一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具的製作方法
2023-07-09 20:44:26 2
本實用新型屬於金屬塑性加工領域，特別涉及一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具。
背景技術：
細化晶粒是提高金屬材料性能的一種有效手段，目前金屬材料細化方法可以分為物理和化學兩大類。物理方法包括形變處理細化法、物理場細化、快速冷卻法、機械物理細化法；化學方法可分為添加細化劑與添加變質劑方法。除了形變處理細化方法外的其他方法，主要應用於金屬凝固過程中，其細化晶粒的效果最高能夠達到幾十微米甚至十幾微米的級別。只有形變處理方法才能使金屬材料細化到微米級甚至更小，然而採用形變處理方式得到的細晶及超細晶金屬產品一般尺寸較小，如等通道角擠壓方法，這大大限制了相關金屬材料的應用推廣。
因此，有必要從研發一種新型細晶金屬材料擠壓模具，這種模具可以擠壓出較大截面積的產品，同時產品的晶粒尺寸可以細化到微米甚至亞微米等級。
技術實現要素：
為了克服上述不足，本實用新型提供一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具及擠壓方法。棒料首先通過擠壓筒進入模具，由於模具是平模，在擠壓時形成的死區，可阻止鑄錠表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，在乾淨棒料進入模具後，由於下模橫截面尺寸與上模尺寸相差不大，在外加載荷作用下，棒料發生剪切變形，隨後四根棒料在下模中匯合，經過又一次變形從下模出口流出。隨後把擠壓筒與模具分離，切除壓餘，完成一個完整的擠壓動作。
為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案：
一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模、上模、擠壓筒、擠壓軸；所述模具為平模，所述下模設置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設置有多個直徑為d的進料口；所述擠壓筒設置有多個與所述上模進料口一一對應的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內設置有相應的擠壓軸；所述D大於d；裝模後，所述下模與上模圍成腔體，所述擠壓通道的進料端與上模的進料口對接，所述上模進料口的圓心位於對應擠壓通道的軸心線上。
優選的，所述上模設有3～5個均勻分布的進料口。
更優選的，當所述進料口個數設置為4時，所述D/d＝1.2～2.0，即：下模出口直徑D比上模入口直徑d大20％-100％。研究發現：若D/d大於2，就會因為上模具入口的材料流速小於下模具出口流速，而導致在模具成形過程中阻力不足，在材料未完全充滿模具時就從下模出口流出，使擠壓的棒材存在缺陷。
同理，當所述進料口個數設置為3時，D/d＝1.2～1.7；
當所述進料口個數設置為5時，D/d＝1.2～2.2。
優選的，所述擠壓通道與擠壓軸中間還設置有擠壓墊。
優選的，待處理的金屬棒材的直徑與所述擠壓通道相同。
本實用新型還提供了一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓方法，包括：
將N根直徑為D的熱金屬棒材放入擠壓筒進行一次擠壓；
擠壓完成後，將棒材切為等長的N段，重新加熱，進行二次擠壓；
重複上述步驟，直至棒材的晶粒細化到目標尺寸。
本實用新型中所述的「目標尺寸」是指：將晶粒尺寸細化到微米或亞微米級。
本發明中「N」為大於零的自然數。
優選的，N為3、4或5。
優選的，所述熱擠壓溫度比待擠壓金屬的再結晶溫度高50℃-250℃。
優選的，隨擠壓道次增加，熱擠壓溫度逐漸降低。
優選的，所述「重複上述步驟直至棒材的晶粒組織細化到目標尺寸」為重複2-3次。
本實用新型還提供了採用任一上述方法製備的大尺寸細晶或超細晶金屬棒材，所述金屬棒材的晶粒細化到0.5-2μm。
本實用新型的有益效果
(1)在本實用新型中，由於模具是平模，在擠壓時形成的死區，可阻止鑄錠表面的氧化皮、缺陷等流到模具中，避免了重複擠壓過程中間的棒材表面的清洗。本實用新型中的擠壓墊若採用固定擠壓墊，則易於實現加工過程的自動化。經過2-4道次擠壓後，晶粒尺寸可以細化到微米或亞微米級，擠壓棒材的力學性能得到明顯提高。
(2)本實用新型擠壓的棒材直徑與擠壓筒尺寸一致，因而，擠壓出的棒材可以切斷後重新放入擠壓筒，進行二次擠壓，經過2-4道次擠壓後，棒材的晶粒尺寸可以達到微米級甚至亞微米級。採用本實用新型的擠壓模具，可以生產與擠壓坯料直徑相同的大尺寸細晶金屬棒材，生產的棒材既可以作為中間產品進行二次加工又可以作為最終產品，其力學性能較原始坯料得到顯著提高。
(3)本實用新型裝置結構簡單、實用性強、易於推廣。
附圖說明
圖1為擠壓筒模具側視圖。其中，1為下模，2為上模，3為擠壓筒，4為擠壓墊，5為擠壓軸。
圖2為擠壓筒模具仰視圖。
具體實施方式
以下通過實施例對本實用新型特徵及其它相關特徵作進一步詳細說明，以便於同行業技術人員的理解：
實施例1：
