CN115283471A

CN115283471A - 一种复杂型材正挤压均匀成形方法

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Publication number: CN115283471A
Application number: CN202211221410.XA
Authority: CN
Inventors: 于建民; 杜水青; 张治民; 路栋梁; 贾晶晶; 王强
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2022-10-08
Filing date: 2022-10-08
Publication date: 2022-11-04
Anticipated expiration: 2042-10-08
Also published as: CN115283471B

Abstract

本发明涉及挤压成形技术领域，公开一种复杂型材正挤压均匀成形方法，包括以下步骤：S1、架设模具，包括凸模主体、顶部开口的容料腔，容料腔腔底形成挤压面，挤压面向下导通形成主型腔和连通在主型腔四周的多个翼片型腔，挤压面在每相邻两个翼片型腔之间下凹形成一个限流凹槽；S2、入料：将坯料放入容料腔；S3、成形：使凸模主体下行压入容料腔，推挤坯料流入主型腔和翼片型腔，最终充满主型腔和翼片型腔形成工件；S4、下料：将工件取出；S5、流速调整：调整限流凹槽的位置和形状，以平衡坯料流向主型腔和翼片型腔的速度；S6、重复步骤S2至S4。本发明使坯料在挤压成形过程中能够均匀流向主型腔和各翼片型腔。

Description

一种复杂型材正挤压均匀成形方法

技术领域

本发明涉及挤压成形技术领域，特别涉及一种复杂型材正挤压均匀成形方法。

背景技术

正挤压成形技术是一种常用的镁合金塑性成形技术，经过挤压变形获得的镁合金产品具有材料利用率高、成形精度高、生产效率高等一系列优点。

但是正挤压成形通常存在以下问题：坯料在充入模具型腔的过程中，由于型腔内各处对坯料的流动限制不均，造成坯料充满型腔后金属流线不均匀，导致最终制得的工件残余应力较大，并且微观组织和力学性能各向异性较大，在工件使用过程中容易沿力学性能差的部位失效，降低了工件的使用寿命；

尤其是针对形状不均匀的工件，例如在工件主体外周设置有薄翼片的工件，由于型腔在翼片处体积较小、宽度较窄，而在工件主体处体积较大、宽度较大，导致坯料不易流向型腔的翼片处，最终制得工件的力学性能将大受影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂型材正挤压均匀成形方法，克服上述缺陷，使坯料在挤压成形过程中能够均匀地流向型腔的翼片处和工件主体处。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种复杂型材正挤压均匀成形方法，包括以下步骤：

S1、架设模具：模具包括凸模主体、顶部开口的容料腔，所述容料腔供坯料置入并供所述凸模主体向下插入，所述容料腔的腔底形成挤压面，所述挤压面向下导通形成有主型腔和连通在所述主型腔四周的多个翼片型腔，所述主型腔和多个所述翼片型腔共同形成与工件对应的轮廓，所述挤压面在每相邻两个翼片型腔之间分别下凹形成有一个限流凹槽，每个所述限流凹槽在靠近所述主型腔侧形成长度为L1的第一槽面，在靠近两侧的翼片型腔侧各形成长度为L2的第二槽面，所述第一槽面顶部朝向主型腔倾斜θ1角度，各所述第二槽面顶部朝向与其相邻的翼片型腔倾斜θ2角度，同一限流凹槽上的两个第二槽面间水平方向的夹角为w；

S2、入料：将坯料放入容料腔；

S3、成形：使凸模主体下行压入所述容料腔，以推挤容料腔内的坯料流入主型腔和翼片型腔，最终充满主型腔和翼片型腔形成工件；

S4、下料：将工件取出；

S5、流速调整：在步骤S3过程中，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则增大L1/L2的比值，和/或减小θ1/θ2的比值，和/或增大w值；若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则减小L1/L2的比值，和/或增大θ1/θ2的比值，和/或减小w值，直至坯料充满主型腔和翼片型腔的速度相等；

S6、重复步骤S2至S4。

进一步，所述第一槽面顶部与所述主型腔之间间隔d1距离，所述第二槽面顶部同与其相邻的翼片型腔之间间隔d2距离，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则增大d1/ d2的比值，若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则减小d1/d2的比值。

进一步，每个所述限流凹槽在背离所述主型腔侧形成高度为h3的第三槽面，所述第一槽面高度为h1，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则减小h3/h1的比值，若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则增大h3/h1的比值。

