一种自旋转正挤压成形模具及方法与流程

本发明涉及金属材料塑性成形技术领域，尤其涉及一种自旋转正挤压成形模具及方法。

背景技术：

正挤压是制备型材的常用技术，具有操作简便、设备简单、生产灵活等优点。然而，正挤压过程中，坯料与凹模之间发生相对运动，摩擦阻力大(占总耗能30-40％)，使挤压力和能耗增加。强烈的摩擦发热作用还限制了铝合金、镁合金等中低熔点合金挤压速度的提高，使挤压型材头部温度低、尾端温度高，金属流动不均匀，中心流速较边部快，机械性能存在各向异性。另外，正挤压技术的变形量较小(由挤压比控制)，对坯料的晶粒细化效果有限，挤出型材的综合力学性能逐渐不能满足更高的使用要求。

目前，在正挤压的基础上，给模具或坯料施加一个旋转运动，是解决上述问题的有效方式。该方式能有效改变挤压成形过程中坯料与模具间摩擦阻力的作用方向，显著降低成形载荷，同时使坯料受到扭转剪切变形，提高变形量，有效细化晶粒，提高型材的性能。

经过对现有技术的检索发现，现有技术中公开了很多正挤压中施加旋转运动的成形方法，如：申请号为201510372069.1的中国发明专利申请公开《一种螺旋阶梯挤压模具及应用》(公开号：cn104985014a)，该申请公开了一种螺旋阶梯挤压模具，通过在模具锥形凸或凹表面设置螺旋阶梯台阶，实现坯料挤压过程中旋转，制备型材或管材；申请号为cn200810064386.7的中国发明专利授权公开《旋转凹模的金属挤压成形方法》(专利号zl200810064386.7)，该专利公开了一种旋转凹模的金属挤压成形方法，通过使凹模按一定角速度转动，改变坯料与凹模的之间摩擦力的作用方式，减小成形载荷。

2018年，谢政龙所著的硕士论文“扭转挤压工艺及模具设计研究”中对扭转挤压模具进行了设计制造，通过电机带动扭转模旋转，实现坯料扭转挤压成形。

上述专利文献和文章中涉及的坯料旋转挤压的成形方法均可实现坯料在挤压成形中扭转变形，但是，在模具中设置螺旋台阶的工艺，加大了模具加工难度、精度，且坯料仍然与凹模发生相对运动，坯料的塑性流动性较差，模具易发生损伤，挤压成形载荷高；通过电机驱动模具旋转的工艺，需对成形模具和设备进行设计改造，设备复杂，投入成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中以下缺点，需要对设备加装电机来实现模具旋转以及在加工过程中能耗高，坯料变形量差，而提出的一种自旋转正挤压成形模具。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种自旋转正挤压成形模具，包括第一固定组件、凸模、凹模、挤压模、推力球轴承、第二固定组件、固定套；

所述第一固定组件包括上模板、上垫板、固定板，所述固定板中心放置凸模后，所述上垫板、上模板通过定位销定位，且通过内六角螺栓固定连接，所述挤压模置于凹模下方，所述挤压模通过销钉与凹模固定连接，所述挤压模与下垫板之间通过中圈固定装配有推力球轴承，所述中圈与下垫板固定连接；

所述第二固定组件包括下垫板、下模板，所述固定套用于保证挤压模、推力球轴承相对位置，且与下模板之间通过螺栓、螺母连接。

优选的，所述凸模轴向依次加工成挤压部分、旋转部分，所述旋转部分加工成螺旋状。

优选的，所述凹模内表面部分加工有与凸模旋转部分相匹配的螺旋槽，所述凸模旋转部分轴向压入凹模螺旋槽。能使凹模产生圆周切向分力，发生旋转运动。

优选的，所述推力球轴承用于支承挤压模、凹模，使挤压模。

优选的，所述挤压模上端面与固定套之间放置有一组滚珠。

优选的，所述下模板底部设有与t型螺栓相对应的沉头孔，所述固定套设有相应的贯通孔，所述固定套通过从下模板、下垫板穿出的t型螺栓与六角螺母配合固定。

优选的，所述挤压模用于控制成形型材的直径。

本发明中，一种自旋转正挤压成形模具的使用方法，所述使用方法包括如下步骤：

s1：采用锯床切取坯料，并进行均匀化处理；

s2：自旋转正挤压成形：

①成形前准备：模具装配完毕后，在压力机上安装，将坯料、料头加热到挤压成形温度并保温，压力机上行带动凸模离开凹模内腔，采用喷灯对凸模、凹模进行预热，并涂抹润滑剂；

②成形过程：将坯料放入凹模，压力机下行，凸模端部与坯料接触，开始轴向挤压坯料，同时凸模旋转部分与凹模螺旋槽相配合，对凹模产生圆周切向分力，凹模带动挤压模、坯料产生旋转运动，坯料在凸模作用下旋转挤出；当坯料高度减少到压余高度时，凸模上行，向凹模内放入料头，凸模下行挤压料头，料头将坯料完全挤出。

优选的，所述料头材料、直径与坯料相同，料头的高度要保证坯料能完全从挤压模中挤出。

优选的，所述料头可替换为下一根坯料，所述的坯料的材质为镁合金、铝合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的创新之处在于通过凸模与凹模配合，使凹模、挤压模旋转，无需对挤压设备进行改造，减小了设备投入；

