專利名稱：鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱加工領域，具體是一種鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具。
背景技術：
鋁合金材料在各種車體的應用越來越廣泛，最早是在動力系統的一些零件上應用，如缸體、儀表盤、車門、座椅框架等，如今鋁合金應用已經推廣到整個車體結構上。美國、 德國、日本、加拿大等一些發達國家的鋁業公司與車輛生產公司合作，已研制出全鋁高速客車車廂、地鐵車輛、全鋁汽車、賽艇和摩托車。截止到2010年，日本已投入運行的全鋁質車體占1/5輛以上。全世界都在開展全鋁質結構車輛的研究。比如奧迪從A2起基本實現全鋁車身，包括車體和外圍構件。大型車體板材生產加工主要方法為軋制，軋制具有道次多和軋制完成的后續定尺寸機加工等缺點；相對軋制，擠壓加工具有一次成形的優點；擠壓加工是指坯料在三向不均勻壓應力作用下，從擠壓模具的孔口或縫隙擠出使之橫截面積減小長度增加，成型為所需制品的加工方法。也可以解釋為用擠壓桿對放置在擠壓筒中的坯料加壓，使之產生塑性流動，從而獲得相應于模具的型孔或凹凸模形狀的制件的鍛壓方法。擠壓時，坯料產生三向壓應力，即使是塑性較低的坯料，也可被擠壓成形。早期擠壓大型板材是通過寬展擠壓生產的或者擠壓截面形狀為U、V、類“C”的薄壁型材再展開獲得的。寬展擠壓傳統做法是在擠壓筒端部直接加寬展模，這樣的缺點是產品邊緣填充不滿，擠出板材邊緣形成鋸齒狀缺陷；另一方面寬展比一般較小，寬展幅度有限，采用側向分流的方法可以達到寬展擠壓的目的，也可以在較小的壓力機上擠壓較大型板型材。U、V、類“C”的薄壁型材在進行后續的壓力加工使之成為板材，寬度可達I. 5m，但是由于經過壓力加工后的板材在展開處變形，最后容易形成褶皺和裂紋，影響外觀美和產品質量，也可導致二次加工缺陷。而且舌型的模口壽命較低，模具很快報廢。在公開號為CN101622081的發明創造中，公開了一種金屬板材的軋制方法及使用上述軋制方法制造的軋制板材。該發明中，金屬板材的制作方法是采用軋制方法，該方法的特點是利用一對軋輥，將金屬在軋輥間通過，通過的時候靠量輥的轉動和摩擦產生兩向應力軋制成板材，其特征在于，一對軋輥與金屬板材的各界面的摩擦互不相同，有時候左輥摩擦大，有時候右輥摩擦大，使得得到不同的效果，而且，至少一個界面使用由液體潤滑劑，可以來制造鋼、銅、鋁等金屬板。該方法的缺點是在兩向應力下軋制的板邊緣不整齊，表面質量不高，而且需要多道次才能將坯料制成需要的板材。在公開號為CN101116879的發明創造中，公開了一種等通道擠壓裝置。該發明涉及了一種T型等通道擠壓，通道的截面為圓形或者正方形，垂直通道的中心線和水平通道的垂直平分線重合形成軸對稱通道，將金屬材料在T形通道進行擠壓分流成左右兩股，合金在該過程中由于產生的大變形(sro)，使得晶粒破碎和動態再結晶，形成晶粒細化機制， 經過一定道次的加工后，得到高強的金屬圓棒或方形棒材。其方法的缺點是僅僅能用來生產棒材，棒材一般用來作為加工其他型材或產品的坯料，很少能直接作為產品使用。在公開號為CN201524712U的發明創造中，公開了一種鋁合金熱擠壓分流成型裝置。該發明采用新型結構的鋁合金熱擠壓分流成型裝置生產空心鋁材，其優點在于在鋁合金熱擠壓時，擠壓力由模套和模具共同承受，減小了模具的承受力，降低模具的變形量，既提高鋁合金熱擠壓分流成型后的型材尺寸精度，又延長了整個裝置的使用壽命。缺點是該專利模具只能生產最大尺寸小于坯料的型材，不能用來實現擠壓產品截面尺寸大于坯料的
女口
