CN111715719B - 一种异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法，装置方案：挤出芯模沿挤压套筒上下滑动，挤出芯模上设有矩形模口，挤压套筒内设有坯料，挤压套筒内壁远离坯料的位置和冲头的外周侧滑动密封连接；方法方案：在挤出过程中、冷却液从冷却液通孔流出，对挤出的异质轻合金结合板进行冷却；移除和异质轻合金结合板所接触的部件，取出异质轻金属拼接板制品。本异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法，采用“以挤代焊”方式实现不同材质轻合金板材沿厚度方向的接合，坯料受到三向压应力作用并从挤出芯模模口顺次挤出成形，拼接板厚度方向界面的连接强度显著提升，在单道次挤压成形过程中即可达到连接成形异质轻金属拼接板的功效。

Description

一种异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法
技术领域
本发明涉及金属拼接板加工设备技术领域，具体为一种异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法。
背景技术
金属拼接板是指将两块或两块以上的板料，沿厚度方向采用不同工艺方法进行拼接而成的整体，为后续的深加工工序提供原料储备，这些板坯具有不同材质、厚度或表面涂层等属性特征，可充分提高板材批量生产余料的回收利用率，减少深加工构件所需成形工序及加工模具的数量，满足复杂薄壁构件特征部位的成形性能要求。
现有的异质金属拼接板制造主要采用熔焊方法，如激光焊、氩弧焊等，但在制造过程中仍存在诸多瓶颈，其中不同材质、属性及熔点差异等因素制约更为主要，如铝合金存在高反射率、低熔化速率等自身特性，造成孔洞、焊缝处的热裂和合金元素烧损等问题；与铝合金相比，镁合金熔点更低，且易氧化和过热、导热快等属性也显现出来，加之其对温度的敏感性，组织晶粒长大的同时会形成气孔，热裂纹倾向大，热应力也显著增大，严重影响焊缝性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种异质轻金属拼接板挤压成形装置及成形方法，采用“以挤代焊”方式实现不同材质轻合金板材沿厚度方向的接合，坯料受到三向压应力作用并从挤出芯模模口顺次挤出成形，拼接板厚度方向界面的连接强度显著提升，在单道次挤压成形过程中即可达到连接成形异质轻金属拼接板的功效，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，包括底座，底座上安装有挤压套筒，挤压套筒内腔中设置有挤出芯模，挤出芯模沿挤压套筒上下滑动，挤出芯模上设有矩形模口，底座上开设有与矩形模口适配的穿过孔。
挤压套筒内设有坯料，坯料位于挤出芯模上侧，挤压套筒内壁远离坯料的位置和冲头的外周侧滑动密封连接。
坯料包括不少于两个的分体坯料，相邻两个的分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边。
冲头挤压坯料，坯料受压通过挤出芯模的矩形模口挤出形成异质轻合金结合板。
挤压套筒沿其长度方向开设有若干个加热棒盲孔。
作为本发明的一种优选技术方案，坯料由两个异质分体半圆柱体坯料组成，两个异质分体半圆柱体坯料合金占比相同或不同。
作为本发明的一种优选技术方案，两个异质分体半圆柱体坯料分别为AZ31镁合金和Al6061铝合金。
作为本发明的一种优选技术方案，冲头内开设有安装空槽，安装空槽内安装有热电偶测温传感器。
作为本发明的一种优选技术方案，挤出芯模的矩形模口替换为差厚模口或变厚度模口。
作为本发明的一种优选技术方案，底座上开设有若干个与异质轻合金结合板适配的冷却液通孔。
一种利制备异质轻金属拼接板材的方法，通过以下步骤实现：
调整坯料在挤出芯模上的位置，坯料分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边，并对坯料加以固定。
挤压套筒放置在底座的上方并加以固定。
固定好的坯料和挤出芯模整体放入挤压套筒中。
加热棒盲孔内放入加热棒，加热棒通电工作并通过挤压套筒加热坯料。
冲头受到施加载荷，冲头沿挤压套筒下行，坯料受压流入矩形模口直至完全挤出，在挤出过程中、冷却液从冷却液通孔流出，对挤出的异质轻合金结合板进行冷却。
移除和异质轻合金结合板所接触的部件，取出异质轻金属拼接板制品。
作为本发明的一种优选技术方案，冲头上开设有安装空槽，安装空槽内放置有测温的铁-铜镍热电偶，热电偶测温传感器用于测温使坯料保持在所需要的温度范围内。
作为本发明的一种优选技术方案，坯料相邻两个的分体坯料的结合面密封贴合。
