專利名稱：半固態成形模具及使用方法
技術領域：
本發明涉及一種采用半固態成形工藝，制備鎂、鋁合金棒材、型材的 方法及模具結構，屬于有色金屬制備與加工領域。
背景技術：
目前鎂、鋁合金棒材、型材的生產主要采用熱擠壓工藝。該工藝首先 制備鎂合金鑄錠，然后將坯錠加工成所需尺寸后，再加熱到適當的溫度范 圍內進行擠壓。所用擠壓模具按模孔壓縮區斷面形狀可分為平模、錐模、 平錐模等，按模孔數量可分為單孔模、多孔模，按模具結構可分為整體模、 分瓣模、分流模等。不同的模具結構具有相同的工作原理。在擠壓力作用 下，坯錠發生塑性變形，并從模具的定徑帶擠出獲得所需規格棒材、型材。 由于塑性變形是在固態下進行，因此需要很大的擠壓力，當擠壓比較大時 容易發生悶車現象，對于結構復雜的型材，容易出現因變形不均勻導致的 型材扭折變形。擠壓模具受到高溫高壓的作用容易發生變形，影響模具壽 命，模具定徑帶與擠壓材之間存在較大摩擦力，會導致擠壓材出現粗晶環， 另外定徑帶的表面精度也會下降，影響擠壓材的表面質量，受擠壓筒尺寸 限制，生產的擠壓棒材、型材長度也有限，無法連續生產。目前，鎂、鋁合金棒材、型材具有廣泛需求，希望開發出新型成形技 術，能起到縮短工藝流程，降低生產能耗的作用。近年來發展起來的半固 態成形技術能夠滿足以上要求。半固態成形是首先制出半固半液狀態的漿 料，然后對漿料進行變形，漿料的變形主要通過固液相之間的粘性流動， 因此所需變形力遠遠小于固相塑性變形抗力。采用半固態成形工藝獲得的 成形件組織細小、均勻、等軸，因此成形件表現出優良的力學性能。如今 國內外專利文獻報道了多種半固態制漿工藝，這些制漿工藝與壓鑄結合取 得了良好的效果，壓鑄件的力學性能得到明顯提高。 發明內容本發明的目的是提供一種半固態成形用模具及其使用方法，使用該模 具能實現鎂、鋁合金棒材、型材的半固態成形。 為實現上述目的，本發明采取以下技術方案 一種半固態成形用模具，該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體， 其內形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空 腔、定徑模段空腔，該空腔具有進、出口，空腔的進口為模架段空腔的進 口，空腔的出口為定徑模空腔的出口；在空腔的進口處的模架段空腔中設 有流量閥；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設有分流錐，分流錐 是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段 空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中，分流錐的主體 的截面直徑為前大后小，與其配合的模體段空腔也為前大后小的圓錐筒狀； 分流錐的圓滑頭部的截面直徑為前小后大，與其配合的模架段空腔的后段 空腔為前小后大的圓錐筒狀；定徑模段空腔為帶有0 3°錐度的圓筒狀， 且錐度>0，使定徑模空腔的出口端的直徑小于定徑模空腔的入口端的直徑； 在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內安裝有冷卻室。在本發明的半固態成形用模具中，在所述的定徑模段空腔中設有芯桿， 該芯桿的前端與分流錐的尾部連接，該芯桿的后端位于定徑模空腔的出口 處。在本發明的半固態成形用模具中，在所述的模架段的前端即空腔的進 口處、及模體和定徑模之間連接處分別設有絕熱墊。在本發明的半固態成形用模具中，所述的加熱器安裝在模架與模體的 外壁上。在本發明的半固態成形用模具中，在所述的分流錐的頭部的頂端設有 熱電偶。一種使用本發明的半固態成形用模具的半固態成形方法，該方法包括 下述的步驟(1) 、根據所要成形的鎂或鋁合金棒材的直徑，選擇確定定徑模空腔 的出口端的直徑；或者根據所要成形的鎂或鋁合金管材的內、外徑，選擇 確定定徑模空腔的出口端的直徑及芯桿的直徑，并安裝該芯桿；(2) 、將半固態漿料推進裝置的出口與半固態成形用模具的進口連接， 根據半固態漿料推進裝置出口的半固態漿料的溫度，采用溫控儀控制加熱 器，對模架與模體進行加熱，其中，加熱器的設定溫度高于半固態漿料的