一種大尺寸細晶或超細晶鎂合金棒材熱擠壓模具及擠壓方法，擠壓模具包括下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)擠壓墊(4)擠壓軸(5)，其中下模(1)出口直徑為60mm，上模(2)有均勻分布的四個入口，直徑為40mm；所述擠壓筒(3)含有直徑為60mm的四個孔，其孔的圓心與上模(2)四個的入口圓心對應，所述擠壓軸為與擠壓筒對應分布的四個擠壓軸(5)。
擠壓第一道次依次將四根等長度，直徑為60mm，溫度為450℃的鎂合金棒材放入擠壓筒開始擠壓。擠壓完畢將棒材切斷等長度的4段，重新加熱擠壓。
第二道次擠壓溫度為400℃，第三道次擠壓溫度為350℃。
經過三道次擠壓鎂合金棒材的晶粒組織即可細化到1-2μm。
實施例2：
一種大尺寸細晶或超細晶鋁合金棒材熱擠壓模具及擠壓方法，擠壓模具包括下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)擠壓墊(4)擠壓軸(5)，其中下模(1)出口直徑為100mm，上模(2)有均勻分布的四個入口，直徑為60mm；所述擠壓筒(3)含有直徑為100mm的四個孔，其孔的圓心與上模(2)四個的入口圓心對應，所述擠壓軸為與擠壓筒對應分布的四個擠壓軸(5)。
擠壓第一道次依次將四根等長度，直徑為100mm，溫度為480℃的鋁合金棒材放入擠壓筒開始擠壓。擠壓完畢將棒材切斷等長度的4段，重新加熱擠壓。
第二道次擠壓溫度為450℃，第三道次擠壓溫度為420℃，第四道次擠壓溫度為400℃。
經過4道次擠壓鋁合金棒材的晶粒組織即可細化到0.5-1μm。
實施例3
一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下模(1)設置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設置有多個直徑為d的進料口；所述擠壓筒(3)設置有多個與所述上模(2)進料口一一對應的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內設置有相應的擠壓軸(5)；所述D大於d；裝模後，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進料端與上模(2)的進料口對接，所述上模(2)進料口的圓心位於對應擠壓通道的軸心線上。
實施例4
一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下模(1)設置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設置有多個直徑為d的進料口；所述擠壓筒(3)設置有多個與所述上模(2)進料口一一對應的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內設置有相應的擠壓軸(5)；所述D大於d；裝模後，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進料端與上模(2)的進料口對接，所述上模(2)進料口的圓心位於對應擠壓通道的軸心線上。
所述上模(2)設有3個均勻分布的進料口，其中，D/d＝1.2～1.7。
實施例5
一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下模(1)設置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設置有多個直徑為d的進料口；所述擠壓筒(3)設置有多個與所述上模(2)進料口一一對應的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內設置有相應的擠壓軸(5)；所述D大於d；裝模後，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進料端與上模(2)的進料口對接，所述上模(2)進料口的圓心位於對應擠壓通道的軸心線上。
所述上模(2)設有4個均勻分布的進料口，其中，D/d＝1.2～2.0。研究發現：若D/d大於2，就會因為上模具入口的材料流速小於下模具出口流速，而導致在模具成形過程中阻力不足，在材料未完全充滿模具時就從下模出口流出，使擠壓的棒材存在缺陷。
實施例6
一種大尺寸細晶或超細晶金屬棒材熱擠壓模具，包括：下模(1)、上模(2)、擠壓筒(3)、擠壓軸(5)；所述模具為平模，所述下模(1)設置有直徑為D的出料口，所述上模均勻設置有多個直徑為d的進料口；所述擠壓筒(3)設置有多個與所述上模(2)進料口一一對應的、直徑為D的擠壓通道，所述擠壓通道內設置有相應的擠壓軸(5)；所述D大於d；裝模後，所述下模(1)與上模(2)圍成腔體，所述擠壓通道的進料端與上模(2)的進料口對接，所述上模(2)進料口的圓心位於對應擠壓通道的軸心線上。
所述上模(2)設有5個均勻分布的進料口，其中，D/d＝1.2～2.2。
最後應該說明的是，以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但並非對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範圍以內。