[發明專利]鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形模具及方法

有效

• 申請號: 201410820158.3
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104588428B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 趙熹;張治民;薛勇;王強;杜玥;李國俊;孟模;李旭斌
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B21C25/08
• 分類號: B21C25/08;B21C23/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于金屬塑性加工工藝及成形技術領域，具體的說是一種用于鎂合金材料擠壓成形與改性的技術，特別涉及鎂合金杯形構件的成形與強韌化的環形通道轉角擠壓成形裝置及方法。

背景技術

隨著航空航天、國防軍工、交通運輸等領域的飛速發展，迫切需要采用高強韌輕質構件來實現輕量化，其中杯形構件為最具代表性的結構形式之一。鎂合金密度小(為鋁的2/3、鈦的1/2)，是最輕的金屬結構材料，具有良好的比強度、比剛度、導熱導電性、電磁屏蔽性、阻尼減震性等優點，廣泛應用于航空航天、交通運輸、國防軍工等領域。鎂合金鑄造產品力學性能低，滿足不了承力構件的要求；塑性成形可大幅提高鎂合金構件的力學性能，已成為國內外研究熱點。鎂合金為密排六方晶體結構、塑性差，成形易開裂，并且傳統反擠壓成形的鎂合金杯形構件，周向和軸向的抗拉強度相差30％左右。添加稀土元素的高強耐熱鎂合金，由于具有良好的高溫性能，在航空航天、國防軍工領域具有更好的應用前景；但由于成分偏析和夾雜嚴重，較常規鎂合金塑性更差，成形更易開裂，傳統反擠壓成形的杯形構件的各向強度差異更加明顯。傳統擠壓是比較成熟的工藝，但是晶粒細化效果不明顯。等徑角擠壓(ECAP)工藝是一種通過強烈變形而獲得大尺寸亞微米或納米級塊體材料的方法之一。ECAP工藝原理為：將橫截面尺寸與模具通道尺寸幾乎相等的塊體材料放進潤滑良好的通道入口，在外加載荷的作用下，試樣被壓入兩通道的交截處時，試樣內部發生近似理想的純剪切變形。目前ECAP研究大多著眼于形狀簡單的管材或棒材，且是擠壓工件橫截面保持不變，而在鎂合金杯形構件ECAP擠壓生產方面的研究較少。本發明是在現有的SPD工藝基礎上特別是ECAP工藝和工業反擠壓改進后而設計的新工藝和模具。

發明內容

本發明的主要目的是針對鎂合金杯形構件的成形與強韌化，提出鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形模具，該成形模具能有效改善鎂合金的成形性、提高鎂合金晶粒細化效果、降低鎂合金杯形構件性能異向性，縮短鎂合金杯形構件的制造流程。

同時，本發明還相應提供鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形方法。

本發明通過以下技術方案實現：

鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓模具，包括與壓機的上部結構連接上模具組件、與壓機的下部結構連接下上模具組件以及組合式凹模；所述的上模具組件包括與壓機的上部結構連接的上模座套墊板，上模座套墊板的下部連接上模座套，在上模座套中心放置擠壓沖頭；所述的組合式凹模包括“T”形上凹模、“U”形下凹模，“T”形上凹模的中間為長“|”字形型模腔，“U”形下凹模中間形成回轉體型腔，“T”形上凹模安裝在“U”型下凹模的回轉體型腔內，回轉體型腔和“|”字形型模腔共同組成的截面形狀為“山”字形擠壓腔。

所述的“T”形上凹模的底部水平端面與側端面各帶有一個環形凸臺。

所述的“T”形上凹模上端沿周向等間距加工水平方向孔，內部豎直方向加工通道貫穿至底部，作為潤滑劑流動通道。

所述的截面形狀為“山”字形擠壓腔的底面環形通道與側面環形通道等間距。

所述的的下模具組件包括與壓機的下部結構連接的下模座套，下模座套、下墊板從上到下固定在下模板上形成整體，所述的組合式凹模安裝在下模座套上。

所述的的組合式凹模安裝在下模座套的腔體內，“T”形上凹模上端與下模座套結合處通過錐面固定。

所述的下墊板和下模板的中部設有與組合式凹模底部的貫通孔相通的頂桿通孔，所述的頂桿為“T”形，大直徑的“T”形頭部置于貫通孔中，小直徑桿身置于頂桿通孔中；所述的沖頭、貫通孔、頂桿通孔、組合凹模、下模座套位于同一中心軸線；所述的頂桿以來回伸縮的方式從貫通孔中進入模腔或從模腔退入到貫通孔中。

所述的壓機上部結構通過螺釘與上模座套墊、下模座套連接，在螺釘上安裝彈簧，位于下模座套上端與上模座套墊板之間。

利用上述環形通道轉角擠壓模具擠壓鎂合金杯形構件環形通道轉的方法，步驟：

(1)、棒材下料；

(2)、均勻化熱處理，形成鎂合金毛坯；

(3)、成形準備：將鎂合金毛坯加熱到成形溫度并保溫，并將環形通道轉角擠壓模具整體預熱至鎂合金坯料成形溫度以上并保溫，將環形通道轉角擠壓模具裝配在壓力機上，并從“山”字形組合凹模的中間長“|”字形型模腔的腔口開始，往“|”字形型模腔內注入一定的油劑石墨潤滑劑；將經過均勻化處理的鎂合金毛坯放入“山”字形組合凹模的中間長“|”字形型腔；