輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置及方法

2023-12-04 07:00:01 4

專利名稱：輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種輕合金半固態坯料製備裝置及其製備方法。
背景技術：
目前，鋁合金、鎂合金等輕合金半固態觸變成形技術主要工業應用是觸變壓鑄、觸變鍛造和觸變擠壓。發展在通用液壓機上進行半固態觸變鍛造和觸變擠壓是近些年來重要的發展方向。因為在通用液壓機上進行半固態觸變鍛造和觸變擠壓設備投入少，技術成本低，而且成形零件質量高。而束縛在通用液壓機設備上進行鎂合金半固態觸變成形的主要瓶頸問題就是半固態坯料的製備。機械、電磁攪拌法均需要專用製漿和冷卻設備，成本高。 等溫處理法很難獲得合格的半固態坯料。相對而言，應變誘導-熔化激活(Strain Induced Melt Activation，簡稱SIMA)法有一定應用前景，該方法是將坯料在凹模腔內進行鐓粗或正擠壓，使坯料產生一定的塑性變形，即產生應變誘導；然後將經過應變誘導的坯料加熱到半固態溫度(液-固相溫區)保溫，實現熔化激活，從而獲得半固態坯料的方法；但對於鋁合金、鎂合金而言，採用鐓粗和正擠壓工藝，往往對坯料產生較大的形狀改變。鐓粗會使變形表面處面積增大，而且由於摩擦影響會產生鼓形。坯料應用時必須採用機械加工進行毛坯準備，加工量往往較大。如果採用正擠壓，由於存在擠壓比的原因會使鋁合金截面形狀改變很大，設備噸位高，成本高。

發明內容
本發明的目的是為了解決現有輕合金半固態成形方法是將坯料在凹模腔內進行鐓粗或正擠壓，塑性變形誘導使坯料產生應變誘導，將經過應變誘導的坯料加熱到半固態溫度保溫，實現熔化激活，鐓粗會使變形表面處面積增大，坯料產生鼓形，坯料應用時必須採用機械加工進行毛坯準備，導致加工量較大，正擠壓會使鋁合金截面形狀改變很大的問題，提供一種輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置及方法。本發明的裝置包括凹模、凹模套、下模板、凹模壓板、凸模、凸模固定套、凸模墊板、 上模板、底板和兩個墊塊，凹模由兩個對稱設置的半錐臺體構成，凹模的內部由上至下設有第一通道、第二通道和第三通道，第一通道與第三通道平行且上下錯開設置，第二通道位於第一通道和第三通道之間，且第二通道垂直第一通道設置，第二通道的一端與第一通道的下端連通，第二通道的另一端與第三通道的上端連通，第一通道、第二通道和第三通道的截面形狀、截面大小相同，凹模裝在凹模套中，凹模壓板設置在凹模和凹模套的上端面上，凹模壓板的端面上設有與第一通道正對的衝孔，凹模套固定在下模板的上端面上，下模板的端面上設有與第三通道正對的落料孔，兩個墊塊以第一通道的豎向中心線對稱設置在下模板的下面，下模板通過兩個墊塊固定在底板上，凸模設置在凹模壓板的上方，且凸模的下端位於與其對應的第一通道中，凸模的上端裝在凸模固定套中，凸模固定套通過凸模墊板固定在上模板上。本發明方法是通過以下步驟實現的步驟一、製作坯料將輕合金鑄錠機械加工成N個坯料；步驟二、加熱坯料和模具利用電爐將N個坯料加熱至250°C 300°C，利用電阻絲加熱裝置將凹模加熱至250°C 300°C ；步驟三、往復擠壓出料將N個坯料中的任意一個坯料定義為第一個坯料，將N-I個坯料中的任意一個坯料定義為第二個坯料，將N-2個坯料中的任意一個坯料定義為第三個坯料，將N-3個坯料中的任意一個坯料定義為第四個坯料，將N-4個坯料中的任意一個坯料定義為第五個坯料，將N-5個坯料中的任意一個坯料定義為第六個坯料，將第一個坯料放入凹模中的第一通道內，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料進行第一次往復擠壓，將第二個坯料放入第一個坯料上面，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行第一次往復擠壓，同時在第二個坯料的推動下第一個坯料向第三通道下方運動，將第三個坯料放入第二個坯料上面，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第三個坯料進行第一次往復擠壓，在第三個坯料的推動下第二個坯料向第三通道下方運動，在第三個坯料和第二個坯料的共同推動下將第一個坯料從第三通道中擠出，第一個坯料通過落料孔後被取出，將取出的第一個坯料再次放入凹模中的第一通道內，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料進行的第二次往復擠壓，將第二個坯料從第三通道中擠出，第二個坯料通過落料孔後被取出，將取出的第二個坯料再次放入凹模中的第一通道內，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行的第二次往復擠壓，同時將第三個坯料從第三通道中擠出，第一個坯料、第二個坯料和第三個坯料依此循環完成二至四次往復擠壓後，再將第四個坯料放入第三個坯料上面，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第四個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第一個坯料擠出，將第五個坯料放入第四個坯料上面，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第五個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第二個坯料擠出，將第六個坯料放入第五個坯料上面，凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對第六個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第三個坯料擠出，以此類推，每三個坯料為一組，每組分別依次完成二至四次往復擠壓，最後，將石墨坯料放入第N個坯料上面， 凸模在液態擠壓活動橫梁的推動下對石墨坯料進行往復擠壓，第N個坯料被擠出，石墨坯料留在凹模中，開模後將石墨坯料取出；步驟四、半固態成型將擠出的N個坯料置入電爐裡加熱保溫使其球晶化，其加熱溫度為530°C 575°C，保溫時間為15min 30min，取出成形坯料，即為輕合金半固態坯料。