[發明專利]一種鋁鎂合金杯形件旋轉擠壓成形模具

有效

• 申請號: 202010622836.0
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111715720B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 鄭杰;薛勇;張治民;王強;徐健;孟模;張寶紅;李國俊
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B21C25/02
• 分類號: B21C25/02;B21C23/00
• 代理公司: 廈門市天富勤知識產權代理事務所(普通合伙) 35244
• 代理人: 唐紹烈

本發明公開一種鋁鎂合金杯形件旋轉擠壓成形模具，包括上模具組件、凸模、凹模和芯模，所述芯模固定在所述成形型腔內，芯模與凹模之間的部分為成形型腔，成形型腔包括擠入段型腔、變形段型腔以及擠出段型腔，通過改變擠入段型腔與變形段型腔連接處的成形通道，以及變形段型腔與擠出段型腔連接處的成形通道的橫截面積以及傾斜角度，并且凹模和芯模在擠壓過程不停旋轉，使得金屬在變形過程中經歷兩次剪切變形、兩次縮徑擠壓變形和扭轉變形，極大的提高了杯形構件的塑性變形量，增強了晶粒細化效果，降低了力學性能的各向異性，提高了杯形構件的綜合力學性能。并且本發明可通過更換芯模的方式，制備不同規格杯形構件，降低了生產成本。

技術領域

本發明屬于金屬塑性加工工藝及成形技術領域，具體涉及一種鋁鎂合金杯形件旋轉擠壓成形模具。

背景技術

隨著航空航天、國防軍工以及汽車工業等領域的快速發展，其結構件都面臨突破現有性能低下以及輕量化要求的難題。杯形件作為這些領域最具代表性的結構形式之一，也面臨輕量化高性能的瓶頸。鎂合金作為目前質量最輕且具有很大潛力的金屬，得到了越來越多的研究人員的關注，但是由于鑄態鋁/鎂合金(尤其是鎂合金)性能低下，這大大限制了鋁/鎂合金的廣泛應用。杯形件是傳統反向擠壓技術的典型制件，但是由于傳統反擠壓變形量小，其性能不能滿足目前工業領域的要求；雖然通過前期多道次制坯后再進行反擠壓工藝能夠有效杯形件的晶粒尺寸，達到理想的細晶強化效果，但是其工序復雜，生產效率較低；并且通過傳統擠壓工藝成形杯形件的過程中，金屬的流動不均勻、杯壁具有強烈的基面織構，導致構件的各向異性明顯，其周向和軸向的抗拉強度相差較大。因此，研究開發具有高性能、無各向異性的鋁/鎂合金杯形件具有切實重要的意義。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種鋁鎂合金杯形件旋轉擠壓成形模具，將多種變形方式結合，能夠有效增加應變量，改善構件綜合力學性能；并且能夠在只更換模具芯模的條件下加工不同尺寸杯形構件，有效節約了加工成本。

為達成上述目的，本發明的解決方案為：一種鋁鎂合金杯形件旋轉擠壓成形模具，包括與壓力機工作臺連接的上模具組件、凸模、與轉動機構連接的凹模以及芯模；所述芯模為變截面圓柱體，所述凹模開設有成形型腔，所述凸模固定在上模具組件上，并同軸設置在成形型腔上方，所述芯模固定在所述成形型腔內；成形型腔包括位于所述芯模上方的擠入段型腔、所述芯模與成形型腔之間的擠出段型腔、以及傾斜連接于擠入段型腔和擠出段型腔之間的變形段型腔，變形段型腔與擠入段型腔連接處的傾斜角為第一差速角，變形段型腔與擠出段型腔連接處的傾斜角為第二差速角，所述變形段型腔橫截面積小于擠入段型腔橫截面積，所述擠出段型腔橫截面積小于變形段橫截面積。

作為本發明的進一步改進，所述凹模的下方設置下模板，所述芯模通過芯模銷釘和芯模螺釘固定在下模板上。

作為本發明的進一步改進，所述凹模為分體凹模，所述分體凹模包括上凹模和下凹模，下模板對應安裝孔的位置設有沉頭孔，所述上凹模下端形成環形凸緣，環形凸緣上均布四個安裝孔，安裝孔和沉頭孔通過連接件連接，從而上凹模與下凹模合并在一起并固定在下模板上。

作為本發明的進一步改進，所述上模具組件包括與壓力機工作臺連接的上模板以及與上模板相連接的上模座套，所述上模座套內固定凸模。

本發明的擠壓原理是：本發明的坯料金屬在變形過程中，經歷了兩次類似于等徑角擠壓的剪切變形、兩次縮徑擠壓變形以及扭轉變形。第一次剪切變形與縮徑擠壓變形：變形段型腔橫截面積小于擠入段型腔橫截面積，擠壓過程中金屬發生了縮徑變擠壓形；擠入段型腔與變形段型腔連接處第一差速角的存在造成了金屬由擠入段型腔流向變形段型腔時，各個部分金屬流動速度不同，造成了橫截面方向形成應力梯度，發生了剪切變形。第二次剪切變形與縮徑擠壓變形：擠出段型腔橫截面積小于變形段型腔橫截面積，擠壓過程中金屬發生了縮徑擠壓變形；變形段型腔與擠出段型腔連接處第二差速角的存在造成了金屬由變形段型腔流向擠出段型腔時，發生了剪切變形。扭轉變形：在整個變形過程中，凸模軸向向下擠壓的同時凹模進行周向旋轉，使得金屬發生周向扭轉變形。