一种镁合金挤压管材及其弯曲成型方法
【专利摘要】本发明提供的一种镁合金挤压管材，按重量%含量为：Al5.0～8.0、Zn0.2～2.0、Mn≥0.15、Cu≤0.05、Fe≤0.005、Ni≤0.005、Si≤0.10，其他杂质之和为0.30，Mg为余量。同时提供一种镁合金挤压管材的弯曲成型方法。本发明的效果是采用该方法灌砂加热成型封闭镁合金挤压管材拉弯或滚弯成型的管材，不仅制造成本低、操作方便简单，而且避免了截面在拉弯或滚弯成型时的凹陷和凸出。将镁合金挤压管管材弯曲90°后截面椭圆度控制在1.0%～2.0%、壁厚减薄率控制在3.0%～10.0%，比不采用型砂填充方法的椭圆度与壁厚减薄率下降了20%～40%，满足工业管道工程管件的技术要求，显示出良好的弯曲性能，保证管材的弯曲质量。
【专利说明】一种镁合金挤压管材及其弯曲成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镁合金挤压管材及其弯曲成型方法。
【背景技术】
[0002]为了达到提高有轨车辆轻量化及高强度化的需求，轻量化构件以管材为结构材，在重量相同而刚性及强度较高的情况下，采取细长比大的截面形状多样复杂的镁合金挤压管材，现所采取的成型方法为液静压挤压成型、弯曲及鼓胀加工的复合成型方法。管材的弯曲成管过程是一个弹塑性变形过程，弯曲成型后除形成具有一定弯曲半径和弯曲角度的圆弧外，管材的局部及整体均会发生一定的非预设变形，这种变形常称为管材弯曲的缺陷，缺陷的大小直接影响管材的弯曲是否满足设计要求。
[0003]目前，镁合金挤压管材主要用于交通车辆结构的骨架镁合金封闭箱型，特别是有轨列车采用的各种复杂的镁合金封闭镁合金挤压管材，主要采用拉弯成型或滚弯成型方法弯曲成型。由于镁合金挤压管材截面封闭，按照常规的拉弯或滚弯成型，在弯曲成型过程中，由于镁合金封闭镁合金挤压管材截面封闭，内部为空，在弯曲成型过程的巨大载荷下，受拉压应力的作用，变形不均匀，截面会产生凹凸缺陷的严重变形，导致弯曲成型后的管材沿纵向表面发生下凹或上凸，以及截面椭圆度的变化，而无法保持原材料的截面形状，满足和构成合格产品。
[0004]因此目前国内还没有对这类管材更好的成型工艺方法。镁合金封闭镁合金挤压管材在国外虽然有一定程度的运用，但目前还没有如何解决封闭镁合金挤压管材弯曲成型问题的相关报道。
【发明内容】
[0005]为解决上述技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种镁合金挤压管材及其弯曲成型方法，能够保持镁合金挤压管材原始横截面积不变形，能够保证其在弯曲成型后截面椭圆度、减薄率成型方法。折弯的时候，受力不均，管材变形，并能有效的进行加热，减少管材弯曲过程中热量损失，保持弯曲温度，保证其弯曲质量。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是提供的一种镁合金挤压管材，按重量 ％含量为:A15.0 ?8.0,Zn0.2 ?2.0,Mn ≤ 0.15,Cu ( 0.05,Fe ( 0.005,Ni ( 0.005、Si ( 0.10，其他杂质之和为0.30，Mg为余量。
[0007]同时提供一种镁合金挤压管材的弯曲成型方法。
[0008]本发明的效果是采用该方法加热成型封闭镁合金挤压管材拉弯或滚弯成型的管材，不仅制造成本低、操作方便简单，而且避免了截面在拉弯或滚弯成型时的凹陷和凸出。对工业管道工程管件的要求，对中、低压管其壁厚减薄率不应超过15%，国际标准规定管壁减薄率小于12.5%。将镁合金挤压管管材弯曲90°后截面椭圆度控制在1.0%?2.0%、壁厚减薄率控制在3.0%?10.0%，比不采用型砂子填充方法的椭圆度与壁厚减薄率下降了20%?40%，解决了弯曲成型中截面变形严重和开裂的问题，显示出良好的弯曲性能，保证其管材弯曲质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为管材弯曲如壁厚变化不意图；