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發明內容
為克服現有技術中存在的擠壓力大、精度不高、產品尺寸一定小于坯料尺寸和晶粒尺寸粗大的不足，本發明提出了一種鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具。本發明提出的鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，包括擠壓筒內襯、 等通道轉角分流模具和定徑模。等通道轉角分流模具小內徑孔一端的端面通過連接銷與擠壓筒內襯的一個端面連接。等通道轉角分流模具大內徑孔一端端面與定徑模小內徑孔端的端面固定連接。在等通道轉角分流模具與定徑模連接一端的端面有條形槽，并且該條形槽的中心點與等通道轉角分流模具的中心重合，當等通道轉角分流模具與定徑模連接后，由該條形槽與定徑模中心的條形孔構成了焊合腔。等通道轉角分流模具上有兩個沿軸向貫通該等通道轉角分流模具兩端的矩形通孔。所述等通道轉角分流模具矩形通孔對稱分布在中心線兩側。位于等通道轉角分流模具與定徑模連接端一側的兩個矩形通孔均為直孔。并且該矩形通孔在等通道轉角分流模具與定徑模連接一端端面的出口位于該端面上的焊合腔內。在等通道轉角分流模具與定徑模連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具中心線的距離為L。該矩形通孔位于等通道轉角分流模具與擠壓筒內襯連接端一側的兩個矩形通孔均為斜孔，使所述的兩個矩形通孔長度方向的中心線與等通道轉角分流模具中心線之間有135° 165°的夾角。在等通道轉角分流模具與擠壓筒內襯連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具中心線的距離為1，并且L> I。所述兩個矩形通孔的直孔與兩個矩形通孔的斜孔的銜接處在等通道轉角分流模具內形成了等截面轉角通道。擠壓筒內襯的外徑與擠壓筒的內徑配合。擠壓筒內襯內孔為坯料安放孔。所述擠壓筒內襯內孔的兩端為圓弧形。在擠壓筒內襯外圓周表面中部有一個截面為矩形的環形定位槽，當擠壓筒內襯與擠壓筒配合時，該定位槽與擠壓筒內圓表面的卡環的配合。在定徑模的中心有貫通該定徑模軸向的成形孔。所述的成形孔為矩形，并且該矩形塊的長度方向垂直于水平面。所述成形孔位于定徑模與等通道轉角分流模具配合端面的孔口為所成形板材的入模口，該入模口在定徑模徑向的長度與所成形板件的寬度相同。入模口的寬度與所成形板件的厚度相同。入模口在定徑模軸向的長度根據所成形板材的規格確定。定徑模的外圓上有模具安裝定位孔。所述貫通定徑模軸向的成形孔在定徑模內的縱截面呈錐形。本發明提供了一種通過使用扁擠壓筒和扁坯料與寬展分流模具結合，并將分流通道設計成一定內角度的等通道轉角結構，最終實現較小扁坯料擠壓大型寬金屬板的省力、節能生產，擠出的板材尺寸大于坯料寬度，擠出板材的晶粒尺寸細小均勻。實現上述優點的方式如圖3所示。在擠壓桿推動擠壓墊的作用下，金屬坯料在進入分流模前在擠壓筒內襯內具有輕微墩粗的過程，如圖3坯料在墩粗區；然后，金屬進入分流模后在具有一定傾斜角度的分流通道入口內向焊合腔運動，期間會通過具有具有一定轉角的等截面通道；當坯料進入焊合腔的時候呈擠壓軸向更有利于焊合。金屬在焊合腔焊合后，通過具有板料特征扁孔的定徑帶擠出。使用該發明的模具在加工金屬板材整個過程主要有五個晶粒細化階段，第一階段是墩粗過程，第二階段是分流過程，第三階段是等通道轉角過程，第四階段是在焊合腔內填充流動和高壓焊合過程，第五階段為在定徑帶擠出過程。