CN201102038Y - 双向挤压镁合金的模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向挤压镁合金的模具，模具的凹模包括两个半凹模，半凹模上各设置半边挤压通道，两个半凹模相向贴合构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模，并用螺栓紧固连接在一起，双向挤压通道的挤压腔以及由挤压腔中段径向延伸的成型通道，挤压腔贯通两个半凹模，成型通道与挤压腔轴线垂直且贯穿凹模壁，挤压腔的截面积大于成型通道的截面积；所述凸模为两个，两凸模分别由挤压腔的两端相向***挤压腔与凹模间隙配合。它通过设置双向挤压径向变径成型的挤压通道，能够缩短镁合金的挤压变形时间，提高生产效率和镁合金挤压变形后的力学性能。

Description

双向挤压镁合金的模具

技术领域

本实用新型涉及一种挤压金属的模具，特别涉及一种双向挤压镁合金的模具。

背景技术

目前，工业生产中镁合金的挤压变形所采用挤压方式均为单向挤压，其所用的模具也均为单向挤压模，单向挤压模一般有一个凹模，凹模的挤压通道中嵌有一个用于成型的挤压筒，一个挤压杆***挤压筒中与挤压筒间隙配合，对放入凹模挤压筒中的镁合金坯料进行挤压变形。由于镁合金具有挤压温度相对越低，其挤压成型后的力学性能相对越好的特性，在挤压变形时都力求采用相对较低的温度，以追求相对较高的力学性能；然而在挤压时又存在镁合金坯料温度越低，其挤压速度就越慢，如果挤压温度降低而挤压速度不随之而减慢，镁合金的成型效果将受影响，导致挤压出的材料出现裂纹，影响产品质量。现有公开了的最先进的镁合金的单向挤压变形方式为ECAE(Equal channelangular extrusion)的等径角挤压，该等径角挤压所用的模具是将凹模的挤压通道设置为一个弯曲成90度角的单向等径挤压通道，镁合金坯料在挤压通道一端的挤压杆的压力下，由单向等径挤压通道一端向另一端运动，使镁合金坯料在经过单向等径挤压通道的90度转角时，受到剪切变形，将镁合金晶粒细化，提高被挤压的镁合金材料的力学性能。但是由于这种挤压方式的模具仍是一个单向挤压模，其挤压比为1，挤压时坯料的温度一般为300～350℃，挤压速度为0.6～1.2m/min，比通常的单向挤压速度还慢。虽然采用这种模具进行挤压变形能够提高镁合金的力学性能，但每挤压一道次后，镁合金晶粒尺寸细化程度不能达到二分之一，需经过多道次挤压才能够将镁合金晶粒细化到较小尺寸。如将晶粒为210μm的镁合金坯料采用ECAE技术挤压变形，需经过八道次的挤压，镁合金的晶粒尺寸才能达到10μm以下，该方法虽然能够实现将镁合金晶粒细化到很小的程度，但是因其采用多道次的挤压加工导致其生产效率降低；并且由于ECAE技术的挤压速度为0.6～1.2m/min，每道次的挤压时间也相对较长，同样导致其生产效率降低，如果要提高单向挤压的挤压速度，又会产品质量下降。因此，在工业化生产需要提高生产效率的情况下，现有的单向挤压模显然存在不足。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种双向挤压镁合金的模具，它通过设置双向挤压径向变径成型的挤压通道，能够缩短镁合金的挤压变形时间，提高生产效率和镁合金挤压变形后的力学性能。

本实用新型的技术方案是这样实现的：包括凹模、凸模，凹模上设有挤压通道，所述凹模包括两个半凹模，两个半凹模上各设置半边挤压通道，两个半凹模设有半边挤压通道的一端相向贴合，构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模，并用螺栓紧固连接在一起，所述双向挤压通道包括挤压腔以及与挤压腔相通的成型通道，挤压腔贯通两个半凹模，成型通道于挤压腔中段径向延伸，与挤压腔轴线垂直且贯穿凹模壁，挤压腔的截面积大于成型通道的截面积；所述凸模为两个，两个凸模分别由凹模的挤压腔的两端相向***挤压腔与凹模间隙配合。

