一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法技术

本发明专利技术公开一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法，包括步骤①下料、均匀化处理、坯料和模具加热并保温；②坯料放入挤入段型腔中，压力机工作台和旋转机构启动，控制凸模轴向进给和凹模周向旋转，使得金属均匀流动，金属由挤入段型腔经过第一差速角流动进入变形段型腔，同时型腔横截面积缩减；接着金属由变形段型腔经过第一差速角流动进入挤出段型腔，横截面积再次缩减，直至充满成形型腔；③卸下凹模，取出成形的杯形构件；本发明专利技术金属在变形过程中经历两次剪切变形、两次缩径挤压变形和扭转变形，极大的提高了杯形构件的塑性变形量，降低了力学性能的各向异性，提高了杯形构件的综合力学性能；并且可通过更换芯模的方式，制备不同规格杯形构件。

【技术实现步骤摘要】
一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法
本专利技术属于金属塑性加工工艺及成形
，具体涉及一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法。
技术介绍
随着航空航天、国防军工以及汽车工业等领域的快速发展，其结构件都面临突破现有性能低下以及轻量化要求的难题。杯形件作为这些领域最具代表性的结构形式之一，也面临轻量化高性能的瓶颈。镁合金作为目前质量最轻且具有很大潜力的金属，得到了越来越多的研究人员的关注，但是由于铸态铝/镁合金(尤其是镁合金)性能低下，这大大限制了铝/镁合金的广泛应用。杯形件是传统反向挤压技术的典型制件，但是由于传统反挤压变形量小，其性能不能满足目前工业领域的要求；虽然通过前期多道次制坯后再进行反挤压工艺能够有效杯形件的晶粒尺寸，达到理想的细晶强化效果，但是其工序复杂，生产效率较低；并且通过传统挤压工艺成形杯形件的过程中，金属的流动不均匀、杯壁具有强烈的基面织构，导致构件的各向异性明显，其周向和轴向的抗拉强度相差较大。因此，研究开发具有高性能、无各向异性的铝/镁合金杯形件具有切实重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法，将多种变形方式结合，能够有效增加应变量，改善构件综合力学性能；并且能够在只更换模具芯模的条件下加工不同尺寸杯形构件，有效节约了加工成本。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法，包含以下步骤：步骤一，成形前准备：下料，将棒料加工为圆柱形坯料，将坯料均匀化保温；将旋转挤压成形模具装配好并加热、保温，所述旋转挤压成形模具包括与压力机工作台连接的上模具组件、凸模、与转动机构连接的凹模以及芯模；所述芯模为变截面圆柱体，所述凹模开设有成形型腔，所述凸模固定在上模具组件上，并同轴设置在成形型腔上方，所述芯模固定在所述成形型腔内；成形型腔包括位于所述芯模上方的挤入段型腔、所述芯模与成形型腔之间的挤出段型腔、以及倾斜连接于挤入段型腔和挤出段型腔之间的变形段型腔，变形段型腔与挤入段型腔连接处的倾斜角为第一差速角，变形段型腔与挤出段型腔连接处的倾斜角为第二差速角，所述变形段型腔横截面积小于挤入段型腔横截面积，所述挤出段型腔横截面积小于变形段横截面积；然后将保温好的模具取出，将模具安装在压力机工作台和旋转机构上；步骤二，成形过程：在凸模外表面以及凹模成形型腔内表面涂抹上油基石墨之后，取出均匀化完成的坯料，并且在坯料外表面均匀快速涂抹上油基石墨后放入挤入段型腔；压力机工作台和旋转机构启动，控制凸模轴向进给和凹模周向旋转，使得金属均匀流动，金属由挤入段型腔经过第一差速角流动进入变形段型腔，同时型腔横截面积缩减；接着金属由变形段型腔经过第一差速角流动进入挤出段型腔，横截面积再次缩减，直至充满成形型腔；步骤三，成形完成：金属充满型腔后，卸下凹模，取出成形的杯形构件。采用上述方案后，本专利技术与传统反挤压技术相比，有以下有益效果：(1)增大变形量，增强了变形坯料晶粒细化效果，提高了杯形构件的综合力学性能。传统反挤压技术应变量较小，晶粒细化程度效果较差；而本专利技术中坯料在变形过程中经历了两次剪切变形、两次缩径挤压变形以及扭转变形，有效提高了坯料应变量，增强了晶粒细化效果，提高了杯形构件的综合力学性能。(2)变形更加均匀，改善杯形构件的力学性能的各向异性。传统反挤压技术变形过程中杯形构件杯壁会形成强烈的基面织构，导致杯形构件力学性能的各向异性，在二次加工中容易导致构件产生缺陷甚至破裂；本专利技术将扭转变形、剪切变形以及缩径挤压变形有效的结合起来，使得坯料在变形过程中经历了两次剪切变形以及扭转变形，有效改善了杯形构件杯壁的力学性能的各向异性，提高了杯形构件的综合力学性能。(3)变形坯料金属应力状态以及应变量可变。本专利技术可以在不更改模具的情况下通过改变凹模旋转周数来改变金属流动状态从而改变应变量实现对杯形构件性能的不同要求；并且本专利技术可以在只更换芯模的情况下，其他变形过程以及操作流程不变，加工不同尺寸的轻质高性能杯形构件。采用上述方案后，本专利技术与现有优异杯形构件成形技术相比，有以下有益效果：(1)变形更均匀。