CN104174686A - 一种镁合金有缝管板生产设备及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金有缝管板生产设备，包括挤压机、挤压筒、宽展模具、成形模具和切缝模具。挤压机包括挤压动力装置和固定在挤压动力装置输出端上的压料顶杆，挤压筒包括挤压筒管和设置在挤压筒管上的挤压筒保温装置，挤压筒管内设有镁合金坯料，宽展模具包括宽展型腔，成形模具包括管状型腔，切缝模具包括排管型腔和设置在排管型腔壁上的切缝部件。本发明还涉及上述设备的生产方法，包括放料、调温、压料、割料和排料等步骤。本发明采用了模具宽展、挤压成型结合管件切缝等工艺制造厚度薄、板型宽的镁合金板，工艺简单，生产效率高，成本低，产品质量好。

Description

一种镁合金有缝管板生产设备及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金板材的生产设备及其方法，特别涉及一种采用挤压成型的手段生产镁合金板材的设备及其方法，属于有色金属板材制造设备领域。

背景技术

镁合金板具有优良的刚性、强度、减震性、导热性和电磁屏蔽性，是目前可应用的最具竞争潜力的新型结构材料，广泛应用在汽车部件、航空航天工业、3C产品等领域。传统制备镁合金板工艺和制备其它金属板材一样主要采用热轧的方法，这一方法是先将镁合金浇铸成镁合金板坯，再经过多道加热、退火、轧制工序制成镁合金板材。由于镁合金材料原子结构为密排六方晶系，传统上被视为一种难以塑性变形且压力加工性能差的金属材料，尤其在镁合金薄板材加工领域，工序繁多，加工过程复杂，板材后续加工特别是深度冲压极易开裂，成品率低，造成镁合金板件的生产成本高，其市场价格远高于铝合金板件，限制了镁合金板件的应用范围，例如在3C产品及汽车行业的推广应用。为了解决上述问题，业内已在探索采用挤压工艺生产镁合金板，具体是将镁合金板坯通过大吨位的压机挤压成相应的中厚板，再通过多次加热、退火、多道轧制加工成镁合金薄板，这一生产工艺虽然改变了使用镁合金坯料热轧方法带来的一些缺点，但要加工成镁合金薄板仍需多次加热、退火、轧制工序，因而镁合金薄板的生产成本还是很高，且质量仍难以控制，满足不了大规模工业生产需求。

发明内容

本发明镁合金有缝管板生产设备及其生产方法公开了新的生产设备方案，采用了模具宽展、挤压成型结合管件切缝等工艺制造厚度薄、板型宽的镁合金板，解决了传统镁合金板生产中轧制工艺带来的工艺复杂、生产效率低、成本高等问题。

本发明镁合金有缝管板生产设备包括挤压机100、挤压筒200、宽展模具300、成形模具400和切缝模具500。挤压机100包括挤压动力装置和固定在挤压动力装置输出端上的压料顶杆110，挤压筒200包括挤压筒管和设置在挤压筒管上的挤压筒保温装置210，挤压筒管内设有镁合金坯料，宽展模具300包括宽展型腔，宽展型腔的通径大于挤压筒管的通径，成形模具400包括管状型腔，切缝模具500包括排管型腔和设置在排管型腔壁上的切缝部件510。压料顶杆110顶压端与挤压筒200填料口紧密滑动配合，挤压筒200出料口与宽展模具300进料口密闭连通，宽展模具300出料口与成型模具400进料口密闭连通，成型模具400出料口与切缝模具500进料口密闭连通，压料顶杆110顶压端将镁合金坯料依次推压入宽展型腔、管状型腔和排管型腔形成镁合金坯管，镁合金坯管经过切缝部件510形成镁合金有缝管板。

本发明镁合金有缝管板生产设备的生产方法包括步骤：(1)将镁合金坯料加工成适合挤压筒管容积大小的形状后预加热至380℃左右，放入挤压筒管，调整压料顶杆顶压端位置，使得顶压端压实镁合金坯料；(2)开启设置在挤压筒管、宽展型腔和管状型腔上的保温装置，使得挤压筒管内的温度维持在380℃～400℃，宽展型腔和管状型腔的温度维持在400℃左右，开通设置在排管型腔壁内的循环冷却液，使得排管型腔内的温度维持在300℃以下；(3)开启挤压机，压料顶杆将挤压筒管内的镁合金坯料推压至宽展型腔内，镁合金坯料在宽展型腔内积存压实后进入管状型腔形成镁合金坯管；(4)镁合金坯管在压力作用下进入排管型腔后经设置在排管型腔内壁上的切缝部件形成镁合金有缝管板；(5)镁合金有缝管板经排管型腔排出生产设备。

