一种高性能镁合金薄壁管的挤压拉伸成形模具的制作方法

本发明涉及金属塑性加工工艺及成形技术领域，特别涉及高性能稀土镁合金薄壁管的成形与强韧化，具体涉及一种用于镁合金材料挤压拉伸成形模具。

背景技术：

随着经济技术的快速发展，人们生活水平的不断提高，各类疾病也就接踵而至。心血管疾病一直是威胁人类健康的重要疾病之一，血管支架介入治疗因其创伤小、费用低，已成为治疗冠心病的主要手段，并且已逐渐扩展到外周血管疾病和非血管腔内疾病的治疗。但是，传统的支架材料如钛镍合金、不锈钢、钴基合金等不可生物降解，在体内长期存留，导致约有的患者术后出现血管再狭窄。镁合金作为血管支架材料因具有生物可降解性受到了越来越多的关注，但镁合金塑性差，冷加工成形困难，而传统的热挤压方式加工出的管材不能满足支架管材的要求。

国内外对于镁合金薄壁管的研究有了一定的发展，清华大学才用反挤压加上多道次冷拉拔的工艺，成形出了外径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较低。波兰的研究人员才用挤压加无模拉拔的成形工艺，成形出外径3.0mm，壁厚0.5mm的微细管，无模拉拔的截面收速率可达60％。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高性能镁合金薄壁管的挤压拉伸成形模具，该模具通过更换凹模，实现反挤压和多道次等温拉伸，制造出壁厚0.3mm的微细管，达到提升镁合金管的综合性能的高性能镁合金薄壁管的挤压拉伸成形。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：

本发明提供了一种高性能镁合金薄壁管的挤压拉伸成形模具，它包含上模座、凸模、紧固螺母、定位圈、下模座、挤压凹模和拉伸圈，上模座底部通过紧固螺母同轴垂直安装有凸模，上模座下方同轴设置有下模座，下模座上设置定位圈孔，定位圈搭设在定位圈孔内，定位圈孔下方横向设置有一“u”形孔，该“u”形孔内容置有挤压凹模或数个垂直叠放的拉伸圈，且挤压凹模、定位圈和拉伸圈均与凸模位于同一轴线上。

所述的凸模为“t”形回转体，在上模座上开设更换凸模所用的滑槽，在凸模上沿着纵轴线垂直开一个通孔，凸模表面有一个与通孔直径相同的孔。

所述的挤压凹模内有圆柱形型腔，型腔拔模斜度为1°，在挤压凹模的底端有个台阶。

所述的拉伸圈配合都是靠每个拉伸圈底部的台阶跟下一个拉伸圈顶部的凹槽完成的；每个拉伸圈进料部分采用喇叭口形状，出料部分同样为喇叭口形状。

所述的上模座为带有“口”形槽的圆柱形上模座，上模座下端外壁设置有螺纹，上模座表面均匀分布着锥形孔。

所述的下模座的整体外形是由“t”形回转得到，在下模座的上半部分设置横向的“u”形孔，“u”形孔底面开设与挤压凹模和拉伸圈的台阶相匹配的凹槽，在下模座一侧水平开设一圆孔，下模座的下半部分开设出长方形通孔。

所述的定位圈与下模座相配合，做成“t”形回转体，搭在下模座的定位圈孔内。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

本发明与传统的冷拉拔管材成形相比，提高了断面变形率，同时定位装置可以更好的保持壁厚的均匀，热变形提高了材料的利用率，晶粒得到了大幅度的细化，同时采用可替换凹模装置，可以大大简便了工作流程，不需要取出制件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明的挤压拉伸成形的制件图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明安装挤压凹模的模具组装示意图；

图4为本发明安装拉伸圈的模具组装示意图；

图5为本发明中凸模的结构示意图；

图6为本发明中挤压凹模的结构示意图；

图7为本发明中拉伸圈的结构示意图；

图8为本发明中上模座的结构示意图；

图9为本发明中下模座的结构示意图；

图10图9的左视图；

附图标记：

1-上模座；2-凸模；3-紧固螺母；4-定位圈；5-下模座；6-挤压凹模；7-拉伸圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-图10，以坯料为ф10mmx10mm的棒状为例，成形出内径为6mm，壁厚为0.3mm的镁合金薄壁管为例，说明模具的运动与实验的步骤。

