制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法技术

本发明专利技术公开了一种制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法，所述模具包括挤压杆、凹模和弹性顶件机构，所述凹模由内凹模和外凹模组成，在内凹模中部设有一个用于容置待加工坯料的竖向通孔，内凹模和外凹模之间形成一个管材成型腔，所述管材成型腔由上定径区和下变径剪切区组成；启动压力机后，压力机能够带动挤压杆在竖向通孔内下行，实现对坯料的反挤压，并能够带动内凹模上下滑动并在成形位置定位。本发明专利技术的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法的模具结构简单、管材成型自动化程度高，且成型质量好。

Mould and forming method for preparing high performance and ultra-fine grained light alloy pipe

【技术实现步骤摘要】
制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法
本专利技术属于合金管材加工领域，具体涉及一种制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法。
技术介绍
目前，在制备超细晶合金（轻合金）管材，特别是薄壁和高精度的轻合金管材时主要采用挤压的方式成型。挤压加工不仅能够改善合金的塑性，而且还可以有效地细化晶粒，得到高性能的轻合金管材。但是传统挤压方式具有如下缺点：挤压生产过程，一般采用正向挤压，但正向挤压时坯料与挤压筒的摩擦较大，金属流动不均匀，而且正向挤压会形成沿管材挤压方向的带状组织和强烈的基面织构，造成管材的各向异性，从而降低成形管材的力学性能。这些形成的基面织构还很容易在薄管的二次加工中造成轻合金铸造组织中的缩孔、疏松等缺陷，使得管材尤其是薄管的加工精度变差。基于正向挤压的上述缺陷，申请人考虑采用反向挤压的方向加工轻合金管材。针对反向挤压制备合金管材的成型工艺，中国国家知识产权局于2019年10月11日公告了，公告号为106362220的一种表面改性的镁合金薄壁管及其反向挤压模具和制备方法，该镁合金薄壁管采用反向挤压的方式挤压成型，该管材的反向挤压模具包括上模部分和下模部分，上模部分包括上模板和挤压杆，下模部分包括下模板、挤压筒、挤压凹模和芯棒，挤压筒内设置有挤压凹模。该挤压模具在挤压时，需先将芯棒升起，然后将将加热后的合金铸锭放入挤压筒内，再把挤压凹模放入挤压筒内且置于合金铸锭上；启动压力机，使下模部分向上移动，挤压杆对坯料进行反挤，合金管材由挤压杆中空的内部向上穿出，反挤变形工艺结束，挤压机活塞复位，下模部分下落，将堵头抽掉，卸料，反挤结束，获得Mg-Zn-Sr合金管材。该申请的模具结构较为复杂，同时，在挤压完成后，不能够自动将成型管材顶出。另外，传统的反挤压方法所制得的管材容易产生裂纹，成型率不高。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种结构简单、管材成型自动化程度高，且成型质量好的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具及成型方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，它包括挤压杆、凹模和弹性顶件机构，其特征在于，所述凹模由内凹模和外凹模组成，在内凹模中部设有一个用于容置待加工坯料的竖向通孔，在外凹模中部设有一个形状和尺寸与所要制备的轻合金管材外形和外径一致的型腔，所述内凹模的上端固定安装在压力机的外横梁上，下端置于外凹模的型腔内并与外凹模同轴心，内凹模外端面与所要制备的轻合金管材外形和内径一致，内凹模的外端面和外凹模的型腔之间形成一个管材成型腔，所述管材成型腔由上定径区和下变径剪切区组成，且管材成型腔与竖向通孔相联通；所述挤压杆一端固定安装在压力机的内横梁上，另一端置于内凹模的竖向通孔内，启动压力机后，压力机的内横梁能够带动挤压杆在竖向通孔内下行，实现对坯料的反挤压，压力机的外横梁能够带动内凹模上下滑动并在成形位置定位；所述弹性顶件机构一端置于外凹模内并与管材成型腔相抵，另一端固定在外凹模下方的膜座上，所述弹性顶件机构具有弹性，当挤压杆下行对坯料挤压时，弹性顶升机构被挤压后压缩变形，当挤压杆回程时弹性顶件机构回复初始状态的过程中，向上顶升，将成型后的轻合金管材从管材成型腔内顶出。