一種棒材擠壓模具制造技術

一種棒材擠壓模具，將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模依次自下而上組合稱為整體。在所述分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模內有軸向的金屬流通通道，并且分別位于分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模上的金屬流通通道之間相互貫通；通過連接螺栓將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模固連。所述分流螺旋模、輔助螺旋模上的金屬流通通道為螺旋形，所述矯直模上的金屬流通通道為直通道。產品各部分合金最終的變形情況具有近似性，最終形成均勻細小的等軸晶粒，AZ31鎂合金在分流螺旋擠壓熱擠壓變形過程中發生了動態再結晶，顯著地細化了晶粒，經過直徑為24mm的通道1/4螺距行程，平均晶粒減小到約3-5μm，且晶粒大小均勻。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

—種棒材擠壓模具
本專利技術涉及熱加工領域，具體是一種棒材擠壓模具。
技術介紹
金屬鎂及鎂合金是當前工程上應用最輕的金屬結構材料之一，具有導熱性好、電磁屏蔽效果好、機械加工性能好、比強度和比剛度高、阻尼和減震性好、零件尺寸穩定等許多優點，而且鎂資源豐富并且又易于回收利用，非常有利于環境保護和可持續性發展，鎂資源又是21世紀重點發展對象，因此在航空、航天、計算機、電子、通訊、汽車和家電行業等相關領域都非常具有吸引力，被譽為“21世紀綠色金屬結構材料”。盡管這樣，由于受材料的制備、加工技術的落后等因素的制約，鎂合金的發展潛力與實際應用現狀之間存在具大的差距，特別與鎂資源的儲量等因素形成鮮明對比，當前鎂合金尤其是變形鎂合金的應用量仍遠遠落后于鋼鐵和鋁合金。近代船舶、交通、軍事工業、航空、航天和高技術產業的迅速發展，對具有高性能、輕量化和其他優異綜合性能的先進材料的需求量不斷增加，促使我們致力于新型高性能鎂合金及先進制備技術的研究開發以提高傳統鎂合金系(如Mg-Re系、 Mg-Al-Zn系、Mg-Zn-Zr系等)的綜合性能,從而滿足結構材料的使用要求。鎂合金輕質棒材是用在航空航天等需要減輕重量的高精尖科技產品中，尤其應用在強度要求不是很高的部件中，如一些螺栓的坯料。其發展潛力與實際應用之間存在巨大的差距，因此迫切需要開發新的加工工藝制造輕質棒材。嚴重塑性變形(severe plastic deformation, SPD)能夠細化晶粒,改善鎂合金性能。SF1D主要包括等通道轉角擠壓(equal channel angular extrusion, ECAE)、高壓扭轉變形(high pressure torsion,HPT)和多向鍛造(multiple forging,MPF)等。ECAE 成為目前研究的熱點，但是ECAE具有單道次變形量小等缺點，比如將晶粒為30 μ m的鎂合金細化到10 μ m以下需要4飛道次ECAE擠壓(轉角擠壓)。因此研究開發新的擠壓工藝非常重要。本專利技術將提出新型的分流螺旋擠壓，如附圖1，即將分流模具的直通道改造為螺旋通道，合金經分流孔進入螺旋通道在進入直通道。在此工藝下，由于存在擠壓和扭轉對金屬的同時作用使得單道次的變形量更大，單道次的分流螺旋擠壓擠壓作用就可獲得細小晶粒尺寸的材料，從而可有效克服ECAE需要多道次擠壓的不足。在公開號CN1357420的專利技術專利‘等通道轉角旋轉擠壓裝置’中，敘述了一種通過類似螺釘上的螺紋的螺旋槽的旋轉推進和傳統等通道轉角擠壓結合的機械裝置，坯料在安裝在止推軸承上的圓柱棒與其摩擦力和推動力的共同作用下在通過轉角通道之前發生扭轉。其原理是定位銷卡在螺旋槽內，當帶有螺旋槽的桿轉動時，就會使桿上下移動。該方法的主要特點是并非使用擠壓機進行液壓推動擠壓，而是通過旋轉動力裝置使得擠壓桿在螺旋槽和定位銷的配合下運動，每次生產一件短棒，短棒需要經過多道次加工成為細晶棒材。其缺點在于僅僅通過創新裝置改變了擠壓的動力源，但并未從實質上改變金屬的流動規律，與傳統的等通道轉角擠壓沒有本質上的區別。在公開號CN1695885A的專利技術專利‘鎂合金擠壓棒材的制造方法’中，敘述了一種CN 202741461 U書明說2/5頁用來擠壓鎂合金棒材的方法，其特點在于通過將鑄造的鎂合金棒材加熱后直接擠壓，這種方法的優點是模具結構簡單。這種方法的缺點是僅僅通過一定擠壓比的擠壓后合金的晶粒細化程度不夠，由于直接擠壓的棒材各處變形不均，導致棒材的各處材質不均，晶粒尺寸不均勻，實現的是每次擠壓生產I件產品。在公開號CN101773946A的專利技術專利‘鎂合金方形等通道旋形型腔的擠壓模具及擠壓方法’中，敘述了一種用來擠壓鎂合金方形截面棒材的方法，其特點與等通道轉角擠壓相似，通過將方形鎂合金棒材在模腔內與模具一起加熱，然后以2-4mm/s的速度將棒材從模具另一端擠出。這種方法的優點是一定程度的改善了合金組織，細化了晶粒，也使得棒材橫截面各處變形均勻。這種方法的缺點是僅僅通過該模具將坯料變形，變形的過程類似于對棒材進行扭擰擠壓，棒材擠壓前后截面尺寸形狀不變，僅僅適用于方形截面的棒料，也只用于每次I件棒料的生產。傳統方法加工的鎂合金棒晶粒粗大或者不均勻，或者需要較多道次的加工才能細化合金晶粒，機械性能和塑性差。有鑒于此，本專利技術提供一種螺旋分流擠壓制備高性能鎂合金輕質棒材的模具。本專利技術要解決的技術問題是提供一種使合金在通過分流模口后沿著等直徑螺旋型通道內流動，最后進入矯直通道擠出棒材的擠壓模具，使金屬在連續的扭轉和剪切同時作用下獲得均勻細晶的鎂合金棒材的生產。該方法通過在工藝步驟中控制精確的參數，使得在即便較小擠壓比下的擠壓過程亦能實現鎂合金的晶粒細化，從而提 高合金的各項性能。
