一種高性能鎂合金薄壁管的擠壓拉伸成形模具的制作方法

本發明涉及金屬塑性加工工藝及成形技術領域，特別涉及高性能稀土鎂合金薄壁管的成形與強韌化，具體涉及一種用于鎂合金材料擠壓拉伸成形模具。

背景技術：

隨著經濟技術的快速發展，人們生活水平的不斷提高，各類疾病也就接踵而至。心血管疾病一直是威脅人類健康的重要疾病之一，血管支架介入治療因其創傷小、費用低，已成為治療冠心病的主要手段，并且已逐漸擴展到外周血管疾病和非血管腔內疾病的治療。但是，傳統的支架材料如鈦鎳合金、不銹鋼、鈷基合金等不可生物降解，在體內長期存留，導致約有的患者術后出現血管再狹窄。鎂合金作為血管支架材料因具有生物可降解性受到了越來越多的關注，但鎂合金塑性差，冷加工成形困難，而傳統的熱擠壓方式加工出的管材不能滿足支架管材的要求。

國內外對于鎂合金薄壁管的研究有了一定的發展，清華大學才用反擠壓加上多道次冷拉拔的工藝，成形出了外徑3.14mm，壁厚0.32mm的薄壁管。但是冷拉拔的局限性在于材料的截面收速率較低。波蘭的研究人員才用擠壓加無模拉拔的成形工藝，成形出外徑3.0mm，壁厚0.5mm的微細管，無模拉拔的截面收速率可達60％。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種高性能鎂合金薄壁管的擠壓拉伸成形模具，該模具通過更換凹模，實現反擠壓和多道次等溫拉伸，制造出壁厚0.3mm的微細管，達到提升鎂合金管的綜合性能的高性能鎂合金薄壁管的擠壓拉伸成形。

為了解決背景技術所存在的問題，本發明是采用以下技術方案：

本發明提供了一種高性能鎂合金薄壁管的擠壓拉伸成形模具，它包含上模座、凸模、緊固螺母、定位圈、下模座、擠壓凹模和拉伸圈，上模座底部通過緊固螺母同軸垂直安裝有凸模，上模座下方同軸設置有下模座，下模座上設置定位圈孔，定位圈搭設在定位圈孔內，定位圈孔下方橫向設置有一“u”形孔，該“u”形孔內容置有擠壓凹模或數個垂直疊放的拉伸圈，且擠壓凹模、定位圈和拉伸圈均與凸模位于同一軸線上。

所述的凸模為“t”形回轉體，在上模座上開設更換凸模所用的滑槽，在凸模上沿著縱軸線垂直開一個通孔，凸模表面有一個與通孔直徑相同的孔。

所述的擠壓凹模內有圓柱形型腔，型腔拔模斜度為1°，在擠壓凹模的底端有個臺階。

所述的拉伸圈配合都是靠每個拉伸圈底部的臺階跟下一個拉伸圈頂部的凹槽完成的；每個拉伸圈進料部分采用喇叭口形狀，出料部分同樣為喇叭口形狀。

所述的上模座為帶有“口”形槽的圓柱形上模座，上模座下端外壁設置有螺紋，上模座表面均勻分布著錐形孔。

所述的下模座的整體外形是由“t”形回轉得到，在下模座的上半部分設置橫向的“u”形孔，“u”形孔底面開設與擠壓凹模和拉伸圈的臺階相匹配的凹槽，在下模座一側水平開設一圓孔，下模座的下半部分開設出長方形通孔。

所述的定位圈與下模座相配合，做成“t”形回轉體，搭在下模座的定位圈孔內。

采用上述技術方案后，本發明具有以下有益效果：

本發明與傳統的冷拉拔管材成形相比，提高了斷面變形率，同時定位裝置可以更好的保持壁厚的均勻，熱變形提高了材料的利用率，晶粒得到了大幅度的細化，同時采用可替換凹模裝置，可以大大簡便了工作流程，不需要取出制件。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的擠壓拉伸成形的制件圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為本發明安裝擠壓凹模的模具組裝示意圖；

