CN115351109A - 一种镁合金挤压模具及挤压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁合金挤压模具及挤压方法，包括模具本体，所述模具本体内设有挤压通道，所述挤压通道从入料口到出料口依次为：入口段、锥形过渡段和出口段，所述锥形过渡段的大径端与入口段连接，所述锥形过渡段的小径端与出口段连接；所述锥形过渡段的内侧壁上环设有若干条凸起。其能够有效改善挤压而成的镁合金棒材的织构强度，提升镁合金的性能和良品率。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金成形技术领域，具体涉及镁合金挤压模具及挤压方法。
背景技术
镁合金具有很多优良性能，如极高比强度、比刚度、良好的生物兼容性、阻尼性、切削加工性、导热性、电磁屏蔽性等。除此之外，镁合金同样具有良好的机加工性能、尺寸稳定性、可回收再利用的优点，因此目前镁合金已在汽车行业、数码电子3C产业、航空航天等领域有了广泛的应用，发展镁合金这种节能环保的绿色金属材料非常必要，研究和发展以及拓宽镁合金的应用能有效帮助我国缓解资源短缺，对传统耗能材料的依赖，促进我国的可持续发展。
从成型工艺上看，铸造而成的镁合金铸件一般都具有铸造工艺带来的缺陷，比如：晶粒粗大，组织多伴有枝晶偏析，杂质偏多。相较于铸态镁合金而言，通过塑性变形制造的镁合金的组织性能可以得到明显改善，塑性加工的方法不仅不会造成环境污染，还能生产出具有优良组织性能及机械性能的材料。其中挤压工艺在整个镁合金塑性成形领域中应用很是广泛，占比极其之大，挤压是一种先进的无或少废料塑性加工工艺，挤压成型是在塑性加工传统工艺的基础上发展出的工艺。挤压加工最大的优势在于挤压筒内坯料的应力状态为强力的三向压应力；在这种应力状态下，材料的最大塑性可以被激发出来，研究已经发现大多镁合金在室温下能够开动滑移系极少，即便温度升高后有更多滑移系开动其塑性变形能力仍十分有限，因此三向压应力可以很好的改善镁合金塑性成形能力差的这一缺点，应该优先选用挤压这种变形方式。
目前虽然有大量的合金挤压塑性变形技术出现，比如CN108188191A公开的一种非对称挤压装置及其挤压方法，为非对称挤压方式；CN114141402A公开的铝镁合金制品制备工艺，为等通道转角挤压方式，它们通过增加变形过程中的剪切应变，减小心部与表面的流速差进而改变组织，细化晶粒，最终可以用来弱化镁合金的织构。这些工艺的确利于提升镁合金的性能，但也存在着明显不足，等通道挤压技术需要制造特殊的等通道模具，造价昂贵成本很高，而且在很大程度上只适合生产较大尺寸的镁合金块体，对于更加实用的镁合金棒材难以应用。非对称挤压工艺对挤出的材料需要另外牵引矫直，而且设备较大，零部件复杂，难以保养维护。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供一种镁合金挤压模具及挤压方法，其能够有效改善挤压而成的镁合金棒材的织构强度，提升镁合金的性能和良品率。
本发明所述的镁合金挤压模具，包括模具本体，所述模具本体内设有挤压通道，所述挤压通道从入料口到出料口依次为：入口段、锥形过渡段和出口段，所述锥形过渡段的大径端与入口段连接，所述锥形过渡段的小径端与出口段连接；所述锥形过渡段的内侧壁上环设有若干条凸起。
进一步，所述凸起的数量为两条。
进一步，所述凸起的横截面呈半圆形。
进一步，所述凸起横截面的直径为入口段半径的1/8~1/6。
进一步，所述入口段和出口段均为等径通道，且入口段内径＞出口段内径。
进一步，所述锥形过渡段的锥角为45°。
进一步，所述模具本体沿挤压通道的轴线对称。
一种镁合金挤压方法，采用本发明所述的镁合金挤压模具对待挤压镁合金棒状坯料进行挤压，包括如下步骤：
S1，将棒状坯料外径加工至与挤压通道入口段内径相同；
S2，对棒状坯料和模具本体进行预热；
S3，将预热后的棒状坯料置于入口段，安装顶杆；
S4，顶杆在推力作用下沿挤压轴线挤压棒状坯料，棒状坯料在挤压力的作用下经过锥形过渡段流入出口段，挤出得到设定直径的镁合金棒材。
进一步，所述S4中对棒状坯料挤压时，持续对模具本体进行加热，使得模具本体维持在设定温度。
