CN112756412A - 用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及材料加工技术领域，提供一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺，所述加工模具包括：挤压座、挤压垫和挤压模；所述挤压座沿第一方向形成有贯通两个端面的挤压腔；所述挤压腔用于容纳镁合金坯料；所述挤压垫在所述挤压腔的一端与所述挤压座连接；所述挤压模在所述挤压座相对所述挤压垫的另一端进出所述挤压腔相，实现对所述镁合金坯料的挤压。本发明提供的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺，将反挤压和多拐角挤压两种工艺结合，在一个加工行程内生产出高性能宽幅镁合金板材，解决普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺的成形力大和模具磨损严重的问题。

Description

用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺。
背景技术
镁及其合金是目前实际工程被应用的最轻的金属结构材料，具比强度高、比刚度高、导热性好、电磁屏蔽性好以及切削加工性能好等优点，因此在交通工业、航空航天、通讯电子等领域具有广泛的应用前景，且多以板材的形式应用于对强度要求不高的非承载结构件或覆盖件，因此制备高性能的变形镁合金板材是推广镁合金应用的重要方向。镁合金室温下仅有2个独立的滑移系可以开动，因此其室温塑性和成形性能差，塑性加工时往往会出现断裂或形成各向异性，这会显著降低镁合金板材的成品质量和成品率，进而限制了镁合金在工程中的应用。通过大塑性变形使材料的位错密度增加，促进再结晶形核，获得超细晶组织，可以显著提升镁合金的综合性能。大塑性变形技术需要对坯料多道次非连续变形，反复加工导致效率较低，因而仅限于原理性实验研究。目前有研究者基于大塑形变形原理，提出了相应的复合变形工艺可连续制备高性能变形镁合金。如正挤压复合等径角挤压工艺、正挤压复合变通道角挤压工艺、正挤压复合扭转变形工艺、正挤压复合弯曲剪切变形工艺。研究者通过小型实验，验证了基于大塑形变形的复合工艺制备的变形镁合金性能优良，但若直接将以上复合工艺应用于工业生产宽幅镁板时，存在成形力较大和模具磨损严重等问题。
目前工业中变形镁合金板材主要通过普通挤压工艺和轧制工艺生产，普通挤压成形的镁合金会存在基面丝织构，而轧制会形成典型的基面板织构，这会导致镁板出现拉压不对称和各向异性，限制其在工程中的应用范围。普通挤压生产的镁板宽度受限，轧制工艺成形镁板易出现裂纹和起浪等缺陷。相比于大塑性成形工艺，普通挤压和轧制工艺细化晶粒的效果并不明显，为获得较好的效果，往往通过大的挤压比或多道次轧制，大挤压比会产生较大的挤压力，这会降低加工模具的使用寿命，而多道次轧制会降低生产效率，增加成本。
发明内容
本发明提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对加工模具的改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
本发明还提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工装置，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对与加工装置连接的模具进行改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
本发明又提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工工艺，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对加工工艺的改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
根据本发明第一方面提供的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，包括：挤压座、挤压垫和挤压模；
所述挤压座沿第一方向形成有贯通两个端面的挤压腔；
所述挤压腔用于容纳镁合金坯料；
所述挤压垫在所述挤压腔的一端与所述挤压座连接；
所述挤压模在所述挤压座相对所述挤压垫的另一端进出所述挤压腔相，实现对所述镁合金坯料的挤压。
需要说明的是，本发明提供的加工模具，通过挤压模挤压镁合金坯料，而镁合金坯料与挤压座之间相对静止，无摩擦产生，可显著降低的最大挤压力，减轻模具磨损程度。
根据本发明的一种实施方式，所述挤压模设置有进料口和出料口；