圖4為本發明安裝拉伸圈的模具組裝示意圖；

圖5為本發明中凸模的結構示意圖；

圖6為本發明中擠壓凹模的結構示意圖；

圖7為本發明中拉伸圈的結構示意圖；

圖8為本發明中上模座的結構示意圖；

圖9為本發明中下模座的結構示意圖；

圖10圖9的左視圖；

附圖標記：

1-上模座；2-凸模；3-緊固螺母；4-定位圈；5-下模座；6-擠壓凹模；7-拉伸圈。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合具體實施方式，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施方式僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

請參閱圖1-圖10，以坯料為ф10mmx10mm的棒狀為例，成形出內徑為6mm，壁厚為0.3mm的鎂合金薄壁管為例，說明模具的運動與實驗的步驟。

本實施例的模具裝配如圖3、圖4所示，包括上模座1、凸模2、緊固螺母3、定位圈4、下模座5、擠壓凹模6和拉伸圈7；上模座1底部通過緊固螺母3同軸垂直安裝有凸模2，上模座1下方同軸設置有下模座5，下模座5上設置定位圈孔51，定位圈4搭設在定位圈孔51內，定位圈孔51下方橫向設置有一“u”形孔52，該“u”形孔52內容置有擠壓凹模6或數個垂直疊放的拉伸圈7，且擠壓凹模6、定位圈4和拉伸圈7均與凸模2位于同一軸線上；

如圖5所示，所述的凸模2為“t”形回轉體，在進行凸模2更換時較為方便，在上模座1上開設更換凸模2所用的滑槽11，在更換凸模2時只需將上模座1上用于緊固凸模2的緊固螺母3擰下，推出舊凸模，將新的凸模放入即可；如圖5所示，在凸模2上沿著縱軸線垂直開一個通孔21，是為了防止擠壓拉伸后的制件抱在凸模2上形成真空，難以取下而設計；同時為了方便排氣，凸模2表面有一個與通孔直徑相同的孔22；凸模2上沒有設計工作帶23的目的是盡可能的將反擠壓的制件留在凸模2上，在不用取出制件的前提下進行以后的拉伸過程，簡單方便。

如圖6所示，所述的擠壓凹模6是普通圓柱形擠壓凹模，內有圓柱形型腔61，型腔61拔模斜度為1°，在擠壓凹模6的底端有個臺階62，其目的是使擠壓凹模6與下模座5進行配合，保持壁厚均勻。

如圖7、圖4所示，所述的拉伸圈7的作用是為了保持壁厚變形量，拉伸圈7可以是一個或多個拉伸圈71、72、73疊放來完成實驗目標，但每次在下模座5放入一個拉伸圈太過費時費力，因此設計為“壘積木”式拉伸過程，可以進行兩個或者三個一組放入下模座5的“u”形孔52內，進行拉伸實驗，同時還可以進行排列組合，找到最好的變形過程，然后在每一道次進行取樣觀察其微觀組織性能。其中拉伸圈71、72、73的配合都是靠每個拉伸圈底部的臺階70跟下一個拉伸圈72頂部的凹槽701完成的；拉伸圈71、72、73的進料部分791、792、793采用喇叭口形狀，定徑帶d1、d2、d3尺寸逐漸減小的成形，出料部分781、782、783同樣為喇叭口形狀，然后拉伸件從拉伸圈71進入下個拉伸圈72，再從拉伸圈72進入下個拉伸圈73，同樣與反擠壓過程相同。

如圖8所示，所述的上模座1為帶有“口”形槽的圓柱形上模座，上模座1下端外壁設置有螺紋12，設計成螺紋緊固凸模的方式，由于成形的擠壓力相對較小，對模具的承受能力要求不是太高，且裝卸方便；同時上模座表面還均勻分布著錐形孔(圖未視示)，用來將上模座1固定在擠壓機上。

如圖9所示，所述的下模座5實現了擠壓凹模的可替換性。下模座5的整體外形是由“t”形回轉得到，在下模座5的上半部分設置橫向的“u”形孔52，“u”形孔52底面開設與擠壓凹模6和拉伸圈7的臺階相匹配的凹槽，53來實現壁厚的均勻。同時為了方便更換擠壓凹模6，在下模座5一側水平開設一圓孔54，更換時只需用小圓棒將擠壓凹模6推出即可。由于拉伸時料與模具運動方向相同，所以下模座5的下半部分開設出長方形通孔55，方便觀察成形與取出薄壁管。

