WO2023103921A1 - 一种实心棒材挤压模具的修复方法 - Google Patents

一种实心棒材挤压模具的修复方法 Download PDF

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WO2023103921A1
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extrusion die
repairing
solid bar
rings
coarse
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严兰芳
邹尚锋
李永超
陈俭
陈力
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广东坚美铝型材厂(集团)有限公司
佛山坚美铝业有限公司
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P6/00Restoring or reconditioning objects

Definitions

  • the invention relates to the technical field of aluminum alloy forming equipment, in particular to a method for repairing a solid bar extrusion die.
  • Coarse grain ring is a common defect in extruded aluminum alloys. It generally refers to the coarse grains near the extrusion surface, forming a ring or crescent shape; of course, there are also some coarse grain ring structures that only appear in parts of the extrusion section. Areas, such as sharp corners of profiles, etc.
  • the coarse-grained ring structure will cause the mechanical properties of aluminum alloy products to decrease, the surface will be rough and other defects, and some will appear mottled after anodizing, which will affect the appearance. Therefore, controlling and eliminating coarse crystal rings has extremely high practical significance.
  • the existing methods for eliminating coarse-grained rings are generally adjusted by adjusting the formula of aluminum profiles, heat treatment process and other means.
  • the depth of the coarse crystal ring can be controlled by adjusting the content of Cu and Cr as well as the temperature and time of homogenization. at 0.1mm.
  • the traditional aluminum alloy extrusion die repair refers to the repair of the old die of extrusion wear.
  • the main repair method is to adjust the length of the working belt of the die hole, the surface state of the die, the lubrication conditions, etc.
  • the specific method Such as expanding or reducing the size of the die hole, grinding and polishing, nitriding, etc., the main purpose is to improve the uniformity of the extrusion flow rate, so that the metal can flow out of the die hole in a balanced manner.
  • the influence of the mold repairing methods in the prior art on the coarse-grained ring structure has not been studied yet.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to provide a method for repairing a solid bar extrusion die, which can reduce the thickness of the coarse crystal ring and improve the mechanical properties of the extruded profile.
  • the present invention provides a method for repairing a solid bar extrusion die, which includes:
  • a solder bump is formed on the surface mold of the extrusion die; the height of the solder bump conforms to the following relationship:
  • t max is the maximum thickness of the coarse crystal ring
  • D is the diameter of the solid bar
  • L is the distance from the welding block to the working zone of the extrusion die
  • k 1 is the first shape coefficient, and its value ranges from 0.01 to 0.1 ;
  • the length of the working belt of the extrusion die is shortened, and the shortening amount conforms to the following relationship:
  • t max is the maximum thickness of the coarse crystal ring
  • k 2 is the second shape coefficient
  • its value ranges from 0.5 to 5.
  • the welding nuggets are distributed around the die hole of the surface die in a ring shape.
  • the distance L between the welding block and the working zone of the extrusion die is 0.3-1 mm, and the thickness T thereof is 2-8 mm.
  • the outer diameter of the solid bar is 20-100mm, and its material is 6082 aluminum alloy, 6061 aluminum alloy or 6063 aluminum alloy.
  • the value range of k 1 is 0.02-0.07, and the value range of k 2 is 0.5-2.
  • the material of the welding block is mold steel.
  • the material of the solder block is one of 5CrNiW, 5CrMnMo, and 3Cr2W8V.
  • step (2) the method of GB/T 3246 is used to detect the distribution of the coarse crystal rings of the sample.
  • the present invention determines a specific treatment plan by observing the distribution of the coarse-grained rings of the test-extruded sample. This method is simple to operate and provides a new method for the production of aluminum profile products with high requirements for internal organization. way. And the repair method in the present invention does not affect extrusion performance.
