CN101181771A - 镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金型材的挤压—弯曲一体化成形技术方法，属于塑性加工技术领域。通过在原有卧式挤压机的出料口附近布置一套三轮辊弯装置，镁合金锭坯经过热挤压形成型材，型材在冷却之前直接进入辊弯机构，由同一平面内的三个辊轮对型材施加弯矩，实现弯曲成形，控制辊轮的运动及位置得到所需弯曲角度与弯曲半径。本发明可以在只加热原始锭坯的情况下实现镁合金型材的挤压与弯曲连续成形，生产效率高，成本低。

Description

镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法

技术领域

本发明涉及一种塑性加工技术领域的成形方法，具体是一种镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法。

背景技术

镁合金作为迄今为止最轻的金属结构材料，正逐渐应用于机械、汽车、电子和航空航天等领域，显示了极大的应用前景。目前实际使用的镁合金零部件主要以压铸件为主，由于铸造工艺固有的缺点，使其不能满足多种场合下的强度与尺寸要求，变形镁合金由于具有组织致密、尺寸灵活、综合力学性能优良等诸多优点，可以满足多种结构件的使用要求，因此发展变形镁合金及其加工技术具有重要的意义。常用的镁合金变形加工工艺有挤压、锻造、轧制等初步成形方法及随后的弯曲、冲压、液压胀形等二次加工方法，挤压是金属坯料在三向压应力状态下变形，可充分发挥金属坯料的塑性，对于塑性变形能力较差的镁合金，挤压加工比轧制与锻造要容易得多。另外，挤压加工可以细化晶粒、通过保留挤压纤维织构可提高强度、可获得优良的表面质量以及稳定的尺寸精度。因此，挤压成形是制作变形镁合金的主要途径之一，由于镁合金在低温下塑性变形能力差，其挤压加工通常需要在高温下进行，镁合金的热挤压型材组织致密、表面质量好，制件尺寸精度高、断面形状多样化，综合力学性能优异，所以镁合金的挤压型材应用于多种结构件都具有独特的优势。大多数型材在使用前都必须根据实际需要进行弯曲加工等二次成形，由于镁合金的室温塑性很差，因此不能按照传统材料的弯曲工艺进行冷弯成形。研究表明，镁合金的塑性变形能力在温度升高时可以得到显著的改善，认为其型材的弯曲加工必须在加热态下进行，由此带来的问题是生产效率低下，且能源浪费十分严重。如果能够利用型材挤压的余热进行连续的弯曲加工就会在提高生产效率的同时节约大量的能源。因此，研究开发一种能在一次加热的情况下，实现挤压与弯曲连续成形的新型工艺及设备就成为镁合金挤压型材广泛应用的迫切要求与发展趋势。

经对现有技术的文献检索发现，一种用于制作汽车车架弯曲件的工艺及设备申请的欧洲发明专利(专利申请号：EP0706843B1，Method and device for theproduction of curved workpieces，名称：弯曲件的制作方法及设备)，该方法是挤出的型材直接受具有一定运动轨迹的导引轮作用，型材的前端随导引轮一起运动，型材末端在挤压模具出料口边缘的约束下，形成弯曲件，由于弯曲变形主要发生在挤压模具的出口处，因此模具的磨损十分严重，另外，由于弯曲变形时应变速率大，对于薄壁空腔类的型材，很难保证弯曲件截面的形状。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，该方法生产效率高，节约能源，在一次加热的条件下可实现挤压与弯曲同时进行，适用于各种镁合金型材的挤压—弯曲一体化连续成形。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明在传统卧式挤压机的出料口附近布置一套三轮辊弯装置，镁合金锭坯经过热挤压形成型材，型材在冷却之前直接进入三轮辊弯装置，由同一平面内的三个辊轮对型材施加弯矩，实现弯曲成形，控制辊轮的运动及位置便可以得到所需弯曲角度与弯曲半径。

本发明具体包括以下步骤：

(1)在卧式挤压机的出料口附近加装三个带有凹槽的辊轮，凹槽的形状与挤出型材的外形匹配，三个辊轮由一套液压驱动机构控制，除可以做自由转动外，其中的两个辊轮可以进行平面内的两向进给运动。

(2)对挤压用的镁合金锭坯和模具进行预热，在挤压机上进行常规挤压操作，调整挤压机出料口处的辊轮位置，使挤出的型材能顺利进入三个辊轮的凹槽中。

挤压机的模具和镁合金挤压坯料必须在挤压前进行加热，对于连续生产，模具只需要在初装前进行一次加热，挤压速度在满足挤压成形的前提下应使出料口型材的温度满足弯曲变形的需要。

(3)通过液压驱动机构控制三个辊轮中远离出料口的两个辊轮进行平面进给运动，由三人辊轮之间的相互间距调整型材的弯曲角度及弯曲半径。

本发明的挤压温度范围为300℃～400℃，挤压速度范围为10mm/s-100mm/s，型材进入辊轮前的温度不小于300℃，弯曲成形后的温度不小于150℃，弯曲半径大于圆截面型材直径的两倍。

由于镁合金的塑性加工必须在加热条件下成形，本发明只需进行原始锭坯的加热，挤压模具仅在安装前进行一次预热，挤压出的型材在出料口附近的温度完全能够满足弯曲成形的要求，成形后的型材表面无滑伤，截面形状变形率小，直段与弯曲段过渡均匀，本发明可以由镁合金铸锭直接生产特定的具有多种弧度的镁合金型材，可以实现连续作业，其生产效率可以通过控制挤压机的挤压速度进行调整，以AZ31管材挤压弯曲为例，最小弯曲半径小于3倍的管外径，管壁最大减薄率小于10％，截面最大椭圆度小于8％。