由于采用了上述方案，所述凹模包括两个半凹模，两个半凹模上各设置半边挤压通道，两个半凹模设有半边挤压通道的一端相向贴合，构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模。采用两个半凹模构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模，既有利于双向挤压通道制作成型，又利于打开模具取出挤压成型的镁合金件。所述双向挤压通道包括挤压腔以及与挤压腔相通的成型通道，挤压腔贯通两个半凹模，成型通道于挤压腔中段径向延伸，与挤压腔轴线垂直且贯穿凹模壁，挤压腔的截面积大于成型通道的截面积，使被挤压的镁合金坯料装入双向挤压通道后，两个凸模能够分别由凹模的挤压腔的两端相向***挤压腔与凹模间隙配合，从双向挤压通道的两端对镁合金坯料进行双向挤压，使镁合金坯料向挤压腔中段径向延伸的成型通道流动，形成挤压变形。这种双向挤压使镁合金在成型过程中金属流动时发生了原始粗大的晶粒被拉长成为细长的流线形组织，大部分流线区域发生了晶粒破碎现象，增大晶界面积促使再结晶形核，只需一次挤压变形，就能使被加工的镁合金起到极其显著的晶粒细化效果。以AZ31镁合金挤压变形为例，挤压前经均匀化处理的晶粒尺寸大小为350μm的AZ31镁合金，只经过一道次挤压，晶粒尺寸就能细化到6.5μm，其晶粒细化效果是现有的单向挤压模所不能达到的。参见图4至图8，从镁合金在双向挤压通道中挤压成型过程金属组织的变化情况，可以看出采用这种模具挤压过程中金属流动的流线，晶粒被拉长甚至发生破碎，增加了再结晶形核率，细化了晶粒，成型后金属流动过程中内部组织呈现出一定的方向性且晶粒细小，使挤压后的镁合金材料具有抗拉强度高、屈服强度高、延伸性好的力学性能，可以用于对金属材料的综合力学性能要求高的领域，如航空航天、军工等领域，远胜于传统的单向挤压模具挤压出的金属材料的综合力学性能。下表是根据国标GB228-2002的标准，将AZ31镁合金采用本双向挤压模具挤压后的挤压件和采用传统单向挤压模具挤压后的挤压件，加工成标准拉伸试样进行拉伸试验的对比，通过对照可见采用本双向挤压模具挤压的AZ31棒材的综合力学性能优于传统单向挤压模具挤压的AZ31棒材的综合力学性能，参见下表1、2：

表1采用本双向挤压模具挤压的AZ31棒材的力学性能

挤压速度	坯料温度	抗拉强度/Mpa	屈服强度/Mpa	延伸率(％)
					1.5～2.5m/min	250℃	295	210	15.26
1.5～2.5m/min	300℃	288	200	14.75
					1.5～2.5m/min	350℃	276	196	14.27
1.5～2.5m/min	400℃	270	194	14.05

表2采用单向挤压模具挤压的AZ31棒材力学性能

挤压速度	坯料温度	抗拉强度/Mpa	屈服强度/Mpa	延伸率(％)
					1～2.5m/min	370℃	255	200	12

并且，采用本双向挤压模具，还能够实现低温挤压成型的工业化生产，在采用相对低温挤压成型的情况下，由于是两个凸模双向挤压镁合金坯料，使镁合金坯料的挤压时间缩短，其挤压速度相当于单向挤压的2倍，由此提高镁合金挤压变形加工的生产效率，有利于工业化生产。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。应理解的是，所举实施例是用于说明本实用新型，而不是对实用新型的限制，在本实用新型的构思前提下对本实用新型双向挤压镁合金的模具的简单改进，都属于本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖面图；

图3为本实用新型的挤压状态图；

图4为镁合金挤压成型过程金属组织的变化情况的部位标定图；

图5为图4中a处金属组织的变化情况；

图6为图4中b处金属组织的变化情况；

图7为图4中c处金属组织的变化情况；

图8为图4中d处成型后金属组织图。

附图中，1为挤压冲头，2为上凸模，3为上半凹模，4为挤压腔，5为成型通道，6为下半凹模，7为垫块，8为底座，9为挤压机台面，10a为定位销，10b为定位孔，11为螺栓，12为下凸模，13a为过孔，13b为螺纹孔，14为镁合金坯料，15为相贴合的端面。

具体实施方式

参见图1至图3，本实施例为在立式挤压机上使用的双向挤压镁合金的模具，包括凹模、凸模，凹模上设有双向挤压通道。所述凹模包括上、下两个半凹模，上半凹模3、下半凹模6上各设置半边挤压通道，上、下半凹模设有半边挤压通道的一端相向贴合，构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模，并用螺栓11紧固连接在一起。所述双向挤压通道包括挤压腔4以及与挤压腔相通的成型通道5，挤压腔4贯通上、下半凹模3、6，用于放置被挤压的镁合金坯料14，成型通道5于挤压腔中段径向延伸，与挤压腔4轴线垂直且贯穿凹模壁，使镁合金坯料14通过时被挤压成型。所述凹模的挤压腔4为圆形直孔，该圆形直孔由两截组成，分别设于上、下半凹模上，位于上、下半凹模的中心位置，各截均贯穿其所在的半凹模。上、下半凹模相贴合的端面上各设半边成型通道，上、下半凹模上的半边成型通道相向合拢构成完整的成型通道5。所述成型通道5为阶梯孔，阶梯孔的小端与挤压腔4相连，为挤压成型段，阶梯孔的大端为镁合金挤压成型后的通道。成型通道5采用阶梯孔的形式，可以使镁合金挤压成型后与通道壁不再接触，减小摩擦，有利于镁合金的挤压流动。本实施例的挤压腔4中段的圆周对称设置两个径向延伸的成型通道5，使镁合金能够从两个成型通道5挤压流动，缩短挤压镁合金的时间。所述挤压腔4中段的圆周对称设置的两个径向延伸的成型通道5的截面积总和小于圆形直孔挤压腔的截面积，使挤压比大于1，形成径向变径挤压，能提高镁合金晶粒细化的效果。所述上半凹模3设置四个螺栓过孔13a，下半凹模6设置四个与螺栓过孔13a位置对应的螺纹孔13b，螺栓过孔13a和螺纹孔13b均呈矩阵分布，使上、下半凹模贴合后，能够被四个螺栓紧紧地固定在一起。所述上、下半凹模相贴合的端面15分别设有定位销10a、定位孔10b，上半凹模的定位销和定位孔分别对应下半凹模的定位孔和定位销，上、下半凹模贴合时由定位销***定位孔中形成定位，保证上、下半凹模的挤压腔4圆形直孔的同轴度。所述凸模为两个，上、下两个凸模2、12分别由凹模的挤压腔4的两端相向***挤压腔与凹模间隙配合，用于对装入挤压腔的镁合金坯料进行双向施与压力。上凸模2与挤压机的挤压冲头1连接固定，采用螺纹连接或锁销连接均能达到同样效果；下凸模12卡在一底座8上设有的凹槽中，底座8与挤压机台面9通过螺栓连接固定。在下凸模12的四周设置可抽取的垫块7，位于底座8与下半凹模6之间，在抽去垫块7后，凹模有一定的向下位移的行程距离。

