用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具制造技术

本发明专利技术公开了一种用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，包括包括带有内孔的底座，底座上方设置有与内孔正对的料筒，料筒中部设置有用于存放坯料的挤压腔，挤压腔上设置有用于对坯料挤压且沿挤压腔上下移动的挤压杆，料筒内设置有用于对坯料加热的加热装置，料筒的底部可拆卸连接有位于内孔孔口处的凹模；挤压针包括从上至下依次螺纹连接的导流杆、成型件以及引导杆，其中，成型件外侧面与凹模内壁之间形成具有对坯料连续挤压剪切且扩管整形的挤压通道，底座一侧设置有用于对成型后的坯料降温的冷却装置，在挤压杆挤压坯料时，使得坯料经过挤压通道完成镁合金动态结晶后再经冷却装置快速冷却形成镁合金管材。

Quick change mould for manufacturing large diameter magnesium alloy pipe

【技术实现步骤摘要】
用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具
本专利技术涉及薄壁管材成形的
，具体涉及用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具。
技术介绍
在工业生产中，大塑性变形技术（SPD）被广泛应用于制备各种型材。传统轻合金塑性变形工艺包含铸锭制备、铸锭处理、坯料加热、热塑性变形等多个阶段。镁合金管材的加工主要通过成型快换式成型模具挤压成型。对于制备超细晶合金（轻合金）管材而言，特别是薄壁和高精度的轻合金管材，目前，主要采用挤压的方式成型，在挤压的过程中，金属受到三向应力使得成形管材具有优良的性能。传统的挤压生产过程，一般为正向挤压，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。并且，传统正向挤压后的轻合金管材横向截面组织为等轴晶粒，挤压后的纵向截面组织变成细长晶粒，对其力学性能有较大的影响。然而，由于当前镁产业对镁合金管材有较严格的力学性能、二次成形性能与尺寸精度要求，因此，就需要采用一种能够实现对镁合金管材变形以及成形过程微观组织结构演变的协调控制来达到控形控性的快换式成型模具，解决现在当前镁合金塑性成形领域研究的热点问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种通过对镁合金管材变形以及成形过程微观组织结构的协调控制来达到控形控性，同时，还可快速更改工序，以实现生产不同形状、尺寸的型材的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具。解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，包括带有内孔的底座，所述底座上设置有与内孔连通的漏水口，所述底座上方设置有与内孔正对的料筒，所述料筒中部设置有用于存放坯料的挤压腔，所述挤压腔上设置有用于对坯料挤压且沿挤压腔上下移动的挤压杆，所述料筒内设置有用于对坯料加热的加热装置，所述料筒的底部可拆卸连接有位于内孔孔口处的凹模，所述凹模中部设置有用于连通内孔和挤压腔的型腔；所述挤压杆下方设置有固定在底座上的挤压针，所述挤压针包括从上至下依次螺纹连接的导流杆、成型件以及引导杆，其中，所述成型件外侧面与所述凹模内壁之间形成具有对坯料连续挤压剪切且扩管整形的挤压通道，所述底座一侧设置有用于对成型后的坯料降温的冷却装置，在挤压杆挤压坯料时，使得坯料经过挤压通道完成镁合金动态结晶后再经冷却装置快速冷却形成镁合金管材。本专利技术的原理和有益效果在于：事先将坯料放置在料筒的挤压腔内，启动加热装置，加热装置对挤压腔内的坯料进行加热，使其具有一定的塑性，同时，控制挤压杆沿着挤压腔对坯料进行挤压，使得坯料从料筒经过挤压通道完成镁合金动态结晶，其中，利用组合模的原理，将凹模与底座设计成分离式，同时导流杆、成型件和引导杆之间也设计成分离式，因此，可根据使用者的需求，可以快速、任意更换成型件和凹模，这样，通过成型件与凹模之间的挤压通道以实现更改在制备的过程中坯料所经过的工序，最后成型为所需制件，这样，就能够以便制造不同形状、不同尺寸的镁合金型材与管材；另外，由于挤压通道具有对坯料连续挤压剪切且扩管整形的作用，因此，坯料经连续剪切-扩管处理，将会进一步改善其晶粒结构，提高其机械性能，这时，坯料形成镁合金管材，并进入到底座内孔处，同时，冷却装置再对底座内孔内的镁合金坯料进行降温处理，使得镁合金坯料能够快速成型，本专利技术同时完成多个坯料制作工序，实现通过对镁合金管材变形以及成形过程微观组织结构演变的协调控制来达到控形控性。