进一步，所述第三槽面朝向背离所述主型腔侧倾斜θ3角度，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则减小θ1/θ3的比值，若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则增大θ1/θ3的比值。

进一步，所述挤压面呈中部凸起的锥形，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则增大挤压面中部的凸起高度，若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则减小挤压面中部的凸起高度。

进一步，所述挤压面呈中部下凹的锥形，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则减小挤压面中部的下凹的深度，若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则增大挤压面中部的下凹的深度。

进一步，还包括顶杆，所述顶杆纵向活动设置在所述主型腔底部，在S4步骤中，使所述顶杆上行，向上顶出所述工件。

进一步，所述凸模主体向下延伸形成有型芯杆，在步骤S3中，先使所述凸模主体带动所述型芯杆下行，使所述型芯杆在位于容料腔内的坯料上冲出一个轴孔，而后使凸模主体继续下行压入所述容料腔，推挤容料腔内的坯料流入主型腔和翼片型腔，同时所述型芯杆插入所述主型腔。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：通过将凸模主体插入容料腔，推挤容料腔内的坯料变形后流入挤压面所导通的主型腔和各翼片型腔，各翼片型腔导通在主型腔四周，主型腔和各翼片型腔形成与工件对应的轮廓，进而坯料在填满主型腔和各翼片型腔后将挤压形成工件，通过在挤压面上设置限流凹槽，每个限流凹槽在靠近主型腔侧形成长度为L1的第一槽面，在靠近两侧的翼片型腔侧各形成长度为L2的第二槽面，第一槽面顶部朝向主型腔倾斜θ1角度，各第二槽面顶部朝向与其相邻的翼片型腔倾斜θ2角度，同一限流凹槽上的两个第二槽面间水平方向的夹角为w，若坯料充满主型腔的速度大于充满翼片型腔的速度，则增大L1/L2的比值，和/或减小θ1/θ2的比值，和/或增大w值；若坯料充满主型腔的速度小于充满翼片型腔的速度，则减小L1/L2的比值，和/或增大θ1/θ2的比值，和/或减小w值，进而平衡坯料流入主型腔和各翼片型腔的速度，使得成形出的工件金属流线更均匀，并具有较好的各向同性。

附图说明

图1为本发明中成形后工件的俯视结构示意图；

图2为本发明中凹模模芯的俯视结构示意图；

图3为本发明中凹模模芯的俯视断面结构示意图；

图4为本发明h3大于h1时限流凹槽沿凹模模芯径向的截面结构示意图；

图5为本发明入料前的模具结构示意图；

图6为本发明入料后的模具结构示意图；

图7为本发明穿孔后模具结构示意图；

图8为本发明成形后的模具结构示意图；

图9为本发明省略压力机上模板和凸模组件后顶杆顶出工件和凹模模芯的模具结构示意图；

图10为本发明凹模模芯装入凹模套筒的立体结构示意图。

标号说明：1-压力机上模板，2-凸模组件，3-压力机下模板，4-凹模组件，5-凸模主体，6-容料腔，7-坯料，8-挤压面，9-主型腔，10-翼片型腔，11-工件，12-限流凹槽，13-第一槽面，14-第二槽面，15-第三槽面，16-型芯杆，17-顶杆，18-轴孔，19-凹模模芯，20-凹模套筒。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

本发明提供一种复杂型材正挤压均匀成形方法，应用一种镁铝合金型材均匀挤压成形模具，如图1-10所示，包括安装固定在压力机上模板1下方的凸模组件2、安装固定在压力机下模板3上方的凹模组件4，压力机驱动压力机上模板1与压力机下模板3开合运动，进而带动所述凸模组件2与凹模组件4开合运动；