本实施例的模具装配如图3、图4所示，包括上模座1、凸模2、紧固螺母3、定位圈4、下模座5、挤压凹模6和拉伸圈7；上模座1底部通过紧固螺母3同轴垂直安装有凸模2，上模座1下方同轴设置有下模座5，下模座5上设置定位圈孔51，定位圈4搭设在定位圈孔51内，定位圈孔51下方横向设置有一“u”形孔52，该“u”形孔52内容置有挤压凹模6或数个垂直叠放的拉伸圈7，且挤压凹模6、定位圈4和拉伸圈7均与凸模2位于同一轴线上；

如图5所示，所述的凸模2为“t”形回转体，在进行凸模2更换时较为方便，在上模座1上开设更换凸模2所用的滑槽11，在更换凸模2时只需将上模座1上用于紧固凸模2的紧固螺母3拧下，推出旧凸模，将新的凸模放入即可；如图5所示，在凸模2上沿着纵轴线垂直开一个通孔21，是为了防止挤压拉伸后的制件抱在凸模2上形成真空，难以取下而设计；同时为了方便排气，凸模2表面有一个与通孔直径相同的孔22；凸模2上没有设计工作带23的目的是尽可能的将反挤压的制件留在凸模2上，在不用取出制件的前提下进行以后的拉伸过程，简单方便。

如图6所示，所述的挤压凹模6是普通圆柱形挤压凹模，内有圆柱形型腔61，型腔61拔模斜度为1°，在挤压凹模6的底端有个台阶62，其目的是使挤压凹模6与下模座5进行配合，保持壁厚均匀。

如图7、图4所示，所述的拉伸圈7的作用是为了保持壁厚变形量，拉伸圈7可以是一个或多个拉伸圈71、72、73叠放来完成实验目标，但每次在下模座5放入一个拉伸圈太过费时费力，因此设计为“垒积木”式拉伸过程，可以进行两个或者三个一组放入下模座5的“u”形孔52内，进行拉伸实验，同时还可以进行排列组合，找到最好的变形过程，然后在每一道次进行取样观察其微观组织性能。其中拉伸圈71、72、73的配合都是靠每个拉伸圈底部的台阶70跟下一个拉伸圈72顶部的凹槽701完成的；拉伸圈71、72、73的进料部分791、792、793采用喇叭口形状，定径带d1、d2、d3尺寸逐渐减小的成形，出料部分781、782、783同样为喇叭口形状，然后拉伸件从拉伸圈71进入下个拉伸圈72，再从拉伸圈72进入下个拉伸圈73，同样与反挤压过程相同。

如图8所示，所述的上模座1为带有“口”形槽的圆柱形上模座，上模座1下端外壁设置有螺纹12，设计成螺纹紧固凸模的方式，由于成形的挤压力相对较小，对模具的承受能力要求不是太高，且装卸方便；同时上模座表面还均匀分布着锥形孔(图未视示)，用来将上模座1固定在挤压机上。

如图9所示，所述的下模座5实现了挤压凹模的可替换性。下模座5的整体外形是由“t”形回转得到，在下模座5的上半部分设置横向的“u”形孔52，“u”形孔52底面开设与挤压凹模6和拉伸圈7的台阶相匹配的凹槽，53来实现壁厚的均匀。同时为了方便更换挤压凹模6，在下模座5一侧水平开设一圆孔54，更换时只需用小圆棒将挤压凹模6推出即可。由于拉伸时料与模具运动方向相同，所以下模座5的下半部分开设出长方形通孔55，方便观察成形与取出薄壁管。

