半部分的模腔面积较小，挤压时上半部分的模腔流过的挤压材的长度较短，下半部分的模腔流过的挤压材的长度较长，从而引发较大程度的变形，通过设置第一导流孔和第二导流孔，增加了下半部分的模腔面积，异型方管的形心与圆柱形模腔套1的圆心重合，进而保证了模腔的对称性，由于第一导流孔和第二导流孔的加入，部分挤压材从第一导流孔和第二导流孔流出，从而减小了下半部分模腔流过的挤压材的长度，使挤压材的变形减小。

现有技术中多采用拼接后焊接的方法挤压异型方管，而本发明通过在模腔套1内固定芯棒2形成异型方管模腔孔，能够实现一体化制备异型方管；采用本发明提供的热挤压模具挤压异型方管能够避免异型方管发生大幅度的弯曲变形，能够满足使用要求，使用要求包括挤压材保持模腔形状以及挤压材弯曲变形小于5cm/m。

本发明以模腔套1的圆心位置为原点在热挤压模具径向截面上建立三维笛卡尔坐标系，横向为X轴方向，纵向为Y轴方向，模腔套1的外径为415～416mm；模腔套1沿Z轴方向的厚度均为20～40mm；模腔套1和芯棒2均关于Y轴对称；第一挤压导流孔与第二挤压导流孔关于Y轴对称设置。

具体地，由于模腔套1的外形为圆柱体，在模腔套1的径向截面上建立坐标系，以模腔套1径向截面圆心位置为原点，模腔套1的厚度方向为Z轴，即模腔套1圆柱体沿Z轴方向的厚度为20～40mm，模腔套1以及芯棒2均关于Y轴对称设置，即模腔套1与芯棒2形成的异型方管模腔孔关于Y轴对称；异型方管模腔孔下方的第一挤压导流孔和第二挤压导流孔关于Y轴对称。

本发明的异型空腔包括相连接的第一矩形腔和第二矩形腔，第一矩形腔设于第二矩形腔的上方，第一矩形腔的长度大于第二矩形腔的长度；第一矩形腔顶部中间位置设有凸出部，凸出部中间位置设有圆弧部。

具体地，如图3所示，设有模腔套1内部的异型空腔外形构成异型方管的外形，本申请为便于描述，将异型空腔分为相连接的第一矩形腔和第二矩形腔(异型空腔实际上为一个整体结构)，第一矩形腔位于第二矩形腔的上方，第一矩形腔沿X轴方向的长边长度大于第二矩形腔沿X轴场边的长度，第一矩形腔两端相对于第一矩形腔多出来的部分形成两个凸缘，两个凸缘同样对于Y轴对称；在第一矩形腔的顶部中间位置设有凸出部，凸出部的外形矩形，在凸出部顶部中间位置设有弧形部，凸出部以及其上的弧形部均关于Y轴对称设置。

如图1和图3所示，本发明的第一矩形腔与第二矩形腔关于Y轴对称的连接处分别设有圆角R1和R4；R1＝R4＝10.2。圆角R1和R4用于控制挤压材形状，即垂直面以圆角过渡，考虑加压后收缩的情况发生，因此将挤压材圆角R1和R4控制为10.2。

如图1和图3所示，凸出部沿X轴的长度为L2＝108.5mm，圆弧部沿X轴的弧长为L3＝50.15mm，圆弧部最底端距凸出部顶端的高度为H1＝22.26mm；第一矩形腔沿X轴的长度为L6+2L7，L6＝240.1mm，L7＝24.55mm；第一矩形腔沿Y轴的宽度为H2＝23.31mm，第一矩形腔顶部两侧设有倒角a1，a1＝45°。

如图3所示，第二矩形腔沿X轴的长度L6＝240.1mm；第二矩形腔沿Y轴的宽度H4＝129.1，第一矩形腔的长边距X轴的距离为H6＝58.87；第二矩形腔底部关于Y轴对称的两个角处分别设有圆角R7和R8；R7＝R8＝20.26。设置挤压材圆角R7和R8是为了控制挤压材形状，即异型方管的垂直面以圆角过渡；将挤压材圆角控制为20.26是考虑加压后收缩的情况进行设置的。

