CN112692090A - 一种轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻合金宽幅薄板的成型装置，包括相对应设置的凹模和凸模，所述凹模内设置有用于存放坯料的料筒，所述料筒外套有对坯料进行加热的加热线圈，所述料筒底部设置有呈螺旋结构的成型件；所述凸模上连接有多根朝向凹模的传力轴，所述传力轴上设置有用于挤压坯料的下压件，所述下压件的结构与所述成型件的结构相同，且所述下压件的实体部分对应成型件的空心部分，使得下压件的实体部分挤压坯料至成型件的空心部分内时，所述下压件的实体部分与成型件的空心部分重合，并在所述下压件的空心部分和成型件的空心部分各自挤压形成一卷螺旋状的板料，所述板料展开形成镁合金宽幅薄板。

Description

一种轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及轻合金板材成形的技术领域，具体涉及一种轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法。

背景技术

镁合金作为重要的新兴工程材料，受到越来越多的重视。但现有的使用状况远没有发挥出其潜在优势，实际的工业应用方面规模很小。镁合金的晶体结构为密排六方结构，室温下塑性成型能力较差，因此在实际应用中受到很大制约。镁合金产品分为铸造镁合金和变形镁合金，变形镁合金主要是通过热变形来细化组织，改善性能，如轧制、挤压等。相较于铸造镁合金，变形镁合金有更好的综合力学性能，更满足工业化应用中的多种要求，更具有发展潜力和应用空间。目前镁合金产品以压铸镁合金居多，但铸件的产品类型较少且性能不够理想，容易存在组织缺陷，导致镁合金的应用范围受到很大制约。因此，推动变形镁合金的发展有重要意义。

目前工业生产中镁合金宽幅板材是通过将热挤压开坯后的板材再进行往复热轧，其中挤压变形方式采用单向挤压方式，这样就会造成晶粒细化能力有限，容易出现组织不均匀甚至裂纹等问题，要想获得组织均匀细小、性能优化的镁合金镁合金，通常要进行多次挤压，这就使得生产成本大幅上升，同时，挤压时只能生产一块镁合金宽幅板材，生产效率低。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种直接通过挤压方式获得多块镁合金宽幅板材，提高生产效率，同时，使得坯料能够发生显著的动态再结晶，极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金综合性能得到提高，从而获得组织均匀、性能优化的镁合金宽幅薄板的轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种轻合金宽幅薄板的成型装置，包括相对应设置的凹模和凸模，所述凹模内设置有用于存放坯料的料筒，所述料筒外套有对坯料进行加热的加热线圈，所述料筒底部设置有呈螺旋结构的成型件；所述凸模上连接有多根朝向凹模的传力轴，所述传力轴上设置有用于挤压坯料的下压件，所述下压件的结构与所述成型件的结构相同，且所述下压件的实体部分对应成型件的空心部分，使得下压件的实体部分挤压坯料至成型件的空心部分内时，所述下压件的实体部分与成型件的空心部分重合，并在所述下压件的空心部分和成型件的空心部分各自挤压形成一卷螺旋状的板料，所述板料展开形成镁合金宽幅薄板。

本方案的原理和有益效果在于：

由于本方案中下压件和成型件结构相同，均呈螺旋结构，因此，其下压件的实体部分与成型件的空心部分相对应，下压件的空心部分与成型件的实体部分相对应，这样，在下压件挤压坯料至成型件时，其坯料由于挤压会流向下压件的空心部分以及成型件的空心部分，这样就能够一次成形同时生产出两块螺旋状的板料，其板料展开形成镁合金宽幅薄板；另外，由于本方案中的坯料对双向挤压，使得镁合金宽幅板材能够发生显著的动态再结晶，极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金综合性能得到提高，从而获得组织均匀、性能优化的镁合金宽幅薄板。

进一步，所述下压件的实体部分为多个凸模成形圆环组成，每个凸模成形圆环之间的间隙为凸模间隔圆环，所述成形件的实体部分为多个凹模成形圆环组成，每个凹模成形圆环之间的间隙为凹模间隔圆环，所述凹模间隔圆环与所述凸模成形圆环相对应，所述凸模间隔圆环与凹模成形圆环相对应，且每个凹模间隔圆环和凸模间隔圆环各自均形成供坯料挤压成环形区域，每个环形区域叠加形成螺旋状板料。

