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_3

文档序号:8307977阅读:来源:国知局
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系统第一上凹模22a中,在将润滑剂涂抹到镁合金铸坯与第一上凹模22a的内表面之后,进行第一次挤压成形;
其中,挤压镁合金的挤压变形变形温度t2为145°C?425°C,挤压模具的温度T2为145°C?425°C,挤压速率为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,所述镁合金的变形温度t2小于或者等于tl、挤压速率V2小于或者等于V1、挤压模具的温度T2小于或者等于坯料预成形模具的温度Tl,所述初步挤压模具的温度T2与所述镁合金的变形温度t2相匹配。
[0035]在本步骤中,当所述挤压速率Vl为5cm/min时,所述挤压速率V2则与Vl相等,即挤压速率Vl和V2的下限均不低于5cm/min ;当所述挤压速率Vl不为下限时,所述挤压速率V2可以与Vl相等,作为优选,在此情况下,挤压速率V2小于VI。例如:在对镁合金铸坯预挤压成形中,若挤压速率Vl为15cm/min,那么,在对镁合金铸坯的初步挤压成形中,挤压速率V2则可为5cm?15 cm/min范围内任何一个点值。同样的,变形温度t2和tl的关系与上述V2和Vl的关系相同,T2与Tl的关系与上述V2和Vl的关系相同,此处便不再进行--赘述。
[0036]3)将步骤2)挤压的镁合金坯料,沿挤压轴同向转动90°,在第二上凹模22b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?425°C,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;挤压速率V3小于或者等于V2、镁合金的变形温度t3小于或者等于t2、挤压模具的温度T3小于或者等于初步挤压模具的温度T2,所述挤压模具的温度T3与所述镁合金的变形温度t3相匹配,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,优选的,所述第二上凹模的成形角β小于第一上凹模的成形角α的角度。
[0037]本步骤中,t3和t2的关系与t2和tl的关系相同,V3和V2的关系与V2和Vl的关系相同,T3和T2的关系与T2和Tl的关系相同,此处不--赘述。
[0038]将步骤2)的镁合金坯料沿挤压轴同向转动180°是指:将镁合金坯料的顶面和底面互换,我们将步骤2)中的顶端称为第一端,底端称为第二端,那么,在步骤3)中,即使第一端朝下,使第二端朝上。采用该方法,使得镁合金坯料的两端均能够得到变形,使得变形更均匀,镁合金的合格率更高。
[0039]本实施例中,例如采用镁合金材料牌号为AZ91,材料半连续工艺制备的光棒,预挤压成形凸模圆弧R为150mm;将半连续铸态AZ91镁合金光棒锯切成尺寸为Φ 120 X 200mm的坯料,其平均晶粒尺寸为80 μ m,镁合金铸坯的力学性能分别为:室温抗拉强度为260MPa、屈服强度为200MPa、延伸率15% ;
其中,润滑剂选用质量百分含量为5%?25%的纳米石墨和余量的汽缸油的混合物,将其涂抹到AZ91镁合金铸坯与挤压模具的挤压套筒表面,进行挤压变形。涂沫润滑剂的目的在于降低镁合金与预挤压变形套筒接触面的摩擦力,减缓了镁合金铸坯的边部和芯部的流动均匀性、防止模具表面拉伤,降低了设备的成形力。
[0040]具体实施过程式中,其工艺条件为:
①将镁合金铸坯加热至温度为350±5°C,坯料预成形模具加热至温度为350±5°C,于挤压速率为15cm?20cm/min的条件下进行挤压变形;
②将预挤压镁合金坯料加热至温度为250±5°C,挤压成形模具加热至温度为250±5°C,挤压模具的第一上凹模22a的成形角α为150°,于挤压速率为5cm?1cm/min的条件下进行挤压变形;