如图3所示，芯棒2为矩形，芯棒2的沿X轴的长度为L5＝216.5mm，芯棒2沿Y轴的宽度为H3＝93.84mm；芯棒2长边距X轴的距离为H5＝46.92mm；芯棒2短边距Y轴的距离为L4＝108.25mm；芯棒2的四角处设有相等的圆角R2、R3、R5、R6，圆角R2、R3、R5、R6均等于10.3。

第一挤压导流孔和第二挤压导流孔均为圆形孔，第一挤压导流孔和第二挤压导流孔的圆心距X轴的距离分别为H7、H8；H7＝H8＝102mm；第一挤压导流孔和第二挤压导流孔的圆角分别为R9、R10，R9＝R10＝20；第一挤压导流孔的圆心距Y轴的距离为L10，第二挤压导流孔的圆心距Y轴的距离为L11，L10＝L11＝39.05mm。

如图3所示，芯棒2与第一矩形腔的长边形成模腔孔宽部(包括两端的凸缘)，芯棒2与第二矩形腔的形成模腔孔窄部，模腔孔窄部的宽度为L8＝11.8mm。

如图4和图5所示，在热挤压模具的进料端，模腔套1在模腔孔宽部处设有圆角R11，R11＝10；模腔套1在模腔孔窄部处设有圆角，具体地，在Y轴的左侧，芯棒2与第一矩形腔的短边形成模腔孔窄部处，模腔套1上设有圆角R13；在Y轴的右侧，芯棒2与第一矩形腔的短边形成模腔孔窄部处，模腔套1上设有圆角R14；在X轴的下方，芯棒2与第一矩形腔的长边形成模腔孔窄部处，模腔套1上设有圆角R12；其中，R12＝R13＝R14＝15；模腔套1沿Z轴方向的两个端面之间的夹角a2为1°～2°。需要说明的是，模腔孔宽部倒圆角相对小些，R1＝10；模腔孔窄部倒圆角相对大些，R12、R13、R14＝15，模腔孔窄部倒的圆角大能有效缓和模腔孔窄部受到的压力，从而避免应力集中，增加模具寿命。

具体地，模腔套1为圆柱体，模腔套1的两个端面之间的夹角为1°～2°，当热挤压坯料时，坯料首先接触模腔孔窄部，避免热挤压过程中模腔孔窄部发生较大的变形和拉伤。

需要说明的是，如图5所示，当坯料被挤出时，坯料必将先触碰模具的下部，而模腔孔窄部位于下部，所以先接触下部。当模腔套1的两个端面之间不设置夹角时，坯料容易在模腔孔宽部先流出，必然在挤压材前端为斜面；当设置端面角度后，坯料先接触模腔孔窄部，并挤出，使得挤压材前端为平直面，减少变形。

模腔套1在模腔孔宽部处倒小的圆角R11＝10，模腔孔窄部处倒大的圆角R12、R13、R14均为15，减少模腔孔窄位置的挤压阻力，增加了模腔孔宽部处阻力，这样就可以使坯料在孔型宽部处和模腔孔窄部处均匀通过，使拉应力降低到最小，挤压材上的应力均匀释放。

模腔L5、H3、L6、H4的尺寸均进行一定程度的放大，放大系数1.02～1.05，将模腔L5、H3、L6、H4的尺寸进行一定程度的放大能够解决冷却收缩导致的L5、H3、L6、H4尺寸不满足要求等问题。