所述凸模组件2形成有向下凸起的凸模主体5，所述凸模主体5呈圆柱体；所述凹模组件4在正对所述凸模主体5下方形成有顶部开口的容料腔6，所述容料腔6呈直径略大于所述凸模主体5的圆柱形腔，所述容料腔6供坯料7置入并供所述凸模主体5向下插入，所述容料腔6的腔底形成挤压面8，所述挤压面8向下导通形成有主型腔9和连通在所述主型腔9四周的多个翼片型腔10，所述主型腔9为纵向延伸的圆柱形腔体，各所述翼片型腔10均为纵向延伸的大致呈长方体形的腔体，进而所述主型腔9和多个所述翼片型腔10共同形成与工件11对应的轮廓，本实施例中，所述工件11顶部中央还向下导通形成有一个轴孔18，为同时一次成形出所述轴孔18，所述凸模主体5底部下凸形成有一根型芯杆16，所述型芯杆16随凸模主体5下行，在位于容料腔6内的坯料7上冲出所述轴孔18，而后在凸模主体5继续下行时，所述型芯杆16用于向下插入所述主型腔9，并与所述主型腔9侧壁之间留有供坯料7流入的间隙，更具体地实施例中，为便于凹模组件4的制造，所述凹模组件4包括凹模模芯19和凹模套筒20，凹模套筒20呈圆筒形，凹模模芯19顶面形成所述挤压面8，所述主型腔9和翼片型腔10均开设在所述凹模模芯19上，所述凹模模芯19同轴且周向固定在所述凹模套筒20内，如图2、图3、图10所示，所述挤压面8可以呈平面，优选地实施例中，为使坯料7更易流入主型腔9和翼片型腔10，如图5-9所示，所述挤压面8的边缘还可以设置成向内倾斜的斜面，不具体限定；

受所述主型腔9和翼片型腔10形状和位置的限制，坯料7在受挤压后，流入主型腔9和翼片型腔10的阻力不同，导致坯料7流向主型腔9和翼片型腔10的速度不同，为平衡坯料7向主型腔9和翼片型腔10流动的速度，所述挤压面8在每相邻两个翼片型腔10之间分别下凹形成有一个限流凹槽12，为配合所述主型腔9和翼片型腔10在挤压面8上形成的轮廓，所述限流凹槽12的横截面呈扇形，每个所述限流凹槽12在靠近所述主型腔9侧形成限制坯料7流向主型腔9的第一槽面13、在靠近所述翼片型腔10侧形成限制坯料7流向翼片型腔10的第二槽面14、在背离所述主型腔9侧形成限制坯料7向背离主型腔9的方向流动的第三槽面15，所述第一槽面13、第二槽面14、第三槽面15、挤压面8间平滑过渡，通过调整所述第一槽面13、第二槽面14和第三槽面15的位置以及形状，进而调整坯料7朝向各个方向流动时的阻力，使坯料均匀流入主型腔9和翼片型腔10，成形后的工件11金属流线将更加均匀，改善了工件11的力学性能各向异性的问题，实现提升材料的综合力学性能。

具体在本实施例中，此处重点结合图2-4所示，所述第一槽面13的高度为h1、长度L1，所述第一槽面13顶部朝向主型腔9倾斜θ1角度，并与所述主型腔9之间间隔d1距离；各所述第二槽面14的长度均为L2，且顶部朝向与其相邻的翼片型腔10倾斜θ2角度（θ2附图中未给出），并同与其相邻的翼片型腔10之间间隔d2距离，且同一限流凹槽12上的两个第二槽面14间水平方向的夹角为w；所述第三槽面15的高度为h3，所述第三槽面15朝向背离所述主型腔9侧倾斜θ3角度。

一个限流凹槽12的两个第二槽面14间水平方向的夹角w大于或小于与该限流凹槽12相邻的两个翼片型腔10间水平方向的夹角，重点参阅图3所示，具体地，当一个限流凹槽12的两个第二槽面14间水平方向的夹角w大于与该限流凹槽12相邻的两个翼片型腔10间水平方向的夹角时，第二槽面14远离主型腔9的一端相较靠近主型腔9的一端距离翼片型腔10更近，使得坯料7在继续受挤压时，处于限流凹槽12内的部分沿第二槽面14爬升出限流凹槽12后，继续横向流向与其相邻的翼片型腔10时，更快流入该翼片型腔10远离主型腔9的一端；反之，当一个限流凹槽12的两个第二槽面14间水平方向的夹角w小于与该限流凹槽12相邻的两个翼片型腔10间水平方向的夹角时，则更快流入翼片型腔10靠近主型腔9的一端，夹角w的实际角度根据实际成形效果具体调整。

所述第一槽面13的倾斜角度θ1大于或小于所述第二槽面14的倾斜角度θ2，具体地，由于第一槽面13和第二槽面14的倾斜角度越小，对坯料7沿对应方向横向流动产生的阻力越大，当θ1大于θ2时，使得坯料7更易向第一槽面13所在方向流动，进而更快流向第一槽面13旁侧的主型腔9；反之，当θ1小于θ2时，使得坯料7更易向第二槽面14所在方向流动，进而更快流向第二槽面14旁侧的翼片型腔10，θ1和θ2的具体数值根据实际成形效果具体设定。