所述进料口和所述出料口形成沿所述第一方向镁合金坯料的挤出通道。
具体来说，本实施例提供了一种挤压模的实施方式，通过设置进料口和出料口，使得镁合金坯料能够在挤压模的作用下，自挤出通道被挤出形成宽幅镁板。
根据本发明的一种实施方式，沿所述挤出通道的延伸方向自所述进料口向所述出料口一侧，所述挤出通道内供镁合金坯料通过的通道横截面积逐渐缩小或者保持不变。
具体来说，本实施例提供了另一种挤压模的实施方式，降低正压力和材料流速，进而降低模具磨损程度，同时宽进窄出的设计改善挤压模多拐角区入口处严重的局部磨损。
根据本发明的一种实施方式，所述挤出通道为沿所述第一方向设置的多拐角通道。
进一步地，多拐角通道对坯料进行多次剪切作用，获得足够大的等效应变，显著细化组织晶粒，提升材料综合性能。
根据本发明的一种实施方式，所述挤出通道具有至少两个形成所述多拐角通道的拐角；
其中，靠近所述进料口一侧拐角与靠近所述出料口一侧拐角的角度相同，并介于0至π之间。
具体来说，本实施例提供了另一种挤出通道的实施方式，其中，拐角介于0至π之间。
根据本发明的一种实施方式，所述出料口的长度小于2000mm，宽度介于5mm至200mm之间。
具体来说，本实施例提供了一种出料口的实施方式，提供了宽幅镁板的加工尺寸范围。
根据本发明第二方面提供的一种用于连续生产宽幅镁板的加工装置，包括：挤压机和上述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具。
需要说明的是，挤压机上设置有放置挤压座和挤压垫的平台，并且还有与挤压模连接的驱动装置，通过驱动装置实现挤压模与挤压腔的配合，此处本发明没有做出过多的限定，参考本领域常规设置即可。
在一个应用场景中，挤压机采用立式挤压力。
在一个应用场景中，挤压机采用卧式挤压力。
根据本发明第三方面提供的一种基于上述用于连续生产宽幅镁板加工装置的加工工艺，包括：
将挤压座、挤压垫和挤压模分别安装至挤压机；
将所述挤压座和所述挤压模加热至第一预设温度，并在挤压腔内喷涂耐高温润滑剂；
将镁合金坯料加热至第二预设温度，并在所述镁合金坯料表面涂抹所述耐高温润滑剂；
将所述镁合金坯料放置于所述挤压腔内；
通过所述挤压机驱动所述挤压模挤压所述镁合金坯料形成镁板。
在一个应用场景中，镁板形宽度为1800mm，厚度为100mm，长度10米的镁合金板材，其晶粒可细化到10μm以下，延伸率提升至15％以上,原材料为AZ31，采用H13热作模具钢制作加工模具。
根据本发明的一种实施方式，所述第一预设温度介于200℃至400℃之间，所述第二预设温度介于250℃至400℃之间。
具体来说，本实施例提供了一种第一预设温度和第二预设温度的实施方式，通过提供第一预设温度和第二预设温度满足了宽幅镁板的连续生产。
在一个应用场景中，将所述挤压座和所述挤压模加热至第一预设温度为300℃，将镁合金坯料加热至第二预设温度为330℃。
在一个应用场景中，将所述挤压座和所述挤压模加热至第一预设温度为280℃，将镁合金坯料加热至第二预设温度为310℃。
根据本发明的一种实施方式，所述耐高温润滑剂的组分至少包括石墨、二硫化钼、氮化硼或者玻璃。
具体来说，本实施例提供了一种耐高温润滑剂组分的实施方式。
本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：本发明提供的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具、加工装置和加工工艺，通过对加工模具的改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材，解决现有高性能镁板成形工艺的成形力大和模具磨损严重的问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的用于连续生产宽幅镁板的加工模具的装配关系示意图之一；
图2是本发明提供的用于连续生产宽幅镁板的加工模具的装配关系示意图之二；
图3是本发明提供的用于连续生产宽幅镁板的加工模具的装配关系示意图之三；
图4是本发明提供的用于连续生产宽幅镁板的加工模具中，挤压模的剖面示意图之一；
图5是本发明提供的用于连续生产宽幅镁板的加工模具中，挤压模的剖面示意图之二。
附图标记：
10、挤压座； 11、挤压腔； 20、挤压垫；
30、挤压模； 31、进料口； 32、出料口；
40、镁合金坯料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的一些具体实施方案中，如图1至图5所示，本方案提供一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，包括：挤压座10、挤压垫20 和挤压模30；挤压座10沿第一方向形成有贯通两个端面的挤压腔11；挤压腔11用于放置镁合金坯料40；挤压垫20在挤压腔11的一端与挤压座10连接；挤压模30在挤压座10相对挤压垫20的另一端进出挤压腔11 相，实现对镁合金坯料40的挤压。
