CN202571233U

CN202571233U - 一种镁合金半固态触变成形装置

Info

Publication number: CN202571233U
Application number: CN 201220005146
Authority: CN
Inventors: 王武孝; 杨建东; 张莎; 袁森
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2022-01-06

Abstract

本实用新型的镁合金半固态触变成形装置，包括挤压系统、高温挤压密封垫、加热控温系统和成型模具组成，高温挤压密封垫结构是，挤压杆与杯碗的对接处轴心孔安装有连接螺栓，杯碗的另一端轴心孔安装有一加压盘，杯碗的端头外径大于挤压杆的外径，加压盘为一锥台型结构，包括一段圆柱段和一段圆锥段组成，其圆柱段伸入杯碗的轴心孔中，并且圆柱段底面与杯碗的轴心孔底端有间隙，加压盘的圆锥段底端露出杯碗的轴心孔之外；加热控温系统的结构是，挤压缸外表面套装有加热套，加热套沿圆周缠绕有加热线圈，加热套中沿径向设置有一热电偶，挤压缸内设置有另一热电偶。本实用新型结构简单，工作可靠。

Description

一种镁合金半固态触变成形装置

技术领域

本实用新型属于铸造技术领域，涉及一种镁合金半固态触变成形装置。

背景技术

从20世纪70年代初美国麻省理工学院的Flemings教授等开发出半固态加工技术以来，现已得到迅速发展。半固态加工技术的应用主要集中在汽车工业，用以进行汽车零件的近终形制造以及使其轻量化。另外，这项技术还被越来越多地用于航空、兵器、仪表等工业的主要构件。目前，半固态金属加工技术的发展主要围绕着半固态金属的制备和成形、基础理论、金属基复合材料的制造、工业应用和开发等方面进行。

镁合金具有质量轻、比强度高、切削性能好，振动衰减系数大、资源丰富等优点，被誉为21世纪最有发展前景的“绿色产业”。目前镁合金应用开发主要集中在汽车零部件和计算机、通讯、电子消费品壳体上。用镁合金制造汽车零部件，可以有效减轻自重，降低燃油消耗，减少CO₂的排放量，适应环保要求；同时镁合金优越的减震性能使其更适合于作汽车方向盘芯、传动部件及车轮等经常处于振动工况下的零部件。

利用半固态金属加工技术制造镁合金零件的原理是将经过形变的镁合金坯料在半固态温度下使其由枝晶状组织转变为等轴状组织，从而使镁合金的力学性能得到大幅度的提高，但是现有设备结构复杂，配套设备多，造价昂贵，不便于使用。因此，急需设计制造一种半固态镁合金触变成形的装置，为镁合金半固态成形零件以及研究工作提供基础。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种镁合金半固态触变成形装置，解决现有技术设备结构复杂，配套设备多，造价昂贵，不便于使用的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种镁合金半固态触变成形装置，包括挤压系统、高温挤压密封垫、加热控温系统和成型模具组成，

所述的高温挤压密封垫的结构是，挤压杆与杯碗的对接处轴心孔安装有连接螺栓，杯碗的另一端轴心孔安装有一加压盘，杯碗的端头外径大于挤压杆的外径，加压盘为一锥台型结构，由一段圆柱段和一段圆锥段组成，其圆柱段伸入杯碗的轴心孔中，并且圆柱段底面与杯碗的轴心孔底端有间隙；加压盘的圆锥段底端露出杯碗的轴心孔之外；

所述的加热控温系统的结构是，在挤压缸内部用于放置镁合金形变坯料，在镁合金形变坯料旁边设置有一热电偶b，挤压缸外表面套装有加热套，加热套沿圆周缠绕有加热线圈，加热套中沿径向设置有一热电偶a，两个热电偶均与控制器连接，控制器与加热线圈连接；