这样，所设置的内凹模不但能够用于放置坯料，承担料筒的作用，还能够供挤压杆上下滑动，提供挤压路径。内凹模内的竖向通孔与外凹模的型腔相联通，从而使得坯料能够在挤压杆挤压后，通过竖向通孔进入到外凹模的型腔内，先经过管材成型腔的下端，再不断向上流动，直至成型。将成形部位设计成为内、外凹模组成的管材成型腔，坯料放置在内凹模中使得成形更加方便，提高了成形的工艺性。所设置的弹性顶件机构能够在反挤压过程中储存能量，并在反挤压完成后，释放能量，通过反向弹力对成型后的轻合金管件进行顶升，有效提高模具的自动脱模，提高其自动化程度。进一步的，在外凹模内、靠近外凹模的型腔处还设有一用于对外凹模和坯料进行加热的加热装置。这样，所设置的加热装置能够对外凹模和坯料进行加热，这种加热方式相较传统在外部加热后，放到模具中的坯料，对温度的掌控更好，更精确，对成形的工艺性以及制件的高性能性均有较大的提升。进一步的，所述加热装置为一个能够与外部电源电连接的加热线圈，在外凹模中部设有一环形凹槽，所述加热线圈置于环形凹槽内。这样，通过加热线圈加热的方式加热快，且由于加热线圈是装配在外凹模的环形凹槽内，其与外凹模之间的接触面积较大，能有效缩短加热时间。进一步的，所述加热装置还包括一能够与外部电源电连接的加热棒，通过接通电源，加热棒即可对外凹模加热，从而使得热量通过内凹模传递到坯料上，对坯料进行加热。这样，所设置的加热棒也能够对外凹模进行加热，加热棒可与加热线圈交互使用，提高管材的生产效率，缩短生产周期。进一步的，在外凹模内还设有一个用于实时监测并记录外凹模温度的温度传感器，在外凹模一侧还设有一个与加热线圈和加热棒通过电线电连接的温度控制装置，所述温度控制装置与温度传感器通过有线或无线方式连接，在温度控制装置上设有一个与外部电源相接通的电源头。这样，温度传感器能够检测到外凹模的实时温度信息，并将该温度数据传递到温度控制装置，温度控制装置在收到外凹模的实时温度数据后，即可通过控制加热棒和加热线圈电流的大小来控制加热棒和加热线圈输出的温度，进而精确控制坯料加热的温度和时间。进一步的，所述弹性顶件机构包括一顶件块，在顶件块的下方固定安装有多个顶杆，在顶杆的下端固定有一弹性元件，所述弹性元件置于外凹模下；所述顶件块为一个直径与外凹模的型腔底部直径相等或小于型腔底部直径的圆盘，所述顶杆呈竖向设置，所述顶件块和顶杆在受到挤压杆所施加的挤压力后，顶杆下端被挤压到外凹模外，并将该挤压力传递到弹性元件上，从而使得弹性元件被压缩变形，当挤压杆完成挤压并回程时，弹性元件不再受到外部挤压，向上反弹，并带动顶杆和顶件块上移，将成型后的轻合金管材从管材成型腔内顶出。这样，顶杆能够对弹性元件进行挤压，而顶杆伸出外凹模下端后，弹性元件与外凹模下端具有一定的距离，从而为弹性元件的挤压张力提供了一定的空间。在顶件块和顶杆被挤压后，由于顶件块是嵌在外凹模内，不具有位移空间，不会出现位移。而顶杆在受到向下的挤压后，下端对弹性元件形成一定的挤压，从而使其变形压缩，当挤压杆回程后，顶杆不再受到向下的挤压力，此时，弹性元件在恢复过程中即会向上顶升，从而将制件顶出。这种通过弹力顶出的方式不会对能源造成浪费，且使用寿命长，具有很好的实用性。进一步的，在在外凹模一侧还设有一个用于向管材成型腔内导入CO2的CO2保护气装置，所述CO2保护气装置包括至少一个CO2气罐和一根输气管，所述输气管一端与管材成型腔相联通，另一端与CO2气罐相联通，在输气管上设有一个压力表和调向阀。这样，在热挤压过程中，轻合金管材极易氧化，同时在成形时，坯料也会释放一定热量会在一定程度上损坏成形管材，通入CO2保护气后能在一定程度上防止管材的氧化以及降低管材表面的温度。