作为本发明的一种优选技术方案，所述挤压成形温度为350-450℃，挤压速度为0..1-40mm/s，挤压比为9-30。与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明示例的异质轻金属拼接板挤压成形装置，对两种或两种以上异质材料在挤出成形的同时，产生形变促进了挤出板材制品微观组织的细化并实现不同板材厚度方向界面的同步接合，可大幅缩减额外工序，提高生产效率，降低成本。
2、本发明示例的异质轻金属拼接板挤压成形装置，采用“以挤代焊”方式实现不同材质轻合金板材沿厚度方向的接合，当挤压套筒内不同组合样式的坯料在冲头下行加压过程中受到三向压应力作用并从挤出芯模模口顺次挤出成形，拼接板厚度方向界面的连接强度显著提升，在单道次挤压成形过程中即可达到连接成形异质轻金属拼接板的功效。
3、本发明示例的异质轻金属拼接板挤压成形装置，解决了轻金属对焊接法敏感且所需生产条件相对苛刻等难题，利用挤压法所制备的异质轻金属拼接板制品，其综合性能明显优于焊接法，可显著提升结合板的成形性能和协调变形能力，这对后续的冲压工艺生产而言，是非常有益的。
4、本发明示例的异质轻金属拼接板挤压成形装置，将挤压成形异质轻金属拼接板的整个装置进行模块化设计，使其每个系统可以独立运行，便于之后的拆装、更换、维修，工艺柔性和可控性相对较好。
5、本发明示例的异质轻金属拼接板挤压成形装置，可在单道次挤压成形过程中直接获得两个或多个区域的异质轻金属拼接板，可通过改变不同材质坯料组合模式或体积占比的优化设计，调控挤出结合板各区域的宽；同时通过改变挤出芯模几何结构特征，获得等厚或差厚的异质轻金属拼接板。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的局部剖视结构示意图；
图3为图1的使用状态结构示意图；
图4为挤出芯模的一种实施例结构示意图；
图5为挤出芯模的另一种实施例结构示意图；
图6为挤出芯模的另一种实施例结构示意图；
图7为挤出芯模的另一种实施例结构示意图。
图中：1热电偶测温传感器、2冲头、3挤压套筒、4加热棒盲孔、5坯料、6挤出芯模、7底座、8冷却液通孔、9异质轻合金结合板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：请参阅图1-6，本实施例公开一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，包括底座7，底座7上安装有挤压套筒3，挤压套筒3内腔中设置有挤出芯模6，挤出芯模6沿挤压套筒3上下滑动，挤出芯模6上设有矩形模口，底座7上开设有与矩形模口适配的穿过孔，穿过孔供异质轻合金结合板9通过。
挤压套筒3内设有坯料5，坯料5位于挤出芯模6上侧，挤压套筒3内壁远离坯料5的位置和冲头2的外周侧滑动密封连接。
坯料5包括不少于两个的分体坯料，相邻两个的分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模6的矩形模口长边。
冲头2挤压坯料5，坯料5受压通过挤出芯模6的矩形模口挤出形成异质轻合金结合板9。
挤压套筒3沿其长度方向开设有若干个加热棒盲孔4。
本实施例的工作过程和原理是：
预先加工坯料5的分体坯料，使相邻的分体坯料的结合面完全贴合。
将底座7安置在外部的压力机工作台上，将挤压套筒3放置在底座7上；
将坯料5的分体坯料组合固定好，坯料5和挤出芯模6整体放入挤压套筒3中；
将外部的加热棒插入加热棒盲孔4中，外部的加热棒通电发热，外部的加热棒挤压套筒3和坯料5；
启动外部的压力机，外部的压力机对冲头施加载荷，坯料5开始发生塑性变形，从挤出芯模6的矩形模口挤出；
当冲头2即将和挤出芯模6触时，即为成形结束，移去挤出芯模6和冲头2，取出挤压成型的异质轻合金结合板9。
如图6所示，坯料5由三部分所构成，分别是左半圆柱体、右半圆柱体、与半圆柱体平面等大的矩形坯料，调整三部分坯料挤出宽度的体积占比，挤压成形出占比不同的异质结合板。
本发明采用“以挤代焊”方式实现不同材质轻合金板材沿厚度方向的接合，当挤压套筒3内不同组合样式的坯料5在冲头2下行加压过程中受到三向压应力作用并从挤出芯模模口顺次挤出成形，拼接板厚度方向界面的连接强度显著提升，在单道次挤压成形过程中即可达到连接成形异质轻金属拼接板的功效。
现有技术中，采用焊接方法连接异质板材时需提前对板材进行附加工序的细晶处理，然后再进行焊接熔合；本发明中两种或两种以上异质材料在挤出成形的同时，产生形变促进了挤出板材制品微观组织的细化并实现不同板材厚度方向界面的同步接合，可大幅缩减额外工序，提高生产效率，降低成本。
本发明将挤压成形异质轻金属拼接板的整个装置进行模块化设计，使其每个系统可以独立运行，便于之后的拆装、更换、维修，工艺柔性和可控性相对较好。