详细来说，本发明提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对加工模具的改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
需要说明的是，本发明提供的加工模具，通过挤压模30挤压镁合金坯料40，而镁合金坯料40与挤压座10之间相对静止，无摩擦产生，可显著降低的最大挤压力，减轻模具磨损程度。
在一些可能的实施例中，挤压模30设置有进料口31和出料口32；进料口31和出料口32形成沿第一方向镁合金坯料40的挤出通道。
具体来说，本实施例提供了一种挤压模30的实施方式，通过设置进料口31和出料口32，使得镁合金坯料40能够在挤压模30的作用下，自挤出通道被挤出形成宽幅镁板。
在一些可能的实施例中，沿挤出通道的延伸方向自进料口31向出料口32一侧，挤出通道内供镁合金坯料40通过的通道横截面积逐渐缩小或者保持不变。
具体来说，本实施例提供了另一种挤压模30的实施方式，降低正压力和材料流速，进而降低模具磨损程度，同时宽进窄出的设计改善挤压模30多拐角区入口处严重的局部磨损。
在一些可能的实施例中，挤出通道为沿第一方向设置的多拐角通道。
具体来说，本实施例提供了一种挤出通道的实施方式，多拐角通道保证了镁合金坯料40在产生形变的过程中，由于形变导致的应力能够得到释放。
进一步地，多拐角通道对坯料进行多次剪切作用，获得足够大的等效应变，显著细化组织晶粒，提升材料综合性能。
在一些可能的实施例中，挤出通道具有至少两个形成多拐角通道的拐角；其中，靠近进料口31一侧拐角与靠近出料口32一侧拐角的角度相同，并介于0至π之间。
具体来说，本实施例提供了另一种挤出通道的实施方式，其中，拐角介于0至π之间。
在一些可能的实施例中，出料口32的长度小于2000mm，宽度介于5mm至200mm之间。
具体来说，本实施例提供了一种出料口32的实施方式，提供了宽幅镁板的加工尺寸范围。
在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种用于连续生产宽幅镁板的加工装置，包括：挤压机和上述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具。
详细来说，本发明还提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工装置，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对与加工装置连接的模具进行改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
需要说明的是，挤压机上设置有放置挤压座10和挤压垫20的平台，并且还有与挤压模30连接的驱动装置，通过驱动装置实现挤压模30 与挤压腔11的配合，此处本发明没有做出过多的限定，参考本领域常规设置即可。
在一个应用场景中，挤压机采用立式挤压力。
在一个应用场景中，挤压机采用卧式挤压力。
在本发明的一些具体实施方案中，本方案提供一种基于上述用于连续生产宽幅镁板加工装置的加工工艺，包括：
将挤压座10、挤压垫20和挤压模30分别安装至挤压机；
将挤压座10和挤压模30加热至第一预设温度，并在挤压腔11内喷涂耐高温润滑剂；
将镁合金坯料40加热至第二预设温度，并在镁合金坯料40表面涂抹耐高温润滑剂；
将镁合金坯料40容纳于挤压腔11内；
通过挤压机驱动挤压模30挤压镁合金坯料40形成镁板。
详细来说，本发明又提出一种用于连续生产宽幅镁板的加工工艺，用以解决现有技术中普通挤压和轧制工艺生产的镁板质量较差，以及基于大塑性技术成形镁板的复合工艺工业化应用时，成形力大和模具磨损严重等缺陷，通过对加工工艺的改进，实现了镁板加工过程中的低成本和低能耗，且能够连续生产高性能的宽幅镁板材。
在一个应用场景中，镁板形宽度为2000mm，厚度为200mm，长度10米的镁合金板材，其晶粒可细化到10μm以下，延伸率提升至15％以上,原材料为AZ31，采用H13热作模具钢制作加工模具。
进一步地，拐角的数量为5个，多拐角通道的在每个拐角的进料口31一侧和出料口32为变径通道，在本应用场景中，由于拐角数量为 5个，因此变径通道数量为6个，且满足进料口31一侧拐角与出料口32 一侧拐角的大小等于
Figure BDA0002867084200000091
其余拐角大小等于
Figure BDA0002867084200000092
进一步地，变径通道的宽度等于100mm。
具体来说，如图5所示，
