一種鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置及方法制造方法及圖紙

一種鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置及方法，其裝置為累積復(fù)合擠壓專用模具，主要由凹模型腔、擠壓凸模、壓縮凸模、鐓粗凸模和頂出桿組成；本發(fā)明專利技術(shù)方法主要如下：將鑄態(tài)鎂合金棒料放入專用模具中進(jìn)行多道次的累積復(fù)合擠壓變形，使之獲得足夠的累積誘導(dǎo)應(yīng)變；隨后，對預(yù)變形坯料進(jìn)行等溫退火處理，通過控制退火溫度和時(shí)間，制備理想的鎂合金半固態(tài)坯料。本發(fā)明專利技術(shù)可保持累積大應(yīng)變預(yù)變形坯料的原有形狀，獲得的鎂合金半固態(tài)組織的固相晶粒均勻細(xì)小、球形度好，且方法簡單，生產(chǎn)效率高，節(jié)約成本。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置及方法
本專利技術(shù)涉及一種金屬加工裝置及方法，特別是金屬半固態(tài)成形裝置及方法。
技術(shù)介紹
鎂合金密度小，約為1.8g/cm3，約為鋁的64％、鋅的25％和鋼的20％，是目前可工業(yè)化應(yīng)用的最輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料。與其它金屬結(jié)構(gòu)材料相比，鎂合金具有比強(qiáng)度高、比剛度大、阻尼性能好、電磁屏蔽性能好、抗碰撞能力強(qiáng)、對環(huán)保友好、易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、微電子技術(shù)、通訊等工業(yè)領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景。鎂合金具有密排六方(HCP)晶體結(jié)構(gòu)，對稱性低，滑移系少，其塑性變形能力與鍛造加工性能差，在很大程度上限制了鎂合金材料的應(yīng)用。目前，鎂合金的成形方法主要包括鍛造和鑄造。但傳統(tǒng)鍛造工藝，通常難以成形鎂合金復(fù)雜形狀零件，普通鎂合金鍛件常常是“肥頭大耳”，機(jī)械加工余量大，材料利用率低，工藝成本高。因此，目前鎂合金制件主要仍以鑄造方法生產(chǎn)，如：差壓鑄造、壓力鑄造、擠壓鑄造等。然而，鑄造成形方法不僅具有工藝局限性，而且鑄造鎂合金組織粗大及偏析、氣孔、縮松等鑄造缺陷會嚴(yán)重影響鑄件的力學(xué)性能，使目前鎂合金材料的應(yīng)用還受到很大限制。半固態(tài)成形技術(shù)的出現(xiàn)，為鎂合金的加工成形開辟了一條新的途徑，并有望成為生產(chǎn)高性價(jià)比鎂合金零件的實(shí)用化技術(shù)。其中，半固態(tài)坯料的制備是半固態(tài)成形技術(shù)的關(guān)鍵所在。目前，已開發(fā)的半固態(tài)坯料制備方法主要有機(jī)械攪拌法、電磁攪拌法、粉末冶金法、超聲振動(dòng)法、單輥旋轉(zhuǎn)法等。此外，現(xiàn)有研究表明應(yīng)變誘導(dǎo)熔化激活法(StrainInducedMeltActivation，簡稱SIMA法)能夠有效的解決半固態(tài)坯料的制備問題。但是，傳統(tǒng)的SIMA法所采用的變形處理方法均屬于傳統(tǒng)變形工藝范疇，如鐓粗、擠壓、軋制等，它存在坯料變形后形狀尺寸改變很大，尤其在施加累積大應(yīng)變的情況下，會使坯料尺寸變得失去實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，而且存在工藝成本高的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種工藝成本低、生產(chǎn)效率高、坯料形狀尺寸在累積大變形后不改變、成形后零件性能優(yōu)良的鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置及方法。