  • the present invention forms welding nuggets on the surface mold, so that the welding nuggets block the flow of aluminum in the welding chamber, so that the extruded aluminum ingot mainly forms the friction between the aluminum alloy and the aluminum alloy, replacing the original aluminum alloy
  • the thickness of the coarse-grained ring is effectively reduced.
  • the friction force is reduced and the thickness of the coarse crystal ring is reduced.
  • Fig. 1 is the microstructural figure of template in embodiment 1;
  • Fig. 2 is the microstructure figure of template after adjustment in embodiment 1;
  • Fig. 3 is the microstructure figure of sample plate among the embodiment 2;
  • Fig. 4 is the microstructural figure of template after mold repair in embodiment 2;
  • Fig. 5 is the microstructure figure of sample plate in embodiment 3.
  • Fig. 6 is the microstructure diagram of the template after mold repair in embodiment 3.
  • the invention discloses a method for repairing a solid bar extrusion die, which is characterized in that it comprises:
  • the aluminum alloy used for extrusion is 6082 aluminum alloy, 6061 aluminum alloy or 6063 aluminum alloy, but not limited thereto.
  • the method of the present invention has a better treatment effect on aluminum alloy, and generally does not affect its extrudability after treatment.
  • the extrusion die includes a face die, a die pad and connecting pieces for the two, and a die hole is set on the face die, and a working belt is formed in the die hole.
  • the material of the extrusion die is common die steel, such as one or more of 5CrNiW, 5CrMnMo, 3Cr2W8V, but not limited thereto.
  • GB/T 3246 is used to detect the distribution of coarse crystal rings on the sample.
  • repair methods can be divided into the following situations:
  • adjusting the composition of aluminum alloys generally refers to increasing trace elements that can inhibit grain growth, such as Mn, Cr, Ti, V, Zr, etc.
  • increasing the content of Cr generally makes it > 0.2wt%
  • Mn generally making it >0.5wt%
  • Adjusting the heat treatment process is mainly to adjust the homogeneous process, such as reducing the temperature of the homogenizing process, shortening the homogenizing process time; even adopting inhomogeneous technical means.
  • the aluminum alloy composition and heat treatment process can also be adjusted at the same time to reduce the thickness of the coarse-grained ring.
  • t max is the maximum thickness of the coarse crystal ring
  • D is the diameter of the solid bar
  • L is the distance from the welding block to the working zone of the extrusion die
  • k 1 is the first shape coefficient, and its value ranges from 0.01 to 0.1 ; Exemplarily 0.02, 0.03, 0.05, 0.06 or 0.08, but not limited thereto.
  • the value range of k 1 is 0.02-0.07.
  • the welding nuggets are distributed around the die hole of the surface mold in a ring shape, and the distance L from the welding nuggets to the working zone of the extrusion die is 0.3-1mm, exemplarily 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm, but not limited to this.
  • the thickness of the solder bump is 2-8mm, exemplarily 2mm, 3mm, 4mm, 6mm or 7mm, but not limited thereto.
  • the material of the welding block is the same as that of the extrusion die, which is die steel, exemplarily one of 5CrNiW, 5CrMnMo, and 3Cr2W8V, but not limited thereto.
  • t max is the maximum thickness of the coarse crystal ring
  • k 2 is the second shape coefficient
  • its value range is 0.5-5, exemplarily 0.8, 1.3, 2.4, 3.2, 4, or 4.3, but not limited thereto .
  • k 2 is 0.5-2.
  • This embodiment provides a method for repairing a solid bar extrusion die, which specifically includes:
  • sample material is 6061 aluminum alloy, and its chemical composition is:
  • the diameter D of gained solid rod is 50mm
  • the chemical composition is adjusted.
  • the adjusted chemical composition is as follows:
  • This embodiment provides a method for repairing a solid bar extrusion die, which specifically includes:
  • sample material is 6061 aluminum alloy, and its chemical composition is:
  • the diameter D of gained solid rod is 50mm
  • an annular solder block is formed around the die hole, wherein the distance L from the solder block to the working zone of the extrusion die is 0.4 mm, its thickness T is 3 mm, and its height h is:
  • This embodiment provides a method for repairing a solid bar extrusion die, which specifically includes:
  • sample material is 6061 aluminum alloy, and its chemical composition is:
  • the diameter D of gained solid rod is 60mm