实施例二：如图2图3、图4、图7所示，本实施例公开了一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，其结构与实施例一的不同之处在于，本实施例坯料5由两个异质分体半圆柱体坯料组成，两个异质分体半圆柱体坯料合金占比相同或不同。
进一步地，两个异质分体半圆柱体坯料分别为AZ31镁合金和Al6061铝合金。
通过控制两个异质分体半圆柱体的合金占比，实现异质轻合金结合板比例的调节。
如图7所示，两个异质分体半圆柱体坯料的合金占比不同。
如图4所示，两个异质分体半圆柱体坯料的合金占比相同。
实施例三：如图2所示，本实施例公开了一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，其结构与实施例一不同之处在于，本实施例冲头2内开设有安装空槽，安装空槽内安装有热电偶测温传感器1。
优选的，安装空槽为“Γ”型空槽。
利用热电偶测温传感器1对坯料5内测温，挤压套筒3内达到一定温度时，保温30min。
实施例四：如图5和图6所示，本实施例公开了一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，其结构与实施例一的不同之处在于，本实施例挤出芯模6的矩形模口替换为差厚模口或变厚度模口。
如5图所示，当挤出芯模6的矩形模口替换为差厚模口时，差厚模口沿长度方向分为宽度不等的两部分，挤压成形出不同厚度的异质轻合金结合板9。
如图6所示，当挤出芯模6的矩形模口替换为变厚度模口时，变厚度模口沿其长度方向上中间加厚两侧减薄，形成中间厚两侧薄可变厚度的异质轻合金结合板9。
本发明方法可在单道次挤压成形过程中直接获得两个或多个区域的异质轻金属拼接板，可通过改变不同材质坯料组合模式或体积占比的优化设计，调控挤出结合板各区域的宽；同时通过改变挤出芯模6几何结构特征，获得等厚或差厚的异质轻金属拼接板。
实施例五：如图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，其结构与实施例一的结构大致相同，不同之处在于，本实施例底座7上开设有若干个与异质轻合金结合板9适配的冷却液通孔8。
外部的液泵将冷却液输送到冷却液通孔8中，冷却液从冷却液通孔8流出并与异质轻合金结合板9接触，对异质轻合金结合板9进行快速冷却。
实施例六：如图1-7所示，本实施例公开了一种制备异质轻金属拼接板材的方法，通过以下步骤实现：
调整坯料5在挤出芯模6上的位置，坯料5分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边，并对坯料5加以固定。
挤压套筒3放置在底座7的上方并加以固定。
固定好的坯料5和挤出芯模6整体放入挤压套筒3中。
加热棒盲孔4内放入加热棒，加热棒通电工作并通过挤压套筒3加热坯料5。
冲头2受到施加载荷，冲头2沿挤压套筒3下行，坯料5受压流入矩形模口直至完全挤出，在挤出过程中、冷却液从冷却液通孔8流出，对挤出的异质轻合金结合板9进行冷却。
移除和异质轻合金结合板9所接触的部件，取出异质轻金属拼接板制品。
本制备异质轻金属拼接板材的方法采用“以挤代焊”方式实现不同材质轻合金板材沿厚度方向的接合，当挤压套筒3内不同组合样式的坯料5在冲头2下行加压过程中受到三向压应力作用并从挤出芯模模口顺次挤出成形，拼接板厚度方向界面的连接强度显著提升，在单道次挤压成形过程中即可达到连接成形异质轻金属拼接板的功效。
现有技术中，采用焊接方法连接异质板材时需提前对板材进行附加工序的细晶处理，然后再进行焊接熔合；本发明中两种或两种以上异质材料在挤出成形的同时，产生形变促进了挤出板材制品微观组织的细化并实现不同板材厚度方向界面的同步接合，可大幅缩减额外工序，提高生产效率，降低成本。
现有技术中，质轻金属拼接板与传统意义上的异质对接拼焊板均为厚度方向界面结合，但所获板材在结合区域的内部结构差异很大。利用焊接方法所得异质对接拼焊板在焊缝区域一般存在：焊核区、热机影响区、热影响区、母材区等四个特征区，各区材料组织及性能有所差异；本发明利用挤压成形方法制备得到的异质轻金属拼接板在结合区域存在：界面过渡区、母材区等两个特征区，以铝镁结合板为例，其中界面过渡区出现分层现象，又可分为Al12Mg17区和Al3Mg2区，虽然两者在结合区域均有金属间化合物的生成，但本发明方法在结合区域的金属间化合物较少，在合适的挤压工艺参数下，可相对提高拼接板的界面结合强度，改善材料的综合性能。
本发明方法解决了轻金属对焊接法敏感且所需生产条件相对苛刻等难题，利用挤压法所制备的异质轻金属拼接板制品，其综合性能明显优于焊接法，可显著提升结合板的成形性能和协调变形能力，这对后续的冲压工艺生产而言，是非常有益的。
