CN113399487A - 一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，包括挤压柱、上模挤压筒、下模座和固定插销，下模座通过固定插销连接在上模挤压筒下部；上模挤压筒中心处沿其轴向开有方形挤压孔，挤压柱的挤压段横向截面为方形，与所述上模挤压筒的挤压孔间隙配合；上模挤压筒第底面开设有凹槽一，下模座上开有与凹槽一位置相对应且尺寸一致的凹槽二，上模挤压筒的挤压孔、凹槽一和下模座的凹槽二构成了一个夹角为120°的挤压通道。本发明将挤压模具挤压孔由圆形改成方形，增加了晶粒细化效率，提高了挤压材料的利用率，具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，尤其涉及一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具。
背景技术
镁合金和铝合金以其较高的比强度、比刚度在航空航天领域有比较广泛的应用，随着航空航天事业的发展，特别是超音速、高超音速飞机在设计制造过程中对镁合金、铝合金的强韧性要求进一步提高，而获得超细化晶粒是提高材料性能的有效途径。
在生产中，获得超细晶粒材料的制备工艺较为困难，而且成本很高，掌握一种有效的、成本较低、工艺简单的方法获得超细晶组织及特殊织构是生产中亟待解决的问题。等径角挤压(ECAP)技术是获得超细晶粒组织的一种有效方法，它通过在一定温度下的90°剧烈塑性变形使得晶粒组织细化，改善材料的微观组织，提高材料机械性能。但具有以下缺陷：一是镁合金、铝合金在等通道90°转角挤压过程中，发生剧烈的塑性变形，晶粒发生碎化，同时在材料基体中保留大量缺陷，不利于材料的强韧性的统一。因此，亟需对等径角挤压(ECAP)模具进行改善，使得在等径角挤压过程中既要实现晶粒的细化，又要保留材料晶体完整减少缺陷。二是传统模具等径角挤压的余料不能卸除，只能通过下一次挤压用料或者其他材料将挤压料挤压出来，这就需要重新将凸模拔出，重新加入挤压料。在这个过程中降低了挤压速率，增加了生产成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，将传统的90°转角改变成120°转角，通过控制材料转角角度来控制材料的塑性变形量，通过简单挤压模具的拆卸达到卸出挤压料的目的；是一种分离式配合模具，避免了等通道挤压(ECAP)材料发生120°转角后卸料困难的缺陷。同时，对传统模具结构进行优化设计，将挤压模具挤压孔由圆形改成方形，增加了晶粒细化效率，提高了挤压材料的利用率，具有重要的意义。
一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，包括挤压柱、上模挤压筒、下模座和固定插销，下模座通过固定插销连接在上模挤压筒下部；所述上模挤压筒中心处沿其轴向开有方形挤压孔，所述挤压柱包括一体成型的凸台、过渡段和挤压段，挤压段横向截面为方形，挤压段与所述上模挤压筒的挤压孔间隙配合；所述上模挤压筒的底面为夹角为150°的两个面构成，其中一个面与上模挤压筒顶面平行，两个面的交线与上模挤压筒的中心轴线相交；与上模挤压筒顶面非平行的面上与底面交线垂直开设有凹槽一，凹槽一的深度为其宽度的二分之一；所述上模挤压筒下部外侧面开有配合面，所述配合面与凹槽一侧面平行；
所述下模座上部为内凹式耳状配合口，与上模挤压筒的配合面相配合，所述耳状配合口与上模挤压筒的底面的配合面为夹角为150°的两个面构成，与上模挤压筒相适配；所述配合面上开有与凹槽一位置相对应且尺寸一致的凹槽二，上模挤压筒的挤压孔、凹槽一和下模座的凹槽二构成了一个夹角为120°的挤压通道。
所述凹槽二靠近下模座中部的上端为半径为6mm的圆角。
