一种挤镦模具、挤镦加工方法及镁合金中心夹套

摘要

本发明公开了一种挤镦模具、挤镦加工方法及镁合金中心夹套，涉及塑性成形技术领域。该挤镦模具适于大规格、高强塑的棒材工业化生产。在挤压过程中，该模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高强塑的棒材，适用于轨道交通、汽车、运动器械、数控机床等行业。该镁合金中心夹套通过上述的挤镦加工方法加工得到。该镁合金中心夹套具有低密度、优异减振降噪、快切削速度和高切削精度等特性，同时微弧氧化和电泳表面处理可保证其使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及塑性成形技术领域，且特别涉及一种挤镦模具、挤镦加工方法及镁合金中心夹套。

背景技术

细晶材料是一类兼具优异强度与良好塑韧性的高性能材料。人们常通过挤压、轧制和锻压等常规的塑性变形方式制备出较高性能的棒材、型材、板材等。但通过常规的挤压工艺来制备大规格棒材，由于受限于挤压设备规格及高品质铸坯的尺寸，挤压比相对较小，挤压过程中发生的动态再结晶现象不充分，组织中仍存在较多、被拉长的粗大变形晶粒，与部分发生动态再结晶形成的细小等轴晶形成混晶结构，导致棒材强度和塑性仍有限，限制了其应用领域。为此，人们常采用大塑性变形技术进一步细化晶粒，争取获得完全的细小等轴晶组织，从而制备出大规格、高强塑的细晶材料，其中挤镦方法是有效的大塑性变形方法之一。

公开号为CN105033141B名称为“往复挤镦装置及其使用方法和应用”的发明专利申请，公开了一种制备超细晶饼状材料的往复挤镦装置，其中凹模缩颈区采用圆弧过渡，能有效避免常规挤压中流动缓慢而不均匀的挤压死区，应变分布均匀，晶粒分散性小。

公开号为CN101444802B名称为“利用挤镦连续制备颗粒增强铝基复合材料的方法及装置”的发明专利申请，公开了一种挤镦装置，能在单缸压力机上实现在获得大变形条件下制备颗粒增强铝基及颗粒增强铝合金基复合材料的连续制备，从而得到均匀的等轴晶及各向同性的细晶复合材料型材。

虽然上述发明专利公开的挤镦装置均取得发挥镦粗的效果，一定程度上细化晶粒和提高性能，但存在着一些共性问题：1)上述挤镦装置只能配于油压机上进行，制备的材料长度有限，限于实验室使用。2)挤镦前后的试样直径不变。为了获得良好的效果，可能需要多道次的往复挤镦过程，这导致整个操作流程相对复杂，且耗时。3)上述挤镦装备不能与工业化生产的挤压机结合，不适于大规格、高强塑棒材的工业化连续生产。

另外，目前数控机床上加工中心夹套通常采用铜合金，工作中噪音大和振动大，影响加工精度，严重制约该行业产品的更新换代和产业升级。在所有结构材料中，镁合金具有优异的阻尼性能和低密度，采用高阻尼、高强塑镁合金替代上述材料，不仅能减振降噪，提高加工精度，还可显著减轻重量。经查询，国内无镁合金加工中心夹套的相关专利。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种挤镦模具，该挤镦模具适于大规格、高强塑的棒材工业化生产。在挤压过程中，该模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高强塑的棒材，适用于轨道交通、汽车、运动器械、数控机床等行业。

本发明的目的之二在于提供一种挤镦加工方法，该方法挤压得到的挤出棒材具有大规格、高强塑的有益效果。

本发明的目的之三在于提供一种镁合金中心夹套，该夹套通过上述的挤镦加工方法加工得到。该镁合金中心夹套具有低密度、优异减振降噪、快切削速度和高切削精度等特性，同时经微弧氧化和电泳表面处理后大幅度提高耐腐蚀性能。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种挤镦模具，用于配合预制体进行挤镦加工作业以生产挤出棒材，其包括：