本发明镁合金有缝管板生产设备及其生产方法采用了模具宽展、挤压成型结合管件切缝等工艺制造厚度薄、板型宽的镁合金板，工艺简单，生产效率高，成本低，产品质量好。

附图说明

图1是本发明镁合金有缝管板生产设备结构示意图。

图1中，100是挤压机，110是压料顶杆，200是挤压筒，210是挤压筒保温装置，300是宽展模具，310是宽展模具保温装置，400是成形模具，410是成型模具保温装置，500是切缝模具，510是切缝部件，520是循环冷却液通道，530是冷却气体通道。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明镁合金有缝管板生产设备示意图。镁合金有缝管板生产设备包括挤压机100、挤压筒200、宽展模具300、成形模具400和切缝模具500。挤压机100包括挤压动力装置和固定在挤压动力装置输出端上的压料顶杆110，挤压筒200包括挤压筒管和设置在挤压筒管上的挤压筒保温装置210，挤压筒管内设有镁合金坯料，宽展模具300包括宽展型腔，宽展型腔的通径大于挤压筒管的通径，成形模具400包括管状型腔，切缝模具500包括排管型腔和设置在排管型腔壁上的切缝部件510。压料顶杆110顶压端与挤压筒200填料口紧密滑动配合，挤压筒200出料口与宽展模具300进料口密闭连通，宽展模具300出料口与成型模具400进料口密闭连通，成型模具400出料口与切缝模具500进料口密闭连通，压料顶杆110顶压端将镁合金坯料依次推压入宽展型腔、管状型腔和排管型腔形成镁合金坯管，镁合金坯管经过切缝部件510形成镁合金有缝管板。

为了生产宽度较大的镁合金板，在镁合金坯料被压入管状型腔前将坯料的截面扩大，这样可以有效增大镁合金坯管的截面周长，在镁合金坯管切缝后获得更宽的镁合金板。具体到本方案就是，宽展型腔通径是挤压筒管通径的1倍～1.3倍。以上方案使得制得的镁合金板宽度是镁合金坯料直径的4倍左右，有效增大了镁合金板的宽度上限。

为了生产出不同厚度的镁合金板，满足不同应用场合的具体需要，本方案通过控制管状型腔的型腔厚度来实现控制镁合金管坯的厚度范围，具体是管状型腔的型腔厚是0.5mm～3mm。根据生产任务不同选择不同的成型模具，在变更生产任务时只需更换具有相应尺寸型腔厚度的成型模具即可，方便批量生产不同厚度和型号的镁合金有缝管板。

本方案是利用挤压机将镁合金坯料挤压变形后重塑成制定的形状，为了使得塑性变形顺利，在坯料置入挤压筒之前要将其升温至380℃～400℃，即保证挤压和塑性变形过程要保持在上述温度范围内，为了实现上述要求，本方案的宽展模具300还包括设置在宽展型腔上的宽展模具保温装置310，成形模具400还包括设置在管状型腔上的成型模具保温装置410。各模具上增设保温装置保证了镁合金坯料塑性变形在最佳温度区间内进行，提高了生产效率和产品质量。上述各保温装置可以采用本领域通用的设计方案，例如利用电热片加热保温等。

从管状型腔排出的镁合金坯管经上述挤压和保温的过程，温度一般保持在300℃以上，为了降低坯管的温度，使其方便进一步加工处理以及减缓坯管与空气氧化反应的强度，通常在排管型腔内设置冷却装置，具体是切缝模具500还包括冷却装置，冷却装置包括设置在排管型腔壁内的循环冷却液通道520，循环冷却液通道内通有循环流动的冷却液。为了进一步加强冷却效果，阻止镁合金坯管与空气发生氧化反应，本方案在上述基础上还可以引入惰性冷却气体，具体是冷却装置还包括贯穿排管型腔壁的冷却气体通道530，冷却气体通道内通有冷却气体，而冷却气体优选是氮气。冷却氮气的引入不仅加强了冷却效果，使得镁合金坯管的温度降至300℃以下，而且还隔绝了空气的介入，保证了镁合金有缝管板的质量。

