CN114653770A - 一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具 - Google Patents

一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种镁合金高性能板材的螺旋变径‑连续扭转挤压模具。包括入料挤压模具,出口挤压模具,中间部分的扭转挤压模具,包括内模具和外套筒。模具本体的中间部分设有一条螺旋状的变截面扭转挤压通道,模具型腔在厚度、宽度方向上呈梯度减小。本发明可实现板型坯料通过螺旋线状扭转挤压通道产生沿圆周方向的连续扭曲变形,坯料在剪切应力的作用下,发生转动和剪切应变,实现晶粒的剪切破碎,与传统挤压模具相比,螺旋状扭转挤压通道可以大幅度提高扭转半径,从而提高了坯料在挤压变形过程中的剪切应力,达到细化晶粒、制备特殊织构的目的,进而提高了成型板材的综合力学性能。

Description

一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具
技术领域
本发明专利属于金属材料加工领域,具体涉及一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具。
背景技术
镁合金作为目前工程应用中最轻的金属结构材料,具有比强度高、比刚度高、阻尼减震性好、尺寸稳定性好、机加工方便、易于回收等优点,被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”。广泛用于航空航天、国防军工、汽车、电子3C等高尖端技术领域。但受镁及镁合金的密排六方的晶体结构、以及散热快、塑性变形温区窄的材料特性所影响,导致镁合金低温塑性成形能力差,阻碍了镁合金的进一步开发和应用。常见的民用镁合金型材多以压铸和挤压为主,铸造及挤压组织特征显著。大塑形变形技术能极大的提高金属晶粒的细化能力,通过此技术往往能够获得较小晶粒尺寸的超细晶材料并形成一些特殊的织构组分,是强化金属材料的主要手段之一。当金属晶粒的尺寸大小在一定的范围内时,晶粒平均尺寸越细,材料的变形抗力、抗拉强度越高,同时塑形较好,韧性指数也越高。SPD与传统细晶强化的区别是将大塑形应变施加于金属材料本身,通过特定变形方法和变形条件后,材料的晶粒尺寸会小到一定程度。此时,材料的强化机制不只是单纯的细晶强化,而是多种强化机制共同参与作用。
现有的板材生产工艺,以轧制、挤压为主,由于成型及应力状态方式单一,致使镁合金组织再结晶不充分,进而导致金属内部夹杂有狭长粗大的非结晶带,及板材微观组织的不均匀。此外,较强的轧制-挤压织构以及粗大的第二相相粒子很容易在变形后的镁合金板材中产生,致使板材的抗拉强度和延伸率较低;同时受镁合金自身晶体结构(密排六方HCP)限制,合金变形过程中,可开动滑移系较少,基面滑移活动活跃,致使板材基面织构强度高,产生较为明显的板织构和丝织构,板材各向异性特性显著,给板材的二次成型加工带来较大难度,严重影响镁合金的产业化推广和使用。
发明内容
为克服现有高压扭转成型技术过程复杂的不足,以及板材成型工艺存在的缺陷;本发明的目的在于:提供一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,以实现高压扭转成型以及板材坯料厚度减薄的目的。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案是:提供一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其结构包括:入料挤压模具、出口挤压模具、中间内模具及中间外套筒;入料挤压模具、出口挤压模具和中间套筒的外形轮廓均为圆形,直径d为板材坯料厚度h的5~6倍;入料挤压模具和出口挤压模具分别安装在中间套筒的左右两端,并通过其端面上的法兰盘进行螺栓连接;所述中间内模具外表面开设螺旋状的矩形凹槽,中间内模具与中间套筒过渡配合,在圆周方向通过模具上的销孔进行定位连接,组合成中间模具,所述中间内模具螺旋状凹槽与中间套筒内表面形成挤压通道,中间螺旋挤压通道成螺旋状,材料挤压时引导板材进行螺旋转动。
所述入料挤压模具和出口挤压模具在与中间模具连接处的横截面形状相同,且分别连接在中间模具的两侧;入料挤压模具型腔与出口挤压模具型腔分别与中间螺旋挤压通道的两端相贯通,连接处为一段过渡直通道,长度5mm。
所述扭转挤压通道在厚度、宽度方向沿螺旋线在轴线方向上逐渐减小,入料挤压模具型腔开始端和出口挤压模具型腔末端的横截面均为矩形;入料挤压模具型腔开始端的高度为h1,宽度为a1,出口挤压模具型腔末端的高度h2为(0.1~0.45)h1,宽度a2为(0.5~0.75)a1
所述螺旋通道对应螺旋线的导程为板材厚度h的8~10倍,圈数根据实际要求设计为1~3圈。
本发明将高压扭转、挤压、减薄及减宽过程集合于一体,改善了常规变形的单一成型方式,简化了成型工艺和设备;螺旋状通道大大提高了扭转半径,使模具能够对板型坯料变形提供更大的剪切应力,减少了扭转成型所需的圈数,挤压型腔梯度减小的几何设计阻碍了材料的流动,从而产生了极大的正应力。极大的正应力和极大的切应力共同作用于成型过程,最终得到较细的晶体结构和特殊位错组织,实现高压扭转成型的目的。
附图说明
图1为本发明的轴侧示意图;
图2为模具的左视图;
图3为模具的右视图;
图4为中间内模具结构示意图;
图5位棒材成型模具示意图。
图中:1、入料挤压模具;2、中间内模具;3、中间套筒;4、出口挤压模具;51、入料挤压模具型腔;52、中间螺旋扭转挤压通道;53、出口挤压模具型腔。
具体实施方式
为使发明要解决的技术问题,技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施案例进行详细描述。
