CN114378125A - 一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具及实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具及实验方法，属于合金锻造挤压技术领域，包括挤压杆、挤压部以及支撑架，所述挤压部的出口端连接支撑架上，进口端上设有挤压杆，所述挤压部包括第一分瓣模、第二分瓣模、套筒以及分流桥，所述第一分瓣模和第二分瓣模通过套筒组合为一体，所述第一分瓣模和第二分瓣模组成的模腔内设有分流桥，所述分流桥为非对称结构以形成两个不同尺寸的分流孔。本发明中采用非对称结构的分流桥，改变了异质镁合金流动的通道大小和流动路径距离结合异质镁合金在挤压过程中具有不同的流变应力，调控异质镁合金的流动，改善了异质镁合金的非均匀流动和变形。
Description
技术领域
本发明属于合金锻造挤压技术领域，涉及一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具及实验方法。
背景技术
挤压和轧制的镁合金板材是主要的变形镁合金产品之一，可以用于制造汽车活动舱门、门内板、轨道交通内壁板和航空航天器壁板等结构件，轻量化效果显著。然而，镁合金属于密排六方晶体结构，且c/a值较大，c/a值为1.622，室温下可启动的滑移系数量较少，挤压和轧制过程中易形成较强的基面织构--0002，使板材具有强烈的各向异性。上述因素都不利于镁合金板材的后续成形，限制了其广泛应用。
因此，改善镁合金板材的成形性能是目前研究的热点之一。在弯曲、拉深、和胀形等二次成形工艺中，板材常常因为外侧开裂而失效。这是因为成形过程中板材内外侧所处的应力状态不同，通常板材内侧受压应力，要求较高的抗压能力；外侧受拉应力，要求较好的抗拉能力。由此，采用挤压工艺制备Mg-Al-Zn/Mg-RE镁合金复合板，其中Mg-RE镁合金复合层具有弱基面织构，且非基面滑移容易启动，塑性较好。板材二次成形中可将Mg-RE镁合金复合层布置在外侧拉应力区域，而在内侧压应力区域保留常用的Mg-Al-Zn镁合金。这样可以充分发挥Mg-RE镁合金塑性好的优势，提高镁合金板整体的成形性能。然而，镁合金复合板的制备中涉及到异质镁合金之间的固态焊合和非均匀变形的问题，传统的分流模挤压中无法调控异质镁合金的非对称变形，会出现挤压复合板厚度不均匀、翘曲等缺陷，并且在现有的生产设备中难以控制坯料温度和模具温度等工艺参数，导致很难通过控制变量研究每个工艺参数对挤压焊缝质量的影响；所以目前需要一种能够控制工艺参数，同时通过合理的结构设计调控异质镁合金的非均匀变形的挤压模具和挤压方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具及实验方法，通过耦合模具结构的非对称和异质镁合金挤压过程中变形的非对称，调控异质镁合金的非均匀变形。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，包括挤压杆1、挤压部以及支撑架8，所述挤压部的一端连接支撑架8上，另一端与所述挤压杆1相连，所述挤压部包括第一分瓣模3、第二分瓣模4、套筒5以及分流桥9，所述第一分瓣模3和第二分瓣模4通过设置在其外侧的套筒5固定相对位置，所述分流桥9偏置安装在所述第一分瓣模3和第二分瓣模4之间，且所述分流桥9为非对称结构以形成两个不同尺寸的分流孔。
进一步，所述第一分瓣模3和第二分瓣模4与套筒5的配合面均为锥面，靠近所述挤压部的出口端一侧的外径小于靠近所述挤压部的进口端一侧的外径。
进一步，所述锥面的锥角为3°。
进一步，本发明还包括加热***，所述加热***包括加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7，所述加热棒2沿所述第一分瓣模3和第二分瓣模4的轴向方向***所述第一分瓣模3和第二分瓣模4内，所述第一热电偶6***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内，所述第二热电偶7***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内朝向所述支撑架的一端，所述加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7均与PID加热控制***连接。
进一步，所述加热棒2为四根，均匀分布在所述第一分瓣模3和第二分瓣模4上。