[0010]图2为管材弯曲后壁厚变化不意图；
[0011]图3为管材弯曲前横截面形状的变化示意图；
[0012]图4为管材弯曲后横截面形状的变化示意图。
【具体实施方式】
[0013]结合附图及实施例对本发明的一种镁合金挤压管材及其弯曲成型方法加以说明。
[0014]本发明的一种镁合金挤压管材，按重量％含量为:A15.0-8.0、Zn0.2-2.0、Mn ≥ 0.15、Cu ≤ 0.05、Fe ≤ 0.005、Ni ( 0.005、Si ( 0.10，其他杂质之和为 0.30，Mg 为余量。
[0015]本发明的镁合金挤压管材的弯曲成型方法包括以下步骤:
[0016]I)选取按上述成分制作需要弯曲成型的镁合金挤压管材，对镁合金挤压管材的一开口端进行焊接封口加以封闭；
[0017]2)将己焊接封闭镁合金挤压管材的端面朝下竖立起，保持管材竖直放置，从镁合金挤压管材的上开口端向内灌型砂，并采用边灌型砂边震动的方法压紧型砂层，将型砂灌至离开口端留出20-50mm的不灌型砂余量长度；
[0018]3)在所灌型砂不至流出管材条件下，用事先制好的楔子打入开口端将镁合金挤压管材开口封闭或将开口端进行焊接封口，采用高频加热机局部加热弯曲截面的方法，对管材被弯曲段进行加热，加热温度为150-250°C ；
[0019]4)对弯曲模具进行预热，预热范围为130-200°C，将上述镁合金挤压管材装夹于拉弯机或滚弯机，以弯曲速率为8-20mm/s进行拉弯或滚弯成型，弯曲角度为O-90° ;
[0020]5)校正镁合金挤压管材，切割管材两端头余量，全部倾倒出管材内型砂子，完成镁合金挤压管材成型制造。
[0021]上述步骤3)中弯曲截面为将所述镁合金挤压管材弯曲90°后截面椭圆度控制在
1.0%-2.0%、壁厚减薄率控制在3.0%-10.0%。
[0022]图1、图2为管材弯曲前后壁厚变化示意图；b为管材弯曲钱壁厚大小，b'为管材弯曲变形后最处的壁厚大小。图3、图4为管材弯曲前后横截面形状的变化示意图。f为弯曲钱圆形横截面直径，f i为管材弯曲后椭圆截面长轴长度，f 2为管材弯曲后椭圆截面短轴长度。通常管材弯曲后的壁厚减薄率、横截面椭圆度作为评价管材弯曲成管的质量的指标。
[0023]管材弯曲后的壁厚减薄率=((b_b, ) /b) *100%
[0024]管材弯曲后的横截面椭圆度=((#「# 2) /# ) *100%
[0025]本发明的一个重要而关键的特征是型砂子填充加热。通过型砂粒在外部弯曲载荷压力下，均布扩散内部内应力，解决了弯曲成性过程中引起的截面变形问题开裂的问题，将管材弯曲90°后截面椭圆度控制在1.0%-2.0%、而没有灌型砂加热的镁合金管材壁厚减薄率控制在5%-12%，相比于不采用型砂子填充方法，椭圆度与壁厚减薄率下降了 20%-40%。
[0026]通过实验以lOmm/s速度弯曲，管材在不同弯曲温度下弯曲90°后最大壁厚减薄率分别为:125°C为15%, 1500C为13%，200。。为11%，250。。为13.5%。实验发现弯曲温度过低或者过高，都不利于弯曲成型，因此选用150?250°C的弯曲温度。
[0027]通过实验，在200°C不同弯曲速度下的本专利合金管材通过本灌型砂加热工艺弯曲后，管材弯曲90°后最大减薄率分别是2mm/s为7%、8mm/s为9%、30mm/s为13%。壁厚减薄率2mm/s为1.3%、8mm/s为1.5%、30mm/s为2.2%,考虑到工作效率等方面的因素,选用8?20mm/s弯曲速率。