本专利技术中变形过程中将两次剪切变形、两次缩径挤压变形以及扭转变形相结合，增强了晶粒的细化程度，同时进一步改善了传统挤压技术所导致的力学性能的各向异性。(2)降低了加工成本。现有杯形构件成形技术，模具型腔复杂，且只能加工同一规格杯形构件；本专利技术通过更换不同尺寸芯模，其他变形过程以及操作流程不变，可以制备不同规格的杯形构件，有效降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术一实施例模具的结构示意图；图2为本专利技术一实施例凸模的正视示意图；图3为本专利技术一实施例凸模的仰视示意图；图4为本专利技术一实施例芯模的正视示意图；图5为本专利技术一实施例芯模的仰视示意图；图6为本专利技术一实施例成形型腔示意图；图7为本专利技术一实施例挤压前的结构示意图；图8为本专利技术一实施例挤压时的结构示意图；图9为本专利技术一实施例挤压完成的结构示意图；图10为本专利技术一实施例挤压成形的杯形构件示意图；图11为传统反挤压工艺Deform-3D模拟图；图12为本专利技术一实施例杯形构件杯壁厚10mm，凹模旋转速度为0.209Rad/sDeform-3D模拟图；图13为本专利技术一实施例杯形构件杯壁厚10mm，凹模旋转速度为0.418Rad/sDeform-3D模拟图；图14为本专利技术一实施例杯形构件杯壁厚10mm，凹模旋转速度为0.627Rad/sDeform-3D模拟图；图15为本专利技术一实施例杯形构件杯壁厚5mm，凹模旋转速度为0.209Rad/sDeform-3D模拟图。标号说明：1-上模板，2-上销钉，3-上模座套，4-凸模，5-上凹模，6-挤入段型腔，7-第一差速角，8-第二差速角，9-螺栓，10-螺母，11-垫圈，12-下凹模，13-下销钉，14-下模板，15-下螺钉，16-芯模，17-挤出段型腔，18-变形段型腔，19-上螺钉，20-坯料，21-芯模销钉，22-芯模螺钉。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。本专利技术提供一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形模具，请参阅图1，包括与压力机工作台(图中未示出)连接的上模具组件、凸模4、下模板14、与转动机构(图中未示出)连接的凹模以及芯模16；所述上模具组件包括与压力机工作台连接的上模板1以及与上模板1通过上销钉2和上螺钉19固定的上模座套3，所述上模座套3内固定凸模4，所述凹模为分体凹模，所述分体凹模包括上凹模5和下凹模12，方便拆装以及取料。所述分体凹模开设有成形型腔，所述凸模4同轴设置在成形型腔上方，所述芯模16固定在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法，其特征在于：包含以下步骤：/n步骤一，成形前准备：下料，将棒料加工为圆柱形坯料，将坯料均匀化保温；将旋转挤压成形模具装配好并加热、保温，所述旋转挤压成形模具包括与压力机工作台连接的上模具组件、凸模、与转动机构连接的凹模以及芯模；所述芯模为变截面圆柱体，所述凹模开设有成形型腔，所述凸模固定在上模具组件上，并同轴设置在成形型腔上方，所述芯模固定在所述成形型腔内；成形型腔包括位于所述芯模上方的挤入段型腔、所述芯模与成形型腔之间的挤出段型腔、以及倾斜连接于挤入段型腔和挤出段型腔之间的变形段型腔，变形段型腔与挤入段型腔连接处的倾斜角为第一差速角，变形段型腔与挤出段型腔连接处的倾斜角为第二差速角，所述变形段型腔横截面积小于挤入段型腔横截面积，所述挤出段型腔横截面积小于变形段横截面积；然后将保温好的模具取出，将模具安装在压力机工作台和旋转机构上；/n步骤二，成形过程：在凸模外表面以及凹模成形型腔内表面涂抹上油基石墨之后，取出均匀化完成的坯料，并且在坯料外表面均匀快速涂抹上油基石墨后放入挤入段型腔；压力机工作台和旋转机构启动，控制凸模轴向进给和凹模周向旋转，使得金属均匀流动，金属由挤入段型腔经过第一差速角流动进入变形段型腔，同时型腔横截面积缩减；接着金属由变形段型腔经过第一差速角流动进入挤出段型腔，横截面积再次缩减，直至充满成形型腔；/n步骤三，成形完成：金属充满型腔后，卸下凹模，取出成形的杯形构件。/n...

【技术特征摘要】
20200629 CN 20201060185361.一种铝镁合金杯形件旋转挤压成形方法，其特征在于：包含以下步骤：
步骤一，成形前准备：下料，将棒料加工为圆柱形坯料，将坯料均匀化保温；将旋转挤压成形模具装配好并加热、保温，所述旋转挤压成形模具包括与压力机工作台连接的上模具组件、凸模、与转动机构连接的凹模以及芯模；所述芯模为变截面圆柱体，所述凹模开设有成形型腔，所述凸模固定在上模具组件上，并同轴设置在成形型腔上方，所述芯模固定在所述成形型腔内；成形型腔包括位于所述芯模上方的挤入段型腔、所述芯模与成形型腔之间的挤出段型腔、以及倾斜连接于挤入段型腔和挤出段型腔之间的变形段型腔，变形段型腔与挤入段型腔连接处的倾斜角为第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勇，郑杰，张治民，王强，徐健，李国俊，方敏，李旭斌，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14