所述的成型模具包括配套的动模和定模两部分。

本实用新型的有益效果是，采用镁合金半固态触变成形装置压铸或旋压成形，其成形温度低，合金无须熔化过热，解决了高温液态镁金属挥发和氧化燃烧而必须采取的覆盖剂或SF₆等气体保护的问题，省去了保护装置及气体消耗。

附图说明

图1是本实用新型镁合金半固态触变成形装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型装置中的高温挤压密封垫结构示意图；

图3是本实用新型装置中的加热控温系统结构示意图；

图4是本实用新型装置中的成型模具结构示意图；

图5是实施例中的镁合金半固态的金相微观组织示意图。

图中，1.挤压杆座，2.加热控温系统，3.成型模具，4.连接螺栓，5.挤压杆、6.杯碗，7.加压盘，8.加热线圈，9.热电偶a，10.加热套，11.挤压缸，12.热电偶b，13.坯料，14.动模，15.模具直浇道，16.定模，17导杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型装置包括挤压系统、高温挤压密封垫、加热控温系统和成型模具组成，共同实现镁合金半固态触变成形加工。

参照图1，挤压系统的动力采用500T型材挤压机的液压系统，直接采用500T型材挤压机的挤压杆座1和挤压杆5。

参照图2，还设置有一个高温挤压密封垫，具体结构是，挤压杆5与杯碗6的对接处轴心孔安装有连接螺栓4，杯碗6的另一端轴心孔安装有一加压盘7，杯碗6的端头外径ФA大于挤压杆5的外径，加压盘7为一锥台型结构，由一段圆柱段和一段圆锥段组成，其圆柱段伸入杯碗6的轴心孔中，并且圆柱段底面与杯碗6的轴心孔底端有间隙δ；加压盘7的圆锥段底端露出杯碗6的轴心孔之外，且长出距离为δ。

镁合金的半固态成型温度在550～600℃，在此温度下合金受压时具有触变特性，当合金液体受压进入模具型腔时，挤压杆5前端与模具直浇道15的密封至关重要。如果采用橡胶密封垫解决密封问题，其最高使用温度小于200℃，且抗压强度也难以满足要求，利用它显然不合适。采用机械紧密配合可以达到高温状态时的密封，但挤压杆的前进与回程时，挤压杆的外表面势必要与挤压缸内壁产生摩擦，甚至拉伤挤压缸内壁。为了解决高温密封问题本实用新型在挤压杆前段加装如图2所示的高温挤压密封垫，当连接在一起的挤压杆与挤压垫在压力机的推动下向右运动时，加压盘7将镁合金半固态浆料推入模具型腔，继续加压，加压盘7受到的压力越来越大，向杯碗内部位移δ（0.6mm），结果使杯碗6右端面在直径方向受到膨胀力，使其直径由原来的ФA（49.7mm）涨大到ФB（50.0mm），与模具直浇道15内径ФB（50.0mm）达到紧密配合，当镁合金零件凝固结束，压力卸载后，受到膨胀的杯碗6在模具钢弹性力作用下使加压盘7向外位移δ（0.6mm），并使杯碗6右端面直径恢复为ФA（49.7mm），从而避免了高温挤压密封垫随挤压杆回程时与挤压缸11摩擦，很好地解决了高温密封问题。挤压缸11及挤压杆5均采用H13模具钢。

参照图3，加热控温系统的结构是，在挤压缸11内部用于放置镁合金形变坯料13，在镁合金形变坯料13旁边设置有一热电偶b12，用于测量镁合金形变坯料13的实际温度，挤压缸11外表面套装有加热套10，加热套10沿圆周缠绕有加热线圈8，加热套10中沿径向设置有一热电偶a9，用于测量加热套10的实际温度，两个热电偶均与控制器连接，控制器与加热线圈8连接。温度的控制是半固态成形的关键环节，合金的固相率、组织的球化以及晶粒的大小都与温度有直接的关系。本实用新型装置采用双点热电偶测温、控温来达到能够使镁合金形变坯料13快速均匀地升温到工艺确定的半固态温度，保证坯料13内外温度均匀，得到的组织均匀，固相体积分数控制精确，并防止晶粒再结晶长大（力学性能下降）的要求。具体为采用一个热电偶置于挤压缸内测量坯料温度，另一个热电偶置于热源附近，防止达到温度后热的惰性影响温度的精确度，温度控制精度达到了0.5℃。