技術實現思路
為克服現有技術中存在的晶粒粗大、性能不高、每模單件生產的鎂合金輕質棒材生產問題，本專利技術提出了一種棒材擠壓模具。本專利技術包括分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模；所述分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模均為等徑圓柱體，將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模依次自下而上組合稱為整體；在所述分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模內有軸向的金屬流通通道，并且分別位于分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模上的金屬流通通道之間相互貫通；通過連接螺栓將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模固連。分流螺旋模的下端面中心上有4個對稱分布的同徑直孔，形成了金屬流通通道； 所述的金屬流通通道的中心線均與分流螺旋模的中心線平行；在所述各金屬流通通道的下端分別與螺旋形金屬流通通道連通；各螺旋形金屬流通通道貫通至分流螺旋模的上端面， 所述螺旋形金屬流通通道的長度為1/8螺距；輔助螺旋模的下端面中心上有4個對稱分布的同徑貫通孔，為金屬流通通道，并且所述的各金屬流通通道的位置與分流螺旋模上金屬流通通道的位置對應；所述各金屬流通通道的一端分別與分流螺旋模上的螺旋形金屬流通通道連通，另一端與矯直模上的金屬流通通道連通；所述位于輔助螺旋模上的金屬流通通道亦為螺旋形，該螺旋形金屬流通通道的長度為1/8螺距。矯直模下端面中心上對稱有4個對稱分布的同徑直通孔，為金屬流通通道，并且所述的各金屬流通通道的位置與輔助螺旋模上螺旋形金屬流通通道的位置對應，所述矯直模上各金屬流通通道的一端分別與輔助螺旋模上的金屬流通通道連通。4使用時，在裝配后的模具內孔刷石墨水，并在出口附近涂抹動物油脂或機油，將坯料加熱至420°C保溫12小時完成均勻化處理以達到坯料內部組織均勻后冷卻至380°C保溫 I小時以上，起到變形坯料材質均勻的前提。模具和擠壓筒的工作溫度為350°C。將處理完成的AZ31鎂合金裝入擠壓筒，擠壓桿初始擠壓速度設為4mm/s，待合金分流進入螺旋通道之后將擠壓速度調高至5mm/s，待擠出棒材長度約50mm后將擠壓速度調高至6mm/s保持勻速完成整根坯料的擠壓。圖5和圖6給出了分流螺旋擠壓分流孔內的合金晶粒細化模型和過程。本專利技術中， 當坯料剛進入分流孔時，大部分晶粒為原始鑄態晶粒，晶粒十分粗大，在扭轉和剪切應力的同時作用下，晶粒開始發生破碎和少量的動態再結晶，由于有限的應變，此時微觀組織不均勻，新的晶粒主要在剪切帶內和晶界處形成，所以導致原始組織的晶界上分布著細小晶粒。 隨著金屬流在分流孔內連續的、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種棒材擠壓模具，其特征在于，包括分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模；所述分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模均為等徑圓柱體，將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模依次自下而上組合稱為整體；在所述分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模內有軸向的金屬流通通道，并且分別位于分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模上的金屬流通通道之間相互貫通；通過連接螺栓將分流螺旋模、輔助螺旋模和矯直模固連；分流螺旋模的下端面中心上有4個對稱分布的同徑直孔，形成了金屬流通通道；所述的金屬流通通道的中心線均與分流螺旋模的中心線平行；在所述各金屬流通通道的下端分別與螺旋形金屬流通通道連通；各螺旋形金屬流通通道貫通至分流螺旋模的上端面，所述螺旋形金屬流通通道的長度為1/8螺距；輔助螺旋模的下端面中心上有4個對稱分布的同徑貫通孔，為金屬流通通道，并且所述的各金屬流通通道的位置與分流螺旋模上金屬流通通道的位置對應；所述各金屬流通通道的一端分別與分流螺旋模上的螺旋形金屬流通通道連通，另一端與矯直模上的金屬流通通道連通；所述位于輔助螺旋模上的金屬流通通道亦為螺旋形，該螺旋形金屬流通通道的長度為1/8螺距；矯直模下端面中心上對稱有4個對稱分布的同徑直通孔，為金屬流通通道，并且所述的各金屬流通通道的位置與輔助螺旋模上螺旋形金屬流通通道的位置對應，所述矯直模上各金屬流通通道的一端分別與輔助螺旋模上的金屬流通通道連通。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊合，石磊，郭良剛，董可可，潘霞，陳建華，胡琳琳，陳孝慶，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：實用新型
國別省市：