进一步，所述S2中的预热温度和S4中挤压过程的模具本体的设定温度根据待挤压镁合金棒状坯料的材质进行合理限定。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果。
1、本发明通过在锥形过渡段的内侧壁上环设有若干条凸起，当棒状坯料在挤压力作用下经过锥形过渡段时，凸起的设置会强烈的改变棒状坯料表面的成形状态坯料的流动路径，使原来沿挤压方向的最大主应变产生偏移，从而弱化了挤压方向的织构强度，提升了挤压得到的镁合金棒材的性能。
2、本发明对模具本体改动较小，进而模具本体能够直接安装到通用支架上，利用常用的卧式挤压机对顶杆施加压力，实现挤压过程，不需要像等通道转角挤压那样昂贵的造价，也省略了像非对称挤压所需的矫直设备，成本低，工艺流程简单，适合规模化推广应用。
附图说明
图1是本发明所述模具本体的结构示意图；
图2是本发明所述模具本体的截面示意图；
图3为挤压开始前棒状坯料在模具本体内部的状态示意图；
图4是挤压过程示意图；
图5是现有挤压过程的材料内金属流线仿真模拟示意图；
图6是本发明挤压过程的材料内金属流线仿真模拟示意图；
图7是挤压出口处镁合金棒材心部至表面的挤压温度分布图；
图8是挤压出口处镁合金棒材心部至表面的等效应变分布图；
图9是挤压出口处镁合金棒材心部至表面的流速分布图。
1—模具本体，2—挤压通道，3—入口段，4—锥形过渡段，5—出口段，6—凸起，7—棒材坯料，8—顶杆。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
参见图1和图2，所示的镁合金挤压模具，包括模具本体1，所述模具本体1内设有挤压通道2，所述模具本体1沿挤压通道2的轴线对称。所述挤压通道2从入料口到出料口依次为：入口段3、锥形过渡段4和出口段5，所述锥形过渡段4的大径端与入口段3连接，所述锥形过渡段4的小径端与出口段5连接；所述入口段3和出口段5均为等径通道，且入口段3内径＞出口段5内径；所述锥形过渡段4的锥角为45°，无需另外设置导流槽。所述锥形过渡段4的内侧壁上环设有若干条凸起6，所述凸起6的设置会强烈的改变棒状坯料7表面的成形状态坯料的流动路径，使原来沿挤压方向的最大主应变产生偏移，从而弱化了挤压方向的织构强度，提升了挤压得到的镁合金棒材的性能。
优选地，所述凸起6的数量为两条，若数量过少，则对棒状坯料7表面的成形状态坯料的流动路径影响较小，进而织构强度弱化效果有限。若数量过多，则会增大对棒状坯料的阻力，影响挤压的流动顺畅性。
为了提升棒状坯料在挤压过程的流动顺畅性，将所述凸起的横截面设置为半圆形，且所述凸起横截面的直径为入口段半径的1/8。
一种镁合金挤压方法，采用本发明所述的镁合金挤压模具对待挤压镁合金棒状坯料进行挤压，包括如下步骤：
S1，将ZK60镁合金铸锭挤压成直径为450mm的棒，然后继续低温挤压至直径为100mm的棒，最终挤压成用于后续挤压实验的直径为78mm的棒状坯料7，即将棒状坯料7外径加工至与挤压通道2的入口段3内径相同。
S2，对棒状坯料7和模具本体1进行预热，预热温度为300℃，预热时间为1h。
S3，参见图3，采用特定夹具将预热后的棒状坯料7放置于模具本体1的入口段3，然后立即安装顶杆8，棒状坯料7与入口段3内壁留有一定间隙，顶杆8与入口段3内壁紧密贴合。
S4，顶杆8在挤压设备800吨以上卧式挤压机的推力作用下沿挤压轴线挤压棒状坯料7，挤压过程中对模具本体1持续加热，使得模具本体温度维持在300℃左右，棒状坯料7在挤压力的作用下经过锥形过渡段3流入出口段4，挤压速度为1mm/s左右，挤压方式为正挤压，挤压比设定为12.56，挤出得到设定直径的镁合金棒材。在挤出后，对镁合金棒材进行牵引。
参见图4，棒状坯料7从放入模具本体1中要经历初始状态、填充型腔、进入定径带、非稳态挤压结束四个阶段，初始状态为棒状坯料7放置于模具本体1的入口段3，然后立即安装顶杆8，棒状坯料7与入口段3内壁留有一定间隙，顶杆8与入口段3内壁紧密贴合。
