鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形模具及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬塑性加工工藝及成形技術領域，具體的說是一種用于鎂合金材料擠壓成形與改性的技術，特別涉及鎂合金杯形構件的成形與強韌化的環形通道轉角擠壓成形裝置及方法。
【背景技術】
[0002]隨著航空航天、國防軍工、交通運輸等領域的飛速發展，迫切需要采用高強韌輕質構件來實現輕量化，其中杯形構件為最具代表性的結構形式之一。鎂合金密度小(為鋁的2/3、鈦的1/2)，是最輕的金屬結構材料，具有良好的比強度、比剛度、導熱導電性、電磁屏蔽性、阻尼減震性等優點，廣泛應用于航空航天、交通運輸、國防軍工等領域。鎂合金鑄造產品力學性能低，滿足不了承力構件的要求；塑性成形可大幅提高鎂合金構件的力學性能，已成為國內外研究熱點。鎂合金為密排六方晶體結構、塑性差，成形易開裂，并且傳統反擠壓成形的鎂合金杯形構件，周向和軸向的抗拉強度相差30%左右。添加稀土元素的高強耐熱鎂合金，由于具有良好的高溫性能，在航空航天、國防軍工領域具有更好的應用前景；但由于成分偏析和夾雜嚴重，較常規鎂合金塑性更差，成形更易開裂，傳統反擠壓成形的杯形構件的各向強度差異更加明顯。傳統擠壓是比較成熟的工藝，但是晶粒細化效果不明顯。等徑角擠壓(ECAP)工藝是一種通過強烈變形而獲得大尺寸亞微米或納米級塊體材料的方法之一。ECAP工藝原理為:將橫截面尺寸與模具通道尺寸幾乎相等的塊體材料放進潤滑良好的通道入口，在外加載荷的作用下，試樣被壓入兩通道的交截處時，試樣內部發生近似理想的純剪切變形。目前ECAP研究大多著眼于形狀簡單的管材或棒材，且是擠壓工件橫截面保持不變，而在鎂合金杯形構件ECAP擠壓生產方面的研究較少。本發明是在現有的sro工藝基礎上特別是ECAP工藝和工業反擠壓改進后而設計的新工藝和模具。
【發明內容】
[0003]本發明的主要目的是針對鎂合金杯形構件的成形與強韌化，提出鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形模具，該成形模具能有效改善鎂合金的成形性、提高鎂合金晶粒細化效果、降低鎂合金杯形構件性能異向性，縮短鎂合金杯形構件的制造流程。
[0004]同時，本發明還相應提供鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓成形方法。
[0005]本發明通過以下技術方案實現:
[0006]鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓模具，包括與壓機的上部結構連接上模具組件、與壓機的下部結構連接下上模具組件以及組合式凹模；所述的上模具組件包括與壓機的上部結構連接的上模座套墊板，上模座套墊板的下部連接上模座套，在上模座套中心放置擠壓沖頭；所述的組合式凹模包括“T”形上凹模、“U”形下凹模，“T”形上凹模的中間為長“ I ”字形型模腔，“U”形下凹模中間形成回轉體型腔，“τ”形上凹模安裝在“U”型下凹模的回轉體型腔內，回轉體型腔和“I”字形型模腔共同組成的截面形狀為“山”字形擠壓腔。
[0007]所述的“T”形上凹模的底部水平端面與側端面各帶有一個環形凸臺。
[0008]所述的“T”形上凹模上端沿周向等間距加工水平方向孔，內部豎直方向加工通道貫穿至底部，作為潤滑劑流動通道。
[0009]所述的截面形狀為“山”字形擠壓腔的底面環形通道與側面環形通道等間距。
[0010]所述的的下模具組件包括與壓機的下部結構連接的下模座套，下模座套、下墊板從上到下固定在下模板上形成整體，所述的組合式凹模安裝在下模座套上。
[0011]所述的的組合式凹模安裝在下模座套的腔體內，“Τ”形上凹模上端與下模座套結合處通過錐面固定。
[0012]所述的下墊板和下模板的中部設有與組合式凹模底部的貫通孔相通的頂桿通孔，所述的頂桿為“Τ”形，大直徑的“Τ”形頭部置于貫通孔中，小直徑桿身置于頂桿通孔中；所述的沖頭、貫通孔、頂桿通孔、組合凹模、下模座套位于同一中心軸線；所述的頂桿以來回伸縮的方式從貫通孔中進入模腔或從模腔退入到貫通孔中。
[0013]所述的壓機上部結構通過螺釘與上模座套墊、下模座套連接，在螺釘上安裝彈簧，位于下模座套上端與上模座套墊板之間。
[0014]利用上述環形通道轉角擠壓模具擠壓鎂合金杯形構件環形通道轉的方法，步驟:
[0015](I)、棒材下料；
[0016](2)、均勻化熱處理，形成鎂合金毛坯；