另一方面，本发明提供一种基于一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具的异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、镁合金挤压坯料制备：取两块异质铸态镁合金坯料，分别进行均匀化处理，制备得到两根挤压坯料；
b、挤压坯料加热及控制：在挤压开始前，将两根挤压坯料放入挤压部由所述第一分瓣模3、第二分瓣模4之间所形成的模腔中，挤压坯料的接触面与分流桥9平行，通过加热***将挤压坯料和挤压部进行加热，待挤压坯料达到预定的挤压温度后，保温T1分钟；
c、挤压：按照预设的挤压速度和挤压位移，使用挤压杆1进行挤压，两根挤压坯料在偏置安装的分流桥9的作用下分别流入不同尺寸的分流孔，待挤压完成后，从套筒5内推出第一分瓣模3和第二分瓣模4，取出异质镁合金复合板；
d、异质镁合金复合板焊合性能测试及微观组织分析表征：观察并测量异质镁合金复合板的尺寸，根据异质镁合金复合板翘曲程度和复合层厚度比例的特征，进一步调整分流桥9的偏置距离以进一步改善异质镁合金复合板的质量。
进一步，本发明还包括加热***，所述加热***包括加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7，所述加热棒2沿所述第一分瓣模3和第二分瓣模4的轴向方向***所述第一分瓣模3和第二分瓣模4内，所述第一热电偶6***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内，所述第二热电偶7***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内朝向所述支撑架的一端，所述加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7均与PID加热控制***连接，在步骤b中，通过第一热电偶6检测挤压坯料温度。
进一步，在步骤c中，通过第二热电偶7检测挤压坯料温度。
进一步，所述保温时间T1为15分钟。
进一步，所述挤压配料均为半圆柱形。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中的挤压部的模腔内设有偏置安装的分流桥，能够改变了异质镁合金流动的通道大小和流动路径距离，通过设置在挤压部内的分流桥所带来的效果结合异质镁合金在挤压过程中具有不同的流变应力的因素，控制异质镁合金的非均匀流动，改善异质镁合金复合板的变形和翘曲等问题。
2、本发明中将挤压模具沿轴线分为第一分瓣模和第二分瓣模，在挤压过程中将第一分瓣模和第二分瓣模通过套筒组合成一个完整的模具。并将第一分瓣模和第二分瓣模和套筒之间的配合面设计成锥形，方便挤压完成后取出第一分瓣模和第二分瓣模以及模具内的镁合金材料，通过这种模具结构设计，可以方便地研究挤压过程中各个复合层微观组织的演化以及焊合界面的形成过程，也更加方便清理模具。
3、本发明设计了由加热棒、热电偶和PID控制器组成的加热***，热棒***到分瓣模内，使加热棒与模具紧密配合，加热效率更高，节约资源。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具的结构示意图1；
图2为本发明的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具的结构示意图2。
附图标记：1-挤压杆、2-加热棒、3-第一分瓣模、4-第二分瓣模、5-套筒、6-第一热电偶、7-第二热电偶、8-支撑架、9-分流桥、10-焊合室。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
请参阅图1～图2，为一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，包括挤压杆1、挤压部以及支撑架8，所述挤压部的出口端连接支撑架8上，进口端上设有挤压杆1，所述挤压部包括第一分瓣模3、第二分瓣模4、套筒5以及分流桥9，所述第一分瓣模3和第二分瓣模4通过设置在其外侧的套筒5固定相对位置，所述分流桥9偏置安装在所述第一分瓣模3和第二分瓣模4之间，且所述分流桥9为非对称结构以形成两个不同尺寸的分流孔，在挤压部内位于所述分流孔的出口处设有焊合室10。
异质镁合金在常规挤压过程中具有不同的流变应力，导致了异质镁合金的非均匀流动和变形，最终使复合板出现复合层厚度不均匀、翘曲等缺陷，本发明中的挤压部的模腔内设有偏置安装的分流桥，能够改变了异质镁合金流动的通道大小和流动路径距离，本发明通过设置在挤压部内的分流桥所带来的效果结合异质镁合金在挤压过程中具有不同的流变应力的因素，控制异质镁合金的非均匀流动，改善异质镁合金复合板的变形和翘曲等问题。
