内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法技术

本发明专利技术提供一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法，属于金属塑性加工及成形技术领域，其中模具包括：上凸模组件，包括冲头；下凹模组件，包括内凹模及芯模，芯模具有贯通容置通孔，芯模的外侧壁包括立壁及底壁，内凹模腔的腔底壁上具有容置凹槽，容置凹槽内嵌装有顶块，顶块能够被驱动升降，顶块的顶面上具有促流槽，在芯模的任一轴截面上，促流槽的槽口与容置通孔的底端孔口边缘相对设置。本发明专利技术在顶块的顶面设置的促流槽能够促使内层金属先流动，过渡性圆弧能够加速内层金属流动，如此能够使内外双金属棒材受压变形时内外层金属的流速趋于一致，避免材料分层失效，尤其能够提高大规格铝镁双金属叠层舱段类构件的成形良品率。件的成形良品率。件的成形良品率。

【技术实现步骤摘要】
内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法


[0001]本专利技术属于金属塑性加工及成形
，具体涉及一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法。

技术介绍

[0002]随着航天航空与国防军工高端装备的快速发展，对于大运力、高机动、低能耗、长寿命的要求越来越迫切，这就要求所使用的关键构件具有高速化、高性能、轻量化和高功效等性能。因此，采用轻质高强韧材料和大形整体化、薄壁轻量化的复杂结构是必然的选择。传统的舱段构件成形一般采用铝合金整体锻造机加，经济性差、质量大，无法满足轻量化要求。单一的金属或合金已很难完全满足现代化的生产对材料综合性能的需求，因此人们发展了金属复合材料。这种材料是利用复合技术使两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型复合材料。镁合金是一种轻质合金材料，密度小(为铝的2/3、钛的1/2)，是最轻的金属结构材料，具有良好的比强度、比刚度、导热导电性、电磁屏蔽性、阻尼减震性等优点，广泛应用于航空航天、交通运输、电子通讯、国防军工等领域，但镁合金为密排六方晶体结构，弹性模量低、抗腐蚀性能差。提高镁合金的强度、耐蚀性，采用耐蚀性和加工性能好的铝合金包覆在镁合金表面，获得的铝镁复合材料既有良好的耐蚀性，又可改善镁合金的加工成形性能。针对铝镁复合技术主要包括轧制复合、爆炸复合、挤压复合、扩散复合、液固复合。其中，轧制复合由于工艺的特殊性，只能做复合板材；爆炸复合可以做相对复杂的零件，但爆炸过程不可控，且爆炸过程存在较大的危险性，爆炸产生大的高能量也可能对金属造成过烧；扩散焊目前研究大多为小尺寸试样，由于长时间的保温加压，在界面处形成厚厚的金属化合物层，扩散焊复合板常作为坦克的装甲使用，通过受击，金属化合物层破碎，大量吸收冲击能量，抗压性能强；液固复合常作为一种制坯手段，需要在后续进行别的方式加工，也可以成形一下性能要求低的构件；挤压复合目前则主要做一些电缆或者小尺寸试样。
[0003]专利技术人在先申请的专利（申请号为：CN201410820158）中提供了一种能够利用通道转角挤压成形工艺制备镁合金杯形构件的技术方案，其能够通过通道的转角挤压成形，极大地提高了镁合金材料的成形能力，获得高致密结构，细化组织效果显著，降低性能异向性，缩短了高性能的镁合金杯形件制造流程，但是采用其对内外双金属杯型构件进行制备时发现，由于模具结构和坯料结构使坯料外层金属更靠近外围流动通道，从而使流动过程中内层金属流动滞后于外层金属，导致棒材坯件在被挤压过程中流速或流动位置不同，进而导致两种金属材料在挤压过程中分层，结合质量差、分层失效，基于这一现象，有必要对相应的制备模具进行优化改进。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术提供一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法，能够解决现有技术中由于预制的双金属棒材界面层后易开裂导致的内外双金属棒材材料结
合质量低、分层失效的技术问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具，包括：上凸模组件，包括冲头；下凹模组件，包括具有内凹模腔的内凹模和处于所述内凹模腔内的芯模，所述芯模具有贯通其轴向两端的容置通孔，所述容置通孔用于容置内外双金属棒材且与所述冲头适配，所述芯模的外侧壁与所述内凹模腔之间具有的间隙形成杯型构件型腔，所述外侧壁包括立壁及底壁，所述内凹模腔的腔底壁上具有容置凹槽，所述容置凹槽内嵌装有顶块，所述顶块能够被驱动升降，所述顶块的顶面上具有促流槽，在所述芯模的任一轴截面上，所述促流槽的槽口与所述容置通孔的底端孔口边缘相对设置。
[0006]在一些实施方式中，所述顶块具有中央平面区，所述促流槽环绕所述中央平面区的周向延伸设置，所述顶块与所述容置通孔同轴设置，所述中央平面区的直径小于所述内外双金属棒材的内层金属的直径。
[0007]在一些实施方式中，在任一所述轴截面上，所述促流槽的槽壁的轮廓形状为过渡圆弧形。
[0008]在一些实施方式中，所述过渡圆弧形为渐开线，且该渐开线的型线由以下方程限定：其中，x、y为在直角坐标系下构成渐开线形状的点的位置坐标；r为基圆半径，单位为mm；α为压力角，单位为rad；θ为展角，θ=inv(α)=tan(α)
‑
α，单位为rad。
[0009]在一些实施方式中，所述底壁上具有朝向所述内凹模腔的腔底壁凸起的第一凸环，在任一所述轴截面上，所述第一凸环的顶面与所述腔底壁平行，所述第一凸环远离所述容置通孔的孔口一侧形成第一剪切转角。