实施例2

本实施例提供一种异型方管热挤压整体成型方法，包括以下步骤：

步骤1、对坯料进行加热处理并扩孔；

步骤2、扩孔后对坯料进行第二次加热处理；

步骤3、利用异型方管热挤压模具对坯料进行热挤压；

步骤4、将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。

需要说明的是，本发明的异型方管热挤压整体成型方法的步骤1中还包括坯料准备，坯料准备的具体过程为：

对锻造圆钢进行表面车削加工、锯切、车磨、预制孔，工艺要求：对圆钢(坯料)外表面车削加工后表面光滑无缺陷，粗糙度≤3.2μm，锯切后坯料的第一端面和第二端面进行车磨加工，第一端面和第二端面的切斜度≤2mm以保证挤压材工件的整体性，坯料加工后的外径

长度900～1000mm，在第一端面进行预制孔，孔位于第一端面的圆心位置，第一端面增加喇叭口，喇叭口开口直径235～240mm，深度182～235mm，喇叭口角度41～46°，孔直径为65～80mm。设置喇叭口以及控制喇叭口的这些参数是为了降低扩孔时的阻力，方便扩孔头的定位。保证扩孔后的圆环坯料的壁厚一致。

在步骤1中，对坯料进行加热处理并扩孔包括采用环形炉(例如电阻炉)预热、第一感应加热和扩孔。

在上述步骤1中，采用环形炉(例如电阻炉)预热的具体过程为：采用环形炉预热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温4～5h；采用环形炉(例如电阻炉)以及控制上述预热条件进行预热是因为电阻炉加热速率慢，能够保证工件加热的温度均匀性。

在上述步骤1中，第一次感应加热的具体过程为：将坯料加热至1150～1180℃，迅速出炉。

在上述步骤1中，扩孔的具体过程为：对加热后的坯料进行扩孔，扩孔前使用玻璃粉进行润滑，扩孔头选择60/240mm，扩孔速度100～250mm/s；对加热后的坯料进行扩孔是为了制备环形坯料，以用来热挤压；而扩孔头的选择与上述喇叭口相配合，降低扩孔时的阻力，保证坯料相对均匀的变形。

在步骤2中，扩孔后对坯料进行第二次加热处理包括采用环形炉(例如电阻炉)加热和第二次感应加热。

在上述步骤2中，采用环形炉(电阻炉)加热的具体过程为：扩孔后将坯料返回环形炉(电阻炉)加热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温≧1h；需要说明的是，扩孔后将坯料从扩孔机取下并运送至环形炉时，材料温度下降，且表面，心部出现温差。感应加热相对于电阻炉加热而言，局部温差较大，热应力较高。若直接采用感应炉加热，局部温差会更大，热应力也更高，局部组织在高温下组织易于粗大，不能保证环形坯料组织的整体均匀性。

在上述步骤2中，第二次感应加热的具体过程为：第二次感应加热为利用感应炉将坯料加热至1190～1220℃，均温2-5min后迅速出炉。

在上述步骤3中，利用异型方管热挤压模具对加热后的坯料进行固定热挤压，挤压前需要调整热挤压模具中心位置，调整位置主要是调整模腔套1与芯棒2之间的位置，使得模腔套1与芯棒2形成的型腔满足之前的尺寸设计，使用塞规对型腔尺寸进行测量，从而实时调整型腔尺寸，降低挤压材的变形，使挤压材达到设计要求，挤压前使用玻璃粉进行润滑，采用特制的异型模具进行挤压，挤压力≤60MN，挤压速度100～300mm/s。

需要说明的是，本发明控制挤压力≤60MN、挤压速度100～300mm/s是因为挤压力过高，将超过设备运行能力，不能完成热挤压。较高的挤压速度例如挤压速度大于300mm/s时，坯料将在变形的过程中温度升高，降低后续变形抗力，使挤压机更容易完成挤压。

在上述步骤4中，将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。

具体地，本发明的挤压材为高强度不锈钢异型方管，在热挤压后在空气中冷却至室温；冷却后检验制品的表面质量并测量其关键部位尺寸。对所得到的高强度不锈钢异型方管进行力学性能及理化性能测试。