本方案生产镁合金板的设备采用了多个保温装置，在坯料不断塑性变形的过程中维持温度的波动范围，这就要求管板的流动速度和加热保温力度配合，维持压力、速度和温度参数的平衡协调，为了达到上述技术目的，本方案镁合金有缝管板生产设备还包括智能控制***，智能控制***包括PLC控制器、压力控制模块、速度控制模块、温度控制模块和监控端口，压力控制模块将监控挤压筒管、宽展型腔、管状型腔和挤压机100得到的压力信号传送给PLC控制器，速度控制模块将监控挤压机100得到的顶压速度信号传送给PLC控制器，温度控制模块将监控挤压筒管、宽展型腔、管状型腔和排管型腔得到的温度信号传送给PLC控制器，PLC控制器将接收到的压力信号、速度信号和温度信号传送给监控端口，操作人员根据监控端口显示的压力、速度和温度信息调整设备的工作状态。以上涉及的电路模块和电子元器件可以采用本领域通用的设计方案和选型标准，也可以根据具体设计需要选择特定的方案。智能自控***的引入，使得对机器各项参数的控制摆脱了人为经验控制带来的失误和误差，提高了设备的生产效率和产品质量。

本发明还包括上述镁合金有缝管板生产设备的生产方法，包括步骤：

将镁合金坯料加工成适合挤压筒管容积大小的形状后加热至380℃左右，放入挤压筒管，调整压料顶杆顶压端位置，使得顶压端压实镁合金坯料。坯料可以是截面直径150mm，高300mm的圆柱形坯。为了使得镁合金更易产生塑性变形，应当在坯料发生塑性变形前保持在一个有利的温度范围内，同时塑性变形是一个伴随坯料形状变化的动态过程，坯料被挤压前进通过各类型腔，为了使得坯料在前进过程中避免与型腔壁产生较大的摩擦阻力，保证生产顺利进行，应当在挤压筒管内先注入适量的玻璃润滑剂后，再将镁合金坯料放入挤压筒管，这样在坯料受压移动的过程中与型腔壁的摩擦有效降低，使得镁合金管的挤出速度可达1m～2m/min。

开启设置在挤压筒管、宽展型腔和管状型腔上的保温装置，使得挤压筒管内的温度维持在380℃～400℃，宽展型腔和管状型腔的温度维持在400℃左右，开通设置在排管型腔壁内的循环冷却液，使得排管型腔内的温度维持在300℃以下。镁合金是一种常态下比较活跃的物质，在上述温度范围内容易与接触的空气(氧气)发生反应，影响产品质量，为了兼顾镁合金塑性变形、后续加工以及避免上述负面反应等因素，在保证镁合金顺利塑性变形的前提下，采用后续冷却的方案降低镁合金温度，达到便于加工和减轻反应强度的目的，同时，为了更好的实现这个方案，在上述手段的基础上，还可以同时采用冷却气体降温的办法，具体是同时开通设置在排管型腔壁内的冷却气体，上述冷却气体是氮气，惰性冷却气体的引入不仅起到了冷却镁合金的作用，而且还在型腔内隔绝空气，保证镁合金管的质量。

开启挤压机，压料顶杆将挤压筒管内的镁合金坯料推压至宽展型腔内，镁合金坯料在宽展型腔内积存压实后进入管状型腔形成镁合金坯管。在宽展型腔内，镁合金坯料的截面得到了有效拓展，其截面通径可以增至挤压筒管内坯料直径的1.3倍左右，从而增大了最终产品镁合金板的宽度。管状型腔是一个筒状的空间，根据生产参数对板厚的要求，管状型腔的厚度可以在0.5mm～3mm之间选择。

镁合金坯管在压力作用下进入排管型腔后经设置在排管型腔内壁上的切缝部件形成镁合金有缝管板。排管型腔的型腔内壁上设有切刀，切刀的位置设在镁合金管排出的通道上，镁合金管在排出的同时被切割开缝，为下一步将管坯展开成板坯做好准备。

镁合金有缝管板经排管型腔排出生产设备。排出的镁合金有缝管展开后宽度可达600mm左右，板厚范围在0.5mm～3mm。

本方案的镁合金有缝管板生产设备及其生产方法采用挤压塑性变形和内置型腔的方案制造镁合金板材，采用智能自控***调整挤压力度、速度以及温度的关系，使得机器保持在理想的工作状态，采用宽延拓展方法和装置增大镁合金板的宽度，采用加注玻璃润滑剂的方法降低挤压过程中产生的有害摩擦，采用内置的割缝部件在型腔内部即完成镁合金管的割缝操作，而避免了另行切割开缝带来的工艺和质量上的问题，采用冷却液和惰性冷却气体结合使用的方案，不仅将排出的镁合金有缝管温度降至300℃以下，而且还实现了型腔内隔绝空气的附加技术效果，避免镁合金材料被氧化，克服了镁合金板生产中存在的诸多难点，所得镁合金板材内部晶粒致密，相比传统轧制工艺不仅简化了工艺步骤，而且节约能源，生产率和产品质量都有所提高，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本方案的镁合金有缝管板生产设备及其生产方法并不限于实施例公开的内容，实施例中出现的技术方案可以单独存在，也可以相互包含，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。