③在上述②挤压的镁合金坯料,沿挤压轴同向转动180°,放入挤压模具的成形角β为90°,于挤压速率为5cm?8cm/min的条件下进行挤压变形,其中,镁合金还料温度为200 ±5 °C,挤压成形模具温度为200 ±5 °C°。
[0041]实验测试得知,经过上述3道次挤压变形后,该镁合金材料的抗拉强度彡400MPa,屈服强度彡350MPa,伸长率彡11%,材料利用率彡95%。
[0042]本发明中的预挤压模具,在预挤压过程中,使镁合金铸坯的上端面向上呈弧形凸起,如此,使得预挤压变形后的镁合金坯料不会成一凹涡状,增加了预挤压变形后的镁合金坯料的成品率。
[0043]综上,可看出挤压模具与所述初步挤压模具的区别仅在于成形角β与成形角α的取值不同。使镁合金材料在成形角β中的挤压模具进行再次挤压的目的在于:经过两次挤压,使得镁合金的变形程序增大,在挤压模具中,由于成形角β的角度小于成形角α的角度,它的成形角越小,使得镁合金铸坯的变形越剧烈,由第二上凹模22b向下凹模方向的流动越慢,进一步使得成形后的镁合金材料的晶料度更细化。
[0044]本发明中,除选用AZ91D镁合金外,还可以适于AZ80镁合金、AZ61D镁合金或AZ31D镁合金,当然,对于其他的镁合金,例如其他ZK、AM系列镁合金等亦可适应。
[0045]本发明实施例,通过三个模具使镁合金经过预挤压变形、第一次挤压成形、第二次挤压成形三个步骤,在两个模具中,它们的凸模的下端表面均呈向上拱起的弧形,使得每一个过程中,镁合金铸坯不会呈中部向下的凹涡状,使得最终成形后的镁合金材料成品率高。
[0046]本发明方法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。
[0047]实施例2:本实施例的镁合金材料的少无残料挤压成形方法包括:
(1)采用如图1所示的预挤压模具,镁合金材料牌号为AZ91,材料半连续工艺制备的光棒,预挤压成形的第一凸模圆弧R为150mm ;
(2)将半连续铸态AZ91镁合金光棒锯切成尺寸为Φ120X 200mm的坯料,其平均晶粒尺寸为80 μ m,镁合金铸坯的力学性能分别为:室温抗拉强度为260MPa、屈服强度为200MPa、延伸率15% ;
(3)选用质量百分含量为15%的纳米石墨和余量的汽缸油的混合物作为润滑剂,将其涂抹到AZ91镁合金铸坯与挤压模具的挤压套筒表面,进行挤压变形:
①将镁合金铸坯加热至温度为350±5°C,将如图1所示的预挤压模具加热至温度为350 ±5°C,于挤压速率为15cm?20cm/min的条件下进行预挤压变形; ②将预挤压镁合金坯料加热至温度为250±5°C,将如图2所示的初步挤压模具加热至温度为250±5°C,初步挤压模具的成形角α为150°,于挤压速率为5cm?lOcm/min的条件下进行挤压变形;
③在上述②挤压的镁合金坯料,沿挤压轴同向转动90°旋转,放入如图3所示的挤压模具的成形角β为90°,于挤压速率为5cm?8cm/min的条件下进行挤压成形。
[0048]本实施例中,经过实验测试得知,经过上述3道次挤压变形后,该镁合金材料的抗拉强度彡400 MPa,屈服强度彡350MPa,伸长率彡11%,材料利用率彡95%。
[0049]实施例3:本实施例的镁合金材料牌号为AZ80,材料为半连续工艺制备的光棒,三个模具的凸模的下端表面的圆弧R为120mm ;
(1)将半连续的镁合金坯料切成尺寸为Φ100X200mm的坯料;
(2)选用质量百分含量为15%的纳米石墨和余量的汽缸油的混合物作为润滑剂,将其涂抹到AZ80镁合金铸坯与挤压模具的挤压套筒表面:
(3)将镁合金加热至温度为420±5°C,将如图1所示的预挤压模具加热至温度为420±5°C,于挤压速率为20cm/min的条件下进行预挤压变形;
(4)将镁合金加热至温度为370±5°C,将如图2所示的初步挤压模具加热至370 ±5°C
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