重点结合图4所示，所述第三槽面15的高度h3大于或小于所述第一槽面13的高度h1，具体地，由于第三槽面15和第一槽面13的高度越大，对坯料7沿对应方向横向流动产生的阻力越大，当h3大于h1时，使得坯料7更易向主型腔9流动，反之，当h3小于h1时，使得坯料7更易向背离主型腔9方向流动，进而更易流向主型腔9四周的翼片型腔10，h3和h1的具体数值根据实际成形效果具体设定。

重点结合图4所示，所述第一槽面13的倾斜角度θ1大于或小于所述第三槽面15的倾斜角度θ3，具体地，由于第三槽面15和第一槽面13的倾斜角度越大，对坯料7沿对应方向横向流动产生的阻力越小，当θ1大于θ3时，使得坯料7更易向主型腔9流动，反之，当θ1小于θ3时，使得坯料7更易向背离主型腔9方向流动，进而更易流向主型腔9四周的翼片型腔10，θ1和θ3的具体数值根据实际成形效果具体设定。

所述第一槽面13的长度L1大于或小于所述第二槽面14的长度L2，具体地，由于第一槽面13和第二槽面14的长度越大，对坯料7沿对应方向横向流动产生的阻力越大，当L1小于L2时，使得坯料7更易向第一槽面13所在方向流动，进而更快流向第一槽面13旁侧的主型腔9；反之，当L1大于L2时，使得坯料7更易向第二槽面14所在方向流动，进而更快流向第二槽面14旁侧的翼片型腔10，L1和L2的具体数值根据实际成形效果具体设定。

所述主型腔9顶端导通在所述挤压面8中央，所述挤压面8还可以呈中间低四周高或中间高四周低的锥形面（附图中未给出）；在挤压面8呈中间低四周高时，坯料7更易向挤压面8中央流动，更快进入主型腔9；在挤压面8呈中间高四周低时，坯料7更易向挤压面8边缘流动，更快进入各翼片型腔10。

优选地实施例中，为方便坯料7在成形出工件11后的脱模，所述压力机下模板3上纵向滑动安装有顶杆17，所述顶杆17位于所述主型腔9底部，以在向上插入主型腔9时上顶出工件11。

该方法包括以下步骤：

S1、重点结合图5所示，架设上述镁铝合金型材均匀挤压成形模具；

S2、重点结合图6所示，入料：将坯料7放入容料腔6；

S3、重点结合图7、图8所示，成形：使所述凸模主体5带动所述型芯杆16下行，使所述型芯杆16在位于容料腔6内的坯料7上冲出所述轴孔18，而后使凸模主体5继续下行压入所述容料腔6，以推挤容料腔6内的坯料7流入主型腔9和翼片型腔10，最终充满主型腔9和翼片型腔10形成工件11；

S4、重点结合图9所示，下料：使所述顶杆17上行，向上顶出所述工件11，将工件11取出，优选在本实施例中，为便于工件11的脱模，所述凹模模芯19可以设置成多瓣拼合而成的，拼合位置以及具体瓣数不具体限定，常规设置，本实施中不再具体阐述，从而在上顶出工件11时，使凹模模芯19与工件11一同上顶出所述凹模套筒20，再使凹模模芯19沿拼合处打开，从而能够更加方便地取出所述工件11；

S5、流速调整：在步骤S3过程中，若坯料7充满主型腔9的速度大于充满翼片型腔10的速度，则增大L1/L2的比值，和/或减小θ1/θ2的比值，和/或增大d1/ d2的比值，和/或减小h3/h1的比值，和/或减小θ1/θ3的比值，和/或增大w值，进而使坯料7更易流向翼片型腔10；若坯料7充满主型腔9的速度小于充满翼片型腔10的速度，则减小L1/L2的比值，和/或增大θ1/θ2的比值，和/或减小d1/ d2的比值，和/或增大h3/h1的比值，和/或增大θ1/θ3的比值，和/或减小w值，进而使坯料7更易流向主型腔9，直至坯料7充满主型腔9和翼片型腔10的速度相等，此时成形出的工件11的金属流线将更加均匀，具有更优的各向同性和力学性能；