本发明方法可在单道次挤压成形过程中直接获得两个或多个区域的异质轻金属拼接板，可通过改变不同材质坯料组合模式或体积占比的优化设计，调控挤出结合板各区域的宽；同时通过改变挤出芯模6几何结构特征，获得等厚或差厚的异质轻金属拼接板。
实施例七：本实施例公开了一种制备异质轻金属拼接板材的方法，在实施例六的基础上，本实施例冲头2上开设有安装空槽，安装空槽内放置有测温的铁-铜镍热电偶，热电偶测温传感器1用于测温使坯料5保持在所需要的温度范围内。
利用热电偶测温传感器1对挤压套筒3内测温，挤压套筒3内达到一定温度时，保温30min。
实施例八：本实施例公开了一种制备异质轻金属拼接板材的方法，在实施例六的基础上，本实施例坯料5相邻两个的分体坯料的结合面密封贴合，两个分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边，使得挤出板材在厚度方向上结合；避免异质轻金属拼接板材中含有气孔，即两者结合面之间速度差为零，只有这样才能在后续板材挤出过程中厚向稳定结合。
实施例九：本实施例公开了一种制备异质轻金属拼接板材的方法，在实施例六的基础上，本实施例挤压成形温度为挤压成形温度为350-450℃，挤压速度为0.1-40mm/s，挤压比为9-30。
上述各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，对于本领域的普通技术人员而言，其他的任何未背离本发明原理下所作的变化、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种异质轻金属拼接板挤压成形装置，其特征在于：包括底座（7），底座（7）上安装有挤压套筒（3），所述挤压套筒（3）内腔中设置有挤出芯模（6），挤出芯模（6）沿挤压套筒（3）上下滑动，挤出芯模（6）上设有矩形模口，所述底座（7）上开设有与所述矩形模口适配的穿过孔；
所述挤压套筒（3）内设有坯料（5），所述坯料（5）位于挤出芯模（6）上侧，所述挤压套筒（3）内壁远离坯料（5）的位置和冲头（2）的外周侧滑动密封连接；
所述坯料（5）包括不少于两个的分体坯料，相邻两个的分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模（6）的矩形模口长边；
所述冲头（2）挤压坯料（5），坯料（5）受压通过挤出芯模（6）的矩形模口挤出形成异质轻合金结合板（9）；
所述挤压套筒（3）沿其长度方向开设有若干个加热棒盲孔（4）；
所述冲头（2）内开设有安装空槽，所述安装空槽内安装有热电偶测温传感器（1）；
所述底座（7）上开设有若干个与异质轻合金结合板（9）适配的冷却液通孔（8）。
2.根据权利要求1所述的异质轻金属拼接板挤压成形装置，其特征在于：所述坯料（5）由两个异质分体半圆柱体坯料组成，两个异质分体半圆柱体坯料合金占比相同或不同。
3.根据权利要求2所述的异质轻金属拼接板挤压成形装置，其特征在于：两个异质分体半圆柱体坯料分别为AZ31镁合金和Al6061铝合金。
4.根据权利要求1所述的异质轻金属拼接板挤压成形装置，其特征在于：所述挤出芯模（6）的矩形模口替换为差厚模口或变厚度模口。
5.一种采用权利要求1所述的成形装置制备异质轻金属拼接板挤压成形方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
调整坯料（5）在挤出芯模（6）上的位置，坯料（5）分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边，并对坯料（5）加以固定；
挤压套筒（3）放置在底座（7）的上方并加以固定；
固定好的坯料（5）和挤出芯模（6）整体放入挤压套筒（3）中；
加热棒盲孔（4）内放入加热棒，加热棒通电工作并通过挤压套筒（3）加热坯料（5）；
冲头（2）受到施加载荷，冲头（2）沿挤压套筒（3）下行，坯料（5）受压流入矩形模口直至完全挤出，在挤出过程中、冷却液从冷却液通孔（8）流出，对挤出的异质轻合金结合板（9）进行冷却；
所述挤压成形温度为350-450℃，挤压速度为0.1-40mm/s，挤压比为9-30；
移除和异质轻合金结合板（9）所接触的部件，取出异质轻金属拼接板制品；
所述冲头（2）上开设有安装空槽，安装空槽内放置有测温的铁-铜镍热电偶，热电偶测温传感器（1）用于测温使坯料（5）保持在所需要的温度范围内；
所述坯料（5）相邻两个的分体坯料的结合面密封贴合，两个分体坯料的结合面在几何上垂直于挤出芯模的矩形模口长边，使得挤出板材在厚度方向上结合。
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