本發明具有以下有益效果一、本發明根據既不改變坯料截面尺寸又使坯料獲得大的塑性變形誘導的要求，提出了等通道往復擠壓技術。鑄態輕合金坯料(圓柱體或正方體)經過等通道往復擠壓模具進行坯料擠壓變形，坯料在兩個交替相反的直角拐彎處發生強烈的剪切變形。由於是採用熱擠壓變形，伴隨著大塑性變形產生的同時也將發生強烈的動態再結晶，最終獲得是鑄態輕合金坯料的微觀組織細化，降低了晶粒尺寸，輕合金半固態坯料晶粒尺寸小於100 μ m，使得輕合金半固態坯料微觀組織均勻，從而提高了輕合金半固態坯料的力學性能。經本發明裝置及其方法製備的輕合金半固態坯料不產生鼓形，毛坯準備前無須機械加工，由此降低了加工量，經往復擠壓成型的輕合金半固態坯料不會使合金截面形狀改變。二、本發明的裝置具有結構簡單、可操作性強的特點。


圖1是本發明裝置的整體結構主剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1說明本實施方式，本實施方式包括凹模1、凹模套2、下模板3、凹模壓板4、凸模5、凸模固定套6、凸模墊板7、上模板8、底板9和兩個墊塊10，凹模1由兩個對稱設置的半錐臺體構成，凹模1的內部由上至下設有第一通道1-1、第二通道 1-2和第三通道1-3，第一通道1-1與第三通道1-3平行且上下錯開設置，第二通道1-2位於第一通道1-1和第三通道1-3之間，且第二通道1-2垂直第一通道1-1設置，第二通道1-2 的一端與第一通道1-1的下端連通，第二通道1-2的另一端與第三通道1-3的上端連通，第一通道1-1、第二通道1-2和第三通道1-3的截面形狀、截面大小相同，凹模1裝在凹模套 2中，凹模壓板4設置在凹模1和凹模套2的上端面上，凹模壓板4的端面上設有與第一通道1-1正對的衝孔4-1，通過連接元件將凹模壓板4與凹模套2固定連接，凹模套2固定在下模板3的上端面上，下模板3的端面上設有與第三通道1-3正對的落料孔3-1，兩個墊塊 10以第一通道1-1的豎向中心線對稱設置在下模板3的下面，下模板3通過兩個墊塊10固定在底板9上，凸模5設置在凹模壓板4的上方，且凸模5的下端位於與其對應的第一通道 1-1中，凸模5的上端裝在凸模固定套6中，凸模固定套6通過凸模墊板7固定在上模板8 上，上模板8固定在液壓機的活動橫梁下端面上，底板9固定在液壓機下橫梁上端面上。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式的第一通道1-1、第二通道1-2和第三通道1-3的截面形狀為圓形或正方形。其它組成及連接關係與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現的 步驟一、製作坯料將輕合金鑄錠機械加工成N個坯料；步驟二、加熱坯料和模具利用電爐將N個坯料加熱至250°C 300°C，利用電阻絲加熱裝置將凹模1加熱至250°C 300°C;步驟三、往復擠壓出料將N個坯料中的任意一個坯料定義為第一個坯料11，將N-I個坯料中的任意一個坯料定義為第二個坯料，將N-2個坯料中的任意一個坯料定義為第三個坯料， 將N-3個坯料中的任意一個坯料定義為第四個坯料，將N-4個坯料中的任意一個坯料定義為第五個坯料，將N-5個坯料中的任意一個坯料定義為第六個坯料，將第一個坯料11放入凹模1中的第一通道1-1內，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料11進行第一次往復擠壓，將第二個坯料放入第一個坯料11上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行第一次往復擠壓，同時在第二個坯料的推動下第一個坯料向第三通道1-3下方運動，將第三個坯料放入第二個坯料上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第三個坯料進行第一次往復擠壓，在第三個坯料的推動下第二個坯料向第三通道1-3下方運動，在第三個坯料和第二個坯料的共同推動下將第一個坯料11從第三通道1-3中擠出，第一個坯料11通過落料孔3-1後被取出，將取出的第一個坯料11再次放入凹模1中的第一通道1-1內，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料11進行的第二次往復擠壓，將第二個坯料從第三通道1-3中擠出，第二個坯料通過落料孔3-1後被取出，將取出的第二個坯料再次放入凹模1中的第一通道1-1內，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行的第二次往復擠壓，同時將第三個坯料從第三通道1-3中擠出，第一個坯料11、第二個坯料和第三個坯料依此循環完成二至四次往復擠壓後，再將第四個坯料放入第三個坯料上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第四個