附图说明

图1是本发明实施例的流程简图

其中，1.挤压坯料，2.挤压模具，3.挤压型材，4.第一辊轮，5.第二辊轮，6.第三辊轮，7.弯曲变形后的型材。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，所提供的实施例的流程：

(1)固定挤压机出料口处第一辊轮4的位置，使第一辊轮4中的凹槽能与挤出型材的外壁贴合，调整第二辊轮5和第三辊轮6的位置，使挤出的型材能顺利从三个辊轮的中间区域穿过，其中第三辊轮6与第一辊轮4位于挤压型材3的一侧，第二辊轮5位于挤压型材3对应的另一侧。

(2)把镁合金挤压坯料1与挤压模具2置于电阻炉或电磁感应炉内升温到300～400℃，并进行保温。将经过预热的模具装入挤压机中，从保温炉中取出挤压坯料1，迅速装入挤压机的挤压筒中进行挤压加工，在保证挤出的挤压型材3表面光滑的前提下，调整挤压杆的进给速度，使出料口挤压型材3的温度适合弯曲成形。

(3)当挤出的挤压型材3需要弯曲的区域进入辊轮之间时，按照预先的设定启动辊轮进给程序，使第二辊轮5与第三辊轮6沿垂直或平行于挤压方向做进给运动，具有较高温度的型材在三个辊轮共同施加的弯矩作用下形成具有特定曲率的镁合金型材，即弯曲变形后的型材7。通过调整三个辊轮4、5、6之间的相对运动及位置就可以控制镁合金型材的弯曲角度与弯曲半径，在挤压速度一定的情况下，三个辊轮4、5、6对型材连续施加力矩的时间决定了同一弧段的长度，三个辊轮4、5、6的相对位置决定了弯曲弧段的曲率半径。

实施例1

本例采用的镁合金牌号为AZ31，挤出的型材为直径42mm，壁厚4mm的圆管，三个辊轮的直径均为150mm，厚度为50mm，其外侧圆周有半径为21mm的半圆形凹槽，采用分流挤压法，原始铸锭的直径为100mm，坯料与模具的预热温度为350℃，保温时间10分钟，挤压速度为50mm/s，挤压机出料口处管材的温度为310℃，弯曲变形后的温度为210℃；成形后的管材表面无滑伤、无开裂、不起皱，弯曲曲率半径为200mm，最大壁厚减薄率为8％，截面最大椭圆度为7％。

实施例2

本例采用AM30镁合金，制作宽120mm，厚6mm的板材，三个辊轮的直径为100mm，厚度为130mm，辊轮的圆周外侧有宽为120mm，深为2mm的矩形凹槽，采用的原始铸锭直径为100mm，坯料与相应的挤压模具在电阻炉中随炉预热到300℃，保温10分钟，挤压速度调整为100mm/s，挤压机出料口处板材的温度为340℃，弯曲变形后的温度为220℃；成形后板材表面光滑，弯曲外弧面无裂纹，内弧面不起皱，横截面形状无变化，最终弯曲曲率半径为180mm。

实施例3

本例采用AM50镁合金，制作直径为30mm的棒材，三个辊轮的直径为150mm，厚度为40mm，其外侧圆周有半径为15mm的弧形凹槽，原始铸锭的直径为100mm，与对应的挤压模具一起随炉加热到400℃，保温10分钟，挤压速度调整为10mm/s，挤压机出料口处棒材的表面温度为350℃，弯曲变形后的温度为190℃；最终成形后的棒材表面质量好，尺寸精度高，弯曲外侧无裂纹，弯曲内侧无皱曲，截面最大椭圆度小于2％，弯曲平均曲率半径为150mm。

Claims (7)

1.一种镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征在于，在卧式挤压机的出料口附近布置一套三轮辊弯装置，镁合金锭坯经过热挤压形成型材，型材在冷却之前直接进入三轮辊弯装置，由同一平面内的三个辊轮对型材施加弯矩，实现弯曲成形，控制辊轮的运动及位置得到所需弯曲角度与弯曲半径。

2.根据权利要求1所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)在卧式挤压机的出料口附近加装三个带有凹槽的辊轮，凹槽的形状与挤出型材的外形匹配，三个辊轮由一套液压驱动机构控制，三个辊轮可做自由转动，其中的两个辊轮能进行平面内的两向进给运动；

(2)对挤压用的镁合金锭坯和模具进行预热，在挤压机上进行挤压操作，调整挤压机出料口处的辊轮位置，使挤出的型材能顺利进入三个辊轮的凹槽中；

(3)通过液压驱动机构控制三个辊轮中远离出料口的两个辊轮进行平面进给运动，由三人辊轮之间的相互间距调整型材的弯曲角度及弯曲半径。

3.根据权利要求2所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，所述挤压操作，其温度范围为300℃～400℃。

4.根据权利要求2或3所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，所述挤压操作，其速度范围为10mm/s-100mm/s。

5.根据权利要求1所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，所述型材进入辊轮前的温度大于或等于300℃。

6.根据权利要求1所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，所述型材弯曲成形后的温度大于或等于150℃。

7.根据权利要求1或2所述的镁合金型材挤压—弯曲一体化成形方法，其特征是，所述型材弯曲半径大于圆截面型材直径的两倍。