CN114310142B - 一种实心板材挤压模具的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实心板材挤压模具的修复方法,其包括:(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;(3)根据粗晶环的分布情况对挤压模具进行修复;当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax≥0.25W时,对铝合金的成分、热处理工艺进行调节;当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax<0.25W时,在挤压模具的面模上形成焊块;当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度。实施本发明,可有效提升产品内部组织的均匀性,减少粗晶环的分布。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金成型设备技术领域,尤其涉及一种实心板材挤压模具的修复方法。
背景技术
粗晶环是挤压铝合金一种常见的缺陷,一般是指靠近挤压面周边的晶粒粗大,形成环状或月牙状;当然,也有一些粗晶环组织仅出现在挤压截面的局部区域,如型材尖角处等。粗晶环组织会造成铝合金制品力学性能下降,表面粗糙等缺陷,也有些会在阳极氧化后出现花斑,影响外观。因此,控制、消除粗晶环具有极高的现实意义。现有的消除粗晶环的方法一般是通过调整铝型材配方、热处理工艺等手段进行调节。如文献《化学成分和均匀化处理对6061铝合金棒材粗晶环的影响》(陈丁文、李飞庆等)即通过调整Cu、Cr的含量以及均匀化的温度、时间,使得粗晶环的深度控制在0.1mm。然而,发明人在研究过程中发现,采用传统的调节方法(提升功能元素含量、降低热处理温度、缩短热处理时间、降低挤压速度等)往往会影响合金的一些性能,如淬火敏感性、可挤压性等,因此会造成挤压速度下降,生产效率降低的问题。特别是,本领域技术人员一般认为,在具备同样性能的情况下,铝合金中的功能合金元素越少越好,因为,合金化程度越低,淬火敏感性越低,工艺操作难度越低,挤压速度越高,生产效率越高。
另一方面,传统的铝合金挤压模具修复是指对挤压磨损的老模具进行修复,主要的修模方法是调整模孔工作带的长度、模具的表面状态、润滑条件等,具体的方法如扩大或缩小模孔尺寸、研磨抛光、氮化等,其主要目的是提升挤压流速的均匀性,使得金属能够均衡地流出模孔。现有技术的修模方法对粗晶环组织的影响尚未有研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种实心板材挤压模具的修复方法,其可降低粗晶环厚度,提升挤压型材的力学性能、抗疲劳等综合性能。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种实心板材挤压模具的修复方法,其包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
(3)根据所述粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax≥0.25W时,对铝合金的成分、热处理工艺进行调节;
当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax<0.25W时,在挤压模具的面模上形成焊块;所述焊块的高度符合下述关系:
其中,h为焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L为焊块到挤压模具的工作带的距离,k1为第一形状系数,其取值范围为0.03~0.2;
当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度。
作为上述技术方案的改进,当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度,减短量符合下述关系:
ΔW=k2tmax
其中,tmax为粗晶环的最大厚度,k2为第二形状系数,其取值范围为1~5。
作为上述技术方案的改进,当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的tmax<0.25W时,在挤压模具的面模的长度方向上形成第一焊块,在挤压模具的面模的宽度方向上形成第二焊块;
其中,第一焊块的高度符合下述关系:
其中,h1为第一焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L1为第一焊块到挤压模具的工作带的距离,k3为第三形状系数,其取值范围为0.08~0.2;
其中,第二焊块的高度符合下述关系:
其中,h2为第二焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L2为第二焊块到挤压模具的工作带的距离,k4为第四形状系数,其取值范围为0.03~0.08。
作为上述技术方案的改进,所述第一焊块到挤压模具的工作带的距离L1为0.3~1mm,其长度比模孔长度小2~3mm,其宽度为4~10mm。
作为上述技术方案的改进,所述第二焊块到挤压模具的工作带的距离L2为0.3~1mm,其长度比模孔的宽度小0.5~2mm,其宽度为3~5mm。
作为上述技术方案的改进,所述实心板材的材质为6082铝合金、6061铝合金或6063铝合金。
作为上述技术方案的改进,所述焊块的材质为模具钢。
作为上述技术方案的改进,所述焊块的材质为5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V中的一种。
作为上述技术方案的改进,在形成焊块后,在焊块靠近模孔一侧形成圆滑过渡,并进行打磨抛光处理。
作为上述技术方案的改进,步骤(2)中,采用GB/T 3246的方法对样板的粗晶环分布情况进行检测。
实施本发明,具有如下有益效果:
1,本发明通过对试挤压的样板的粗晶环分布情况的观察,确定具体的处理方案,该方法操作简单,为对内部组织要求较高的铝型材产品的生产提供了一种新的途径。采用本发明的方法,可有效提升铝型材的力学性能、抗疲劳性能等综合性能,且不影响铝型材的挤压性能。
2,本发明通过在面模形成焊块,焊块阻挡了焊合室中铝的流动,从而使得被挤压铝锭主要形成铝合金与铝合金之间的摩擦,取代原有的铝合金与模具钢摩擦的情况,从而有效降低了粗晶环的厚度。另一方面,通过减短工作带,降低了摩擦力,降低了粗晶环的厚度。
附图说明
图1是实施例1中样板的实物图;
图2是实施例1中经调整后样板的实物图;
图3是实施例2中样板的实物图;
图4是实施例2中经模具修复后样板的实物图;