进一步，所述第一分瓣模3和第二分瓣模4与套筒5的配合面为锥面，靠近所述挤压部的出口端一侧的外径小于靠近所述挤压部的进口端一侧的外径，将所述第一分瓣模3和第二分瓣模4与套筒5的结合面为锥面，使得第一分瓣模3和第二分瓣模4与套筒5之间的安装和拆卸更加方便，连接更加稳定。
进一步，所述锥面的锥角为3°，优选锥角为3°，连接效果和稳定性更好，更便于加工。
进一步，本发明提供的挤压模具还包括加热***，所述加热***包括加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7，所述加热棒2沿所述第一分瓣模3和第二分瓣模4的轴向方向***所述第一分瓣模3和第二分瓣模4内，所述第一热电偶6***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内，所述第二热电偶7***第一分瓣模3或第二分瓣膜3内朝向所述支撑架的一端，所述加热棒2、第一热电偶6以及第二热电偶7均与PID加热控制***连接，通过本发明提供的加热***进行加热，能够材料根据需要严格控制胚料的加热温度，以便研究加热温度对于镁合金复合板的成形的影响。
进一步，所述加热棒2为四根，均匀分布在所述第一分瓣模3和第二分瓣模4上，四根加热棒的总功率达到2400W，加热速率可达到20℃/min。
本发明中将挤压模具沿轴线分为第一分瓣模和第二分瓣模，在挤压过程中将第一分瓣模和第二分瓣模通过套筒组合成一个完整的模具。并将第一分瓣模和第二分瓣模和套筒之间的配合面设计成锥形，方便挤压完成后取出第一分瓣模和第二分瓣模以及模具内的镁合金材料，通过这种模具结构设计，可以方便地研究挤压过程中各个复合层微观组织的演化以及焊合界面的形成过程，也更加方便清理模具。本发明设计了由加热棒、热电偶和PID控制器组成的加热***，热棒***到分瓣模内，使加热棒与模具紧密配合，加热效率更高，节约资源。
实施例2
一种基于一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具的异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，包括以下步骤：
a、镁合金挤压坯料制备：取两块异质铸态镁合金坯料，分别进行均匀化处理，制备得到两根半圆柱形的挤压坯料；
b、坯料加热及控制：在挤压开始前，将两根半圆柱形坯料放入挤压部的模腔中，坯料的接触面与分流桥9平行，通过加热棒2将坯料和挤压部进行加热，通过第一热电偶6检测温度，待坯料达到预定的挤压温度后，保温15分钟；
c、挤压：按照预设的挤压速度和挤压位移，使用在液压机配合挤压杆1进行挤压，两根半圆柱形坯料在偏置安装的分流桥9的作用下分别流入不同尺寸的分流孔，待挤压完成后，从套筒5内推出第一分瓣模3和第二分瓣模4，取出异质镁合金复合板，同时用第二热电偶7测量并记录挤压部出口端的温度；
d、异质镁合金复合板焊合性能测试及微观组织分析表征：观察并测量异质镁合金复合板的尺寸，根据异质镁合金复合板翘曲、复合层厚度比例等特征，进一步调整分流桥9的偏置距离以进一步改善异质镁合金复合板的质量，通过调整分流桥9的偏置距离可以进一步优化异质镁合金非对称变形的问题，找到分流桥9最优的偏置距离。
所述一种异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法是一种物理模拟实验方法，最后采用剪切实验测量异质镁合金复合板的焊合强度，通过拉伸实验评价异质镁合金复合板的力学性能。同时进行异质镁合金复合板各个复合层、复合界面的微观组织观察，并分析比较不同挤压温度和挤压速度对异质镁合金复合板焊合质量、力学性能的影响；记录在分流桥不同的偏置距离下，异质镁合金复合板的非均匀变形程度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，其特征在于：包括挤压杆(1)、挤压部以及支撑架(8)，所述挤压部的一端连接支撑架(8)上，另一端与所述挤压杆(1)相连，所述挤压部包括第一分瓣模(3)、第二分瓣模(4)、套筒(5)以及分流桥(9)，所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)通过设置在其外侧的套筒(5)固定相对位置，所述分流桥(9)偏置安装在所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)之间，且所述分流桥(9)为非对称结构以形成两个不同尺寸的分流孔。