进一步，所述挤压杆呈中空结构，所述导流杆内嵌在所述挤压杆内，所述导流杆外壁与挤压腔内壁之间形成环状的挤压腔。这样设计，导流杆设置在呈中空结构的挤压杆内，在挤压杆往下挤压坯料时，坯料就会沿着导流杆与挤压腔形成的环状的挤压腔进行挤压，并且，坯料在挤压腔形成环状结构。进一步，所述加热装置包括加热线圈和加热棒，所述料筒上设置有呈圆环结构的加热凹槽，所述加热线圈绕设在所述加热凹槽内，所述加热凹槽与挤压腔之间设置有呈长条状的加热孔，且所述加热孔贯穿所述凹模，所述加热棒安装在所述加热孔内。采用两种加热方式，即加热棒与电阻加热线圈共同对成形装置进行加热，使得模具内部温度更加稳定、均匀。节省了生产时间，提高了生产效率。进一步，所述冷却装置包括水箱，所述水箱底部设置有延伸至内孔的出水管，所述出水管上设置有朝向所述引导杆上端的喷嘴，所述水箱与所述出水管连通处设置有水泵。通过水泵将水箱内冷却水经出水管输送至喷嘴处，再通过喷嘴将冷却水喷射在引导杆已成型的镁合金管材或型材上，这样设计的目的是为了冷却成形管材或型材的温度，热挤压刚完成后得到的成形管材或型材依然具有较高的温度，对于镁合金来说，较高的温度会使得其发生过度的动态再结晶，进而造成最后制品的晶粒粗大，会在很大程度上降低制件的力学性能。因此，冷却水的加入会避免刚成形的管材或者型材过度再结晶，阻止晶粒的过度长大，提升制件的综合性能。进一步，所述成型件为第一成型件，所述凹模为第一凹模，所述第一成型件外侧面与第一凹模内壁之间形成第一挤压通道，所述第一挤压通道上部分空间为具有对坯料挤压且剪切的非对称挤压区域，所述第一挤压通道的下部分空间为具有对坯料连续剪切且扩管整形的挤压剪切扩管整形区域，其中，所述非对称挤压区域为通孔中心分别到通孔两侧内壁的两个区域，其中，一个区域的直径从上至下逐渐减小，另一个区域的直径保持不变。根据传统挤压生产管材或者型材时，容易产生沿着管材挤压方向上的织构，从而造成镁合金管材或者型材严重的各向异性，这样会使得管材或者型材在受力时发生断裂或者出现裂纹等缺陷，因此，在非对称挤压区域的非对称的条件下进行管材的挤压成型，坯料在两侧受到的挤压力不同会使得成形时，传统挤压产生的沿挤压方向上的基面织构发生倾转，从而降低基面织构的强度，降低制件的各向异性，提高镁合金制件的综合力学性能。进一步，所述挤压剪切扩管整形区域包括从上至下依次衔接的普通挤压区、第一定径区以及若干段剪切扩管区，所述普通挤压区与所述非对称挤区域相衔接，所述普通挤压区的通孔内壁向通孔中心倾斜靠拢，使得通孔内径逐渐缩小；所述第一定径区的通孔内壁竖直向下延伸，使得通孔内径保持不变；所述剪切扩管区的通孔内壁向外倾斜后向下弯折并延伸，使得剪切扩管区形成可变内径通道。利用普通挤压区、第一定径区以及剪切扩管区三向不等值压缩应力状态下挤压变形的高挤压比细化晶粒，利用多次剪切产生的大塑性变形导致镁合金材料内部产生较大的应变，从而再次细化晶粒，提高了组织的均匀性，促进了坯料流动的均匀性，提高了制品的表面质量。进一步，所述剪切扩管区包括第一段剪切扩管区和第二段剪切扩管区，所述第一段剪切扩管区包括第一扩径剪切区和第二定径区，所述第一扩径剪切区与第一定径区相衔接，所述第一扩径剪切区的通孔内径逐渐扩大，所述第二定径区的通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于：包括带有内孔的底座（7），所述底座（7）上设置有与内孔连通的漏水口（17），所述底座（7）上方设置有与内孔正对的料筒（3），所述料筒（3）中部设置有用于存放坯料（9）的挤压腔，所述挤压腔上设置有用于对坯料（9）挤压且沿挤压腔上下移动的挤压杆（1），所述料筒（3）内设置有用于对坯料（9）加热的加热装置，所述料筒（3）的底部可拆卸连接有位于内孔孔口处的凹模，所述凹模中部设置有用于连通内孔和挤压腔的型腔；/n所述挤压杆（1）下方设置有固定在底座（7）上的挤压针（6），所述挤压针（6）包括从上至下依次螺纹连接的导流杆（14）、成型件以及引导杆（16），其中，所述成型件外侧面与所述凹模内壁之间形成具有对坯料（9）连续挤压剪切且扩管整形的挤压通道，所述底座（7）一侧设置有用于对成型后的坯料（9）降温的冷却装置，在挤压杆（1）挤压坯料（9）时，使得坯料（9）经过挤压通道完成镁合金动态结晶后再经冷却装置快速冷却形成镁合金管材。/n