在步骤1中，在扩孔前进行除鳞处理，去除坯料表面氧化皮。

在步骤3中，在热挤压前进行除鳞处理，去除坯料表面氧化皮。热挤压过程中也采用玻璃垫、内外表面玻璃粉进行润滑，降低了挤压阻力。

需要强调的是，本发明总的工艺路线为：坯料准备→环形炉(电阻炉)预热→第一次感应加热→扩孔→环形炉(电阻炉)加热→第二次感应加热→热挤压→冷却→检验。本发明先采用环形炉预热，再进行第一次感应加热，经扩孔后再进行环形炉加热和二次感应加热，分别采用两次环形炉加热和两次感应加热是因为环形炉加热工件受热较为均匀，局部温度梯度较小，工件热应力较小，但加热温度过高，会大大降低电阻炉中部分元件的使用寿命，感应加热相对于电阻炉加热而言，局部温差较大，热应力较高，先通过环形炉加热，再通过电阻炉加热，可以保证工件受热的均匀性。

实施例3

本示例利用实施例1提供的异型方管热挤压模具以及实施例2提供的异型方管热挤压整体成型方法进行制备异型方管，具体步骤如下：

步骤1、对坯料进行加热处理并扩孔；

首先，对坯料进行机加工，其过程为：对牌号为S45000的锻造圆钢进行表面车削加工、锯切、车磨、预制孔，工艺要求：对圆钢外表面车削加工后表面光滑无缺陷，粗糙度≤3.2μm，锯切后坯料端面进行车磨加工，两个端面的切斜度≤2mm，坯料加工后的外径

长度900～1000mm，在其中一个端面进行预制孔，孔位于端面圆的圆心位置，喇叭口直径235mm，喇叭口深度200.23mm，喇叭口角度46°，孔直径为65mm。

其次，采用环形炉预热，加热速率为50℃/h，加热至950℃，保温4h；保温后进行第一次感应炉加热，利用第一感应炉将坯料加热至1180℃，保温1min，保温结束后迅速出炉；

再次，出炉后进行扩孔处理，即对加热后的坯料进行扩孔，如图2所示，扩孔前使用玻璃粉进行润滑，扩孔头选择60/240mm，扩孔速度180mm/s。

步骤2、扩孔后对坯料进行第二次加热处理；包括利用环形炉加热和进行第二感应炉加热。即扩孔后将坯料返回环形炉加热，加热速率为50℃/h,加热至950℃，保温1h；利用第二次感应炉将坯料加热至1200℃，保温2min，保温结束后迅速出炉；

步骤3、利用异型方管对坯料进行热挤压；

利用实施例1提供的热挤压模具对加热后的坯料进行热挤压，挤压前使用玻璃粉进行润滑，采用特制的模具进行挤压，挤压力48MN，挤压速度250mm/s。

步骤4、将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。

具体地，将挤压的异型方管在热挤压后在空气中冷却至室温，检验制品的表面质量并测量其关键部位尺寸；对所得到的异型方管进行力学性能及理化性能测试。

力学性能试验按照标准GB/T228、GB/T228和GB/T230，表1列出了试样的实测力学性能；晶粒度按照标准GB/T6394测试，表2列出了实测理化性能参数；表3列出了产品的实测尺寸，尺寸和公差符合GB/T702标准要求。

表1异型方管力学性能参数表

力学性能参数	要求	实测值
			抗拉强度/MPa	≥800	935
屈服强度/MPa	≥550	752
			延伸率/％	≥10	14
断面收缩率/％	≥50	73
			冲击功/J	≥100	140、142
硬度(HRC)	≤30	28.1、28.4、28.2、27.8

表2异型方管理化性能测试表

晶粒度测试标准	性能参数要求	实测值
			GB/T6394	≥4	5

如表2和表3所示，本发明制备的高强度不锈钢异型方管的表面质量、理化性能、力学性能等指标均满足设计要求。

表3.异型方管关键尺寸测量表

如上表3所示，在异型方管头部位置、距异型方管头部1500mm、距异型方管头部3500mm、距异型方管头部5500mm和异型方管尾部处，L5、L6、H3、H4的实际测量尺寸均相差很小，尺寸和公差符合GB/T702标准要求，即制备出的截面为异型方管材的尺寸精度达到了设计要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异型方管的热挤压模具，其特征在于，包括具有异型空腔的模腔套，所述模腔套内设有热挤压芯棒，所述模腔套与所述热挤压芯棒之间的区域构成异型方管模腔孔；