进一步的，所述上定径区与下变径剪切区之间的夹角为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，它包括挤压杆（1）、凹模和弹性顶件机构（7），其特征在于，所述凹模由内凹模（2）和外凹模（3）组成，在内凹模（2）中部设有一个用于容置待加工坯料的竖向通孔（21），在外凹模（3）中部设有一个形状和尺寸与所要制备的轻合金管材外形和外径一致的型腔，所述内凹模（2）的上端固定安装在压力机的外横梁上，下端置于外凹模（3）的型腔内并与外凹模（3）同轴心，内凹模（2）外端面与所要制备的轻合金管材外形和内径一致，内凹模的外端面和外凹模的型腔之间形成一个管材成型腔（4），所述管材成型腔（4）由上定径区（41）和下变径剪切区（42）组成，且管材成型腔（4）与竖向通孔（21）相联通；所述挤压杆（1）一端固定安装在压力机的内横梁上，另一端置于内凹模（2）的竖向通孔（21）内，启动压力机后，压力机的内横梁能够带动挤压杆（1）在竖向通孔内下行，实现对坯料的反挤压，压力机的外横梁能够带动内凹模（2）上下滑动并在成形位置定位；所述弹性顶件机构（7）一端置于外凹模内并与管材成型腔相抵，另一端固定在外凹模下方的膜座上，所述弹性顶件机构具有弹性，当挤压杆下行对坯料挤压时，弹性顶升机构被挤压后压缩变形，当挤压杆回程时弹性顶件机构回复初始状态的过程中，向上顶升，将成型后的轻合金管材从管材成型腔内顶出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，它包括挤压杆（1）、凹模和弹性顶件机构（7），其特征在于，所述凹模由内凹模（2）和外凹模（3）组成，在内凹模（2）中部设有一个用于容置待加工坯料的竖向通孔（21），在外凹模（3）中部设有一个形状和尺寸与所要制备的轻合金管材外形和外径一致的型腔，所述内凹模（2）的上端固定安装在压力机的外横梁上，下端置于外凹模（3）的型腔内并与外凹模（3）同轴心，内凹模（2）外端面与所要制备的轻合金管材外形和内径一致，内凹模的外端面和外凹模的型腔之间形成一个管材成型腔（4），所述管材成型腔（4）由上定径区（41）和下变径剪切区（42）组成，且管材成型腔（4）与竖向通孔（21）相联通；所述挤压杆（1）一端固定安装在压力机的内横梁上，另一端置于内凹模（2）的竖向通孔（21）内，启动压力机后，压力机的内横梁能够带动挤压杆（1）在竖向通孔内下行，实现对坯料的反挤压，压力机的外横梁能够带动内凹模（2）上下滑动并在成形位置定位；所述弹性顶件机构（7）一端置于外凹模内并与管材成型腔相抵，另一端固定在外凹模下方的膜座上，所述弹性顶件机构具有弹性，当挤压杆下行对坯料挤压时，弹性顶升机构被挤压后压缩变形，当挤压杆回程时弹性顶件机构回复初始状态的过程中，向上顶升，将成型后的轻合金管材从管材成型腔内顶出。


2.根据权利要求1所述的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，其特征在于，在外凹模（3）内、靠近外凹模的型腔处还设有一用于对外凹模（3）和坯料（8）进行加热的加热装置（5）。


3.根据权利要求2所述的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，其特征在于，所述加热装置（5）为一个能够与外部电源电连接的加热线圈（51），在外凹模（3）中部设有一环形凹槽（31），所述加热线圈（51）置于环形凹槽（31）内。


4.根据权利要求3所述的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，其特征在于，所述加热装置还包括一能够与外部电源电连接的加热棒（52），通过接通电源，加热棒（52）即可对外凹模加热，从而使得热量通过内凹模传递到坯料上，对坯料进行加热。


5.根据权利要求4所述的制备高性能、超细晶轻合金管材的模具，其特征在于，在外凹模内还设有一个用于实时监测并记录外凹模温度的温度传感器（6），在外凹模一侧还设有一个与加热线圈（51）和加热棒（52）通过电线电连接的温度控制装置（9），所述温度控制装置（9）与温度传感器（6）通过有线或无线方式连接，在温度控制装置（9）上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁鹏程，洪兴，胡红军，李兴林，干松林，田野，张丁非，代俊林，戴庆伟，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50