【技术特征摘要】
1.用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于：包括带有内孔的底座（7），所述底座（7）上设置有与内孔连通的漏水口（17），所述底座（7）上方设置有与内孔正对的料筒（3），所述料筒（3）中部设置有用于存放坯料（9）的挤压腔，所述挤压腔上设置有用于对坯料（9）挤压且沿挤压腔上下移动的挤压杆（1），所述料筒（3）内设置有用于对坯料（9）加热的加热装置，所述料筒（3）的底部可拆卸连接有位于内孔孔口处的凹模，所述凹模中部设置有用于连通内孔和挤压腔的型腔；
所述挤压杆（1）下方设置有固定在底座（7）上的挤压针（6），所述挤压针（6）包括从上至下依次螺纹连接的导流杆（14）、成型件以及引导杆（16），其中，所述成型件外侧面与所述凹模内壁之间形成具有对坯料（9）连续挤压剪切且扩管整形的挤压通道，所述底座（7）一侧设置有用于对成型后的坯料（9）降温的冷却装置，在挤压杆（1）挤压坯料（9）时，使得坯料（9）经过挤压通道完成镁合金动态结晶后再经冷却装置快速冷却形成镁合金管材。


2.根据权利要求1所述的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于，所述挤压杆（1）呈中空结构，所述导流杆（14）上端能嵌入挤压杆（1）空腔内，所述导流杆（14）外壁与挤压腔内壁之间形成环状的挤压腔。


3.根据权利要求1-2任一项所述的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于，所述加热装置包括加热线圈（2）和加热棒（10），所述料筒（3）上设置有呈圆环结构的加热凹槽，所述加热线圈（2）绕设在所述加热凹槽内，所述加热凹槽与挤压腔之间设置有呈长条状的加热孔，且所述加热孔贯穿所述凹模，所述加热棒（10）安装在所述加热孔内。


4.根据权利要求3所述的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于，所述冷却装置包括水箱（12），所述水箱（12）底部设置有延伸至内孔的出水管，所述出水管上设置有朝向所述引导杆（16）上端的喷嘴（8），所述水箱（12）与所述出水管连通处设置有水泵（11）。


5.根据权利要求1、2和4任一项所述的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于，所述成型件为第一成型件（15），所述凹模为第一凹模（4），所述第一成型件（15）外侧面与第一凹模（4）内壁之间形成第一挤压通道，所述第一挤压通道上部分空间为具有对坯料（9）挤压且剪切的非对称挤压区域，所述第一挤压通道的下部分空间为具有对坯料（9）连续剪切且扩管整形的挤压剪切扩管整形区域，其中，所述非对称挤压区域为通孔中心分别到通孔两侧内壁的两个区域，其中，一个区域（A2）的直径从上至下逐渐减小，另一个区域（A1）的直径保持不变。


6.根据权利要求5所述的用于制备大口径镁合金管材的快换式成型模具，其特征在于，所述挤压剪切扩管整形区（B6）域包括从上至下...

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