溫度TC 5'C;在定徑模內的冷卻室中通入冷卻液，冷卻液溫度為室溫；(3) 、依據成形件對半固態衆料流量的要求，預先設定流量閥的孔徑 尺寸，漿料的流量大小可在0 1kg/s范圍內調整，且流量^0;(4) 、半固態漿料進入模具后依次流經流量閥、分流錐、定徑模最終 在定徑模空腔的出口端凝固成形得到所需棒材或管材。在所述的步驟(4)中，半固態漿料在模具中流經分流錐過程中，通過 熱電偶測量出半固態漿料的溫度，根據熱電偶反饋信號調整加熱器的工作 溫度。在使用本發明的半固態成形模具的半固態成形方法中，冷卻液優選為水。本發明的優點是本發明的半固態成形模具及使用方法，是采用半固態漿料推進裝置將 鎂、鋁合金的半固態漿料推進本發明的半固態成形模具后逐漸凝固，最終 形成不同規格的棒材、型材。與傳統熱擠壓方法相比，該方法具有加工工 藝流程短、能耗低、效率高、適用范圍廣等特點。
圖1為本發明的半固態成形用模具結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明的半固態成形用模具由模架1、模體6、定徑模夾具8、定徑模9連為一整體，其內形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空腔、定徑模段空腔，該空腔具有進、出口，空 腔的進口為模架段空腔的進口，空腔的出口為定徑模空腔的出口。在空腔的進口處的模架段空腔中設有流量閥4。在模架段空腔和模體段空腔之間的 連接段設有分流錐2，分流錐2通過其上的連接部固定在模架1和模體6 的連接處，分流錐2是由分流錐2的主體和分流錐2的圓滑頭部所組成， 分流錐2的主體位于模體段空腔中，分流錐2的圓滑頭部位于模架段空腔 的后段空腔中，分流錐2的主體的截面直徑為前大后小，與其配合的模體 段空腔也為前大后小的圓錐筒狀；分流錐2的圓滑頭部的截面直徑為前小 后大，與其配合的模架段空腔的后段空腔為前小后大的圓錐筒狀。在分流 錐2的圓滑頭部頂端設有熱電偶3。定徑模段空腔為帶有0 3° (且錐度 〉0)錐度的圓筒狀，使定徑模空腔的出口端的直徑小于定徑模空腔的入口 端的直徑；在成形管材、型材時，分流錐2后端可安裝芯桿10，芯桿10 位于定徑模段空腔中，芯桿IO的后端位于定徑模空腔的出口處；模架l與 模體6外安裝有加熱器7;在定徑模9內安裝有冷卻室11;在空腔的進口 處設有絕熱墊5，模具在與半固態漿料推進裝置連接時，空腔的進口處的絕 熱墊5的前表面正好為半固態漿料推進裝置的出口與空腔的進口接觸面；在模體6和定徑模9之間連接處也設有絕熱墊。在實際使用過程中，將模具與半固態漿料推進裝置連接，將模架1與 模體5外的加熱器6預熱到設定溫度，定徑模8內的冷卻室IO通入冷卻液 使定徑模8保持較低溫度。依據漿料的溫度、推進速度調節流量閥4的大 小。半固態漿料推進裝置將半固態漿料從空腔的進口推進，半固態漿料經 過流量閥4進入模體6并流經分流錐2進入定徑模9，分流錐2的作用是使 半固態漿料的溫度和組織進一步均勻，并通過分流錐2上熱電偶3測量結 果調整加熱器6的溫度，以調整模架1與模體5的溫度及其內的漿料溫度； 漿料經分流錐2分流后進入定徑模9逐漸凝固成形，最終得到所需棒材、 型材。整個過程中，槳料推進的阻力主要來自固液相之間的粘性流動，這 種阻力遠小于常規擠壓的塑性變形抗力，只需較小的推進力就能實現漿料 均勻流動，在半固態漿料連續供應條件下，還能實現棒材、型材的連續擠 壓。實施例1:制備4)20mm鎂合金AZ91棒材根據所要制備小20mm鎂合金，選擇確定定徑模空腔的出口端的直徑也 為20mm，定徑模的定徑帶錐度為r 。首先將模具的模體和模架預熱到575 °C;冷卻室采用循環水冷卻，循環水的溫度為室溫。將AZ91合金熔化后 采用雙螺桿機械攪拌方法制成半固態漿料，半固態漿料溫度為570°C，半固 態漿料在螺桿推進裝置的推送作用下進入模具，螺桿推進裝置出口的半固 態槳料溫度也為570°C。調整流量閥孔徑大小控制漿料的流量為0.2kg/s， 漿料經分流錐進入定徑模凝固，形成ct)20mm的棒材。實施例2:制備外徑巾30mm，內徑<t) 25mm鋁合金A356管材。 根據所要制備外徑々30mm，內徑4)25mm鋁合金，選擇確定定徑模空 腔的出口端的直徑為30mm，定徑模的定徑帶錐度為1° ，并在模具分流錐
一端安裝4)25mm的芯棒。將模具的模體和模架預熱到608°C ;冷卻室采用 循環水冷卻，循環水的溫度為室溫。將A356合金熔化后采用電磁攪拌方法 獲得半固態漿料，半固態漿料溫度為605°C。半固態漿料在活塞式推送裝置 的作用下進入模具內，活塞式推送裝置出口的半固態漿料溫度也為605°C。 調整流量閥孔徑大小控制漿料的流量為0.6kg/s，漿料經過分流錐后在定徑 模中凝固，得到所需規格管材。
