一种等通道变截面挤压模具制造技术

一种等通道变截面挤压模具，为了防止出现表面裂纹，外齿轮锻造过程中的每次锻造变形量应控制在2％～7％左右，模具的预变形段锥角角度应取值在10°～20°。模具整形段形面的各参数和齿轮轴外齿轮相同，整形段长度一般为原始棒料直径的80％。模具预变形段齿顶圆直径的最大值与原始棒料直径基本相同，预变形段长度一般为模具长度的60％。为了防止锻造时拔模困难，须在影响拔模的齿形上加工出拔模面，其中拔模面与锻造方向的拔模角取2°～5°。本实用新型专利技术能够获得比传统成形工艺更大的变形程度，改善了管材内部的应变分布和应力分布，有利于破碎管材残留的铸造组织，改变夹杂物的形态和分布，消除管材内部组织缺陷。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝、铜、钢等金属管材的成形领域，具体是一种等通道变截面挤压模具。
技术介绍
在航空、航天、汽车和机械设备等领域无不涉及管件和管套的使用。以飞机为例，管路系统是飞机的生命线，它的性能好坏直接影响到飞机的整体性能，如果把发动机比作飞机的心脏，那么管路就像是飞机的血管。因此提高管路系统的技术水平，对提高飞机性能非常重要。目前市场上用于管路系统的金属管多采用传统的成形方式，并多为无缝管(包钢科技，2002，2:21)。这种管材的特点是壁厚越厚，它就越具有经济性和实用性，壁厚越薄，它的加工成本就会大幅度上升，且在使用过程中易开裂。从国际和国内两个市场来看，无缝管的现有生产能力均已大于需求，所以，如何发挥现有机组的生产能力，开发出高强度等级、高性能的管类零件，以满足科研和生产需求是材料研究所面临的前沿挑战和发展急需。作为无缝管的制造方法，多采用穿孔轧制，即通过穿孔机对圆坯料进行穿孔扎制之后，通过芯棒式无缝管扎机、芯棒扎管机等进行延伸扎制，再通过定径机等进行定径扎制得到无缝管。这种传统方式生产出来的管材内外表面会存在一些缺陷，对于航空液压用管材，由于承受高压力，如果存在微小米粒状的缺陷，则管就会以缺陷为起点破裂，存在引发大事故等的危险性。目前已有很多专利技术针对无缝管的制造方法进行研究，以提高穿孔扎制管材的内外表面特性来抑制其缺陷，日本住友金属工业株式会在公开号为CN101980802A的专利申请中提出的一种无缝管的制造方法，以及金龙精密铜管集团股份有限公司在公开号为CN101569893的专利申请中提出的一种铝或铝合金无缝管的制造方法，都是通过改进穿孔轧制的方式来制造无缝管。这些方式在一定程度上可以提高管材的性能，但其设备较为复杂，成形不易，成本较高且对管材性能的改善程度不太明显。这些研究只是针对于改善管材的制造工艺，而未从管材的后续成形方式上进行探索，所以对已成形好的管材很难进行进一步的工艺设计，其工业应用受到一定的限制。现有很多专利技术技术针对棒材、线材进行挤压、拉拔、扭转等后续加工以达到细化晶粒，提高性能的目的。西北工业大学在公开号为CN201371172的专利申请中提出的一种变通道挤压模具，和公开号为CN201711480U的专利申请中提出的一种用于长轴类锻件制坯的胎模，以及公开号为CN201862645U的专利申请中提出的一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置，都是采用由圆截面变为椭圆截面，再由椭圆截面变为圆截面的变截面扭转式模具型腔成形预制工件，具有结构简单、载荷小、成本低和效率高的特点，能广泛应用于钢铁和有色金属的棒材及线材生产，以及大型轴类零件、高速钢和粉末冶金等难变形材料的制坯，但目前还未有人采用这种简便的后续加工方法用于管材。上述传统的制管工艺难以满足日益发展的航空工业需求，由于强度不够和变形织构的影响在使用过程中会出现开裂现象，严重时会影响到飞机管路的安全及可靠性。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的出现开裂的不足，本专利技术提出了一种等通道变截面挤压模具。本专利技术提出的用于管材的等通道变截面挤压模具，包括凸模和凹模。凸模一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与所成形管材的一端面相接触。