一种医用微细管材挤压成型方法与流程

本发明涉及金属材料制备技术领域，一种医用微细管材挤压成型方法，适用于金属微细管挤压成型。

背景技术

挤压成形近年来以其比轧制、锻造等其它压力加工方法有更大的优越性和可靠性得到了飞速发展，挤压成型可以加工轧制法或锻造法加工有困难甚至无法加工的低塑性难变形的金属或合金，挤压成型加工具有很大灵活性，更换挤压模具即可在一台设备上完成各种形状、规格的产品生产，准备好齐全的挤压模具，在更换挤压模具时操作简便易行、费时少、功效高，在产品生产时工艺流程短、生产操作方便，对于多品种、小批量、多规格的合金材料加工生产最为经济适用。

轻金属具有良好的挤压特性，可以通过不同挤压工艺和不同模具结构进行挤压成型，近30年来，轻金属的挤压成型在棒材、管材、线材的生产能力上获得了持续的增长，挤压成型在轻金属加工材中所占的比重也在快速增长，2011年全球轻金属挤压材达1800万t/a左右，占世界轻金属材料总量的40%以上，中国是轻金属挤压大国，2011年我国轻金属管、棒、型、线材年产能达1200万t/a以上，年实现产量达1000万t/a左右，近年来轻金属挤压材还在持续递增，轻合金挤压材用途十分广泛，涉及到生产生活的各个方面，是航空航天、军工兵器、石油化工、商业民用的重要基础材料。

在持续增长的金属挤压成型产量的同时，也存在着一些关键的技术难题，比如在金属微细管材挤压成型时，由于直径小、壁厚薄、支撑强度低，在挤压成型中，会出现偏心、破裂、起皱等现象，导致微细管材不合格或成品率低，为了保证上述金属微细管材挤压成型的产品质量和批量生产，设计开发出一套新型、高效的金属管材挤压成型方法非常必要。

技术实现要素：

本发明提供一种医用微细管材挤压成型方法，该结构包括挤压模套(1)、限位芯杆(2)、挤压杆(3)和套筒顶块(4)组成。其特征在于，挤压模套(1)和限位芯杆(2)分别有多组不同尺寸规格组成，通过选配挤压模套(1)和限位芯杆(2)规格，调整管材输出的直径和壁厚，在套筒顶块(4)的作用力下，推动挤压杆(3)，完成医用微细管材挤压成型。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：通过对限位芯杆(2)定位，预防挤压时由于限位芯杆(2)的移动或晃动影响挤压管材质量，通过最大可能的提高限位芯杆(2)中支撑杆(2-2)的直径，增强限位芯杆(2)的支撑强度，有效减小受力作用后，限位芯杆(2)的移动或晃动，限位芯杆(2)的稳定性是影响微细管材质量的重要因素。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，限位芯杆(2)有限位平台(2-3)、支撑杆(2-2)和芯头(2-1)组成，其中限位平台(2-3)是调整挤压模套(1)和限位芯头(2-1)相对位置的重要基准，可以约束限位芯杆(2)的纵向和横向位移，支撑杆(2-2)是确保管材同轴度的关键组件，较高的支撑强度能够大幅提高挤压的稳定性，芯头(2-1)采用短距离，大圆弧流线型结构，在保证材料流动性的同时，提高管材内孔尺寸、公差及内壁表面质量。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，挤压模套(1)根据微细管材挤压变形过程分为：限位区(1-4)、辅助变形区(1-3)、精密变形区(1-1)、定型区(1-2)和裁剪区(1-5)，限位区(1-4)和限位平台(2-3)配合确定输出管材的结构尺寸，辅助变形区(1-3)中管坯随着挤压力或温度的升高蠕动变形，为下一步变形提供基础和支持，精密变形区(1-1)是整个微细管材挤压中最重要的环节，是由大流线、高光洁度、精密尺寸配合的挤压模套内壁和限位芯杆芯头组成，定型区(1-2)是小角度锥度孔结构，是挤压变形和冷却定性的分界区，可以使塑性变形的管在不影响管材表面质量的前提下进行自然冷却或冷却装置冷却，裁剪区(1-5)时完成挤压定性后根据定尺或其他需要裁切剪断区域。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，限位芯杆(2)之芯头(2-1)由定形面(2-1-1)、变形面(2-1-2)、预变形面(2-1-3)和支撑面(2-1-4)组成，挤压管坯通过支撑面(2-1-4)开始，经预变形面(2-1-3)蠕动变形，经过变形面(2-1-2)后，在定形面(2-1-1)整固并完成微细管材挤压成型。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，能够完成金属微细管材挤压尤其在低温合金应用方面，可以挤压的管材直径范围为：1.2~4mm，管材壁厚范围为0.2~0.6mm。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，挤压坯料为圆柱形筒状结构，挤压模套(1)和限位芯杆(2)分别是由一组不同系列规格组成，使挤压坯料的直径范围为：20mm~100mm，内孔范围为5~10mm，长度范围为30~200mm。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，挤压杆(3)主要是由挤压柱(3-1)、滑动槽(3-2)组成，挤压柱(3-1)与挤压模套(1)内腔孔滑动配合，滑动槽(3-2)与限位芯杆(2)滑动配合。