這五個階段都是塑性變形的過程尤其是等通道轉角過程使得金屬晶粒細化現象更為均勻和明顯，對原始平均晶粒尺寸在 100 μ m以上的6061鋁合金在該過程中擠壓，最終的到平均晶粒尺寸達到13 μ m,晶粒細小就代表性能優良。擠出的金屬板具有一次成形，切割成一定規格的產品可直接使用的特點。采用扁擠壓筒降低擠壓比和采用分流寬展擠壓技術，使得在較小噸位的擠壓機作用下也可以完成大型寬板的擠壓，體現出節能減排的效果；使用該發明的模具可以擠出尺寸大于擠壓坯料的產品。不僅有效避免了軋制板材時多道次軋制成形的缺點，而且省力。例如擠壓寬度 798. 7mm,厚度10_的板材擠壓力峰值為6700t。通過試驗和生產，生產寬度798. 7mm,厚度 IOmm的板材，采用8000t擠壓機即可滿足使用。本發明通過改進擠壓筒內襯和模具，采用小擠壓比的扁擠壓筒來降低擠壓力，坯料分流并通過等通道轉角來細化晶粒后焊合擠壓成形生產尺寸大于坯料的鋁合金板材。等通道轉角擠壓在過去幾十年里能夠細化晶粒已經在學術界得到公認，然而所有的研究者都是用該技術生產棒材或者坯料，并沒有一個研究將該技術利用在實際產品的生產中。因此本發明將等通道轉角這項技術應用于擠壓大型板材。擠壓過程中在分流橋中利用等通道轉角擠壓形成晶粒細化功能，在分流方向上實現寬展擠壓，本發明是集省力擠壓、 細化晶粒、擠壓尺寸大于坯料的超大型型材于一體的擠壓技術。該方法擠出的產品具有質量高、尺寸大等優點，致力于實現利用現有的擠壓機擠壓超大超寬高速列車覆蓋件。等通道轉角分流模擠壓的特點是將等通道轉角擠壓模具技術、分流模具技術、寬展擠壓模具技術優點相結合而形成的一種擠壓技術。
附圖I是等通道轉角分流焊合擠壓板材模具裝配圖；其中圖Ia是右視圖；圖Ib 是主剖視圖；圖Ic是A-A局部剖視圖；附圖2是坯料在擠壓筒內襯中的裝配圖；其中圖2a是右視圖；圖2b是主剖視圖； 圖2c是左視圖；附圖3是擠壓過程金屬流動成形示意圖；附圖4是內襯腔體形狀的示意圖；附圖5是擠壓筒內襯；其中圖5a是右視圖；圖5b是主剖視圖；附圖6是等通道轉角分流模；其中圖6a是右視圖；圖613是主剖視圖；圖6(是左視圖；圖6d是B-B局部剖視附圖7是定徑模。其中圖7a是右視圖；圖7b是主首I]視圖。圖中I.坯料腔2.定位槽3.擠壓筒內襯4.等通道轉角分流模具5.起吊螺孔6.連接銷7.定徑模8.定位銷9連接孔10.定位銷孔11.連接孔12.內六角連接螺栓13.連接銷14.擠壓桿15.擠壓墊16.坯料17.分流通道入口 18.等截面轉角通道19.焊合腔20.板材21.間隙22.金屬顆粒23.連接孔
具體實施例方式本實施例是一種鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，用于成形寬度為 798. 7mm，厚度為IOmm的板材，成形過程采用的擠壓機噸位為10000t。采用H13熱作模具鋼制作模具和其余擠壓工具。包括擠壓筒內襯3、等通道轉角分流模具4和定徑模7。等通道轉角分流模具4小內徑孔一端的端面通過連接銷13與擠壓筒內襯3的一個端面連接。等通道轉角分流模具 4大內徑孔一端端面通過螺栓12與定徑模7小內徑孔端的端面連接。如圖5所示，所述擠壓筒內襯3為等徑中空回轉體。擠壓筒內襯3的外徑與擠壓筒的內徑配合；擠壓筒內襯3內孔為矩形孔，用于安放坯料。所述擠壓筒內襯內孔的兩端為圓弧形。在擠壓筒內襯3外圓周表面中部有一個截面為矩形的環形定位槽，當擠壓筒內襯3 與擠壓筒配合時，通過該定位槽與擠壓筒內圓表面的卡環的配合實現擠壓筒內襯3的軸向定位。在擠壓筒內襯3 —端的端面上對稱分布有2個連接孔23，用于將擠壓筒內襯3與等通道轉角分流模具4固連。