镁合金材料的挤压成形模具系统及少无残料挤压成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金材料的挤压成形模具系统及成形方法，特别涉及一种镁合金材料的挤压成形模具系统及少无残料挤压成形方法。
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【背景技术】
[0003]镁合金是比模量最高、比强度仅次之于钛合金的金属结构材料，并具有阻尼减震性能好、电磁屏蔽性能和切削加工性能优良等特点，被誉为“21世纪可绿色回收、不污染环境的清洁结构材料”，尤其是实现构件或零件的轻量化，具有不可替代的优势。随着高新武器装备、交通工具、电子产品等向轻量化、高性能、舒适性的发展，镁合金在航空航天、武器装备、汽车、电子等领域的使用量越来越大。在这些工业领域中使用的结构件要求“好用、管用、耐用”，目的追求更高的附加值，从而对镁合金材料成本控制较严，并对强度、塑性提出了更高的要求。
[0004]在镁合金成分设计中，通常考虑用相变强化、固溶强化及第二相强化方法提高其强度指标，但是合金元素在镁中固溶度低，并且在凝固温度以下没有相变发生，因此限制了镁合金强度的显著提高；镁属于密排六方晶体结构，在室温时只有一组基面滑移系可以开动，因而塑性较差，塑性加工性能不好，其应用范围受到了一定程度的限制，致使镁合金达不到铝合金应用的普及水平。
[0005]目前世界各国在这一领域的科技工作者都致力于改善或提高镁合金强度与塑性，同时降低其制造成本。根据经典的Hall-Petch理论可知，只有使镁合金晶粒细化到10 μ m以下时，才有可能大幅提高镁合金的塑性和强度，这样的镁合金材料才有利于后续的冷成形、等温成形，才能够塑性成形出不同规格、形状的高性能构件，拓宽镁合金的应用范围。据现有文献资料研宄表明，深度塑性变形(如等通道挤压、扭转塑性变形等)有利于晶粒细化，提高材料的力学性能，但材料的利用率偏低，成本较高，镁合金材料的大规模应用受到限制。
[0006]
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是:在提高镁合金材料的强度和塑性性能指标的同时，如何提高材料的利用率和降低其制造成本，而提供一种镁合金材料挤压模具系统。本发明还提供所述镁合金材料的少无残料挤压成形方法，以提高镁合金材料的利用率和降低其制造成本。
[0008]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种镁合金材料的挤压成形模具系统，包括坯料预成形模具和挤压成形模具；所述坯料预成形模具包括第一凸模及第一凹模，所述第一凸模下端面的圆弧R值为120_?150_;挤压成形模具，包括第二凸模、可更换的第一上凹模和第二上凹模，所述第二凸模的下端面的圆弧R值为120mm?150mm，所述第一上凹模的成形角α为90 °?150°，所述第二上凹模的成形角β为90°?150°，其中，所述成形角β小于或等于成形角a 0
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是:提供一种镁合金材料的少无残料挤压成形方法，针对不同的镁合金材料特性，采用上述镁合金材料的挤压成形模具系统进行，在特定变形温度、模具温度和挤压速率的范围内，按照变形温度从高到低，模具温度从高到低，挤压速率由大到小，且挤压模具的成形角α和β为90°?150°，β小于或等于成形角α ;具体步骤包括:
1)采用权利要求1所述坯料预成形模具，在将润滑剂涂抹到镁合金铸坯与坯料预成形模具的预挤压套筒的内表面之后，进行镁合金铸坯的预挤压成形；
其中，镁合金的挤压变形温度为tl为145°C?425°C，坯料预成形模具的温度Tl为145°C?425 0C，挤压速率Vl为5cm?20cm/min，所述坯料预成形模具的温度Tl与所述镁合金的变形温度tl相匹配，实现还料的上端部形成圆弧R值为120cm?150mm的弧面，以减少后续挤压过程中的缩尾，提高挤压坯料组织均匀性；