本方案在成形时，凸模成形圆环与凹模间隔圆环相配合，即形成坯料具体的成形第一路径，凹模成形圆环与凸模间隔圆环相配合，即形成坯料具体的成形第二路径，进而使得成形件在下压件挤压中形成第一路径板料，而另一块板料在第二路径中同时形成，即可节约加工成本。

进一步，所述凸模远离传力轴的侧面设置有用于支撑凸模的固定板，所述固定板连接有驱动凸模往复运动的驱动件。凸模通过固定板固定在驱动件上，驱动件在一定的行程内运动内带着凸模对放置在料筒里的坯料进行挤压成形。

进一步，所述凹模远离料筒的侧面设置有用于支撑凹模的底座，所述底座中部设置有通孔，所述通孔与所述成型件位置相对应。这样设计，使得凹模内的坯料挤压后，在成型件成形的板料进入底座内的通孔，通过通孔取出板料。

进一步，所述传力轴为圆柱形结构，其中一根以上的传力轴与所述下压件为可拆卸连接。这样设置，方便从凸模中取出成形的板料。

进一步，还包括温度控制装置，所述温度控制装置电连接所述加热线圈。通过温度控制装置反馈的温度数据来控制加热线圈的电流大小，进而控制加热温度，保证坯料在一定温度范围内加热，提高镁合金晶粒的细化效果。

进一步，所述温度控制装置包括温度传感器、温度控制器以及为温度传感器和温度传感器供电的电源，所述温度传感器设置在凹模内，且用于测量坯料温度，所述温度传感器与所述温度控制器相连，所述温度控制器与所述加热线圈相连。其原理是通过将上述部件相连，且温度传感器放置在凹模中用以直接测量温度数据，温度传感器的另一端就接入到温度控制器上，其测量的温度数据就反馈到温度控制器中，温度控制器根据温度的变化控制输入加热线圈的电流大小，进而控制温度。

一种轻合金宽幅薄板的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将坯料放置在加热炉中加热到350℃-450℃的工艺温度,同时，启动加热线圈将凹模的成型件进行预热，保持温度在低于坯料温度10℃；

步骤二：将步骤一加热后的坯料放置在凹模的料筒内，同时，启动温度控制装置，调节加热线圈的加热温度；

步骤三：启动驱动件，驱动件驱动传力轴对坯料进行挤压成型；

步骤四：成型完成后，驱动件回程，取出板料并展开，再放入新的坯料，进行成型。

进一步，在步骤四中，位于凹模中成型件的板料从凹模模口中出来，即标志着挤压完成，直接取出成型件的板料并展开形成镁合金宽幅薄板。

进一步，在步骤四中，位于凸模中下压件的板料，通过拆卸传力轴取出下压件的板料并将板料展开形成镁合金宽幅薄板。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、 本发明利用凸模与凹模之间的配合成形宽幅板材的成形方法，对坯料形成双向挤压，进而使得坯料受到多次挤压，坯料能够发生显著的动态再结晶，极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金综合性能得到提高，从而获得组织均匀、性能优化的镁合金宽幅薄板。

2、 本发明一次加工可以同时成形两块薄板，不仅提高了生产效率，更提升了材料的利用率，节约了成本，增加了效益。

3、 本发明中的凹模和凸模结构相同、结构简单，使得在坯料成形过程简单、安全，生产成本低，凹模和凸模可以配合液压机压机直接进行生产；通过此方法制备的板材，可连续稳定进行生产且生产周期短，使生产效率大大提高，这样就便于实现自动化。

4、 螺旋结构的凸模和凹模，其实体部分为多个成形圆环组成，使得利用较小的模具体积能够成形出远超模具尺寸的板材，减少了模具的体积，降低了成形的成本。

5、 在加工的过程中，坯料会受到较大的变形，进而产生较大的应变量，因为一般是在原材料的再结晶温度上的成形，累计较多的应变量会加速坯料在成形时的动态再结晶程度，动态再结晶程度的加深会使得板材的晶粒拥有更多的等轴晶粒，减少了粗大晶粒的生成，使得板材拥有更好的塑性以及更高的强度。