所述上模挤压筒与挤压柱的挤压段之间的配合间隙为0.1mm。
本发明的有益效果是：
(1)相对简单模具结构，挤压后卸料极为容易，拆卸模具十分方便，操作简单。
(2)将挤压模具的挤出孔设计成方形，材料在挤压后更有利于下一步研究和增加局部的变形量。
(3)便于通道的润滑和故障处理，模具寿命得到了一定程度的提高，便于维修保养。
(4)实现了在等径角挤压后卸料的问题，使剩余的卸料更加容易；
(5)可以循环加载，通过加热更好的控制试验温度，增强材料的细化程度和均匀程度，更好地进行材料的制备。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的挤压模具的结构示意图；
图2为本发明中上模挤压筒的示意图；
图3为本发明中下模座的示意图；
图4为本发明中挤压柱的示意图；
图5为本发明中固定插销的示意图；
图6为本发明合模状态示意图；
其中，
1-挤压柱，11-凸台，12-过渡段，13-挤压段，2-上模挤压筒，3-固定插销，4-下模座，5-凹槽一，6-配合面，7-内凹式耳状配合口，8-凹槽二。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。
实施例1
如图1-5所示，一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，包括挤压柱1、上模挤压筒2、下模座4和固定插销3，由H13钢制造，下模座4通过固定插销3连接在上模挤压筒2下部；上模挤压筒2部分主要起到挤压作用，下模座4部分起到支撑和产生等径角的作用。所述上模挤压筒2中心处沿其轴向开有方形挤压孔，本实施例中所述挤压孔的横向截面尺寸为12×12mm；所述挤压柱1包括一体成型的凸台11、过渡段12和挤压段13，挤压段13横向截面为方形，挤压段13与所述上模挤压筒2的挤压孔间隙配合。所述上模挤压筒2的底面为夹角为150°的两个面构成，其中一个面与上模挤压筒2顶面平行，两个面的交线与上模挤压筒2的中心轴线相交；与上模挤压筒2顶面非平行的面上与底面交线垂直开设有凹槽一5，即凹槽一5与挤压孔的夹角为120°；凹槽一5的深度为其宽度的二分之一。本实施例中所述凹槽一5的深度为6mm、宽度为12mm。所述上模挤压筒2下部外侧面开有配合面6，所述配合面6与凹槽一5侧面平行；本实施例中配合面6厚度为28mm。所述配合面6垂直于挤压孔开设有直通孔，用于与固定插销3的配合连接。
所述下模座4上部为内凹式耳状配合口7，与上模挤压筒2的配合面6相配合，通过固定插销3连接；所述耳状配合口与上模挤压筒2的底面的配合面为夹角为150°的两个面构成，与上模挤压筒2相适配，即其中一个面与上模挤压筒2顶面平行，两个面的交线与上模挤压筒2的中心轴线相交。所述与上模挤压筒2的底面的配合面上开有与凹槽一5位置相对应且尺寸一致的凹槽二8，由于凹槽一5与凹槽二8的深度为其宽度的二分之一，因此在上模挤压筒2与下模座4配合后凹槽一5和凹槽二8相互配合构成等边方形孔，此时上模挤压筒2的挤压孔、凹槽一5和下模座4的凹槽二8构成了一个夹角为120°的挤压通道。本实施例中，在上模挤压筒2与下模座4配合后凹槽一5和凹槽二8相互配合构成12×12mm的方形孔。所述耳状配合口开设有与配合面6直通孔位置相对应的直通孔，用于与固定插销3的配合连接。固定插销3与直通孔配合，实现上模挤压筒2与下模座4的相互配合连接。整个挤压模具在空间位置上关于120°挤压通道所在平面对称。
转角参数是等径角挤压模具的一个比较重要的参数，如果挤压转角过大不能实现大的塑性变形量，如果转角过小会造成变形剧烈，材料含有过大的缺陷，根据材料变形能力、温度等参数设定转角为120°转角，内外转角的设置也是比较重要的参数，本发明采用R＝6mm圆弧过渡的方式获得较为恰当的转角，即凹槽二8靠近下模座4中部的上端为半径为6mm的圆角。