外挤压垫、中间挤压垫以及挤出锥模，三者均设置有内腔，当三者依次连接时，三者的内腔依次连通；

外挤压垫的内腔直径应不小于挤出棒材的外径；

中间挤压垫和挤出锥模用于设置预制体，且预制体的形状与中间挤压垫以及挤出锥模的内腔形状相同；

其中，中间挤压垫的左端的内径小于挤出棒材的外径，中间挤压垫的右端的内径逐渐增大至大于挤出棒材的外径；挤出锥模的左端端部内径与中间挤压垫的右端端部内径相同，且挤出锥模的左端的内径逐渐减小至挤出棒材的外径，挤出锥模的右端的内径大于挤出棒材的外径。

本发明还提出一种挤镦加工方法，包括：

将预制体放入上述的挤镦模具的中间挤压垫和挤出锥模的型腔内，并紧贴中间挤压垫和挤出锥模的内壁设置；

将待挤压的铸坯通过挤镦模具进行挤压。

本发明还提供了一种镁合金中心夹套，包括：

将镁合金通过上述的挤镦加工方法加工得到镁合金挤压棒材；

将镁合金挤压棒材经机加工成所需的尺寸规格，再进行微弧氧化和电泳表面复合处理后得到镁合金中心夹套。

本发明实施例的挤镦模具、挤镦模具的加工方法及镁合金中心夹套的有益效果是：

本发明的实施例提供的挤镦模具适于大规格、高强塑的棒材工业化生产。在挤压过程中，该模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高强塑的棒材，适用于轨道交通、汽车、运动器械、数控机床等行业。

本发明的实施例提供的挤镦加工方法，该方法挤压得到的挤出棒材具有大规格、高强塑的有益效果。

本发明的实施例提供的镁合金中心夹套过上述的挤镦加工方法加工得到。挤镦模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高阻尼、高强塑的棒材，再经微弧氧化和电泳表面处理后大幅度提高耐腐蚀性能。本发明公开的镁合金加工中心夹套适用于数控机床等行业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例挤镦模具的结构示意图；

图2为本发明实施例预制体的结构示意图；

图3为本发明实施例挤镦加工方法的流程示意图；

图4为本发明的实施例提供的AZ31B镁合金经挤镦模具制备的棒材的微观组织；

图5为现有技术中的AZ31B镁合金经普通挤压模具制备的棒材的微观组织。

图标：100-挤镦模具；101-预制体；103-外挤压垫；105-中间挤压垫；107-挤出锥模；109-固定件；111-第一定位销；113-第二定位销；115-铸坯。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的挤镦模具100、挤镦模具100的挤镦加工方法及镁合金中心夹套进行具体说明。

请参阅图1与图2，本发明的实施例提供了一种挤镦模具100，用于配合预制体101进行挤镦加工作业以生产挤出棒材，其包括：

外挤压垫103、中间挤压垫105以及挤出锥模107，三者均设置有内腔，当三者依次连接时，三者的内腔依次连通；

外挤压垫103的内腔直径应不小于挤出棒材的外径；

中间挤压垫105和挤出锥模107用于设置预制体101，且预制体101的形状与中间挤压垫105以及挤出锥模107的内腔形状相同；

其中，中间挤压垫105的左端的内径小于挤出棒材的外径，中间挤压垫105的右端的内径逐渐增大至大于挤出棒材的外径；挤出锥模107的左端端部内径与中间挤压垫105的右端端部内径相同，且挤出锥模107的左端的内径逐渐减小至挤出棒材的外径，挤出锥模107的右端的内径大于挤出棒材的外径。