如圖3、圖4所示，所述的定位圈4與下模座5相配合，由于薄壁管最關鍵的是控制壁厚，定位圈4的設計可達到的目的：(1)可以控制壁厚；(2)當凸模2通過定位圈4時，可以保護凸模2，防止因為凸模2過長引起的失穩。與此同時，當更換擠壓凹模6時，凸模2需要回程，因此定位圈4不可以是過盈配合，而是做成“t”形回轉體，搭在下模座5的定位圈孔51內，當凸模2回程時可以將定位圈4帶起。

如圖1-4所示，模具裝配完成后，第一步進行的是反擠壓過程，實驗進行的是等溫擠壓工藝，即實驗過程在加熱爐內進行，在萬能實驗機上實驗。實驗前將坯料10放入模具內，隨模具一同加熱，以實驗溫度350℃為例，直徑為6mm的凸模2穿過定位圈4進入到擠壓凹模6內進行反擠壓工藝，反擠壓杯形件101留底厚3mm，得到壁厚為2mm的制件。

凸模2回程帶走杯形件101，推出擠壓凹模6，放入拉伸圈7，經過6次拉伸，每個拉伸圈7的定徑帶尺寸為ф9mm，ф8.4mm，ф7.8mm，ф7.2mm，ф6.8mm，ф6.6mm，實驗時可以將多個拉伸圈7疊加使用，最終得到壁厚為0.3mm的帶底鎂合金擠壓管102。

脫模采用溫差脫模法，即，將加熱爐的溫度提高60℃，由于鎂合金的熱敏感性，升溫速度要快于凸模2，再根據熱脹冷縮原理，帶底的鎂合金擠壓管102即可以取下。

將底103切除得到鎂合金薄壁管(圖未視出)。

本實施例的具體操作步驟為：

(1)棒狀下料，尺寸為ф10mmx10mm；

(2)均勻化熱處理；

(3)設計正交試驗，本實驗的可變參數為：下壓速度，模具溫度，潤滑劑的選擇，因為是等溫實驗，所以模具的溫度與坯料是相同的，設計200℃、250℃、300℃、350℃、400℃幾個溫度參數；下壓速度選擇0.1mm/s、0.5mm/s、1mm/s；潤滑劑選擇油機石墨、滑石粉，進行實驗，將準備好坯料10放入模具的擠壓凹模6內，將模具放入到萬能材料實驗機的加熱箱內加熱到350℃，恒溫擠壓出帶底杯形件101；

(4)推出擠壓凹模6，杯形件101隨著凸模2的回程，粘連在凸模2上，此時放入拉伸圈7，對擠壓出來的杯形件101進行壁厚的減薄；

(5)可以堆疊兩個或三個拉伸圈進行拉伸，每個拉伸出來的試樣均可取樣進行硬度或拉伸性能實驗；

(6)經過6次拉伸，得到帶底的鎂合金擠壓管102，進行切底103處理，得到目標管材，不帶底的鎂合金薄壁管，完成一個工作循環，進行顯微組織觀察，得到力學性能。

本發明的一種高性能鎂合金薄壁管的擠壓拉伸成形與傳統的薄壁管正擠壓加冷拉拔成形相比較，具有以下有益效果：

(1)傳統的正擠壓制坯較麻煩，需要將坯料開孔，而且由于正擠壓的限制，實驗需要在臥式擠壓機進行，或者需要自行設計擠壓機，如清華大學方剛等的設計。而本發明制坯簡單，操作簡便，可以適應較多環境，可在萬能材料實驗機上進行實驗。

(2)晶粒更加細化。本發明的實驗經過了多次擠壓拉伸，晶粒得到明顯細化，可獲得高致密的結構。傳統的正擠壓步驟較少，不能達到多道次擠壓的效果。

(3)定位準確。本發明采取了多種定位方式，保證壁厚的均勻。而傳統正擠壓的定位方式比較單一，容易造成壁厚的不均勻甚至斷裂。

(4)成形效果好。本發明均在高溫下進行，鎂合金在高溫下的變形性能要比常溫搞得多，因此變形較為均勻、細致，成形效果較好；傳統的正擠壓成形，一般要得到薄壁管需要進行多道次冷拉拔，低溫下鎂合金的變形性差，易出現拉斷的現象，同時低溫下材料的延伸率較低。

(5)可替換凹模。傳統的方法步驟繁瑣，而本發明采用的可替換凹模的方法大大的縮短了實驗的流程。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。