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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