[0017](3)、成形準備:將鎂合金毛坯加熱到成形溫度并保溫，并將環形通道轉角擠壓模具整體預熱至鎂合金坯料成形溫度以上并保溫，將環形通道轉角擠壓模具裝配在壓力機上，并從“山”字形組合凹模的中間長“ I ”字形型模腔的腔口開始，往“ I ”字形型模腔內注入一定的油劑石墨潤滑劑；將經過均勻化處理的鎂合金毛坯放入“山”字形組合凹模的中間長“I”字形型腔；
[0018](4)、成形過程:擠壓凸模對鎂合金毛坯進行擠壓，使鎂合金毛坯在環形通道轉角擠壓模具的截面形狀為“山”字形擠壓腔內流動擠壓變形，鎂合金毛坯上端受圓柱形擠壓凸模的作用，鎂合金毛坯下端的金屬先是經歷鐓粗變形徑向流動，隨著鐓粗變形的繼續，金屬開始反擠壓變形，沿著凹模壁軸向流動，形成鎂合金杯形構件的筒壁。
[0019]進一步，擠壓成形完成后:將下模座套與下墊板、下模板連接處緊固螺釘卸下，將壓機上工作臺停止加載并向上直線運動，帶動擠壓沖頭向上移動與鎂合金杯形構件脫離，上模具組件帶動下模座套與組合凹模脫離，通過液壓機的頂出缸對頂桿的作用，將擠壓成形的鎂合金杯形構從組合凹模中頂出。
[0020]本發明主要是采用組合式凹模結構，“Τ”形上凹模安裝在“U”形下凹模上，形成回轉體型腔的截面形狀為“山”字形，使金屬先是經歷鐓粗變形徑向流動，隨著鐓粗變形的繼續，金屬開始反擠壓變形，沿著凹模壁軸向流動，提高了鎂合金材料的成形能力，獲得高致密結構，細化組織效果顯著，降低擠壓件性能異向性，能擠壓成形任意高度的坯料，縮短了高性能的鎂合金杯形構件的制造流程。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0022]圖1是本發明整體組合模具擠壓成形示意圖一；
[0023]圖2是本發明整體組合模具擠壓成形示意圖一；
[0024]圖3是本發明整體組合模具的上模具組件裝配示意圖；
[0025]圖4是本發明整體組合模具的組合式凹模裝配示意圖；
[0026]圖5是本發明擠壓成形的鎂合金杯形構件示意圖；
[0027]圖6是本發明整體組合模具的下模具組件裝配示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。
[0029]如圖1?圖2所示，本發明鎂合金杯形構件的環形通道轉角擠壓模具10，包括與壓機的上部結構連接上模具組件20、與壓機的下部結構連接下上模具組件40以及組合式凹模30。
[0030]如圖1、圖2、圖3所示，所述的上模具組件20包括與壓機(圖中未顯示)的上部結構連接的上模座套墊板21，上模座套墊板21的下部連接上模座套22，在上模座套22中心放置擠壓沖頭23。
[0031]如圖1、圖2、圖4所示，組合式凹模30包括“T”形上凹模32，“U”形下凹模33，“T”形上凹模32的中間為長“ I ”字形型模腔31，其底部水平端面34與側端35面各帶有一個環形凸臺36、37，“U”形下凹模33形成回轉體型腔38，“Τ”形上凹模22安裝在“U”型下凹模33的回轉體型腔38內，“U”型下凹模33的回轉體型腔38和Τ”形上凹模32的“ | ”字形型模腔31共同組成的截面形狀為“山”字形擠壓腔，其底面環形通道39與側面環形通道381等間距。在“Τ”形上凹模32上端沿周向等間距加工水平方向孔321，內部豎直方向加工通道322貫穿至底部，作為潤滑劑流動通道。
[0032]如圖1、圖2、圖6所示，所述的的下模具組件40包括與壓機(圖中未顯示)的下部結構連接的下模座套41，下模座套41、下墊板42從上到下通過緊固螺釘61和銷釘62固定在下模板45上形成整體，組合式凹模30安裝在下模座套41的腔體43內，“Τ”形上凹模32上端與下模座套41結合處通過錐面44固定(如圖1、圖2、圖4所示)。
[0033]如圖1、圖2、圖6所示，所述的下墊板42和下模板45的中部設有與組合式凹模30底部的貫通孔46相通的頂桿通孔47，所述的頂桿48為“Τ”形，大直徑的“Τ”形頭部481置于貫通孔46中，小直徑桿身482置于頂桿通孔47中；所述的沖頭23、貫通孔46、頂桿通孔47、組合凹模30、下模座套41位于同一中心軸線；所述的頂桿48以來回伸縮的方式從貫通孔46中進入模腔31或從模腔31退入到貫通孔46中(如圖4所示)。
[0034]如圖1、圖2所示，壓機上部結構(圖中未顯示)通過螺釘63與上模座套墊板21、下模座套41連接。在螺釘63上安裝彈簧64，位于下模座套41上端與上模座套墊板21之間。
[0035]一種利用上述環形通道轉角擠壓模具10擠壓鎂合金杯形構件環形通道轉的方法，步驟:
[0036](I)、棒材下料；
[0037](2)、均勻化熱處理，形成鎂合金毛坯50 ；
[0038](3)、成形準備:將環形通道轉角擠壓模具10整體預熱至鎂合金坯料成形溫度30?50°C以上保溫2h，并將鎂合金毛坯50加熱到成形溫度保溫2?4h，將環形通道轉角擠壓模具10裝配在壓力機上，并從“山”字形組合凹模30的中間長“ I ”字形型模腔31的腔口開始，往“I”字形型模腔31內注入一定