2.根据权利要求1所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，其特征在于：所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)与套筒(5)的配合面均为锥面，靠近所述挤压部的出口端一侧的外径小于靠近所述挤压部的进口端一侧的外径。
3.根据权利要求2所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，其特征在于：所述锥面的锥角为3°。
4.根据权利要求1所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，其特征在于：还包括加热***，所述加热***包括加热棒(2)、第一热电偶(6)以及第二热电偶(7)，所述加热棒(2)沿所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)的轴向方向***所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)内，所述第一热电偶(6)***第一分瓣模(3)或第二分瓣膜(3)内，所述第二热电偶(7)***第一分瓣模(3)或第二分瓣膜(3)内朝向所述支撑架的一端，所述加热棒(2)、第一热电偶(6)以及第二热电偶(7)均与PID加热控制***连接。
5.根据权利要求4所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具，其特征在于：所述加热棒(2)为四根，均匀分布在所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)上。
6.一种基于权利要求1-5任意一项所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压模具的异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、镁合金挤压坯料制备：取两块异质铸态镁合金坯料，分别进行均匀化处理，制备得到两根挤压坯料；
b、挤压坯料加热及控制：在挤压开始前，将两根挤压坯料放入挤压部由所述第一分瓣模(3)、第二分瓣模(4)之间所形成的模腔中，挤压坯料的接触面与分流桥(9)平行，通过加热***将挤压坯料和挤压部进行加热，待挤压坯料达到预定的挤压温度后，保温T1分钟；
c、挤压：按照预设的挤压速度和挤压位移，使用挤压杆(1)进行挤压，两根挤压坯料在偏置安装的分流桥(9)的作用下分别流入不同尺寸的分流孔，待挤压完成后，从套筒(5)内推出第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)，取出异质镁合金复合板；
d、异质镁合金复合板焊合性能测试及微观组织分析表征：观察并测量异质镁合金复合板的尺寸，根据异质镁合金复合板翘曲程度和复合层厚度比例的特征，进一步调整分流桥(9)的偏置距离以进一步改善异质镁合金复合板的质量。
7.根据权利要求6中所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于：还包括加热***，所述加热***包括加热棒(2)、第一热电偶(6)以及第二热电偶(7)，所述加热棒(2)沿所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)的轴向方向***所述第一分瓣模(3)和第二分瓣模(4)内，所述第一热电偶(6)***第一分瓣模(3)或第二分瓣膜(3)内，所述第二热电偶(7)***第一分瓣模(3)或第二分瓣膜(3)内朝向所述支撑架的一端，所述加热棒(2)、第一热电偶(6)以及第二热电偶(7)均与PID加热控制***连接，在步骤b中，通过第一热电偶(6)检测挤压坯料温度。
8.根据权利要求7中所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于：在步骤c中，通过第二热电偶(7)检测挤压坯料温度。
9.根据权利要求6中所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于：所述保温时间T1为15分钟。
10.根据权利要求6中所述的一种异质镁合金复合板的非对称挤压实验方法，其特征在于：所述挤压配料均为半圆柱形。
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