[0028]对工业管道工程管件的要求，对中、低压管其壁厚减薄率不应超过15%，国际标准规定管壁减薄率小于12.5%。将管材弯曲90°后截面椭圆度控制在1.0%?2.0%、壁厚减薄率控制在3%?10%，相比于不采用本工艺方法，将管材弯曲90°后截面椭圆度为1.2%?3%，壁厚减薄率控制在5%?18%，其椭圆度与壁厚减薄率下降了 20%?40%，显示出良好的弯曲性能，保证管材的弯曲质量。
[0029]实施例一
[0030]镁合金按重量％ 含量为:A16.0、Znl.0、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他杂质之和为0.30，Mg为余量。
[0031]I)弯曲前，应制备一个截面同于镁合金挤压管材内截面，长度约30mm的木楔子，用本发明的方法，取一件需要弯曲成型的挤压管材长度为1000mm，对镁合金挤压管材的一开口端进行严密的焊接封口；
[0032]2)将己焊接封闭的端面朝下竖立起，保持管材竖直，从上开口端向内灌型砂，并不断采用震动的方法惯性压紧型砂层，同时可以采用木榔头边轻敲镁合金挤压管材，边使灌型砂下落压紧型砂粒，灌至型砂面略高于标定型砂面，型砂位不再往下降为止，留出40_不灌型砂余量长度；
[0033]3)在型砂不至流出管材条件下，用事先制好的楔子打入开口端将镁合金挤压管材开口封闭。采用高频加热机局部加热弯曲截面的方法，对管材被弯曲段进行加热，待型砂子和镁合金挤压管材加热到达到200°C后；
[0034]4)对弯曲模具进行预热，预热范围为170°C，将上述镁合金挤压管材装夹于拉弯机，以弯曲速率为8mm/s，进行拉弯或滚弯成型，弯曲角度为90° ;
[0035]5)校正镁合金挤压管材，切割镁合金挤压管材两端头余量50mm，全部倾倒出管材内型砂子，完成长度为900mm镁合金挤压管材成型制造。
[0036]弯曲后，截取弯曲横截面进行测量，截面椭圆度为1.21%、壁厚减薄率为7.15%。不采取本工艺而直接弯曲的镁合金封闭镁合金挤压管材，弯曲横截面椭圆度为1.91%、壁厚减薄率为11.52%，椭圆度与壁厚减薄率下降了 37%，说明弯曲截面变形小，显示出良好的弯曲性能，有效的保证了弯曲质量。
[0037]实施例二
[0038]镁合金按重量％ 含量为:A15.8、Zn0.9、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他杂质之和为0.30，Mg为余量。
[0039]I)弯曲前，应制备一个截面同于镁合金封闭镁合金挤压管材内截面，长度约30mm的木楔子，用本发明的方法，取一件需要弯曲成型的挤压管材长度为1000mm，对镁合金挤压管材的一开口端进行严密的焊接封口；
[0040]2)将己焊接封闭的端面朝下竖立起，保持管材竖直，从上开口端向内灌型砂，并不断采用震动的方法惯性压紧型砂层，同时可以采用木榔头轻敲使灌型砂下落压紧型砂粒，灌至型砂面略高于标定型砂面，型砂位不再往下降为止，留出40_不灌型砂余量长度；
[0041]3).在型砂不至流出管材条件下，用事先制好的楔子打入开口端将镁合金挤压管材开口封闭或将开口端进行焊接封口。采用高频加热机局部加热弯曲截面的方法，对管材被弯曲段进行加热，待型砂子和镁合金挤压管材加热到达到170°C后；
[0042]4).对弯曲模具进行预热，预热范围为150°C，将上述管材装夹于拉弯机，以弯曲速率为20mm/s，进行拉弯或滚弯成型，弯曲角度为90° ;
[0043]5).校正管材，切割管材两端头余量50mm，倾倒出管材内型砂子，完成长度为900mm管材成型制造。
[0044]弯曲后，截取弯曲横截面进行测量，截面椭圆度控制在1.95%、壁厚减薄率控制在8.2%，不采取本工艺而直接弯曲的镁合金封闭镁合金挤压管材，弯曲横截面椭圆度为
