专利名称：一种小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及镁合金热挤压成形技术，具体为一种小尺寸镁合金棒管热挤压 成型模具，用于镁合金热挤压加工领域。
背景技术：
镁合金具有比强度和比刚度高、阻尼减振性好、电磁屏蔽和抗辐射能力强、 易切削加工、易回收等一系列优点，在汽车、电子、电器、交通、航天、航空 和国防军事工业等领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。但常温下镁合 金滑移系少，塑性变形困难，大多数产品通过铸造获得，存在晶粒粗大、力学 性能较差、易产生缺陷等缺点，极大的限制了镁合金的应用。将镁合金铸锭通 过锻造、挤压、轧制等塑性变形加工后能够有效的改善镁合金的微观组织，消 除铸造缺陷，提高合金的力学性能。
与锻造和轧制相比，通过热挤压的方法对铸造镁合金进行变形加工具有更
强烈的三向压应力状态，有利于发挥其最大的塑性；产品尺寸精度高，表面质 量好；操作灵活方便，产品品种多、规格多，成为镁合金塑性加工成型中应用 最为广泛的工艺之一。通常镁合金无缝管材或棒材热挤压是在带穿孔装置或不 带穿孔装置的卧式挤压机上进行，需要大型挤压设备和控温装置，模具尺寸大、 结构复杂，成形工序多，生产成本高。对于直径小于10mm的小尺寸镁合金棒管 的挤压，还存在挤压力大、生产效率低、管材壁厚差大等问题，现有的卧式挤 压机不能很好的适应小尺寸镁合金棒管的生产，尤其是高精度镁合金薄壁细管 的生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，通过简单的换模，既可以生产出不同规格的小尺寸镁合金 棒材，也可以生产出高精度的小尺寸镁合金管材。
本发明的技术方案是这样实现的 一种小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具， 包括上模座、下模座、挤压筒、凸模和凹模，其特征在于所述凹模通过挤压 筒配合固定在下模座上，凹模上设有与挤压筒同心的型腔，挤压筒和凹模通过 上模座和下模座紧固；凸模采用过渡配合与挤压筒内壁直接接触。
所述挤压筒由挤压筒内衬和挤压筒外套构成，两者过盈热装配合，所述挤 压筒内衬外径尺寸是内径的1. 5 1. 8倍，挤压筒外套外径尺寸是内径的2. 0 2. 2倍，装配过盈量为挤压筒内衬外径的0. 002 0. 003倍。在挤压筒外套外壁 设有保温套，保温套、挤压筒外套和挤压筒内衬上设有贯通的直达凹模外壁的 测温孔，便于插入测温设备测量凹模外壁的温度变化。
挤压棒状镁合金用凸模由一体成型同轴的挤压杆和挤压轴构成，为了减少 摩擦阻力，挤压杆直径稍小于挤压轴直径；挤压轴与挤压筒内壁过渡配合，与 坯料接触面采用25°锥度角结构。
挤压管状镁合金用凸模由一体成型同轴的挤压杆、挤压轴和挤压针构成， 挤压轴位于挤压杆和挤压针之间，挤压杆和挤压针直径小于挤压轴直径，挤压 轴与挤压筒内壁过渡配合，挤压轴与挤压针结合部位采用25。锥度角和圆弧过 渡;挤压针深入凹模型腔内，与凹模型腔一起构成环形挤压孔。挤压针直径为4 8mm，为了退模方便，采用锥度为0.3°的锥度结构。
所述挤压杆上端设有防止挤压轴与凹模直接接触的限位压头。压头的限位 尺寸为凸模直接与凹模接触时位于挤压筒外的挤压杆长度，保证挤压过程中凸 模不直接压在凹模上，既减少余料又防止损坏凹模。
所述凹模的入模锥度角为30°，凹模收口处采用半径为4 6mm的圆角过渡， 型腔尺寸为2 10mm，凹模整体外形为倒T型。
所述下模座上设有圆形凸台，挤压筒下端设有与圆形凸台对应的圆形沉孔， 挤压筒通过圆形沉孔紧套在圆形凸台上。与现有技术相比，本发明的优点是-