填充型腔阶段即棒状坯料7填充满整个挤压部分的模具型腔即入口段3和锥形过渡段4，进入定径带阶段为棒状坯料7在挤压力的作用下流入定径带即出口段5的进入端，接着挤出特定口径的镁合金棒材，刚开始挤出的部分可能会存在一段非稳态挤压，在本实施例中，非稳态挤压部分的长度约66mm，挤压完成后应切除，随后即为非稳态挤压结束阶段。
参见图5和图6，通过仿真结果对比可知，镁合金棒状坯料挤出过程中，外表面在经过凸起6时，相较于常规45°锥形过渡段模具，凸起6的设置会使得外表面的材料会受到更大阻力，即凸起6的设置会强烈的改变棒状坯料7表面的成形状态坯料的流动路径。
对挤压出口处的镁合金棒材进行性能检测，参见图7至图9，相较于常规45°锥形过渡段模具，凸起6的设置会使得外表面的材料会受到更大阻力，减小表面流速，产生更大的等效应变和等效应力，环状凸起的存在还会改变镁合金棒材表面材料点的最大主应变方向，使原来沿挤压方向的最大主应变产生偏移，从而弱化了挤压方向的织构强度，提升了镁合金棒材的性能。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种镁合金挤压模具，包括模具本体，所述模具本体内设有挤压通道，其特征在于：所述挤压通道从入料口到出料口依次为：入口段、锥形过渡段和出口段，所述锥形过渡段的大径端与入口段连接，所述锥形过渡段的小径端与出口段连接；
所述锥形过渡段的内侧壁上环设有若干条凸起。
2.根据权利要求1所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述凸起的数量为两条。
3.根据权利要求1或2所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述凸起的横截面呈半圆形。
4.根据权利要求3所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述凸起横截面的直径为入口段半径的1/8~1/6。
5.根据权利要求1或2所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述入口段和出口段均为等径通道，且入口段内径＞出口段内径。
6.根据权利要求1或2所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述锥形过渡段的锥角为45°。
7.根据权利要求1或2所述的镁合金挤压模具，其特征在于：所述模具本体沿挤压通道的轴线对称。
8.一种镁合金挤压方法，其特征在于，采用权利要求1~7任一项所述的镁合金挤压模具对待挤压镁合金棒状坯料进行挤压，包括如下步骤：
S1，将棒状坯料外径加工至与挤压通道入口段内径相同；
S2，对棒状坯料和模具本体进行预热；
S3，将预热后的棒状坯料置于入口段，安装顶杆；
S4，顶杆在推力作用下沿挤压轴线挤压棒状坯料，棒状坯料在挤压力的作用下经过锥形过渡段流入出口段，挤出得到设定直径的镁合金棒材。
9.根据权利要求8所述的镁合金挤压方法，其特征在于：所述S4中对棒状坯料挤压时，持续对模具本体进行加热，使得模具本体维持在设定温度。
10.根据权利要求9所述的镁合金挤压方法，其特征在于：所述S2中的预热温度和S4中挤压过程的模具本体的设定温度根据待挤压镁合金棒状坯料的材质进行合理限定。
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|---|---|---|---|---|
| CN115846445A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-03-28 | 中镁宏海科技有限公司 | 一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法 |
| CN116174588A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-05-30 | 中北大学 | 内外双层金属棒材正挤压制备模具及棒材制备方法 |
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