2.61%、壁厚减薄率为12.26%，椭圆度与壁厚减薄率下降了 25%，说明弯曲截面变形小，显示出良好的弯曲性能，有效的保证了弯曲质量。
[0045]实施例三
[0046]镁合金按重量％ 含量为:A16.2、Znl.3、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他杂质之和为0.30，Mg为余量。
[0047]I)弯曲前，应制备一个截面同于镁合金封闭镁合金挤压管材内截面，长度约30mm的木楔子，用本发明的方法，取一件需要弯曲成型的挤压管材长度为1000mm，对镁合金挤压管材的一开口端进行严密的焊接封口；
[0048]2)将己焊接封闭的端面朝下竖立起，保持管材竖直，从上开口端向内灌型砂，并不断采用震动的方法惯性压紧型砂层，同时可以采用木榔头轻敲管材使灌型砂下落压紧型砂粒，灌至型砂面略高于标定型砂面，型砂位不再往下降为止，留出40_不灌型砂余量长度；
[0049]3)在型砂不至流出管材条件下，用事先制好的楔子打入开口端将镁合金挤压管材开口封闭或将开口端进行焊接封口。采用高频加热机局部加热弯曲截面的方法，对管材被弯曲段进行加热，待型砂子和镁合金挤压管材加热到达到230°C后；
[0050]4)对弯曲模具进行预热，预热范围为200°C，上述管材装夹于拉弯机，以弯曲速率为5mm/s，进行拉弯或滚弯成型，弯曲角度为90° ;
[0051]5)校正管材,切割管材两端头余量50mm,倾倒出管材内型砂子,完成长度为900mm管材成型制造。
[0052]弯曲后，截取弯曲横截面进行测量，截面椭圆度控制在1.53%、壁厚减薄率控制在9.6%，不采取本工艺而直接弯曲的镁合金封闭镁合金挤压管材，弯曲横截面椭圆度为
2.15%、壁厚减薄率为16.33%，椭圆度与壁厚减薄率下降了 29%，说明弯曲截面变形小，显示出良好的弯曲性能，有效的保证了弯曲质量。
【权利要求】
1.一种镁合金挤压管材，按重量％含量为:A15.0?8.0、Zn0.2?2.0、Mn≤0.15、Cu ≤ 0.05, Fe ≤0.005、Ni ≤ 0.005、Si ≤ 0.10，其他杂质之和为 0.30，Mg 为余量。
2.一种镁合金挤压管材的弯曲成型方法，该方法包括以下步骤: 1)选取按上述成分制作需要弯曲成型的镁合金挤压管材，对镁合金挤压管材的一开口端进行焊接封口加以封闭； 2)将己焊接封闭镁合金挤压管材的端面朝下竖立起，保持管材竖直放置，从镁合金挤压管材的上开口端向内灌型砂，并采用边灌型砂边震动的方法压紧型砂层，将型砂灌至离开口端留出20-50mm的不灌型砂余量长度； 3)在所灌型砂不至流出管材条件下，用事先制好的楔子打入开口端将镁合金挤压管材开口封闭或将开口端进行焊接封口，采用高频加热机局部加热弯曲截面的方法，对管材被弯曲段进行加热，加热温度为150?250°C ； 4)对弯曲模具进行预热，预热范围为130?200°C，将上述镁合金挤压管材装夹于拉弯机或滚弯机，以弯曲速率为8?20mm/s进行拉弯或滚弯成型，弯曲角度为O?90° ; 5)校正镁合金挤压管材，切割管材两端头余量，全部倾倒出管材内型砂子，完成镁合金挤压管材成型制造。
3.根据权利要求1所述的镁合金挤压管材的弯曲成型方法，其特征是:所述步骤3)中弯曲截面为将所述镁合金挤压管材弯曲90°后截面椭圆度控制在1.0%?2.0%、壁厚减薄率控制在3.0%?10.0%。
【文档编号】B21D7/16GK103433341SQ201310360986
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】穆锦辉, 李江海, 崔妍, 吴稀勇, 郭贤才 申请人:天津东义镁制品股份有限公司, 孝义市东义镁业有限公司