图5是实施例3中样板的实物图;
图6是实施例3中经模具修复后样板的实物图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明,本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词,仅以本发明的附图为基准,其并不是对本发明的具体限定。
本发明公开了一种实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
具体的,挤压所采用的铝合金为6082铝合金、6061铝合金或6063铝合金,但不限于此。优选的为6061合金或6082合金。
具体的,挤压模具的包括面模和模垫以及用于两者的连接件,在面模上设置模孔,模孔内形成有工作带。挤压模具的材质为常见的模具钢,如5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V中的一种或多种,但不限于此。
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
具体的,采用GB/T 3246的方法对样板的粗晶环分布情况进行检测。
(3)根据粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
具体的,修复方法可分为以下几种情况:
A、当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax≥0.25W时,对铝合金的成分、热处理工艺进行调节。
具体的,调节铝合金的成分一般是指增加可抑制晶粒生长的微量元素,如Mn、Cr、Ti、V、Zr等,示例性的,6061合金中,增加Cr的含量,一般使其>0.2wt%;6082合金中,增加Mn的含量,一般使其>0.5wt%,即可有效降低粗晶环的厚度。但是,需要说明的是,调节上述成分以后,也会导致淬火敏感性增强,挤压性能下降。
调节热处理工艺主要是对均质工艺进行调节,如降低均质工艺的温度,缩短均质工艺时间;甚至采用不均质的技术手段。
此外,也可同时调节铝合金成分和热处理工艺,以降低粗晶环的厚度。
B、当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax<0.25W时,在挤压模具的面模上形成焊块;焊块的高度符合下述关系:
其中,tmax为粗晶环的最大厚度,D为实心板材的直径,L为焊块到挤压模具的工作带的距离,k1为形状系数,其取值范围为0.03~0.2;示例性的为0.04、0.06、0.1、0.12或0.18,但不限于此。
优选的,在本发明一个实施例中,当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的tmax<0.25W时,在挤压模具的面模的长度方向(即实心板材宽度方向)上形成第一焊块,在挤压模具的面模的宽度方向(即实心板材厚度方向)上形成第二焊块;
其中,第一焊块的高度符合下述关系:
其中,h1为第一焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L1为第一焊块到挤压模具的工作带的距离,k3为第三形状系数,其取值范围为0.08~0.2;示例性的为0.1、0.12、0.14、0.16、0.18或0.19。
具体的,第一焊块到挤压模具的工作带的距离L1为0.3~1mm,示例性的为0.4mm、0.5mm、0.7mm或0.8mm,但不限于此。第一焊块的长度比模孔的宽度(即实心板材的宽度)小2~3mm,示例性的为2.2mm、2.4mm、2.6mm或2.8mm;第一焊块的宽度为4~10mm,示例性的为5mm、7mm、9mm或9.5mm。
其中,第二焊块的高度符合下述关系:
其中,h2为第二焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L2为第二焊块到挤压模具的工作带的距离,k4为第四形状系数,其取值范围为0.03~0.08,示例性的为0.04、0.06或0.07。
具体的,第二焊块到挤压模具的工作带的距离L2为0.3~1mm,示例性的为0.4mm、0.5mm、0.7mm或0.8mm,但不限于此。第二焊块的长度比模孔的宽度(即实心板材的宽度)小0.5~2mm,示例性的为0.8mm、1.2mm、1.4mm或1.6mm;第二焊块的宽度为3~5mm,示例性的为3mm、3.5mm、4mm或4.5mm。
具体的,在模孔长度方向两侧形成两条第一焊块,在模孔宽度方向两侧形成两条第二焊块。第一焊块和第二焊块围合形成四角不闭合的长方形状。
焊块的材质与挤压模具相同,为模具钢,示例性的为5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V中的一种,但不限于此。
进一步的,在焊块靠近模孔一侧形成圆滑过渡,对焊块靠近模孔的一侧进行打磨和倒角处理。通过上述处理,形成坡状开口,进一步降低粗晶环的厚度。
C、当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度,减短挤压模具工作带的长度,减短量符合下述关系:
ΔW=k2tmax
其中,tmax为粗晶环的最大厚度,k2为第二形状系数,其取值范围为1~5,示例性的为1、2.5、3、3.5、4或4.5,但不限于此。优选的,k2为2~4。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明:
实施例1
本实施例提供一种实心板材挤压模具的修复方法,具体包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
具体的,样板材质为6061铝合金,其化学成分为:
Si 0.77wt%,Mg 1.1wt%,Cu 0.15wt%,Mn 0.12wt%,Fe 0.22%,Cr 0.12wt%,Zn 0.11wt%,Ti 0.03wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心板材的厚度为15mm;
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
经检测,在棒材上存在厚度为4~6mm的呈连续环状分布的粗晶环(如图1);
(3)根据粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
经计算:粗晶环的最大厚度tmax与板材厚度W之比为6/15=0.4>0.25;
故对化学成分进行调节,具体的,调节后的化学成分如下:
Si 0.77wt%,Mg 1.1wt%,Cu 0.15wt%,Mn 0.14wt%,Fe 0.22%,Cr 0.32wt%,Zn 0.11wt%,Ti 0.03wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
并将均质工艺由550℃×6h调整为520℃×6h;
经过上述调整后,继续调整挤压工艺,待挤压工艺合格后挤压,经检测,出现粗晶环的厚度为0.5~1.2mm(图2),但挤压速度由原10m/min降低为6m/min。
实施例2
本实施例提供一种实心板材挤压模具的修复方法,具体包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
具体的,样板材质为6082铝合金,其化学成分为:
Si 1.22wt%,Mg1.0wt%,Cu 0.09wt%,Mn 0.5wt%,Fe 0.22%,Cr 0.12wt%,Zn0.02wt%,Ti 0.03wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心板材的厚度为25mm;
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
经检测,在棒材上存在厚度为2~3.5mm的呈连续环状分布的粗晶环(如图3);
(3)根据粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
经计算:粗晶环的最大厚度tmax与与板材厚度W之比为3.5/25=0.14<0.25;
故在模孔周围形成长方形焊块,包括两个第一焊块和两个第二焊块。其中,第一焊块沿模孔长度方向布置,第一焊块的长度比模孔长度小3mm(左右两侧各短1.5mm),第一焊块到挤压模具的工作带的距离L1为0.5mm,其宽度为5mm,其高度h1为:h1=k3×(W/L1)=0.1×(25/0.5)=5mm。第二焊块沿模孔宽度方向布置,其长度比模孔宽度小2mm(上下两侧各短1mm),第二焊块到挤压模具的工作带的距离L2为0.5mm,其宽度为3mm,其高度h2为h2=k4×(W/L2)=0.06×(25/0.5)=3mm;焊接完成后,在靠近模孔一侧形成圆滑过渡,并打磨抛光。
采用上述方法修复后,按照原挤压条件重新进行挤压,经检测,无粗晶环出现(如图4),且无需降低挤压速度(12m/min)。
实施例3
本实施例提供一种实心板材挤压模具的修复方法,具体包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
具体的,样板材质为6082铝合金,其化学成分为:
Si 1.22wt%,Mg1.0wt%,Cu 0.09wt%,Mn 0.5wt%,Fe 0.22%,Cr 0.12wt%,Zn0.02wt%,Ti 0.03wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心板材的厚度为25mm;
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
经检测,在板材四角上存在厚度为1.2~2.5mm的半月形粗晶环(参图5);
(3)根据粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
经计算:故减短工作带的长度,具体减短量为:△W=k2·tmax=2×2.5=5mm;故将工作带的长度由9mm减短至4mm。
采用上述方法修复后,重新进行挤压,经检测,无粗晶环出现(如图6),且挤压速度不降低(12m/min)。
以上所述是发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,包括:
(1)采用原挤压模具进行挤压,得到样板;
(2)检测所述样板的粗晶环分布情况;
(3)根据粗晶环的分布情况对原挤压模具进行修复;
当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的最大厚度tmax≥0.25W时,对铝合金的成分、热处理工艺进行调节;
当粗晶环呈环状分布,且粗晶环的tmax<0.25W时,在挤压模具的面模的长度方向上形成第一焊块,在挤压模具的面模的宽度方向上形成第二焊块;
其中,第一焊块的高度符合下述关系:
其中,h1为第一焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L1为第一焊块到挤压模具的工作带的距离,k3为第三形状系数,其取值范围为0.08~0.2;
其中,第二焊块的高度符合下述关系:
其中,h2为第二焊块的高度,tmax为粗晶环的最大厚度,W为实心板材的厚度,L2为第二焊块到挤压模具的工作带的距离,k4为第四形状系数,其取值范围为0.03~0.08;
当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度。
2.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,当粗晶环呈局域分布时,减短挤压模具工作带的长度,减短量符合下述关系:
ΔW=k2tmax
其中,tmax为粗晶环的最大厚度,k2为第二形状系数,其取值范围为1~5。
3.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述第一焊块到挤压模具的工作带的距离L1为0.3~1mm,其长度比模孔长度小2~3mm,其宽度为4~10mm。
4.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述第二焊块到挤压模具的工作带的距离L2为0.3~1mm,其长度比模孔的宽度小0.5~2mm,其宽度为3~5mm。
5.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述实心板材的材质为6082铝合金、6061铝合金或6063铝合金。
6.如权利要求1~5任一项所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述焊块的材质为模具钢。
7.如权利要求6所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述焊块的材质为5CrNiW、5CrMnMo、3Cr2W8V中的一种。
8.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,在形成焊块后,在焊块靠近模孔一侧形成圆滑过渡,并进行打磨抛光处理。
9.如权利要求1所述的实心板材挤压模具的修复方法,其特征在于,步骤(2)中,采用GB/T 3246的方法对样板的粗晶环分布情况进行检测。
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