凸模的直径与所成形管材的直径相同。凹模的内孔为挤压模腔。其特征在于，凸模的长度为所成形管材长度的1.3 1.5倍。凹模的挤压模腔沿中心轴线的横截面自入口至出口分为进料段、变形段和定型段。模腔的进料段与定型段均为等径通道，并且进料段与定型段的直径相同，均等同于管材的直径。进料段的长度为所成形管材长度的1.1倍。定型段的长度为所成形管材长度的0. 5倍。凹模型腔的变形段为等面积变形状的横截面的通道，包括圆-椭圆截面过渡通道、椭圆截面扭转过渡通道和椭圆-圆截面过渡通道。圆-椭圆截面过渡通道与进料段相接，圆形截面和椭圆形截面之间光滑过渡，并且圆-椭圆截面过渡通道的椭圆形截面的面积等同于圆形截面的面积。圆-椭圆截面过渡通道椭圆形截面的长短轴之比为1.5 1 2.0 1，圆-椭圆截面过渡通道的长度为所成形管材长度的0.1 0.12倍。椭圆截面扭转过渡通道一端与圆-椭圆截面过渡通道相接，另一端与椭圆-圆截面过渡通道相接。椭圆截面扭转过渡通道的截面为椭圆形，并且该椭圆截面扭转过渡通道的椭圆形型腔绕其中心轴线连续光滑扭转，使椭圆截面扭转过渡通道两端的椭圆形截面旋转0 90°。椭圆截面扭转过渡通道的长度为所成形管材长度的0.2 0. M倍。椭圆-圆截面过渡通道与定型段相接，椭圆形截面和圆形截面之间光滑过渡，并且圆形截面的面积等同于椭圆-圆截面过渡通道的椭圆形截面的面积。椭圆-圆截面过渡通道的长度为所成形管材长度的0. 1 0. 12倍。利用本专利技术预制成形件时，先在管材内部喷入聚氨酯发泡填充剂，以对变形的管材起到弹性缓冲和变形拘束的作用，然后通过挤压设备驱动凸模，从而使凸模挤压管材，使管材依次经过等通道变截面挤压模具型腔的进料段、变形段及定型段，管材截面形状先由圆截面变为椭圆截面，再经椭圆截面扭转，然后由椭圆截面变为圆截面，并可进行多道次挤压，最后成形出预制工件。本专利技术采取等通道变截面挤压成形的技术方案，使管的挤压成形由相当于在横截面上扭转剪切变形以及镦拔变形组成，实现了一次挤压过程多种变形模式的组合。管壁受到模腔以及聚氨酯发泡填充剂的限制而处于强烈的三向压应力状态，在由圆-椭圆-圆及椭圆扭转变化的变形阶段，材料进入金属过渡区的扭转剪切变形带，在剪切应力的作用下，材料的内部组织发生了转动和剪切应变，引起材料组织结构的取向，即形成新的织构，改善同等变形程度下的材料织构。等通道变截面挤压成形能够获得比传统成形工艺更大的变形程度，极大地改善了管材内部的应变分布和应力分布，有利于破碎管材残留的铸造组织，改变夹杂物的形态和分布，消除管材内部组织缺陷。本专利技术发挥现有技术的优势，提出了一种用于管材的等通道变截面的模具，通过模具型腔挤压管材，使管材变形，由于这种变形方式的特点是外部变形较大，心部变形小，所以更适用于管材，使管材变形更加均勻，并在管材内部喷入聚氨酯发泡填充剂，以对变形的管材起到弹性缓冲和变形拘束的作用，在管材变形的同时保证其回复形，使得管材在成形前后的直径和壁厚保持不变。本专利技术提出的这种用于管材的等通道变截面挤压模具可细化金属晶粒，改变管材内部的应力、应变分布，改善变形织构，提高制件的强度和力学性能，具有结构简单，操作方便的优点。附图说明附图1是等通道变截面挤压模具的结构示意图；附图2是凹模型腔的剖视图；附图3是凹模型腔的截面形状示意图，其中a-a.进料段与圆_椭圆截面过渡通道衔接处的剖面示意图；b-b.扭转角为45°的椭圆截面扭转过渡通道的剖面示意图；c-c.扭转角为90°的椭圆截面扭转过渡通道的剖面示意图；d-d.扭转角为135°的椭圆截面扭转过渡通道的剖面示意图；e-e.椭圆-圆截面过渡通道与定型段衔接处的剖面示意图。附图中1.凸模 2.管材 3.凹模 4.进料段 5.变形段 6.定型段7.圆-椭圆截面过渡通道 8.椭圆截面扭转过渡通道 9.椭圆-圆截面过渡通道具体实施方式实施例一本专利技术提出的用于管材的等通道变截面挤压模具适用于直径为φ10 20mm，壁厚为1 5mm，长度为10 50mm的铝、铜和钢管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛凤梅，李付国，汪程鹏，王磊，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：