2、凹模、挤压模旋转，改变了坯料与凹模之间的摩擦力作用方向，可减小耗能，降低成形载荷，且坯料受到扭转剪切变形，变形量加大，可细化组织，提高综合力学性能；

3、通过更换不同直径的挤压模，可以制备不同直径的型材，工艺柔性好。

附图说明

图1为本发明所述模具放入坯料时工作状态结构示意图；

图2为本发明所述模具挤压过程中工作状态结构示意图；

图3为本发明所述模具放入料头时工作状态结构示意图；

图4为本发明所述模具中凸模的结构示意图；

图5为本发明所述模具中凹模的结构示意图。

图中：1内六角螺栓、2定位销、3上模板、4上垫板、5固定板、6凸模、7凹模、8坯料、9固定套、10滚珠、11销钉、12挤压模、13推力球轴承、14中圈、15螺母、16下垫板、17t型螺栓、18下模板、19料头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种自旋转正挤压成形模具，包括第一固定组件、凸模6、凹模7、挤压模12、推力球轴承13、第二固定组件、固定套9；

第一固定组件包括上模板3、上垫板4、固定板5，固定板5中心放置凸模6后，上垫板4、上模板3通过定位销2定位，且通过内六角螺栓1固定连接，挤压模12置于凹模7下方，挤压模12通过销钉11与凹模7固定连接，挤压模12与下垫板16之间通过中圈14固定装配有推力球轴承13，中圈14与下垫板16固定连接；

第二固定组件包括下垫板16、下模板18，固定套9用于保证挤压模12、推力球轴承13相对位置，且与下模板18之间通过螺栓、螺母15连接。

本发明中，当模具装配完毕后，在压力机上安装，将坯料8、料头19加热到挤压成形温度并保温，压力机上行带动凸模6离开凹模7内腔，采用喷灯对凸模6、凹模7进行预热，并涂抹润滑剂，然后将坯料8放入凹模7，压力机下行，凸模6端部与坯料8接触，开始轴向挤压坯料8，同时凸模6旋转部分与凹模7螺旋槽相配合，对凹模7产生圆周切向分力，凹模7带动挤压模12、坯料8产生旋转运动，坯料8在凸模6作用下旋转挤出；当坯料8高度减少到压余高度时，凸模6上行，向凹模7内放入料头19，凸模6下行挤压料头19，料头19将坯料8完全挤出，本发明通过模具结构设计实现凹模7、挤压模12自旋转，无需电机驱动；且坯料8在旋转模具内发生剧烈扭转变形，降低了成形载荷，有利于细化组织、提高性能，制备高性能型材。

本实施例中优选的技术方案，凸模6轴向依次加工成挤压部分、旋转部分，旋转部分加工成螺旋状。

本实施例中优选的技术方案，凹模7内表面部分加工有与凸模6旋转部分相匹配的螺旋槽，凸模6旋转部分轴向压入凹模7螺旋槽，这样能使凹模7产生圆周切向分力，发生旋转运动。

本实施例中优选的技术方案，推力球轴承13用于支承挤压模12、凹模7，使挤压模12、凹模7发生旋转运动时摩擦力更小，旋转更平滑。

本实施例中优选的技术方案，挤压模12上端面与固定套9之间放置有一组滚珠10，这样使得原本挤压模12上端面与固定套9之间的滑动摩擦，变成滚动摩擦，使得挤压模12旋转运动时摩擦力更小，更加容易转动。

本实施例中优选的技术方案，下模板18底部设有与t型螺栓17相对应的沉头孔，固定套9设有相应的贯通孔，固定套9通过从下模板18、下垫板16穿出的t型螺栓17与六角螺母15配合固定，这样能够使得容易将下模板18与下垫板16与固定套9拆开，从而方便更换挤压模12。

本实施例中优选的技术方案，挤压模12用于控制成形型材的直径，通过更换不同内径的挤压模12，通过更换内径不同的挤压模12可满足多种型材的成形要求。

本发明中，一种自旋转正挤压成形模具的使用方法，使用方法包括如下步骤：

s1：采用锯床切取坯料8，并进行均匀化处理；

s2：自旋转正挤压成形：

①成形前准备：模具装配完毕后，在压力机上安装，将坯料8、料头19加热到挤压成形温度并保温，压力机上行带动凸模6离开凹模7内腔，采用喷灯对凸模6、凹模7进行预热，并涂抹润滑剂；

②成形过程：将坯料8放入凹模7，压力机下行，凸模6端部与坯料8接触，开始轴向挤压坯料8，同时凸模6旋转部分与凹模7螺旋槽相配合，对凹模7产生圆周切向分力，凹模7带动挤压模12、坯料8产生旋转运动，坯料8在凸模6作用下旋转挤出；当坯料8高度减少到压余高度时，凸模6上行，向凹模7内放入料头19，凸模6下行挤压料头19，料头19将坯料8完全挤出。

本实施例中优选的技术方案，料头19可替换为下一根坯料8，的坯料8的材质为镁合金、铝合金，使上一根坯料8从挤压模12中挤出，这样实现了连续挤压的效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。