S6、重复步骤S2至S4，直至成形出预定数量的工件11。

优选地实施例中，所述挤压面8呈中间高四周低或中间低四周高的锥形面；当所述挤压面8呈中间高四周低的锥形面时，若坯料7充满主型腔9的速度大于充满翼片型腔10的速度，则增大挤压面8中部的凸起高度，若坯料7充满主型腔9的速度小于充满翼片型腔10的速度，则减小挤压面8中部的凸起高度；当所述挤压面8呈中间低四周高的锥形面时，若坯料7充满主型腔9的速度大于充满翼片型腔10的速度，则减小挤压面8中部的下凹的深度，若坯料7充满主型腔9的速度小于充满翼片型腔10的速度，则增大挤压面8中部的下凹的深度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims

1.一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、架设模具：模具包括凸模主体（5）、顶部开口的容料腔（6），所述容料腔（6）供坯料（7）置入并供所述凸模主体（5）向下插入，所述容料腔（6）的腔底形成挤压面（8），所述挤压面（8）向下导通形成有主型腔（9）和连通在所述主型腔（9）四周的多个翼片型腔（10），所述主型腔（9）和多个所述翼片型腔（10）共同形成与工件（11）对应的轮廓，所述挤压面（8）在每相邻两个翼片型腔（10）之间分别下凹形成有一个限流凹槽（12），每个所述限流凹槽（12）在靠近所述主型腔（9）侧形成长度为L1的第一槽面（13），在靠近两侧的翼片型腔（10）侧各形成长度为L2的第二槽面（14），所述第一槽面（13）顶部朝向主型腔（9）倾斜θ1角度，各所述第二槽面（14）顶部朝向与其相邻的翼片型腔（10）倾斜θ2角度，同一限流凹槽（12）上的两个第二槽面（14）间水平方向的夹角为w；

S2、入料：将坯料（7）放入容料腔（6）；

S3、成形：使凸模主体（5）下行压入所述容料腔（6），以推挤容料腔（6）内的坯料（7）流入主型腔（9）和翼片型腔（10），最终充满主型腔（9）和翼片型腔（10）形成工件（11）；

S4、下料：将工件（11）取出；

S5、流速调整：在步骤S3过程中，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则增大L1/L2的比值，和/或减小θ1/θ2的比值，和/或增大w值；若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则减小L1/L2的比值，和/或增大θ1/θ2的比值，和/或减小w值，直至坯料（7）充满主型腔（9）和翼片型腔（10）的速度相等；

S6、重复步骤S2至S4。

2.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：所述第一槽面（13）顶部与所述主型腔（9）之间间隔d1距离，所述第二槽面（14）顶部同与其相邻的翼片型腔（10）之间间隔d2距离，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则增大d1/ d2的比值，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则减小d1/ d2的比值。

3.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：每个所述限流凹槽（12）在背离所述主型腔（9）侧形成高度为h3的第三槽面（15），所述第一槽面（13）高度为h1，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则减小h3/h1的比值，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则增大h3/h1的比值。

4.如权利要求3所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：所述第三槽面（15）朝向背离所述主型腔（9）侧倾斜θ3角度，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则减小θ1/θ3的比值，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则增大θ1/θ3的比值。

5.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：所述挤压面（8）呈中部凸起的锥形，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则增大挤压面（8）中部的凸起高度，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则减小挤压面（8）中部的凸起高度。

6.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：所述挤压面（8）呈中部下凹的锥形，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度大于充满翼片型腔（10）的速度，则减小挤压面（8）中部的下凹的深度，若坯料（7）充满主型腔（9）的速度小于充满翼片型腔（10）的速度，则增大挤压面（8）中部的下凹的深度。

7.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：还包括顶杆（17），所述顶杆（17）纵向活动设置在所述主型腔（9）底部，在S4步骤中，使所述顶杆（17）上行，向上顶出所述工件（11）。

8.如权利要求1所述一种复杂型材正挤压均匀成形方法，其特征在于：所述凸模主体（5）向下延伸形成有型芯杆（16），在步骤S3中，先使所述凸模主体（5）带动所述型芯杆（16）下行，使所述型芯杆（16）在位于容料腔（6）内的坯料（7）上冲出一个轴孔（18），而后使凸模主体（5）继续下行压入所述容料腔（6），推挤容料腔（6）内的坯料（7）流入主型腔（9）和翼片型腔（10），同时使所述型芯杆（16）插入所述主型腔（9）。