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

本发明公开了一种实心棒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t max≥0.2D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t max<0.2D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

一种实心棒材挤压模具的修复方法 技术领域
本发明涉及铝合金成型设备技术领域,尤其涉及一种实心棒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,提供一种实心棒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。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种实心棒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t max≥0.2D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t max<0.2D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:
Figure PCTCN2022136410-appb-000001
其中,t max为粗晶环的最大厚度,D为实心棒材的直径,L为焊块到挤压模具的工作带的距离,k 1为第一形状系数,其取值范围为0.01~0.1;
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=k 2t max
其中,t max为粗晶环的最大厚度,k 2为第二形状系数,其取值范围为0.5~5。
作为上述技术方案的改进,所述焊块呈环状分布在面模的模孔周围。
作为上述技术方案的改进,所述焊块到挤压模具的工作带的距离L为0.3~1mm,其厚度T为2~8mm。
作为上述技术方案的改进,所述实心棒材的外径为20~100mm,其材质为6082铝合金、6061铝合金或6063铝合金。
作为上述技术方案的改进,k 1的取值范围为0.02~0.07,k 2的取值范围为0.5~2。
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。且本发明中的修复方法不影响挤压性能。
2,本发明通过在面模形成焊块,使得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中样板的显微组织图;
图2是实施例1中经调整后样板的显微组织图;
图3是实施例2中样板的显微组织图;
图4是实施例2中经模具修复后样板的显微组织图;
图5是实施例3中样板的显微组织图;
图6是实施例3中经模具修复后样板的显微组织图。
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棒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,本发明的方法对铝合金的处理效果更佳, 在处理后一般不影响其挤压性能。
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t max≥0.2D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。
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t max<0.2D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:
Figure PCTCN2022136410-appb-000002
其中,t max为粗晶环的最大厚度,D为实心棒材的直径,L为焊块到挤压模具的工作带的距离,k 1为第一形状系数,其取值范围为0.01~0.1;示例性的为0.02、0.03、0.05、0.06或0.08,但不限于此。优选的,k 1的取值范围为0.02~0.07。
具体的,焊块呈环状分布在面模的模孔周围,焊块到挤压模具的工作带的距离L为0.3~1mm,示例性的为0.4mm、0.6mm、0.8mm,但不限于此。焊块的厚度为2~8mm,示例性的为2mm、3mm、4mm、6mm或7mm,但不限于此。
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=k 2t max
其中,t max为粗晶环的最大厚度,k 2为第二形状系数,其取值范围为0.5~5,示例性的为0.8、1.3、2.4、3.2、4、或4.3,但不限于此。优选的,k 2为0.5~2。
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棒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 0.74wt%,Mg1.1wt%,Cu 0.24wt%,Mn 0.1wt%,Fe 0.55%,Cr 0.18wt%,Ti 0.03wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心棒材的直径D为50mm;
(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10~12mm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t max与棒材直径D之比为12/50=0.24>0.2;
故对化学成分进行调节,具体的,调节后的化学成分如下:
Si 0.74wt%,Mg1.1wt%,Cu 0.28wt%,Mn 0.1wt%,Fe 0.55%,Cr 0.31wt%,Ti 0.05wt%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
并将均质工艺由570℃×12h调整为500℃×10h;
经过上述调整后,进行挤压实验,选择适当的挤压条件后挤压,经检测,出现粗晶环的厚度为3~5mm(图2),但其挤压速度有14m/min降低为8m/min。
实施例2
本实施例提供一种实心棒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 0.86%,Mg 0.92%,Cu 0.15%,Mn 0.07%,Fe 0.23%,Zn 0.13%,Cr 0.16%,Ti 0.08%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心棒材的直径D为50mm;
(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7~9mm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t max与棒材直径d之比为9/50=0.18<0.2;
故在模孔周围形成环状焊块,其中,焊块到挤压模具的工作带的距离L为0.4mm,其厚度T为3mm,其高度h为:
h=k 1×(D/L)=0.04×(50/0.4)=5mm。
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,重新进行挤压,经检测,无粗晶环出现(如图4)。
实施例3
本实施例提供一种实心棒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 0.86%,Mg 0.92%,Cu 0.15%,Mn 0.07%,Fe 0.23%,Zn 0.13%,Cr 0.16%,Ti 0.08%,不可避免杂质小于0.05%,余量为Al。
所得实心棒材的直径D为60mm;
(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1~5mm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=k 2·t max=0.9×5=4.5mm;故将工作带的长度由10mm减短至5.5mm。
采用上述方法修复后,重新以原挤压条件进行挤压,经检测,边缘有0.01~0.2mm的少量粗晶出现,未形成成片结构,且对铝合金各项性能几乎无影响(如图6),且无需降低挤压速度。
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 (10)

  1. 一种实心棒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t max≥0.2D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t max<0.2D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:
    Figure PCTCN2022136410-appb-100001
    其中,t max为粗晶环的最大厚度,D为实心棒材的直径,L为焊块到挤压模具的工作带的距离,k 1为第一形状系数,其取值范围为0.01~0.1;
    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所述的实心棒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=k 2t max
    其中,t max为粗晶环的最大厚度,k 2为第二形状系数,其取值范围为0.5~5。
  3. 如权利要求1所述的实心棒材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述焊块呈环状分布在面模的模孔周围。
  4. 如权利要求3所述的实心棒材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述焊块到挤压模具的工作带的距离L为0.3~1mm,其厚度T为2~8mm。
  5. 如权利要求4所述的实心棒材挤压模具的修复方法,其特征在于,所述实心棒材的外径为20~100mm,其材质为6082铝合金、6061铝合金或6063铝合金。
  6. 如权利要求2所述的实心棒材挤压模具的修复方法,其特征在于,k 1的 取值范围为0.02~0.07,k 2的取值范围为0.5~2。
  7. 如权利要求1~5任一项所述的实心棒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。
  8. 如权利要求7所述的实心棒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。
  9. 如权利要求1所述的实心棒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。
  10. 如权利要求1所述的实心棒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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