1、 采用本发明模具能够顺禾性产直径为①2 10ram的镁合金棒材或外径为 5 10mm、内径为4 8mm的镁合金管材，生产成本低，材料利用率高，坯料变 形均匀，挤压力小，产品尺寸精度高、表面质量好。
2、 模具结构简单，使用方便，成本低廉，使用寿命长。
图l-本发明挤压镁合金管材模具结构示意图2-本发明挤压镁合金棒材所用凸模结构示意图3-本发明凹模结构示意图4-采用本发明模具挤压出的镁合金薄壁细管(实施例l);
图5-采用本发明模具挤压出的镁合金细棒(实施例2)。
图中l-上模座；2-挤压筒内衬；3-挤压筒外套；4_保温套；5_螺栓；6_ 测温孔；7-下模座；8-限位压头；9-挤压杆；10-挤压轴；11_挤压针；12_凹模； 13-型腔；14-导流孔。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明涉及的模具主要由上模座l、下模座7、凸模、凹模12、挤压筒2、 3和保温套4等组成，参见图1。凹模12通过挤压筒配合固定在下模座7上， 方便换模，凹模12上设有与挤压筒同心的型腔13，挤压筒2、 3固定于上模座 l和下模座7之间，凸模采用过渡配合与挤压筒内孔直接接触，以保证凸模与挤 压筒的同轴性。
挤压筒由挤压筒内衬2和挤压筒外套3构成，两层过盈热装配合，以提高 强度、节约材料。所述下模座上设有圆形凸台，挤压筒外套下端设有与圆形凸 台对应的圆形沉孔，挤压筒外套通过圆形沉孔紧套在圆形凸台上。本发明根据
6压机吨位、制品规格、所允许挤压比范围等确定挤压筒内衬工作直径D，挤压筒 内衬外径Dt符合D乂D二l. 5 1. 8，挤压筒外套外径和内径之比符合D2/D/=2. 0 2. 2，挤压筒内衬和挤压筒外套配合面的过盈量符合S =D/-D,二O. 002" 0. 003DlQ
在挤压筒外套3外壁上套设有玻璃纤维保温套4，防止挤压过程模具降温过 快。为了掌握挤压过程凹模的实际温度，以便调节挤压速度，保温套4、挤压筒 外套3和挤压筒内衬2上设有贯通的直达凹模外壁的3ram左右的测温孔6，测温 孔内插入测温设备(如便携式热电偶)实时测量凹模外壁的温度变化。
本发明技术方案所述凸模采用整体式结构。挤压小尺寸镁合金无缝管所用 凸模从上至下由一体成型同轴的挤压杆9、挤压轴IO和挤压针11构成，见图1， 挤压杆9和挤压针11直径小于挤压轴10直径，挤压轴10位于挤压筒内衬内与 挤压筒内衬2内壁过渡配合，挤压针11插入凹模上的型腔13内与之形成环形 成型孔。本方案结构简单，便于制造，可以保证芯棒与凸模的同轴性，避免机 加和装配造成轴线偏差导致的管材壁厚差增大。挤压轴10与挤压针11结合部 位采用25°锥度角和圆弧过渡，不但可以减少余料，还可以使坯料受到更大的径 向挤压力从而使其变形更加均匀。挤压时挤压轴前端直接接触坯料，省去挤压 垫片，这样就縮短了凸模高度，还可防止坯料被反挤出来。挤压针11直径为4 8mm，为了退模方便，轴向釆用0.3°的锥度。以上设计均有助于提高挤压小尺 寸管材的精度。
挤压镁合金棒材所用凸模结构更为简单，它从上至下由一体成型同轴的挤 压杆9和挤压轴10构成，挤压杆9直径小于挤压轴10直径，挤压轴10位于挤 压筒内衬内与挤压筒内衬2内壁过渡配合，挤压轴10下端采用25°锥度角处理， 即比挤压镁合金无缝管所用凸模少了挤压针部分，见图2。
本发明凹模12采用单层整体结构。见图3，为了利于金属流动，减小挤压 力，提高模具寿命，凹模的入模锥度角a釆用30°，凹模收口处采用半径为4 6mm的圆角过渡，定径带长度L选择1. 8 2. 2mm，型腔尺寸为①5 10咖(管用) 或①2 10mm(棒用)。为了减小摩擦阻力，型腔下部导流孔14适当放大l 2mm。为了更好的与挤压筒配合，扩大承载面积从而减小下模座上单位压力以及退模
换模方便，将凹模整体外形设计成倒T型。