權利要求
1、一種半固態成形用模具，其特征在于該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體，其內形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空腔、定徑模段空腔，該空腔具有進、出口，空腔的進口為模架段空腔的進口，空腔的出口為定徑模空腔的出口；在空腔的進口處的模架段空腔中設有流量閥；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設有分流錐，分流錐是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中，分流錐的主體的截面直徑為前大后小，與其配合的模體段空腔也為前大后小的圓錐筒狀；分流錐的圓滑頭部的截面直徑為前小后大，與其配合的模架段空腔的后段空腔為前小后大的圓錐筒狀；定徑模段空腔為帶有0～3°錐度的圓筒狀，且錐度>0，使定徑模空腔的出口端的直徑小于定徑模空腔的入口端的直徑；在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內安裝有冷卻室。
2、 根據權利要求l所述的半固態成形用模具，其特征在于在所述的 定徑模段空腔中設有芯桿，該芯桿的前端與分流錐的尾部連接，該芯桿的 后端位于定徑模空腔的出口處。
3、 根據權利要求1或2所述的半固態成形用模具，其特征在于在所 述的模架段的前端即空腔的進口處、及模體和定徑模之間連接處分別設有 絕熱塾。
4、 根據權利要求3所述的半固態成形用模具，其特征在于所述的加 熱器安裝在模架與模體的外壁上。
5、 根據權利要求4所述的半固態成形用模具，其特征在于在所述的 分流錐的圓滑的頭部的頂端設有熱電偶。
6、 一種使用權利要求1或2所述的半固態成形用模具的半固態成形方 法，其特征在于該方法包括下述的步驟(1)、根據所要成形的鎂或鋁合金棒材的直徑，選擇確定定徑模空腔 的出口端的直徑；或者根據所要成形的鎂或鋁合金管材的內、外徑，選擇 確定定徑模空腔的出口端的直徑及芯桿的直徑，并安裝該芯桿；(2) 、將半固態漿料推進裝置的出口與半固態成形用模具的進口連接， 根據半固態漿料推進裝置出口的半固態漿料的溫度，采用溫控儀控制加熱 器，對模架與模體進行加熱，其中，加熱器的設定溫度高于半固態漿料的溫度rc 5t:;在定徑模內的冷卻室中通入冷卻液；(3) 、依據成形件對半固態漿料流量的要求，預先設定流量閥的孔徑 尺寸，槳料的流量大小可在0 1kg/s范圍內調整，且流量^0;(4) 、半固態漿料進入模具后依次流經流量閥、分流錐、定徑模，最 終在定徑模空腔的出口端凝固成形得到所需棒材或管材。
7、根據權利要求6所述的半固態成形用模具的半固態成形方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，半固態漿料在模具中流經分流錐過程中， 通過熱電偶測量出半固態漿料的溫度，根據熱電偶反饋信號調整加熱器的 工作溫度。
全文摘要
一種半固態成形模具及使用方法，該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體，其內形成空腔，該空腔分為三段，該空腔具有進、出口；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設有分流錐，分流錐是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中；定徑模段空腔為帶有0°～3°錐度的圓筒狀，且錐度＞0；在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內安裝有冷卻室。可以在定徑模段空腔中設有芯桿。采用半固態漿料推進裝置將鎂、鋁合金的半固態漿料推進模具后逐漸凝固，最終形成不同規格的棒材、型材。與傳統熱擠壓方法相比，該方法具有加工工藝流程短、能耗低、效率高、適用范圍廣等特點。
文檔編號B22D11/14GK101396724SQ20071017524
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月27日 優先權日2007年9月27日
發明者張少明, 張志峰, 駿 徐, 楊必成, 田戰峰, 石力開 申請人:北京有色金屬研究總院