[0010]在一些实施方式中，所述立壁上具有朝向所述内凹模腔的腔立壁凸起的第二凸环，在任一所述轴截面上，所述第二凸环的顶面与所述腔立壁平行，所述第二凸环靠近所述第一凸环的一侧形成第二剪切转角。
[0011]在一些实施方式中，所述容置通孔的孔壁上构造有多个减速环槽，各所述减速环槽围绕所述容置通孔的周向延伸，且多个所述减速环槽沿着所述容置通孔的轴向间隔设置。
[0012]在一些实施方式中，所述减速环槽的槽深为1mm
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3mm、宽为8mm
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10mm，且相邻的两个所述减速环槽的间隔为15mm
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20mm。
[0013]本专利技术还提供一种内外双金属杯型构件反挤压制备方法，采用上述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具进行，所述制备方法包括如下步骤：准备内外双金属棒材，所述内外双金属棒材包括中心棒及套装于其上的外环棒，所述中心棒为第一金属材料，所述外环棒为第二金属材料，将外环棒套装于中心棒上；将内外双金属棒材以及所述内外双金属杯型构件反挤压制备模具加热至目标成形温度并保温，并将所述内外双金属杯型构件反挤压制备模具装配至压力机上；将加热至所述目标成形温度并保温的所述内外双金属棒材置入所述容置通孔内；控制所述压力机驱动所述上凸模组件下行挤压所述内外双金属棒材以将所述内
外双金属棒材完全挤压入所述杯型构件型腔内。
[0014]在一些实施方式中，在将加热至所述目标成形温度并保温的所述内外双金属棒材置入所述容置通孔内的步骤之前还包括：在所述内凹模腔的腔壁上涂抹润滑剂，所述冲头上不涂抹所述润滑剂。
[0015]在一些实施方式中，所述第一金属材料为铝合金，所述第二金属材料为镁合金。
[0016]本专利技术提供的一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具及构件制备方法，在顶块的顶面设置的促流槽能够使内外双金属棒材的内层金属先流动，如此能够使内外双金属棒材受压变形时内外层金属的流速趋于一致，避免材料分层失效，尤其能够提高大规格铝镁双金属叠层舱段类构件的成形良品率。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的内外双金属杯型构件反挤压制备模具的结构示意图（在挤压棒材之前）；图2为本专利技术实施例的内外双金属杯型构件反挤压制备模具的结构示意图（在挤压棒材制备形成内外双金属杯型构件之后）；图3为图1中的下凹模组件中部分部件的结构示意图；图4为图1中的内外双金属棒材的结构示意图（轴截面）；图5为内外层金属流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，包括：上凸模组件，包括冲头（11）；下凹模组件，包括具有内凹模腔的内凹模（21）和处于所述内凹模腔内的芯模（22），所述芯模（22）具有贯通其轴向两端的容置通孔（221），所述容置通孔（221）用于容置内外双金属棒材（100）且与所述冲头（11）适配，所述芯模（22）的外侧壁与所述内凹模腔之间具有的间隙形成杯型构件型腔（200），所述外侧壁包括立壁（222）及底壁（226），所述内凹模腔的腔底壁上具有容置凹槽，所述容置凹槽内嵌装有顶块（31），所述顶块（31）能够被驱动升降，所述顶块（31）的顶面上具有促流槽（311），在所述芯模（22）的任一轴截面上，所述促流槽（311）的槽口与所述容置通孔（221）的底端孔口边缘相对设置。2.根据权利要求1所述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，所述顶块（31）具有中央平面区，所述促流槽（311）环绕所述中央平面区的周向延伸设置，所述顶块（31）与所述容置通孔（221）同轴设置，所述中央平面区的直径小于所述内外双金属棒材（100）的内层金属的直径。3.根据权利要求2所述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，在任一所述轴截面上，所述促流槽（311）的槽壁的轮廓形状为过渡圆弧形。4.根据权利要求3所述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，所述过渡圆弧形为渐开线，且该渐开线的型线由以下方程限定：其中，x、y为在直角坐标系下构成渐开线形状的点的位置坐标；r为基圆半径，单位为mm；α为压力角，单位为rad；θ为展角，θ=inv(α)=tan(α)
‑
α，单位为rad。5.根据权利要求1至4中任一项所述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，所述底壁（226）上具有朝向所述内凹模腔的腔底壁凸起的第一凸环，在任一所述轴截面上，所述第一凸环的顶面与所述腔底壁平行，所述第一凸环远离所述容置通孔（221）的孔口一侧形成第一剪切转角（224）。6.根据权利要求5所述的内外双金属杯型构件反挤压制备模具，其特征在于，所述立壁（222）上具有朝向所述内凹模腔的腔立壁凸起的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵熹，张宇星，李雨轩，田学栋，任贤魏，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：