参照图4，成型模具包括配套的动模14和定模16两部分，定模16安装在工作台基座上，动模14安装在挤压缸11端口，动模14轴心开有模具直浇道15，将挤压缸11与动模14联通。动模14通过四个导杆17与定模16合模对正时连接，动模14和定模16通过四个导杆17保持合模的准确可靠。

成型模具是形成零件或者试验样品的载体，图4是图1的一部分，图1是装配总图，图4属于部分图，图4为镁合金成型零件和试棒的一例模具，模具选用材料H13，采用液压开模、合模，选用加热管加热，可控硅控制，温度在250℃～350℃，分型剂采用石墨基涂料。

本装置的实施工作过程是：镁合金半固态触变成形装置安装调试后，首先将挤压加热控温系统2与成型模具3中定模16分离，并将加热套10升温到工艺要求温度（例如565℃），用热电偶a9来控制，然后把镁合金坯料13与热电偶b12放入挤压缸中部，热电偶b12能够精确测量坯料温度并反馈到控制系统，当温度达到565℃时开始计时，到达保温时间（例如20min）时，撤走热电偶b12，迅速将动模14与定模16合模，然后在挤压机的推力下挤压杆将带着高温挤压密封垫将镁合金坯料推入成型模具中，保压一定时间后，开模取出镁合金成形零件即成。得到的镁合金半固态球状组织见图5，其力学性能比铸态条件下有很大的提高，见表。

表 AZ91合金铸态及半固态成形试棒的力学性能

采用镁合金半固态触变成形装置压铸或旋压成形，其成形温度低，合金无须熔化过热，解决了高温液态镁金属挥发和氧化燃烧而必须采取的覆盖剂或SF6等气体保护的问题，省去了保护装置及气体消耗。

Claims

1.一种镁合金半固态触变成形装置，其特点在于：包括挤压系统、高温挤压密封垫、加热控温系统和成型模具组成，

所述的高温挤压密封垫的结构是，挤压杆（5）与杯碗（6）的对接处轴心孔安装有连接螺栓（4），杯碗（6）的另一端轴心孔安装有一加压盘（7），杯碗（6）的端头外径ФA大于挤压杆（5）的外径，加压盘（7）为一锥台型结构，由一段圆柱段和一段圆锥段组成，其圆柱段伸入杯碗（6）的轴心孔中，并且圆柱段底面与杯碗（6）的轴心孔底端有间隙；加压盘（7）的圆锥段底端露出杯碗（6）的轴心孔之外；

所述的加热控温系统的结构是，在挤压缸（11）内部用于放置镁合金形变坯料（13），在镁合金形变坯料（13）旁边设置有一热电偶b（12），挤压缸（11）外表面套装有加热套（10），加热套（10）沿圆周缠绕有加热线圈（8），加热套（10）中沿径向设置有一热电偶a（9），两个热电偶均与控制器连接，控制器与加热线圈（8）连接；

所述的成型模具包括配套的动模（14）和定模（16）两部分。

2.根据权利要求1所述的镁合金半固态触变成形装置，其特点在于：所述的动模（14）轴心开有模具直浇道（15），将挤压缸（11）与动模（14）联通，动模（14）通过四个导杆（17）与定模（16）合模对正时连接。

3.根据权利要求1所述的镁合金半固态触变成形装置，其特点在于：所述的加压盘（7）圆柱段底面与杯碗（6）的轴心孔底端有间隙δ；加压盘（7）的圆锥段底端露出杯碗（6）的轴心孔之外，且长出距离为δ。