Claims (10)

1.一种镁合金有缝管板生产设备，其特征是包括挤压机(100)、挤压筒(200)、宽展模具(300)、成形模具(400)和切缝模具(500)，挤压机(100)包括挤压动力装置和固定在所述挤压动力装置输出端上的压料顶杆(110)，挤压筒(200)包括挤压筒管和设置在所述挤压筒管上的挤压筒保温装置(210)，所述挤压筒管内设有镁合金坯料，宽展模具(300)包括宽展型腔，所述宽展型腔的通径大于所述挤压筒管的通径，成形模具(400)包括管状型腔，切缝模具(500)包括排管型腔和设置在所述排管型腔壁上的切缝部件(510)；压料顶杆(110)顶压端与挤压筒(200)填料口紧密滑动配合，挤压筒(200)出料口与宽展模具(300)进料口密闭连通，宽展模具(300)出料口与成型模具(400)进料口密闭连通，成型模具(400)出料口与切缝模具(500)进料口密闭连通，所述压料顶杆(110)顶压端将所述镁合金坯料依次推压入所述宽展型腔、管状型腔和排管型腔形成镁合金坯管，所述镁合金坯管经过切缝部件(510)形成镁合金有缝管板。

2.根据权利要求1所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，所述宽展型腔通径是所述挤压筒管通径的1倍～1.3倍。

3.根据权利要求1或2所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，所述管状型腔的型腔厚是0.5mm～3mm。

4.根据权利要求3所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，宽展模具(300)还包括设置在所述宽展型腔上的宽展模具保温装置(310)，成形模具(400)还包括设置在所述管状型腔上的成型模具保温装置(410)。

5.根据权利要求4所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，切缝模具(500)还包括冷却装置，所述冷却装置包括设置在所述排管型腔壁内的循环冷却液通道(520)，所述循环冷却液通道内通有循环流动的冷却液。

6.根据权利要求5所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，所述冷却装置还包括贯穿所述排管型腔壁的冷却气体通道(530)，所述冷却气体通道内通有冷却气体。

7.根据权利要求6所述的镁合金有缝管板生产设备，其特征在于，所述镁合金有缝管板生产设备还包括智能控制***，所述智能控制***包括PLC控制器、压力控制模块、速度控制模块、温度控制模块和监控端口，所述压力控制模块将监控所述挤压筒管、宽展型腔、管状型腔和挤压机(100)得到的压力信号传送给所述PLC控制器，所述速度控制模块将监控挤压机(100)得到的顶压速度信号传送给所述PLC控制器，所述温度控制模块将监控所述挤压筒管、宽展型腔、管状型腔和排管型腔得到的温度信号传送给所述PLC控制器，所述PLC控制器将接收到的压力信号、速度信号和温度信号传送给所述监控端口，操作人员根据所述监控端口显示的压力、速度和温度信息调整设备的工作状态。

8.根据权利要求6所述镁合金有缝管板生产设备的生产方法，其特征是包括步骤：

(1)将镁合金坯料加工成适合挤压筒管容积大小的形状后预加热至380℃左右，放入挤压筒管，调整压料顶杆顶压端位置，使得顶压端压实镁合金坯料；

(2)开启设置在挤压筒管、宽展型腔和管状型腔上的保温装置，使得挤压筒管内的温度维持在380℃～400℃，宽展型腔和管状型腔的温度维持在400℃左右，开通设置在排管型腔壁内的循环冷却液，使得排管型腔内的温度维持在300℃以下；

(3)开启挤压机，压料顶杆将挤压筒管内的镁合金坯料推压至宽展型腔内，镁合金坯料在宽展型腔内积存压实后进入管状型腔形成镁合金坯管；

(4)镁合金坯管在压力作用下进入排管型腔后经设置在排管型腔内壁上的切缝部件形成镁合金有缝管板；

(5)镁合金有缝管板经排管型腔排出生产设备。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，在挤压筒管内先注入适量的玻璃润滑剂后，再将镁合金坯料放入挤压筒管。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，同时开通设置在排管型腔壁内的冷却气体，所述冷却气体是氮气。