异型方管模腔孔下方设有第一挤压导流孔和第二挤压导流孔；所述模腔套的外形为圆柱体，异型方管模腔孔整体形心位于模腔套径向截面圆心位置；模腔套的两个端面之间的夹角a2＝1°～2°。

2.根据权利要求1所述的热挤压模具，其特征在于，模腔套的外径为415～416mm；以模腔套径向截面的圆心位置为原点在热挤压模具径向截面上建立三维笛卡尔坐标系，横向为X轴方向，纵向为Y轴方向，模腔套沿Z轴方向的厚度为20～40mm；所述模腔套和芯棒均关于Y轴对称；所述第一挤压导流孔与第二挤压导流孔关于Y轴对称设置。

3.根据权利要求2所述的热挤压模具，其特征在于，所述异型空腔包括相连接的第一矩形腔和第二矩形腔，所述第一矩形腔设于第二矩形腔的上方，所述第一矩形腔的长度大于第二矩形腔的长度；

所述第一矩形腔顶部中间位置设有凸出部，所述凸出部中间位置设有下凹的圆弧部。

4.根据权利要求3所述的热挤压模具，其特征在于，所述第一矩形腔与第二矩形腔连接处设有倒圆角R1和R4；第一矩形腔顶部两侧设有倒角a1，a1＝45°；第二矩形腔底部关于Y轴对称的两个角处设有圆角，圆角大小为20.26；

所述芯棒的四角处分别设有相等的圆角R2、R3、R5、R6，所述圆角R2、R3、R5、R6均等于10.3。

5.根据权利要求1所述的热挤压模具，其特征在于，所述第一挤压导流孔和第二挤压导流孔均为圆形孔，第一挤压导流孔和第二挤压导流孔的倒角分别为R9、R10；所述芯棒与第一矩形腔的长边形成模腔孔宽部，所述芯棒与第二矩形腔的形成模腔孔窄部；

在热挤压模具的进料端，模腔套在模腔孔宽部处设有倒圆角R11；模腔套在模腔孔窄部处设有圆角，圆角大小为15。

6.一种异型方管的热挤压整体成型方法，其特征在于，采用权利要求1至5所述的异型方管的热挤压模具，包括以下步骤：

步骤1、对坯料进行加热处理并扩孔；

步骤2、扩孔后对坯料进行第二次加热处理；

步骤3、利用异型方管热挤压模具对坯料进行热挤压；

步骤4、将热挤压成型的异型方管空冷至室温，检验异型方管的表面质量及力学性能。

7.根据权利要求6所述的异型方管的热挤压整体成型方法，其特征在于，在所述步骤1中，采用环形炉加热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温4～5h；保温处理后利用一次感应炉将坯料加热至1150～1180℃出炉。

8.根据权利要求7所述的异型方管的热挤压整体成型方法，其特征在于，在所述步骤1中，对加热后的坯料进行扩孔，扩孔头选择60/240mm，扩孔速度100～250mm/s。

9.根据权利要求7所述的异型方管的热挤压整体成型方法，其特征在于，在所述步骤2中，第二次加热过程包括扩孔后将坯料放入环形炉加热，加热速率为50～100℃/h，加热至940～960℃，保温时间≧1h；保温处理后利用第二次感应炉将坯料加热至1190～1220℃，均温后出炉。

10.根据权利要求6至9所述的异型方管的热挤压整体成型方法，其特征在于，在所述步骤3中，利用异型方管的热挤压模具对加热后的坯料进行热挤压，挤压力≤60MN，挤压速度200～300mm/s。

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