详细地，在本实施例中，该挤镦模具100适于大规格、高强塑的棒材工业化生产。在挤压过程中，该模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体101起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高强塑的棒材，适用于轨道交通、汽车、运动器械、数控机床等行业。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，挤出锥模107的左端呈锥形，且锥形段的倾斜度呈1～10°。通过倾斜度的设置可有效地作用于预制体101，从而可有效地反向挤压铸坯115。当然，在本发明的其他实施例中，倾斜度的选择值还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，挤镦模具100还包括固定件109，固定件109用于固定连接外挤压垫103、中间挤压垫105以及挤出锥模107。固定件109可选择为固定螺栓，固定螺栓可沿棒材挤压的方向延伸设置。通过固定螺栓的设置，使得挤镦模具100的强度和稳定性得到有效地提高，从而保证各项作业的正常进行。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，外挤压垫103、中间挤压垫105以及挤出锥模107内设置有通孔，当三者连接时，三者的通孔相互连通形成定位孔，挤镦模具100还包括用于与定位孔配合的第一定位销111，第一定位销111沿棒材挤压方向延伸设置于外挤压垫103、中间挤压垫105以及挤出锥模107内。通过第一定位销111的设置，使得各空腔的连接更紧密，使得挤压作业的进行更顺畅。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，挤镦模具100还包括第二定位销113，第二定位销113设置于挤出锥模107内，且与第一定位销111垂直。通过第二定位销113的设置，可将挤镦模具100放置于外圈挤压套的合适位置，因为挤镦模具100的外圈要再加个挤压套，接着才整体放置于挤压机上，第二定位销113可用于两者的定位。

请参阅图1至图3，本发明的实施例提供了一种挤镦模具100的挤镦加工方法，包括：

将预制体101放入上述的挤镦模具100的中间挤压垫105和挤出锥模107的型腔内，并紧贴中间挤压垫105和挤出锥模107的内壁设置；

将待挤压的铸坯115通过挤镦模具100进行挤压。

该方法挤压得到的挤出棒材具有大规格、高强塑的有益效果。结合常规的挤压机通过一次挤压即可实现大规格、高强塑棒材的工业化连续生产。适用材料包括纯金属、合金、金属间化合物、复合材料等。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，将待挤压的铸坯115通过挤镦模具100进行挤压的步骤，具体包括：

将挤镦模具100置于均匀化炉内，并在第一预设温度下保温第一预设时间；

将铸坯115和挤压筒在第二预设温度下保温第二预设时间；

将预热后的挤镦模具100放置于挤压机上，且将铸坯115放入挤压筒内，开始挤压。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一预设温度为380～450℃，第二预设温度为350～430℃，第一预设时间和第二预设时间均为1～2h。当然，在本发明的其他实施例中，具体的参数选择，还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。

请参阅图1至图5，本发明的实施例还提供了一种镁合金中心夹套，包括：

将镁合金通过上述的挤镦模具100的挤镦加工方法加工得到镁合金挤压棒材；

将镁合金挤压棒材经机加工成所需的尺寸规格，再进行微弧氧化和电泳表面复合处理后得到镁合金中心夹套。

详细地，该镁合金中心夹套过上述的挤镦加工方法加工得到。挤镦模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体101起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高阻尼、高强塑的棒材，再经微弧氧化和电泳表面处理后大幅度提高耐腐蚀性能。本发明公开的镁合金加工中心夹套适用于数控机床等行业。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，镁合金包括AZ31B镁合金或ZK60镁合金。当然，在本发明的其他实施例中，镁合金还可以为其它新型变形镁合金，本发明的实施例不做限定。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种镁合金棒材的挤镦加工方法，该方法采用的材料为半连续铸造制备的直径100mm的AZ31B镁合金铸坯115。经分析，该铸坯115截面成分无偏析，微观组织一致。

详细地，该方法包括以下步骤：

首先，机加工一个AZ31B镁合金材质的预制体101，斜度为3°，前端直径为15mm，后端直径为35mm。接着，将预制体101紧密置于中间挤压垫105和挤出锥模107内腔中，连同外挤压垫103组合成一套完整的挤镦模具100。然后，将整套模具100和铸坯115放置于均匀化炉内，分别在400℃和360℃保温2h，保证模具100和铸坯115热透；同时挤压机的挤压筒升温至400℃。随后，将预热好的整套模具100装入挤压机上，铸坯115放入挤压筒内，进行挤压试验，挤压速度为0.3mm/s。最后，经本发明的挤镦模具100制备出直径为35mm、表面质量良好的棒材。