一、本專利技術(shù)的裝置主要包括壓塊、上模板、上墊板、上壓套、擠壓凸模、立柱、凸模壓板、凹模壓板、壓縮凸模、凹模、凹模預(yù)緊套、頂出桿、鐓粗凸模、墊塊、定位銷和下墊板。其中，下墊板為圓環(huán)形板，其中心圓槽孔直徑大于鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑，其環(huán)面上設(shè)置2個(gè)對稱分布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一個(gè)豎直的定位銷穿過，二者呈間隙配合。在下墊板的上端設(shè)有墊塊，該墊塊為內(nèi)設(shè)中心通孔的圓柱體，其中心通孔直徑大于頂出桿外徑，墊塊端面上對稱設(shè)置與下墊板上2個(gè)通孔對應(yīng)的2個(gè)圓槽孔，上述穿過下墊板的定位銷上端以過盈配合形式固定在墊塊上。在墊塊的上端面設(shè)有凹模預(yù)緊套，該凹模預(yù)緊套為內(nèi)設(shè)倒截錐形通孔的圓環(huán)體，其為設(shè)在其內(nèi)的凹模預(yù)緊。凹模為沿軸線分開的兩個(gè)半錐臺體，其外環(huán)面與凹模預(yù)緊套倒截錐形通孔對應(yīng)，兩個(gè)半錐臺體相對的面上各設(shè)一軸向凹槽，兩凹槽相對組成上下兩個(gè)直徑不等的空間，下面空間直徑小，其與頂出桿外徑對應(yīng)，上面空間直徑大，其與頂出桿頭直徑對應(yīng)。所述頂出桿中心設(shè)置直徑不等的階梯孔，內(nèi)設(shè)鐓粗凸模且大直徑孔空間與鐓粗凸模直徑相對應(yīng)，小直徑空間與鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑相對應(yīng)，凹模、頂出桿與鐓粗凸模三者組成復(fù)合擠壓凹模型腔。在復(fù)合擠壓凹模型腔的上部分別設(shè)置壓縮凸模和擠壓凸模，其中壓縮凸模呈圓管形，其外徑等于頂出桿頭外徑，其內(nèi)徑與擠壓凸模下柱體直徑對應(yīng)，二者呈間隙配合，且置于坯料上的壓縮凸模上端面高于或等于凹模壓板的上端面。該凹模壓板為環(huán)形板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模外徑，其板面設(shè)在凹模及凹模預(yù)緊套的上端面上，并通過緊固件連接。在凹模壓板上面設(shè)有圓環(huán)形凸模壓板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模內(nèi)徑。擠壓凸模下部的圓柱體設(shè)在復(fù)合擠壓凹模型腔內(nèi)，與圓柱體相連的圓柱桿上端設(shè)有大直徑在上小直徑在下的塔形圓盤，該塔形圓盤置于上壓套與其對應(yīng)的中心階梯形通孔內(nèi)，通過臺肩結(jié)構(gòu)使兩者定位。所述上壓套為環(huán)形板，其環(huán)面上還設(shè)有3-4個(gè)均布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一根豎直的立柱穿過，該立柱下端固定在凸模壓板上，在上壓套上面設(shè)有上墊板，其為圓形平板，板面上設(shè)有與立柱對應(yīng)并套接于其上的通孔。為了提高承壓能力，在上墊板上面設(shè)有與其結(jié)構(gòu)相同的上模板，上壓套、上墊板和上模板通過緊固件連接。在上模板上面設(shè)有壓塊，該壓塊為塔形圓盤，其小直徑部分小于各立柱所夾間隙，以便向擠壓凸模施加壓力；其大直徑部分將所有立柱上端頂覆蓋，以便向壓縮模具施加壓力。二、本專利技術(shù)所述方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：1、將鑄態(tài)鎂合金坯料機(jī)械加工成圓柱形坯料。最好鑄態(tài)鎂合金坯料為AZ91D、AZ61、ZK60RE或AM60等鎂合金材料。2、對圓柱形坯料進(jìn)行潤滑處理，然后放入鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置復(fù)合擠壓凹模型腔內(nèi)，將圓柱形坯料加熱至累積復(fù)合擠壓溫度，該累積復(fù)合擠壓溫度為260～380℃。