一种铝镁合金旋转挤压成形专用模具的制作方法

所属领域

本发明涉及铝镁合金大塑性变形领域，特别涉及一种铝镁合金旋转挤压成形专用模具。

背景技术：

挤压是塑性成形中较为推崇的一种精密成形方法。传统挤压是指用冲头对凹模模腔中的坯料加压，使材料发生体积转移，从而获得与模具型腔对应的制件的一种压力加工方法。挤压时，坯料处于三向压应力状态下，在这样的状态下，材料可以充分发挥其塑性，对于塑性不太好不易加工的坯料，挤压成形也能达到较好的成形效果。但是对于低塑性的材料而言，即使经过挤压成形，最终成形工件的力学性能较低，甚至由于局部变形不均，导致难以达到技术要求。挤压时产生不均匀变形的主要原因如下：(1)变形金属与模具之间存在着摩擦力；(2)各部分金属流动阻力不一致；(3)变形金属的组织结构不均匀；(4)模具工作部分的形状与尺寸不合理。这些因素导致挤压后的金属存在强烈的各向异性，极大地制约了挤压成形工艺的发展。

现有采用旋转挤压的方法。旋转挤压成形技术，是一种在传统挤压的基础上施加扭矩的新型挤压方法。在成形过程中对凸模或凹模施加转动，通过改变变形体内部应力应变状态，产生较大剪切应变量，可细化晶粒，形成具有大角晶界的细晶结构，保证挤压成形构件的组织均匀，降低成形构件性能异向性。这种加载方式可以让变形体一方面形成轴向压缩，另一方面扭矩会导致切向剪切应变形产生。旋转挤压是一种复合加载变形工艺，通过对变形体施加复合强剪应力场，有效控制并且使得接触摩擦向有益方向转化，从而达到大幅度改变材料内部应力状态，改善传统压力加工工艺的目的。

技术实现要素：

本发明提供一种铝镁合金旋转挤压成形专用模具，该模具显著降低轴向挤压力，使成形件变形更加均匀，提高了成形工件的力学性能。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种铝镁合金旋转挤压成形专用模具，包括凸模、凹模，凸模工作带的端部设置一个梯形截面凹槽，凸模的内部做成中空，中空的截面积相等，凹模的模腔周壁设有至少两个对称的轴向凹槽，凹模的夹持部位内部也做成空腔，空腔中放置凹模电加热器。

所述的凹模的空腔中放置凹模电加热器。

所述的凹模的模腔底部放置坯料部位做成镶块形式，镶块中部设有内孔，用于焊接热电偶丝，然后连同镶块一同放入凹模模腔底部。

所述的凹模的模腔周壁设有6个对称的轴向凹槽。

所述凸模的中空中放置凸模电加热器。

本发明通过凸模工作带的端部设置一个梯形截面凹槽，在挤压成形过程中利用梯形截面凹槽内的金属形成对整体金属的扭矩，凹模的模腔周壁设有对称的轴向凹槽，利用在挤压过程中流入轴向凹槽的金属坯料与凹模达到同步旋转，同时对凸模、凹槽进行加热，以使挤压件加热趋于均匀，另外本发明通过凹模的旋转，还有轴向凹槽一定程度上对轴向凹槽的金属坯料的导流，显著降低了对坯料的轴向加载力，可减小成形载荷及设备吨位，从而实现“小设备干大活”的目的。