经本发明的挤镦模具100制备的棒材发生了完全的动态再结晶，微观组织为完全的细小等轴晶，平均晶粒尺寸仅1.7μm，室温抗拉强度和伸长率分别为282MPa和26.0％，特别是伸长率较对比例1(常规挤压的棒材)伸长率提高93％。

对比例1

本对比例采用的材料仍为半连续铸造制备的直径100mm的AZ31B镁合金铸坯115。经分析，该铸坯115截面成分无偏析，微观组织一致。

作为对比例，采用的常规挤压模具规格为从铸坯115直径100mm直接挤压出直径35mm的棒材，同时不需放置预制体101。首先，将模具和铸坯115放置于均匀化炉内，分别在400℃和360℃保温2h，保证模具和铸坯115热透；同时挤压机的挤压筒升温至400℃。接着，将预热好的模具装入挤压机上，铸坯115放入挤压筒内，进行挤压试验，挤压速度为0.3mm/s。最后，经常规挤压模具同样制备出直径为35mm、表面质量良好的棒材。

经常规挤压模具制备的棒材未发生完全的动态再结晶，微观组织由发生动态再结晶形成的细小等轴晶和被拉长的粗大变形晶粒组成，平均晶粒尺寸为7.9μm，室温抗拉强度和伸长率分别为278MPa和13.5％。

从上述实施例1和对比例1结果对比可得出，经本发明的挤镦模具制备的棒材具有完全的细小等轴晶组织、高强塑等特征。

实施例2

本实施例提供了一种镁合金中心夹套的加工方法，其中，本实施例采用的材料为半连续铸造制备的直径100mm的AZ31B镁合金铸坯115。经分析，该铸坯115截面成分无偏析，微观组织一致。

详细地，该方法包括以下步骤：

首先，机加工一个AZ31B镁合金材质的预制体101，斜度为3°，前端直径为15mm，后端直径为35mm。接着，将预制体101紧密置于中间挤压垫105和挤出锥模107内腔中，连同外挤压垫103组合成一套完整的挤镦模具100。然后，将整套模具100和铸坯115放置于均匀化炉内，分别在400℃和360℃保温2h，保证模具和铸坯115热透；同时挤压机的挤压筒升温至400℃。随后，将预热好的整套模具100装入挤压机上，铸坯115放入挤压筒内，进行挤压试验，挤压速度为0.3mm/s。最后，经本发明的挤镦模具100制备出直径为35mm、表面质量良好的棒材。经本发明的挤镦模具100制备的棒材发生了完全的动态再结晶，微观组织为完全的细小等轴晶，室温抗拉强度和伸长率分别为282MPa和26.0％。

接着，将镁合金挤压棒材机加工成与市场上购买的铜合金加工中心夹套某相同规格的加工中心夹套；然后微弧氧化和电泳表面复合处理后，形成商用的镁合金加工中心夹套。

用本发明制备的镁合金加工中心夹套和市场上购买的铜合金加工中心夹套在相同其它测试条件下加工20根铝合金试棒。经检测，用镁合金加工中心夹套加工的试棒平均表面粗糙度为0.38μm，而铜合金加工中心夹套加工的试棒平均表面粗糙度为0.94μm。

综上所述，本发明的实施例提供的挤镦模具100适于大规格、高强塑的棒材工业化生产。在挤压过程中，该模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体101起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高强塑的棒材，适用于轨道交通、汽车、运动器械、数控机床等行业。

本发明的实施例提供的挤镦模具100的挤镦加工方法，该方法挤压得到的挤出棒材具有大规格、高强塑的有益效果。

本发明的实施例提供的镁合金中心夹套过上述的挤镦加工方法加工得到。挤镦模具起到常规挤压和镦粗的两个细化晶粒过程。前者通过模具内腔内径的变小来实现，后者是通过预先放置的预制体101起到的反向挤压力作用下试样直径由小变为所需尺寸的镦粗过程实现。通过该挤镦模具可制备出大规格、高阻尼、高强塑的棒材，再经微弧氧化和电泳表面处理后大幅度提高耐腐蚀性能。本发明公开的镁合金加工中心夹套适用于数控机床等行业。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。