如圖6所示，等通道轉角分流模具4為圓柱形。等通道轉角分流模具4的外圓周表面有一個起吊螺栓孔5。等通道轉角分流模具4的兩端端面均對稱分布有連接孔，并且所述連接孔分別與擠壓筒內襯3、定徑模7端面的連接孔相對應。等通道轉角分流模具4的一個端面對稱分布有螺紋孔，用于與定徑模7固連。在等通道轉角分流模具4與定徑模7連接一端的端面有條形槽，并且該條形槽長度方向的對稱中心與寬度方向的對稱中心形成了該條形槽的中心點，并且所述條形槽的中心點與等通道轉角分流模具4的中心重合，當等通道轉角分流模具4與定徑模7連接后，由該條形槽與定徑模7中心的條形孔構成了焊合腔19。等通道轉角分流模具4中心線兩側對稱分布有兩個矩形通孔。所述矩形通孔的一端貫通該等通道轉角分流模具4與擠壓筒內襯3連接一端的端面，另一端貫通該等通道轉角分流模具4與定徑模7連接一端的端面，并位于該端面上的焊合腔內。位于等通道轉角分流模具4與擠壓筒內襯3連接端一側的兩個矩形通孔均為斜孔，使所述的兩個矩形通孔長度方向的中心線與等通道轉角分流模具4中心線之間有135° 165°的夾角；位于等通道轉角分流模具4與定徑模7連接端一側的兩個矩形通孔均為直孔；在等通道轉角分流模具4與定徑模7連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具4中心線的距離為L ;在等通道轉角分流模具4與擠壓筒內襯3連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具4中心線的距離為1，并且L > I。所述兩個矩形通孔的直孔與兩個矩形通孔的斜孔的連接處，在等通道轉角分流模具4內形成了等截面轉角通道 18。
如圖7所示，定徑模7為圓柱形。在定徑模7的中心有貫通該定徑模軸向的成形孔。所述的成形孔為矩形，并且該矩形塊的長度方向垂直于水平面。所述成形孔位于定徑模7與等通道轉角分流模具4配合端面的孔口為所成形板材20的入模口，該入模口在定徑模7徑向的長度與所成形板件的寬度相同；入模口的寬度與所成形板件的厚度相同；入模口在定徑模7軸向的長度根據所成形板材20的規格確定,為15 100mm。所述貫通定徑模軸向的成形孔在定徑模內的縱截面呈錐形，使該成形孔的出模口大于該成形孔的入模口，以減少成形后的板件與成形孔孔壁的摩擦。成形孔內表面與定徑模中心線之間的夾角為13°。定徑模7的外圓周表面有一個起吊螺栓孔5 ;定徑模7的一端端面均勻對稱分布有連接孔，并且所述連接孔與等通道轉角分流模具4端面的連接孔相對應。定徑模7的外圓上有一個定位孔，用于在擠壓機上安裝模具時的定位。定徑模7上均布有4個貫通該定徑模7兩端的螺栓連接孔，該螺栓連接孔與等通道轉角分流模具4上的螺栓孔對應。裝配時，等通道轉角分流模4和定徑模7之間通過連接銷6過盈配合定位。等通道轉角分流模具4和定徑模7采用內六角螺栓12緊固。定位銷8和定位孔10過盈配合使在擠壓機上安裝模具時使模具圓周定位，以使得模具上的坯料入口和安裝在擠壓筒內襯上的坯料孔對應。連接銷13和連接孔9過盈配合使得等通道轉角分流模具4和擠壓筒內襯3 圓周定位。定位槽2用來確定擠壓筒內襯軸線位置,應與擠壓筒配合軸向定位。裝配后在坯料孔I內壁和模具內壁刷動物油潤滑。坯料16與擠壓筒內襯3有一定間隙21，3-5_，坯料16安裝在坯料腔的中央，安裝坯料時在擠壓筒內襯底面撒直徑為3-5mm同坯料材質一致的金屬顆粒30個。
權利要求