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第一個坯料11擠出，將第五個坯料放入第四個坯料上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第五個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第二個坯料擠出，將第六個坯料放入第五個坯料上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第六個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第三個坯料擠出，以此類推，每三個坯料為一組，每組分別依次完成二至四次往復擠壓，最後，將石墨坯料放入第N個坯料上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對石墨坯料進行往復擠壓，第N個坯料被擠出，石墨坯料留在凹模1中，開模後將石墨坯料取出；坯料經往復擠壓後可獲得較大的塑性變形，利用發生在大塑性變形過程中的動態再結晶作用細化材料的微觀組織，提高其力學性能，從而使變形坯料獲得良好的應變誘導； 步驟四、半固態成型將擠出的N個坯料置入電爐裡加熱保溫使其球晶化，其加熱溫度為 530°C 575°C，保溫時間為15min 30min，取出成形坯料，即為輕合金半固態坯料。輕合金採用鎂合金或鋁合金，鎂合金包括AZ91D、AM50A、AM60B、ZK60、AZ31、AZ61、AZ80等，鋁合金包括 ADC12、A356, A357, A380、A390、2024、6061、6063、7075 等。輕合金採用鎂合金材料時，步驟二中對每組坯料的循環擠壓次數為2-4次，步驟四中的加熱溫度為545°C -570°C ； 輕合金採用鋁合金材料時，步驟二中對每組坯料的循環擠壓次數為2-3次，步驟四中的加熱溫度為530°C -575°C。經本方法製備的輕合金半固態坯料晶粒尺寸小於100 μ m，且其晶粒球化程度高。
具體實施方式
四結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為535°c 570°C，保溫時間為15min 30min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為^(TC 565°C，保溫時間為20min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為 560°C，保溫時間為25min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
七結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為 570°C，保溫時間為15min 30min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
八結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為5500C 565°C，保溫時間為20min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
九結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為560°C，保溫時間為25min。其它步驟與具體實施方式
三相同。
權利要求
1.一種輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置，所述裝置包括凹模(1)、凹模套⑵、下模板(3)、凹模壓板(4)、凸模(5)、凸模固定套(6)、凸模墊板(7)、上模板(8)、 底板(9)和兩個墊塊(10)，其特徵在於凹模⑴由兩個對稱設置的半錐臺體構成，凹模 (1)的內部由上至下設有第一通道(1-1)、第二通道(1- 和第三通道(1-3)，第一通道 (1-1)與第三通道(1-3)平行且上下錯開設置，第二通道(1-2)位於第一通道(1-1)和第三通道(1-3)之間，且第二通道(1-2)垂直第一通道(1-1)設置，第二通道(1-2)的一端與第一通道(1-1)的下端連通，第二通道(1- 的另一端與第三通道(1-3)的上端連通，第一通道(1-1)、第二通道(1-2)和第三通道(1-3)的截面形狀、截面大小相同，凹模(1)裝在凹模套O)中，凹模壓板(4)設置在凹模(1)和凹模套O)的上端面上，凹模壓板(4)的端面上設有與第一通道(1-1)正對的衝孔G-1)，凹模套O)固定在下模板(3)的上端面上，下模板(3)的端面上設有與第三通道(1-3)正對的落料孔(3-1)，兩個墊塊(10)以第一通道 (1-1)的豎向中心線對稱設置在下模板(3)的下面，下模板C3)通過兩個墊塊(10)固定在底板(9)上，凸模( 設置在凹模壓板(4)的上方，且凸模(5)的下端位於與其對應的第一通道(1-1)中，凸模(5)的上端裝在凸模固定套(6)中，凸模固定套(6)通過凸模墊板(7) 固定在上模板(8)上。
2.根據權利要求1所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置，其特徵在於第一通道(1-1)、第二通道(1-2)和第三通道(1-3)的截面形狀為圓形或正方形。