Figure BDA0002867084200000093
W0＝W1＝W2＝W3＝W4＝W5＝100
在一个应用场景中，镁板形宽度为2000mm，厚度为200mm，长度10米的镁合金板材，其晶粒可细化到10μm以下，延伸率提升至15％以上,原材料为AZ31，采用H13热作模具钢制作加工模具。
进一步地，拐角的数量为5个，多拐角通道的在每个拐角的进料口31一侧和出料口32为变径通道，在本应用场景中，由于拐角数量为 5个，因此变径通道数量为6个，且满足进料口31一侧拐角与出料口32 一侧拐角的大小等于
Figure BDA0002867084200000101
其余拐角大小等于
Figure BDA0002867084200000102
进一步地，变径通道的宽度满足公式125-5n，其中：n＝0、1、2、 3、4、5，进料口31一侧的变径通道宽度大于出料口32一侧的变径通道宽度。
具体来说，如图5所示，
Figure BDA0002867084200000103
Wn＝125-5n,n＝0、1、2、3、4、5
在一些可能的实施例中，第一预设温度介于200℃至400℃之间，第二预设温度介于250℃至400℃之间。
具体来说，本实施例提供了一种第一预设温度和第二预设温度的实施方式，通过提供第一预设温度和第二预设温度满足了宽幅镁板的连续生产。
在一个应用场景中，将挤压座10和挤压模30加热至第一预设温度为300℃，将镁合金坯料40加热至第二预设温度为330℃。
在一个应用场景中，将挤压座10和挤压模30加热至第一预设温度为280℃，将镁合金坯料40加热至第二预设温度为310℃。
在一些可能的实施例中，耐高温润滑剂的组分至少包括石墨、二硫化钼、氮化硼或者玻璃。
具体来说，本实施例提供了一种耐高温润滑剂组分的实施方式。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，包括：挤压座、挤压垫和挤压模；
所述挤压座沿第一方向形成有贯通两个端面的挤压腔；
所述挤压腔用于容纳镁合金坯料；
所述挤压垫在所述挤压腔的一端与所述挤压座连接；
所述挤压模在所述挤压座相对所述挤压垫的另一端进出所述挤压腔相，实现对所述镁合金坯料的挤压。
2.根据权利要求1所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，所述挤压模设置有进料口和出料口；
所述进料口和所述出料口形成沿所述第一方向镁合金坯料的挤出通道。
3.根据权利要求2所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，所述挤出通道为沿所述第一方向设置的多拐角通道。
4.根据权利要求3所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，所述挤出通道具有至少两个形成所述多拐角通道的拐角；
其中，靠近所述进料口一侧拐角与靠近所述出料口一侧拐角的角度相同，并介于0至π之间。
5.根据权利要求2所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，沿所述挤出通道的延伸方向自所述进料口向所述出料口一侧，所述挤出通道内供镁合金坯料通过的通道横截面积逐渐缩小或者保持不变。
6.根据权利要求2至5任一所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具，其特征在于，所述出料口的长度小于2000mm，宽度介于5mm至200mm之间。
7.一种用于连续生产宽幅镁板的加工装置，其特征在于，包括：立式或者卧式的挤压机和上述权利要求1至6任一所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工模具。
8.一种基于上述权利要求7所述的用于连续生产宽幅镁板加工装置的加工工艺，其特征在于，包括：
将挤压座、挤压垫和挤压模分别安装至挤压机；
将所述挤压座和所述挤压模加热至第一预设温度，并在挤压腔内喷涂耐高温润滑剂；
将镁合金坯料加热至第二预设温度，并在所述镁合金坯料表面涂抹所述耐高温润滑剂；
将所述镁合金坯料放置于所述挤压腔内；
通过所述挤压机驱动所述挤压模挤压所述镁合金坯料形成镁板。
9.根据权利要求8所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工工艺，其特征在于，所述第一预设温度介于200℃至400℃之间，所述第二预设温度介于250℃至400℃之间。
10.根据权利要求8所述的一种用于连续生产宽幅镁板的加工工艺，其特征在于，所述耐高温润滑剂的组分至少包括石墨、二硫化钼、氮化硼或者玻璃。
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