附图说明

图1为本发明轻合金宽幅薄板的成型装置及其加工方法的剖视图。

图2为图1中凸模的成形部位与凹模的半剖视图。

图3为图1中凸模下压件俯视图。

图4为图1中凹模成型件俯视图。

图5为图1中镁合金薄材的正等测视图。

图6为图5中镁合金薄材展开的宽幅板材图。

图中：固定板1、凸模2、传力轴3、下压件4、料筒5、坯料6、加热线圈7、凹模8、成型件9、底座10、凸模间隔圆环11、凹模成形圆环12、凸模成形圆环13、凹模间隔圆环14。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

本实施例：参见图1和图2，一种轻合金宽幅薄板的成型装置，包括相对应设置的凹模8和凸模2，凹模8内设置有用于存放坯料6的料筒5，料筒5底部设置有呈螺旋结构的成型件9；凸模2上连接有多根朝向凹模8的传力轴3，其中，传力轴3为圆柱形结构，其中一根以上的传力轴3与下压件4为可拆卸连接，这样设置，方便从凸模2中取出成形的板料。

传力轴3上设置有用于挤压坯料6的下压件4，参见图3和图4，下压件4的结构与成型件9的结构相同，且下压件4的实体部分对应成型件9的空心部分，其中，下压件4的实体部分为多个凸模成形圆环13组成，每个凸模成形圆环13之间的间隙为凸模间隔圆环11，成形件的实体部分为多个凹模成形圆环12组成，每个凹模成形圆环12之间的间隙为凹模间隔圆环14，凹模间隔圆环14与凸模成形圆环13相对应，凸模间隔圆环11与凹模成形圆环12相对应，且每个凹模间隔圆环14和凸模间隔圆环11各自均形成供坯料6挤压成环形区域，每个环形区域叠加形成螺旋状板料。

参见图5，使得下压件4的凸模成形圆环13挤压坯料6至成型件9的凹模间隔圆环14内时，下压件4的凸模成形圆环13与成型件9的凹模间隔圆环14重合，并在下压件4的环形区域和成型件9的环形区域各自挤压形成一卷螺旋状的板料，参见图6，板料展开形成镁合金宽幅薄板。

另外，凹模8远离料筒5的侧面设置有用于支撑凹模8的底座10，底座10中部设置有通孔，通孔与成型件9位置相对应，使得凹模8内的坯料6挤压后，在成型件9成形的板料进入底座10内的通孔，通过通孔取出板料。

而凸模2远离传力轴3的侧面设置有用于支撑凸模2的固定板1，固定板1连接有驱动凸模2往复运动的驱动件，驱动件采用液压机等方式，其中，驱动件的运行速度或挤压速度不超过1mm/s，凸模2通过固定板1与连接螺钉固定在液压机上，液压机在一定的行程内运动内带着凸模2对放置在料筒5里的坯料6进行挤压成形。

而料筒5外套有对坯料6进行加热的加热线圈7，同时，本装置还包括温度控制装置，其中，温度控制装置包括温度传感器、温度控制器以及为温度传感器和温度传感器供电的电源，温度传感器设置在凹模8内，且用于测量坯料6温度，温度传感器与温度控制器相连，温度控制器与加热线圈7相连。

其原理是通过将上述部件相连，且温度传感器放置在凹模8中用以直接测量温度数据，温度传感器的另一端就接入到温度控制器上，其测量的温度数据就反馈到温度控制器中，通过温度控制器反馈的温度数据来控制加热线圈7的电流大小，进而控制加热温度，保证坯料6在一定温度范围内加热，提高镁合金晶粒的细化效果。

本发明的原理如下：

由于本发明中下压件4和成型件9结构相同，均呈螺旋结构，因此，在坯料6挤压成形时，凸模成形圆环13与凹模间隔圆环14相配合，即形成坯料6具体的成形第一路径，凹模成形圆环12与凸模间隔圆环11相配合，即形成坯料6具体的成形第二路径，进而使得成形件在下压件4挤压中形成第一路径板料，而另一块板料在第二路径中同时形成，即可节约加工成本。

另外，由于本方案中的坯料6对双向挤压，使得镁合金宽幅板材能够发生显著的动态再结晶，极大地提高镁合金晶粒的细化效果，使镁合金综合性能得到提高，从而获得组织均匀、性能优化的镁合金宽幅薄板。

一种轻合金宽幅薄板的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将坯料6放置在加热炉中加热到350℃-450℃的工艺温度,同时，启动加热线圈7将凹模8的成型件9进行预热，保持温度在低于坯料6温度10℃；