附图说明

图1是本发明的凸模剖视图；

图2是图1中a向视图；

图3是图1中b向视图；

图4是图3中c向视图；

图5是本发明的凹模剖视图；

图6是本发明的凹模的镶块剖视图；

图7是图5中d向视图；

图8是图5中e向视图；

图9是本发明旋转挤压成形铝镁合金杯形件的方法示意图一；

图10是本发明旋转挤压成形铝镁合金杯形件的方法示意图二；

图11是本发明旋转挤压成形铝镁合金杯形件的方法示意图三；

图12是本发明旋转挤压成形铝镁合金杯形件的方法示意图四；

图13是本发明旋转挤压成形铝镁合金杯形件的方法示意图五；

图14是本发明的铝镁合金杯形件剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1～图8、图9所示，一种铝镁合金旋转挤压成形专用模具1，包括凸模2、凹模3，凸模工作带21的端部22设置一个梯形截面凹槽23，以方便在成形过程中利用该梯形截面凹槽23内的金属形成对整体金属的扭矩；为保证坯料的加热效率及凸模的使用寿命，凸模2的内部做成中空24，中空的截面积相等，凹模模腔30的周壁31设有6个对称的轴向凹槽32，在凸模2正向挤压的同时，利用在挤压过程中流入轴向凹槽32的金属使坯料与凹模3达到同步旋转，为保证坯料的加热均匀性，凹模的夹持部位34内部也做成空腔33。另外，为了保证热电偶丝焊接的方便以及防止其在变形过程中脱落，凹模3的模腔底部35放置坯料部位做成镶块36形式，镶块36中部设有内孔37，用于焊接热电偶丝(图未示出)，然后连同镶块36一同放入凹模3的模腔底部35，方便操作。

本发明铝镁合金旋转挤压成形专用模具显著降低轴向挤压力，使成形件变形更加均匀，可应用在gleeble3500(热模拟试验机)扭转单元上实现旋转挤压成形工艺，为旋转工艺参数的物理模拟奠定基础，。在扭转试验中，gleeble3500试样一端的周向运动被约束，另一端则由伺服控制下的液压装置驱动旋转，扭转试样标距全长内温度梯度沿轴向的分布不均，会明显加重非均匀应变的程度，经测温元件传感，系统对扭转试样实施载荷与温度的动态程序控制。因此，通过对铝镁合金旋转挤压成形专用模具结构尺寸的合理设计以及温度分布的得力控制以使内部的试样加热趋于均匀，实现了对试样高效率均匀加热的，实现扭转试验的成形参数的动态测试。

本发明如果凸模2的中空24中放置凸模电加热器(图未示出)，凹模3的空腔33中放置凹模电加热器(图未示出)，也可以用于普通的挤压机上使用。

如图9～图14、图3、图4、图7所示，使用本发明的铝镁合金旋转挤压成形专用模具1成形铝镁合金杯形件的方法是：

(1)、下料，取一段柱形坯料4；

(2)、旋转挤压，将柱形坯料4放入凹模模腔30中，将凸模2伸入凹模模腔30中进行正向挤压和加热，同时凹模3进行旋转和加热，以达到边旋转，边挤压的效果，在凸模2挤压过程中，利用梯形截面凹槽23内的柱形坯料4形成整体性的扭矩，通过凹模3的旋转大幅降低轴向挤压力，促进坯料的均匀流动，提高成形均匀性，大幅降低成形件轴向和周向性能差异，改善成形性能；并且大大减小摩擦力，提高材料利用率，利用在挤压过程中流入轴向凹槽32的金属坯料与凹模3达到同步旋转，边旋转边挤压的大塑性变形过程，有助于提高成形工件力学性能；

(3)、脱模，旋转挤压完成后，从凹模模腔30中取出轻质合金杯件5。

与传统正挤压相比，本发明的旋转挤压成形方法具有如下特点：(1)凹模施加扭转作用后，底角部材料也能发生变形流动，“死区”范围显著地缩小甚至消除，材料利用率得到提高；(2)对凹模施加扭矩后，挤压成形中的受力状态发生改变，强烈的剪切变形对微观组织的改善将有着重要的影响；(3)挤出金属除了沿加载的轴向流动外，还有沿着周向产生扭转变形的趋势，在很大程度上提高了金属的塑性变形程度；(4)在同等挤压设备情况下，可以进行不规则截面的加工制造，在相同结构条件下，可减小成形载荷及设备吨位，从而实现“小设备干大活”的目的。本发明正是利用转模挤压的这些特点，利用切向剪切变形的产生，降低法向压力，改善组织的密度，加剧塑性变形，改善材料组织形态，从而使挤压件变形更加均匀，另一方面显著降低轴向挤压力，使成形件变形更加均匀，大大提高了成形工件的力学性能。提高了材料利用率，在锻压行业推广经济效益显著。