如图3、图4所示，所述的定位圈4与下模座5相配合，由于薄壁管最关键的是控制壁厚，定位圈4的设计可达到的目的：(1)可以控制壁厚；(2)当凸模2通过定位圈4时，可以保护凸模2，防止因为凸模2过长引起的失稳。与此同时，当更换挤压凹模6时，凸模2需要回程，因此定位圈4不可以是过盈配合，而是做成“t”形回转体，搭在下模座5的定位圈孔51内，当凸模2回程时可以将定位圈4带起。

如图1-4所示，模具装配完成后，第一步进行的是反挤压过程，实验进行的是等温挤压工艺，即实验过程在加热炉内进行，在万能实验机上实验。实验前将坯料10放入模具内，随模具一同加热，以实验温度350℃为例，直径为6mm的凸模2穿过定位圈4进入到挤压凹模6内进行反挤压工艺，反挤压杯形件101留底厚3mm，得到壁厚为2mm的制件。

凸模2回程带走杯形件101，推出挤压凹模6，放入拉伸圈7，经过6次拉伸，每个拉伸圈7的定径带尺寸为ф9mm，ф8.4mm，ф7.8mm，ф7.2mm，ф6.8mm，ф6.6mm，实验时可以将多个拉伸圈7叠加使用，最终得到壁厚为0.3mm的带底镁合金挤压管102。

脱模采用温差脱模法，即，将加热炉的温度提高60℃，由于镁合金的热敏感性，升温速度要快于凸模2，再根据热胀冷缩原理，带底的镁合金挤压管102即可以取下。

将底103切除得到镁合金薄壁管(图未视出)。

本实施例的具体操作步骤为：

(1)棒状下料，尺寸为ф10mmx10mm；

(2)均匀化热处理；

(3)设计正交试验，本实验的可变参数为：下压速度，模具温度，润滑剂的选择，因为是等温实验，所以模具的温度与坯料是相同的，设计200℃、250℃、300℃、350℃、400℃几个温度参数；下压速度选择0.1mm/s、0.5mm/s、1mm/s；润滑剂选择油机石墨、滑石粉，进行实验，将准备好坯料10放入模具的挤压凹模6内，将模具放入到万能材料实验机的加热箱内加热到350℃，恒温挤压出带底杯形件101；

(4)推出挤压凹模6，杯形件101随着凸模2的回程，粘连在凸模2上，此时放入拉伸圈7，对挤压出来的杯形件101进行壁厚的减薄；

(5)可以堆叠两个或三个拉伸圈进行拉伸，每个拉伸出来的试样均可取样进行硬度或拉伸性能实验；

(6)经过6次拉伸，得到带底的镁合金挤压管102，进行切底103处理，得到目标管材，不带底的镁合金薄壁管，完成一个工作循环，进行显微组织观察，得到力学性能。

本发明的一种高性能镁合金薄壁管的挤压拉伸成形与传统的薄壁管正挤压加冷拉拔成形相比较，具有以下有益效果：

(1)传统的正挤压制坯较麻烦，需要将坯料开孔，而且由于正挤压的限制，实验需要在卧式挤压机进行，或者需要自行设计挤压机，如清华大学方刚等的设计。而本发明制坯简单，操作简便，可以适应较多环境，可在万能材料实验机上进行实验。

(2)晶粒更加细化。本发明的实验经过了多次挤压拉伸，晶粒得到明显细化，可获得高致密的结构。传统的正挤压步骤较少，不能达到多道次挤压的效果。

(3)定位准确。本发明采取了多种定位方式，保证壁厚的均匀。而传统正挤压的定位方式比较单一，容易造成壁厚的不均匀甚至断裂。

(4)成形效果好。本发明均在高温下进行，镁合金在高温下的变形性能要比常温搞得多，因此变形较为均匀、细致，成形效果较好；传统的正挤压成形，一般要得到薄壁管需要进行多道次冷拉拔，低温下镁合金的变形性差，易出现拉断的现象，同时低温下材料的延伸率较低。

(5)可替换凹模。传统的方法步骤繁琐，而本发明采用的可替换凹模的方法大大的缩短了实验的流程。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。