2)将步骤I)制备好的坯料放入所述挤压成形模具的第一上凹模中，在将润滑剂涂抹到镁合金铸坯与第一上凹模的内表面之后，进行第一次挤压成形；
其中，镁合金的挤压变形温度为t2为145 °C?425 °C，挤压成形模具的温度T2为145°C?425 °C，挤压速率V2为5cm?10cm/min ;在第一凹模的成形角α为90。?150°中进行第一次挤压成形，所述挤压模具的温度Τ2与所述镁合金的变形温度t2相匹配；
3)将步骤2)挤压的镁合金坯料，沿挤压轴同向转动180°，在第二上凹模的成形角β为90°?150°的挤压成形模具中第二次挤压成形；
其中，镁合金的挤压变形温度t3为145 °C?425 °C，挤压模具的温度T3为145 °C?4250C，挤压速率V3为5cm?8cm/min的条件下进行第二次挤压变形，即可进行少无残料的挤压成形，获得所需规格、性能的镁合金材料，所述第二上凹模的成形角β的角度小于或等于第一上凹模的成形角α的角度。
[0010]作为优化，所述步骤I)中，所述镁合金的的挤压变形温度tl为350±5°C，坯料预成形模具的温度Tl为350±5°C，挤压速率Vl为15cm?20cm/min。
[0011]作为优化，所述步骤2)中，所述镁合金的挤压变形温度t2为250±5°C，挤压模具的温度T2为250±5°C，挤压速率V2为5cm?lOcm/min，挤压模具的成形角α为150°。
[0012]作为优化，所述步骤3)中，所述镁合金的挤压变形温度t2为200±5°C，挤压模具温度T3为200±5°C，挤压速率V3为5cm?8cm/min，挤压模具的成形角β为90°
作为优化，所述镁合金为AZ91D镁合金、ΑΖ80镁合金、AZ61D镁合金、AZ31D镁合金，或ΖΚ、AM系列镁合金。
[0013]作为优化，所述润滑剂选用按照质量百分含量为(5?25)%的纳米石墨和余量的汽缸油的混合物作为润滑剂，以涂抹到铸坯与挤压套筒表面进行挤压。
[0014]相比现有技术，本发明具有如下有益效果:
1、镁合金材料的挤压模具结构简单，构思巧妙；通过将挤压模具系统的坯料预成形模具第一凸模下端面的圆弧R值设计为120mm?150mm，挤压成形模具第一上凹模的成形角α和第二上凹模的成形角β为90°?150°，克服了常规挤压变形后镁合金材料料头、料尾去除量大，同时克服镁合金坯料料尾收缩带来的组织不均、性能一致性差等缺点，以及挤压凹模寿命短的技术难题，其所制得的镁合金材料的收得率大于90%以上，实现少无残料挤压成形。将第一上凹模和第二上凹模设计为可更换的方式，节约了原材料，降低了制造模具的成本。
[0015]2、镁合金强度与塑性具有较好的匹配性:采用本发明所制得的镁合金材料兼具高强度、高塑性的特征，其所制得的镁合金材料的室温抗拉强度多400MPa，屈服强度彡320MPa，断后伸长率彡10%。并且，镁合金屈服强度不下降，克服了常规挤压变形后镁合金材料室温抗拉强度提高，但屈服比下降的缺点，屈曲强度比彡80%。
[0016]综上，本发明通过结合研宄镁合金常规挤压变形过程中变形温度等因素对镁合金晶粒大小和力学性能的影响，从而得出:变形温度越低，细化效果越明显，变形后镁合金的强度越高，塑性越好。这一研宄成果，通过降低挤压过程中变形温度、挤压速率，提高了镁合金的抗拉强度、屈曲强度比等性能指标。
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【附图说明】
图1本发明坯料预成形模具一实施例示意图。
[0018]图2是本发明挤压成形模具一实施例的结构示意图。
[0019]图3是图2中第二上凹模的结构示意图。
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【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0022]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