步骤二：将步骤一加热后的坯料6放置在凹模8的料筒5内，同时，启动温度控制装置，调节加热线圈7的加热温度；

步骤三：启动驱动件，驱动件驱动传力轴3对坯料6进行挤压成型；

步骤四：成型完成后，驱动件回程，取出板料并展开，再放入新的坯料6，进行成型，其中，位于凹模8中成型件9的板料从凹模8模口中出来，即标志着挤压完成，直接取出成型件9的板料并展开形成镁合金宽幅薄板，位于凸模2中下压件4的板料，通过拆卸传力轴3取出下压件4的板料并将板料展开形成镁合金宽幅薄板。

在加工的过程中，坯料6会受到较大的变形，进而产生较大的应变量，因为一般是在原材料的再结晶温度上的成形，累计较多的应变量会加速坯料6在成形时的动态再结晶程度，动态再结晶程度的加深会使得板材的晶粒拥有更多的等轴晶粒，减少了粗大晶粒的生成，使得板材拥有更好的塑性以及更高的强度。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种轻合金宽幅薄板的成型装置，包括相对应设置的凹模和凸模，所述凹模内设置有用于存放坯料的料筒，其特征在于：所述料筒外套有对坯料进行加热的加热线圈，所述料筒底部设置有呈螺旋结构的成型件；所述凸模上连接有多根朝向凹模的传力轴，所述传力轴上设置有用于挤压坯料的下压件，所述下压件的结构与所述成型件的结构相同，且所述下压件的实体部分对应成型件的空心部分，使得下压件的实体部分挤压坯料至成型件的空心部分内时，所述下压件的实体部分与成型件的空心部分重合，并在所述下压件的空心部分和成型件的空心部分各自挤压形成一卷螺旋状的板料，所述板料展开形成镁合金宽幅薄板。

2.根据权利要求1所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，所述下压件的实体部分为多个凸模成形圆环组成，每个凸模成形圆环之间的间隙为凸模间隔圆环，所述成形件的实体部分为多个凹模成形圆环组成，每个凹模成形圆环之间的间隙为凹模间隔圆环，所述凹模间隔圆环与所述凸模成形圆环相对应，所述凸模间隔圆环与凹模成形圆环相对应，且每个凹模间隔圆环和凸模间隔圆环各自均形成供坯料挤压成环形区域，每个环形区域叠加形成螺旋状板料。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，所述凸模远离传力轴的侧面设置有用于支撑凸模的固定板，所述固定板连接有驱动凸模往复运动的驱动件。

4.根据权利要求1-2任一项所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，所述凹模远离料筒的侧面设置有用于支撑凹模的底座，所述底座中部设置有通孔，所述通孔与所述成型件位置相对应。

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，所述传力轴为圆柱形结构，其中一根以上的传力轴与所述下压件为可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，还包括温度控制装置，所述温度控制装置电连接所述加热线圈。

7.根据权利要求6项所述的一种轻合金宽幅薄板的成型装置，其特征在于，所述温度控制装置包括温度传感器、温度控制器以及为温度传感器和温度传感器供电的电源，所述温度传感器设置在凹模内，且用于测量坯料温度，所述温度传感器与所述温度控制器相连，所述温度控制器与所述加热线圈相连。

8.一种轻合金宽幅薄板的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将坯料放置在加热炉中加热到350℃-450℃的工艺温度,同时，启动加热线圈将凹模的成型件进行预热，保持温度在低于坯料温度10℃；

步骤二：将步骤一加热后的坯料放置在凹模的料筒内，同时，启动温度控制装置，调节加热线圈的加热温度；

步骤三：启动驱动件，驱动件驱动传力轴对坯料进行挤压成型；

步骤四：成型完成后，驱动件回程，取出板料并展开，再放入新的坯料，进行成型。

9.根据权利要求8所述的一种轻合金宽幅薄板的加工方法，其特征在于，在步骤四中，位于凹模中成型件的板料从凹模模口中出来，即标志着挤压完成，直接取出成型件的板料并展开形成镁合金宽幅薄板。

10.根据权利要求9所述的一种轻合金宽幅薄板的加工方法，其特征在于，在步骤四中，位于凸模中下压件的板料，通过拆卸传力轴取出下压件的板料并将板料展开形成镁合金宽幅薄板。

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