上模挤压筒2和挤压柱1之间在挤压过程中要保持恰当的间隙，既要保证在挤压过程中沿着挤压筒向上返料，也要杜绝挤压筒和挤压柱1之间出现抱死不能退模的情况，根据所选材料及挤压材料性质，所述上模挤压筒2与挤压柱1的挤压段13之间的配合间隙为0.1mm，即上模挤压筒2和挤压柱1间的单面间隙为0.1mm。
上述实施例1提供的用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具的挤压过程，包括以下步骤：
步骤一：首先加工出11.5×11.5×140mm镁合金或铝合金挤压样品；
步骤二：对挤压模具上模挤压筒2、下模座4和挤压柱1利用石墨进行润滑；
步骤三：将挤压模具安装到挤压机上，将挤压柱1安装到挤压机上挤压板并固定，下模座4固定于挤压机下工作平台；根据挤压模具的长度确定挤压行程、下压速度；
步骤四：将料加到挤压模具内部，调试好挤压状态；将圆筒式加热套安装到挤压模具外侧，对挤压模具加热到挤压所需温度；均温后启动挤压机进行缓慢挤压，如图6所示；挤压后升起挤压柱1，准备第二根试件挤压；
所述圆筒式加热套为小型电阻加热套，在挤压模具外安装小型电阻加热套，对变形能力差的六方系金属镁合金等采用热挤压的方式进行变形。挤压之前对模具和挤压料按照设定温度保温，均温后进行慢速挤压获得发生等径变形镁合金材料。在挤压时，可采用可调温度挤压技术，通过加热套调整温度，根据材料的差异及塑性变形能力选择合适的温度，能够满足硬度较高、塑性较低的密排六方结构及其合金的等径角的挤压。
步骤五：挤压完成后，卸掉挤压柱1，并将上模挤压筒2和下模座4之间的固定插销3拆下，分离上模挤压筒2和下模座4，取出挤压料。
本发明，在一定温度下通过剧烈塑性变形获得超细晶粒和挤压织构，提高材料强韧性和特殊织构的挤压模具；可进行循环加载试验，进行循环加载试验时，下模座4固定，挤压柱1通过上模挤压筒2导向对试件进行剧烈塑性变形实现等径角挤压。
Claims (3)
1.一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，其特征在于：包括挤压柱、上模挤压筒、下模座和固定插销，下模座通过固定插销连接在上模挤压筒下部；所述上模挤压筒中心处沿其轴向开有方形挤压孔，所述挤压柱包括一体成型的凸台、过渡段和挤压段，挤压段横向截面为方形，挤压段与所述上模挤压筒的挤压孔间隙配合；所述上模挤压筒的底面为夹角为150°的两个面构成，其中一个面与上模挤压筒顶面平行，两个面的交线与上模挤压筒的中心轴线相交；与上模挤压筒顶面非平行的面上与底面交线垂直开设有凹槽一，凹槽一的深度为其宽度的二分之一；所述上模挤压筒下部外侧面开有配合面，所述配合面与凹槽一侧面平行；
所述下模座上部为内凹式耳状配合口，与上模挤压筒的配合面相配合，所述耳状配合口与上模挤压筒的底面的配合面为夹角为150°的两个面构成，与上模挤压筒相适配；所述配合面上开有与凹槽一位置相对应且尺寸一致的凹槽二，上模挤压筒的挤压孔、凹槽一和下模座的凹槽二构成了一个夹角为120°的挤压通道。
2.根据权利要求1所述的一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，其特征在于：所述凹槽二靠近下模座中部的上端为半径为6mm的圆角。
3.根据权利要求1所述的一种用于镁合金和铝合金的可加热的120°转角的挤压模具，其特征在于：所述上模挤压筒与挤压柱的挤压段之间的配合间隙为0.1mm。
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