3.一種利用權利要求1所述裝置實現輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述方法是通過以下步驟實現的步驟一、製作坯料將輕合金鑄錠機械加工成N個坯料；步驟二、加熱坯料和模具利用電爐將N個坯料加熱至250°C 300°C，利用電阻絲加熱裝置將凹模(1)加熱至250°C 300°C;步驟三、往復擠壓出料將N個坯料中的任意一個坯料定義為第一個坯料(11)，將N-I個坯料中的任意一個坯料定義為第二個坯料，將N-2個坯料中的任意一個坯料定義為第三個坯料，將N-3個坯料中的任意一個坯料定義為第四個坯料，將N-4個坯料中的任意一個坯料定義為第五個坯料，將N-5個坯料中的任意一個坯料定義為第六個坯料，將第一個坯料(11)放入凹模(1)中的第一通道(1-1)內， 凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料(11)進行第一次往復擠壓，將第二個坯料放入第一個坯料(11)上面，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行第一次往復擠壓，同時在第二個坯料的推動下第一個坯料向第三通道(1- 下方運動，將第三個坯料放入第二個坯料上面，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第三個坯料進行第一次往復擠壓，在第三個坯料的推動下第二個坯料向第三通道(1- 下方運動，在第三個坯料和第二個坯料的共同推動下將第一個坯料(11)從第三通道(1- 中擠出，第一個坯料(11)通過落料孔(3-1)後被取出，將取出的第一個坯料(11)再次放入凹模(1)中的第一通道(1-1)內，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第一個坯料(11)進行的第二次往復擠壓，將第二個坯料從第三通道(1-3)中擠出，第二個坯料通過落料孔(3-1)後被取出， 將取出的第二個坯料再次放入凹模(1)中的第一通道(1-1)內，凸模5在液態擠壓活動橫梁的推動下對第二個坯料進行的第二次往復擠壓，同時將第三個坯料從第三通道(1-3)中擠出，第一個坯料(11)、第二個坯料和第三個坯料依此循環完成二至四次往復擠壓後，再將第四個坯料放入第三個坯料上面，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第四個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第一個坯料(11)擠出，將第五個坯料放入第四個坯料上面，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第五個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第二個坯料擠出，將第六個坯料放入第五個坯料上面，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對第六個坯料進行第一次往復擠壓，同時將第三個坯料擠出，以此類推，每三個坯料為一組，每組分別依次完成二至四次往復擠壓，最後，將石墨坯料放入第N個坯料上面，凸模( 在液態擠壓活動橫梁的推動下對石墨坯料進行往復擠壓，第N個坯料被擠出，石墨坯料留在凹模(1)中，開模後將石墨坯料取出；步驟四、半固態成型將擠出的N個坯料置入電爐裡加熱保溫使其球晶化，其加熱溫度為530°C 575°C，保溫時間為15min 30min，取出成形坯料，即為輕合金半固態坯料。
4.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為535°C 570°C，保溫時間為15min 30min。
5.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為540°C 565°C，保溫時間為20min。
6.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鋁合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為545°C 560°C，保溫時間為25min。
7.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為545°C 570°C，保溫時間為15min 30min。
8.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為550°C 565°C，保溫時間為20min。
9.根據權利要求3所述輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備方法，其特徵在於所述步驟一中輕合金鑄錠採用鎂合金鑄錠，步驟四中的加熱溫度為560°C，保溫時間為 25min。
全文摘要
輕合金半固態坯料等通道往復擠壓球化製備裝置及方法，它涉及一種輕合金半固態坯料製備裝置及方法，以解決現有輕合金半固態成形方法導致坯料產生鼓形，坯料應用前需機械加工，造成加工量大，正擠壓會使鋁合金截面形狀改變很大的問題。裝置凹模內部的第一通道與第三通道平行且上下錯開設置，第二通道使第一通道與第三通道相通，凹模裝在凹模套中，凹模套上端與凹模壓板連接，凹模套下端與下模板、兩個墊塊和底板連接，凸模的下端位於第一通道中，凸模上端裝在凸模固定套中，凸模固定套通過凸模墊板與上模板連接。方法一、製作坯料；二、加熱坯料和模具；三、往復擠壓出料；四、半固態成型。本發明用於製備輕合金半固態坯料。
文檔編號B21C23/21GK102284536SQ20111014281
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者姜巨福, 杜之明, 王迎, 程遠勝 申請人:哈爾濱工業大學