本发明提供的成型模具可以在普通的立式液压机上使用。挤压杆9上端设 有防止凸模(挤压轴)与凹模直接接触的限位压头8，当挤压筒内坯料将挤完时， 限位压头8的一端正好卡在挤压筒上，既减少了余料，又防止凸模继续下压损 坏凹模。挤压完成后，卸下限位压头8和下模座7，继续压下凸模，使其与凹模 12、余料一起从挤压筒下端退出。根据挤压棒管的规格要求，通过更换带不同 尺寸挤压针的凸模和凹模，能够挤压多种规格的镁合金棒管。
本发明所述凸模、凹模和挤压筒采用常用的3Cr2W8V模具钢材料制造，经 过油淬和多次回火后硬度达到50 52HRC。为了降低模具的成本，压头和上下模 座等部分采用普通45钢制造。
工作时，挤压筒2、 3、保温套4和凹模12通过上模座1、下模座7用螺栓 5紧固，挤压筒内凹模上面依次装好坯料、凸模，液压机加载套在挤压杆上的压 头，坯料受力经过塑性变形从凸模和凹模之间形成的挤压孔中流出，成型为镁 合金无缝管或镁合金棒。
以下给出两个制备的具体实施例。
实施例1 (本实施例挤压外径为8mra、内径为6mm的镁合金薄壁细管) 本实施例所用模具结构如图1所示，挤压筒内衬2内径为20mm，挤压针11 直径为6mm，凹模12型腔直径为8mm，模具挤压过程如下
(1) 采用机加工将镁合金坯料车成外径为19. 9mm、内径为6. lmm的空心圆 柱，去除碎屑和毛刺，在内外表面均匀涂敷润滑剂；将凸模、凹模12和挤压筒 内衬2内壁清理干净后均匀涂敷润滑剂。
(2) 挤压筒内衬2通过配合将凹模12固定在下模座7上，凸模挤压针11 穿过空心坯料的内孔，置于挤压筒内衬2中，挤压针11前端伸入凹模12成型 孔一定深度，与凹模型腔形成一个环形挤压孔。挤压筒外套3上套上保温套4， 压上上模座l，用螺栓5将模具紧固。(3) 将装有坯料的模具整体置于热处理炉中预热，考虑到模具的散热，设 定预热温度比挤压温度高10-20°C，保温1 2小时。充分预热后取出模具置于 立式液压机工作台上，挤压杆9上端套上限位压头8，下模座7用中空的垫块支 起，便于挤压管引出。将热电偶伸进测温孔6直至探头接触凹模12外壁，实时 测量凹模的温度。当温度降至设计值时开动液压机，压下凸模直至压头8卡在 挤压筒内衬2上，停止挤压。挤压过程中根据热电偶测得的凹模温度变化适时 调整挤压速度，以保证坯料处于等温挤压状态。
(4) 卸下限位压头8和下模座7，继续下压凸模，使其与凹模12、余料一 起从挤压筒内衬2下端退出，冷却后挤压管自动从凹模12脱落，清理模具以备 后用。
本实施例挤压过程中挤压力较小，最大挤压力只有156KN。杯状余料很少， 不足坯料的1%。获得的镁合金薄壁细管表面光滑，管材壁厚差小于0. 05mm，其 管材实物如图4所示。
实施例2 (本实施例挤压直径为8mm的镁合金棒材)
本实施例所用模具结构只是将图1中凸模换成图2所示的凸模即可。模具 的装配和挤压过程与实施例1完全类似，不同之处在于将坯料机加工成直径为 19.9mm的圆柱体，涂敷润滑剂后直接装入挤压筒中，压上凸模挤压。
本实施例挤压过程中挤压力很小，最大挤压力只有98KN。锥状余料约为坯 料的2%。获得的镁合金细棒表面光滑，其挤压棒实物如图5所示。
权利要求
1、一种小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，包括上模座(1)、下模座(7)、挤压筒(2、3)、凸模和凹模(12)，其特征在于所述凹模(12)通过挤压筒配合固定在下模座(7)上，凹模(12)上设有与挤压筒同心的型腔(13)，挤压筒(2、3)和凹模(12)通过上模座(1)和下模座(7)紧固；凸模采用过渡配合与挤压筒内壁直接接触。
