一种半固态镁合金梯度挤压组合模具的制作方法

本发明涉及镁合金加工技术领域，具体涉及一种半固态镁合金梯度挤压组合模具。

背景技术：

镁合金具有轻量化、高比强度、散热及吸震性佳、精密成形性好、可回收等诸多优点，是航空航天、轨道交通、汽车、便携式军工及民用产品金属结构用材的理想选择。但受镁及镁合金塑性差、易开裂、散热快、延展性低、塑性加工能力差，阻碍了镁合金的进一步开发和应用。挤压加工作为镁合金型材生产的重要工艺，以其产品致密、性能强等优点，以广泛应用于镁合金生产。

目前镁合金型材，大多数采用大塑性变形技术达到细化晶粒、调控织构的目的。大塑性变形技术包括等通道挤压、连续挤压、变通道挤压、双向挤压、非对称挤压法、正挤压方法、等径角挤压、连续半固态挤压成形等工艺方法。其中，传统挤压成形工艺存在产品各向异性明显、基面织构难控制，力学性能差、工艺复杂的缺陷；而新型挤压成形工艺具有强塑性变形、剪切力大、晶粒细化、组织性能好等优点，但工艺生产不连续，效率低，成本高等缺陷。

如何在镁合金管材塑性成形过程中，进行晶粒细化和织构调控，从而改善织构分布，弱化各向异性，提高产品的塑性成形能力，提高镁合金管材的力学性能和后续成形性能及精度，成为新型挤压成形工艺的技术关键。因此，急需开发一种可控性强，制备均匀优良、稳定可靠、产品性能良好的新型加工成形技术，提高镁合金管材综合性能。

技术实现要素：

本发明的目的是一种半固态镁合金梯度挤压组合模具，可有效地解决现有挤压生产镁合金焊管承载能力差、各向异性突出、规格受限，以及常规轧制生产工艺流程长、灵活性差产能低、生产成本高等存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种半固态镁合金梯度挤压组合模具，其结构包括：支撑板、分流室、控温室、凸模、凹模、芯棒、螺旋通水口、支座、底座、分流桥、型芯、分流孔、焊合室、芯孔；其中，支撑板左侧与铸轧机机架通过螺栓连接固定，右侧螺栓连接控温室，其内部过盈配合连接分流室、凸模和凹模，支撑板螺栓连接分流室，分流室右侧与凸模、凹模间隙配合连接，控温室的右端螺栓连接支座，支座与凹模螺栓链接，芯棒的左端固定在凸模上，其轴心与凹模的轴心重合；即型芯与芯孔过盈配合，芯棒外侧与凸模和凹模内侧形成等间距的分流区d1，不同间距的剪切区d2，等间距的挤压腔定径区d3；从左到右第一段是内径逐渐缩小形成的分流区，第二段是上下不对称的剪切区，第三段是上下对称的定径区；溶液通过分流桥分流进入分流孔，然后进入焊合室，最后通过芯孔流出，凸模和凹模的周围分布着后进螺旋式冷却液，从而控制溶液固相率。

具体操作过程中：镁合金溶液通过90°包角进入挤压模具，半固态溶液通过分流室导入凸模内的分流区d1，溶液在分流区分流，使金属流动均匀，经分流区d1溶液流到上下不对称的剪切区d2，由于d2上下表面存在错位截面，使溶液的上下表面产生合理的差速流动，进而产生涡旋形成剪切区；经剪切区d2溶液进入上下截面相同的环形带定径区d3精整；因此，镁合金坯料依次经过分流区d1、剪切区d2、定径区d3形成表面质量高、组织均匀的管坯。

本发明优点及积极效果是：改善织构分布，弱化各向异性，提高产品塑性成形能力，节约能源；具有产能高、质量好、灵活性强和稳定生产的优点及积极效果。

附图说明

图1为半固态镁合金梯度挤压组合模具示意图；

图2为凸模示意图；

图3为凸模的a向剖视图；

图4为凹模示意图；

图5为凹模b向剖视图；

图6为凸凹模配合示意图；

图7为凸凹模配合c向剖视图；

图8为作用带示意图；

图9为图8局部放大图；

图中：1、支撑板；2、分流室；3、控温室；4、凸模；5、凹模；6、芯棒；7、螺旋通水口；8、支座；9、底座；10、分流桥；11、型芯；12、分流孔；13、焊合室；14、芯孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行说明，如图1所示，本发明所提供的半固态镁合金梯度挤压组合模具，其支撑板1左侧与机架连接固定，右侧螺栓连接控温室3，其内部连接分流室2、凸模4和凹模5，支撑板1螺栓连接分流室2，分流室2右侧与凸模4、凹模5配合连接，控温室3的右端连接支座8，支座8与凹模5配合链接，芯棒6的左端固定在凸模4上，其轴心与凹模3的轴心重合；如图2-7所示，芯棒6外侧与凸模4和凹模5内侧形成等间距的分流区d1，不同间距的剪切区d2，等间距的挤压腔定径区d3，如图2-7所示；从左到右第一段是内径逐渐缩小形成的分流区，第二段是上下不对称的剪切区，第三段是上下对称的定径区；凸模4和凹模5的周围分布着后进螺旋式冷却液，从而控制溶液固相率；镁合金溶液通过90°包角进入挤压模具，半固态溶液通过分流室2导入凸模4内的分流区d1，溶液在分流区分流缓和，使金属流动均匀，经分流区d1溶液流到上下不对称的剪切区d2，由于d2上下表面存在错位截面，使溶液的上下表面产生合理的差速流动，进而产生涡旋形成剪切区；经剪切区d2溶液进入上下截面相同的环形带定径区d3精整。

如图8、9所示，剪切区d2的内壁为梯度波纹型带，d是挤压厚度，是挤压筒直径,是挤压后管材直径，是挤压后管材壁厚；挤压比；r是弧形带；d1是横向梯度带；d2是湍流带；d3是缓流带；d4是分流区长度；d是梯度量，d=d1-d4；d1~d4由挤压厚度d决定，r随着d的变化而变化，挤压宽展比。因此，镁合金坯料依次经过分流区d1、剪切区d2、定径区d3形成表面质量高、组织均匀的管坯。