上述一种医用微细管材挤压成型方法，其特征在于，套筒顶块(4)由连接螺柱(4-1)和适配装置(4-2)组成，本专利实施例选用20t压力机挤压微细管材，为了能和压力机头合适匹配，适配装置设计为套筒状顶块，在不同挤压设备上可以匹配制作不同的连接结构。

附图说明

图1、挤压结构示意图。

图2、挤压模套结构示意图。

图3、限位芯杆芯头结构示意图。

图4、医用微细管挤压变形机理图。

附图标记说明：

1、挤压模套2、限位芯杆3、挤压杆

4、套筒顶块5、微细管材6、腔体

1-1、精密变形区1-2、定型区1-3、辅助变形区

1-4、限位区1-5、裁剪区2-1、芯头

2-2、支撑杆2-3、限位平台2-1-1、定形面

2-1-2、变形面2-1-3、预变形面2-1-4、支撑面

3-1、挤压柱3-2、滑动槽4-1、连接螺柱4-2、适配装置。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示一种医用微细管材挤压成型方法，包括挤压模套(1)、限位芯杆(2)、挤压杆(3)和套筒顶块(4)，首先将挤压模套(1)限位安装于20t挤压设备工作轴套内，然后选择与挤压模套(1)相匹配的挤压杆(3)，再选择与挤压杆(3)相匹配的限位芯杆(2)，将限位芯杆(2)安装在挤压杆(3)上后，通过螺纹连接与套筒顶块(4)装配为一个整体，经套筒顶块(4)一端的套筒固定在挤压设备的压头前部，校正挤压设备的压头与轴套的直线度和同轴度，准确无误后将金属挤压管坯穿入限位芯杆(2)上，调节挤压设备压头的位移，使挤压杆(3)和挤压模套(1)到达适当的位置，最后调节控温装置，设定合适的温度的保温时间，到温后启动挤压机，压缩金属管坯经挤压模套(1)和限位芯杆(2)定性后完成微细管材挤压成型。

本实施例中，结合图2，需要制备φ2×0.2mm轻金属合金微细管，挤压金属微细管材时，所述挤压模套(1)中精密变形区（1-1）直径尺寸为φ2mm，腔体（6）直径为φ40mm，高度为50mm，腔体（6）、辅助变形区（1-3）、精密变形区（1-1）衔接顺滑表面粗糙度小于0.4μm。

结合图1、图3，所述限位芯杆(2)中支撑杆(2-2)直径为φ6mm，支撑杆(2-2)与限位平台（2-3）为一体结构且连接处有2.0×45°倒角，支撑杆(2-2)的另一端有芯头（2-1），芯头中定形面（2-1-1）直径为φ1.6mm，芯头（2-1）与支撑杆(2-2)之间是经过变形面（2-1-2）和预变形面（2-1-3）曲线过渡，限位芯杆(2)整体表面粗糙度小于0.4μm，光滑的表面能够使材料流动更顺畅。

如图1所示，所述挤压杆(3)整体为台阶圆状且中心轴上有φ6mm通孔，挤压柱(3-1)为圆柱形，后端圆柱一侧有凹形滑动槽(3-2)，其中挤压柱（3-1）直径为φ40mm0/-0.02mm，高度为55mm，滑动槽（3-2）宽度δ16mm，高度为50mm，滑动槽与中心通孔有2.0×45°倒角，要求挤压杆(3)整体外表面和中心通孔粗糙度小于0.4μm。本实施例挤压是在现有20t挤压设备上进行，挤压机顶头为φ100mm圆柱，按尺寸制作与挤压机顶头和挤压杆(3)匹配的套筒顶块(4)，通过螺纹和螺钉相互固定连接。

结合图1、图4，需要制备φ2×0.2mm轻金属合金微细管，管坯为圆柱形筒状，外径为φ40mm，内径为φ6mm，高度为40mm，首先将其穿装在限位芯杆(2)上，调节挤压设备顶头移动至挤压杆(3)和挤压模套(1)匹配位置，使管坯处于挤压模套腔体(6)内，调节控温装置设置加热温度至420℃保温时间30min，到温后启动挤压机顶头推动挤压杆(3)使管坯在挤压模套(1)内腔通过挤压区、预变形区、变形区和定型区完成金属微细管材挤压成型，并在裁剪区定尺500mm切断，经放大镜和千分尺检测，微细管材外形尺寸、同轴度和表面状态符合设计要求，能够小批量连续挤压金属微细管材。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。