2、 根据权利要求1所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在 于所述挤压筒由挤压筒内衬(2)和挤压筒外套(3)构成，两者过盈热装配 合，在挤压筒外套(3)外壁设有保温套(4)，保温套(4)、挤压筒外套(3) 和挤压筒内衬(2)上设有贯通的直达凹模外壁的测温孔(6)，便于插入测温 设备测量凹模外壁的温度变化。
3、 根据权利要求2所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在 于所述挤压筒内衬(2)外径尺寸是内径的L5 L8倍，挤压筒外套(3) 外径尺寸是内径的2.0 2.2倍，装配过盈量为挤压筒内衬外径的0.002 0. 003倍。
4、 根据权利要求1或2或3所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具， 其特征在于所述凸模由一体成型同轴的挤压杆(9)和挤压轴(10)构成， 挤压杆(9)直径小于挤压轴(10)直径；挤压轴(10)与挤压筒内壁过渡配 合，与坯料接触面采用25°锥度角结构。
5、 根据权利要求1或2或3所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具， 其特征在于所述凸模由一体成型同轴的挤压杆(9)、挤压轴(10)和挤压针(11)构成，挤压杆(9)和挤压针(11)直径小于挤压轴(10)直径，挤压 轴与挤压筒内壁过渡配合，挤压针(11)深入凹模型腔(13)内，与凹模型腔 (13) —起构成环形挤压孔。
6、 根据权利要求5所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在于所述挤压轴(10)与挤压针(11)结合部位采用25。锥度角和圆弧过渡； 挤压针(11)采用锥度为0.3°的锥度结构。
7、 根据权利要求4所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在 于所述挤压杆(9)上端设有防止挤压轴(10)与凹模(12)直接接触的限 位压头(8)。
8、 根据权利要求6所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在 于所述挤压杆(9)上端设有防止挤压轴(10)与凹模(12)直接接触的限 位压头(8)。
9、 根据权利要求6或7或8所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具， 其特征在于所述凹模(12)的入模锥度角为30、凹模收口处采用半径为4 6誦的圆角过渡，凹模整体外形为倒T型。
10、 根据权利要求9所述的小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，其特征在 于所述下模座上设有圆形凸台，挤压筒下端设有与圆形凸台对应的圆形沉孔， 挤压筒通过圆形沉孔紧套在圆形凸台上。
全文摘要
本发明涉及一种小尺寸镁合金棒管热挤压成型模具，包括上下模座、挤压筒、凸模和凹模等，挤压筒采用开有测温孔的两层预应力组合结构，筒外设有保温套，凹模通过挤压筒配合固定在下模座上，挤压筒、保温套和凹模通过上下模座紧固；凸模采用过渡配合与挤压筒内壁直接接触，挤压杆上端设限位压头以保证凸模不直接压在凹模上。本发明经过简单的换模能够生产多种规格小尺寸镁合金棒管，具有材料利用率高、坯料变形均匀、挤压力小、产品尺寸精度和表面精度高的特点。本发明还具有模具结构简单、使用方便、成本低廉、使用寿命长等优点。
文档编号B21C25/00GK101549362SQ20091010381
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者伟 李, 高家诚 申请人:重庆大学