本发明提供一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,包括入料挤压模具1,出口挤压模具4,中间内模具2,中间外套筒3;入料挤压模具1,出口挤压模具4。首先中间内模具2与外套筒4进行过渡配合,组合安装在一起,并通过模具上的销孔进行圆周方向的定位连接。然后入料挤压模具1和右挤压模4具分别安装在中间套筒3的两端,并通过其端面的法兰盘由螺栓连接在一起。
实施例一
该实施例选用的是AZ31镁合金长方体挤压态坯料,原始尺寸规格:宽度a为180mm、厚度h为80mm、长度为2000~3000mm。实施方案是首先将坯料加热到250℃,保持适当时间并使温度均匀化,同时加热模具,使其温度升到与待加工坯料温度相同,然后在模具的螺旋扭转挤压通道5以及入料挤压模具1型腔和出口挤压模具4型腔内涂抹润滑剂。将待加工坯料放入入料挤压模具1型腔中,开启挤压装置,在坯料后端施加压力进行10~15mm/s的进给,使坯料经过入料挤压模具1型腔进入中间螺旋扭转挤压通道5进行扭转挤压,最后经过出口挤压模具4型腔挤压后得到成型板材。加工后得到宽度135mm×厚度20mm的高强度镁合金板材。
本实施例挤压后的板材力学性能如下:抗拉强度为:305Mpa~315Mpa,断后伸长量为:16.75%~18.35%。
实施例二
该实施例选用的是AZ31镁合金轧制板材,板材尺寸为:宽度a180mm,厚度h36mm。长度2000mm。首先将3~5张板材层叠在一起,加热到250℃,保持适当时间使材料温度均匀化,同时将模具也加热到250℃,然后在模具的型腔内部涂抹润滑剂。启动压力装置,在压力作用下,使板材以12~15mm/s的速度依次通过入料挤压模具1、螺旋扭转挤压通道5和出口挤压模具4,多张板材在模具的压力作用下复合在一起,最后得到规格为宽度135mm×15mm的复合板材。且经过沿截面方向的剪切变形,复合板材的组织性能得到大幅提高。
本实施例挤压后的板材力学性能如下:抗拉强度为:365Mpa~378Mpa,断后伸长量为:26.15%~27.5%。
实施例三
如图5所示,为本发明改进后的棒型材料扭转成型模具。入料挤压模具1型腔开始段和出口挤压模具4型腔末尾段横截面由矩形改为圆形,使改进后的模具型腔能够完成对棒材的挤压。本实施例选用的是规格为直径φ180mm×长度1200mm的铸态ZK60棒材坯料,首先将棒材坯料加热到300℃,保持适当时间并使温度均匀化,同时加热模具,使其温度与待加工坯料温度相同。然后在模具型腔内涂抹润滑剂,将待加工坯料放进入料挤压模具1型腔中,在棒材坯料后端施加压力进行8~12mm/s等速挤压,使坯料经过入料挤压模具1型腔进入中间螺旋挤压通道5进行扭转挤压,最后经过出口挤压模具4型腔挤压后得到直径φ80规格的成型棒材。
本实施例挤压后的板材力学性能如下:抗拉强度为:310Mpa~335Mpa,断后伸长量为:23.35%~24.5%。
以上所述,仅为本发明中部分具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,基于本发明中的方案,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案,都属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:包括入料挤压模具(1),出口挤压模具(4),中间内模具(2),中间外套筒(3);入料挤压模具(1)、出口挤压模具(4)和中间套筒(3)的外形轮廓形状相同,其横截面为圆形,直径d,其值为板材坯料厚度h的3~5倍;入料挤压模具(1)和出口挤压模具(4)分别位安装在中间套筒(3)的左右两端,并通过其端面的法兰盘进行螺栓连接;所述中间内模具(2)外表面开设一螺旋状的矩形凹槽,中间内模具(2)与中间套筒(3)过渡配合,在圆周方向通过模具上的销孔进行定位连接,组合成中间模具,所述中间内模具螺旋状凹槽与中间套筒的内表面形成挤压通道型腔;中间的螺旋挤压通道成螺旋状,材料挤压是引导板材进行螺旋转动;中间螺旋扭转挤压通道(52)成螺旋状,材料挤压时引导板材进行螺旋转动。
2.如权利要求1所述的一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:入料挤压模具(1)和出口挤压模具(4)在与中间模具连接处的端面形状相同,且分别连接在中间模具的两侧;入料挤压模具型腔(51)与出口挤压模具型腔(53)与中间螺旋挤压通道(52)的左右两端相通,连接处为一段过渡直通道,长度5mm。
3.如权利要求1所述的一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:将扭转、减薄过程集合与一体,板材通过模具进行扭转挤压变形,可以实现宽度和厚度方向上的减薄。
4.如权利要求1所述的一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:扭转挤压通道的型腔在厚度、宽度方向沿螺旋线在轴线方向上逐渐减小,入料挤压模具型腔开始端和出口挤压模具型腔末端的横截面军为矩形;入料挤压模具型腔开始端的高度为h1,宽度为a1,出口挤压模具型腔末端的高度h2为(0.1~0.45)h1,宽度a2为(0.5~0.75)a1
5.如权利要求1所述的一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:螺旋通道对应螺旋线的导程为板材厚度h的8~10倍,圈数根据实际要求设计为1~3圈。
6.如权利要求1所述的一种镁合金高性能板材的螺旋变径-连续扭转挤压模具,其特征在于:不仅能够实现对单张板材的连续扭转挤压,而且同时可对多张板材进行累积螺旋扭转层叠挤压,或棒材的连续螺旋扭转挤压。
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