1.一種鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，其特征在于a.包括擠壓筒內襯、等通道轉角分流模具和定徑模；等通道轉角分流模具小內徑孔一端的端面通過連接銷與擠壓筒內襯的一個端面連接；等通道轉角分流模具大內徑孔一端端面與定徑模小內徑孔端的端面固定連接；b.在等通道轉角分流模具與定徑模連接一端的端面有條形槽，并且該條形槽的中心點與等通道轉角分流模具的中心重合，當等通道轉角分流模具與定徑模連接后，由該條形槽與定徑模中心的條形孔構成了焊合腔；c.等通道轉角分流模具上有兩個沿軸向貫通該等通道轉角分流模具兩端的矩形通孔； 所述等通道轉角分流模具矩形通孔對稱分布在中心線兩側；位于等通道轉角分流模具與定徑模連接端一側的兩個矩形通孔均為直孔；并且該矩形通孔在等通道轉角分流模具與定徑模連接一端端面的出口位于該端面上的焊合腔內；在等通道轉角分流模具與定徑模連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具中心線的距離為L ;該矩形通孔位于等通道轉角分流模具與擠壓筒內襯連接端一側的兩個矩形通孔均為斜孔，使所述的兩個矩形通孔長度方向的中心線與等通道轉角分流模具中心線之間有135° 165°的夾角；在等通道轉角分流模具與擠壓筒內襯連接端，兩個矩形通孔長度方向的中心線與該等通道轉角分流模具中心線的距離為1，并且L > I ;所述兩個矩形通孔的直孔與兩個矩形通孔的斜孔的銜接處在等通道轉角分流模具內形成了等截面轉角通道。
2.如權利要求I所述鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，其特征在于擠壓筒內襯的外徑與擠壓筒的內徑配合；擠壓筒內襯內孔為坯料安放孔；所述擠壓筒內襯內孔的兩端為圓弧形；在擠壓筒內襯外圓周表面中部有一個截面為矩形的環形定位槽，當擠壓筒內襯與擠壓筒配合時，該定位槽與擠壓筒內圓表面的卡環的配合。
3.如權利要求I所述鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，其特征在于在定徑模的中心有貫通該定徑模軸向的成形孔；所述的成形孔為矩形，并且該矩形塊的長度方向垂直于水平面；所述成形孔位于定徑模與等通道轉角分流模具配合端面的孔口為所成形板材的入模口，該入模口在定徑模徑向的長度與所成形板件的寬度相同；入模口的寬度與所成形板件的厚度相同；入模口在定徑模軸向的長度根據所成形板材的規格確定；定徑模的外圓上有模具安裝定位孔。
4.如權利要求I所述鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具，其特征在于所述貫通定徑模軸向的成形孔在定徑模內的縱截面呈錐形。
全文摘要
一種鋁合金板材等通道轉角分流寬展擠壓成形模具。等通道轉角分流模具小內徑孔一端的端面通過連接銷與擠壓筒內襯的一個端面連接。等通道轉角分流模具大內徑孔一端端面與定徑模小內徑孔端的端面固定連接。在等通道轉角分流模具與定徑模連接一端端面的條形槽與定徑模中心的條形孔構成了焊合腔。等通道轉角分流模具上有兩個貫通的矩形通孔，該矩形通孔一端為直孔，另一端為斜孔，并且直孔與斜孔的銜接處在等通道轉角分流模具內形成了等截面轉角通道。本發明通過改進擠壓筒內襯和模具，采用小擠壓比的扁擠壓筒來降低擠壓力，坯料分流并通過等通道轉角來細化晶粒后焊合擠壓成形生產尺寸大于坯料的鋁合金板材。
文檔編號B21C25/02GK102601148SQ20121007620
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月21日 優先權日2012年3月21日
發明者張保軍, 楊合, 石磊, 郭良剛 申請人:西北工業大學