本双向挤压镁合金的模具的径向延伸的成型通道5也可以设为一个或三到六个，无论设为多少个，成型通道5的截面积总和都应小于圆形直孔挤压腔4的截面积，使模具的挤压比大于1。

采用本双向挤压镁合金的模具在立式挤压机上对镁合金进行挤压变形，先将下凸模固定在与挤压机台面连接的底座上，在底座上放置垫块，然后将加热至300℃～550℃的凹模套在下凸模上由垫块支承，再将加热至230℃～450℃的镁合金坯料放入凹模的挤压腔中，立式挤压机的挤压冲头带动上凸模从凹模上端***挤压腔中压住镁合金坯料，并以1.5～2.5m/min的速度单向预压10mm后停止，然后抽去下凸模与底座之间的垫块，让模具悬空，再开启挤压机使上、下凸模相向运动，同时以1.5m/min～2.5m/min的挤压速度、2.5Mpa～5Mpa的挤压力，分别从镁合金坯料的两端进行双向等速挤压，即当挤压机的挤压冲头带动上凸模对镁合金坯料施与压力时，下凸模以同样的压力及速度反作用力于坯料，使镁合金坯料由中部向模具挤压腔两侧径向的变径型腔通道流动挤压变形，镁合金挤压加工后的棒材的综合力学性能达到高标准要求。

本双向挤压镁合金的模具不仅仅局限于用于立式挤压机，也可以用在卧式挤压机进行双向挤压。用在卧式挤压机上时，只需稍微改动模具结构便可实现。或者将凹模定位，将两凸模分别与双向施与压力的挤压机的压杆连接，同样能够实现对镁合金的双向挤压。

Claims (8)

1.一种双向挤压镁合金的模具，包括凹模、凸模，凹模上设有挤压通道，其特征在于：所述凹模包括两个半凹模，两个半凹模上各设置半边挤压通道，两个半凹模设有半边挤压通道的一端相向贴合，构成一个具有完整的双向挤压通道的凹模，并用螺栓紧固连接在一起，所述双向挤压通道包括挤压腔以及与挤压腔相通的成型通道，挤压腔贯通两个半凹模，成型通道于挤压腔中段径向延伸，与挤压腔轴线垂直且贯穿凹模壁，挤压腔的截面积大于成型通道的截面积；所述凸模为两个，两个凸模分别由凹模的挤压腔的两端相向***挤压腔与凹模间隙配合。

2.根据权利要求1所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述凹模的两个半凹模相贴合的端面上各设半边成型通道，两个半凹模上的半边成型通道相向合拢构成完整的成型通道。

3.根据权利要求1或2所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述成型通道设为阶梯孔，阶梯孔的小端与挤压腔相连，为挤压成型段，阶梯孔的大端为镁合金挤压成型后的通道。

4.根据权利要求1或2所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述凹模的挤压腔为圆形直孔，挤压腔中段的圆周对称设置至少两个径向延伸的成型通道。

5.根据权利要求4所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述挤压腔中段的圆周对称设置的至少两个径向延伸的成型通道的截面积总和小于圆形直孔挤压腔的截面积。

6.根据权利要求1所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述两个半凹模，其中一个半凹模设置四个螺栓过孔，另一个半凹模设置四个与螺栓过孔位置对应的螺纹孔，螺栓过孔和螺纹孔均呈矩阵分布。

7.根据权利要求1、2或6所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述两个半凹模相贴合一端的端面分别设有定位销、定位孔。

8.根据权利要求1所述的双向挤压镁合金的模具，其特征在于：所述两个凸模，一个与挤压机的挤压冲头连接，另一个固定在一底座上，底座与挤压机台面连接。

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