3、先將下墊板帶圓槽孔一側(cè)向上、壓塊小直徑一側(cè)向下，然后對壓塊施壓，使擠壓凸模下行擠壓圓柱形坯料變形成杯–桿型坯料，直至第一次復(fù)合擠壓結(jié)束；分別將下墊板和壓塊翻轉(zhuǎn)，使下墊板帶圓槽孔一側(cè)向向下，壓塊大直徑一側(cè)向下，然后對壓塊施壓，通過立柱及凸模壓板使壓縮凸模下行，通過下墊板使鐓粗凸模上行，分別壓縮坯料的杯型部分和桿型部分變形直至回復(fù)為初始的圓柱形坯料形狀，此過程定義為一道次復(fù)合擠壓變形，如此進(jìn)行鎂合金坯料的多道次累積復(fù)合擠壓變形，該累積復(fù)合擠壓過程中單道次的累積應(yīng)變?yōu)?.5～3.1。4、重復(fù)步驟3鎂合金坯料的累積復(fù)合擠壓變形過程，所述的累積復(fù)合擠壓的道次為3～8次，完成多道次的累積復(fù)合擠壓變形后，開模得到預(yù)變形坯料。5、將步驟4得到的預(yù)變形坯料按照半固態(tài)成形零件的尺寸要求切割成坯料，然后放入加熱爐中進(jìn)行等溫退火處理，得到退火后的坯料。最好，等溫退火處理是在惰性氣體保護(hù)或真空環(huán)境下進(jìn)行，退火處理的保溫溫度為490～600℃，保溫時(shí)間為10～30min。6、對退火后的坯料進(jìn)行快速冷卻，得到鎂合金半固態(tài)坯料。最好，冷卻方式為水淬。本專利技術(shù)方法的原理：通過多道次累積復(fù)合擠壓對鑄態(tài)鎂合金坯料進(jìn)行預(yù)變形處理，使其內(nèi)部產(chǎn)生足夠大的誘導(dǎo)應(yīng)變，充分破碎初始鑄造鎂合金坯料中的粗大低熔點(diǎn)相，同時(shí)細(xì)化基體相的晶粒尺寸。隨后，將經(jīng)過預(yù)變形處理的鎂合金坯料在半固態(tài)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行等溫退火處理，使其低熔點(diǎn)相重熔，固相基體晶粒球化，即可得到晶粒細(xì)小的球狀晶半固態(tài)組織。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、采用本專利技術(shù)方法制備的鎂合金半固態(tài)坯料具有固相晶粒尺寸細(xì)小、組織結(jié)構(gòu)均勻、球化程度高的特點(diǎn)，由該鎂合金半固態(tài)坯料制備的鎂合金制件具有較高的力學(xué)性能，如由該制坯方法制備的AZ91D鎂合金半固態(tài)觸變成形制件的抗拉強(qiáng)度為301.92MPa，延伸率為13.87％。二、鎂合金的圓柱形坯料經(jīng)多道次累積復(fù)合擠壓變形后，使之獲得足夠大的誘導(dǎo)應(yīng)變，但坯料形狀與尺寸保持不變，其端面也始終與軸線垂直，得到與原始坯料結(jié)構(gòu)尺寸完全一致的預(yù)變形坯，克服了基于傳統(tǒng)大變形的高誘導(dǎo)應(yīng)變所導(dǎo)致的坯料宏觀形貌改變很大而失去應(yīng)用價(jià)值的缺點(diǎn)。三、多道次累積復(fù)合擠壓變形過程中，單道次的成形力較小，延長了模具的使用壽命，同時(shí)大大降低了設(shè)備資金投入。附圖說明圖1為本專利技術(shù)制備裝置主視剖面示意簡圖。圖2為圖1的A-A視圖。圖3為本專利技術(shù)制備裝置通本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置，其特征在于：下墊板為圓環(huán)形板，其中心圓槽孔直徑大于鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑，其環(huán)面上設(shè)置2個(gè)對稱分布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一個(gè)豎直的定位銷穿過，二者呈間隙配合，在下墊板的上端設(shè)有墊塊，該墊塊為內(nèi)設(shè)中心通孔的圓柱體，其中心通孔直徑大于頂出桿外徑，墊塊端面上對稱設(shè)置與下墊板上2個(gè)通孔對應(yīng)的2個(gè)圓槽孔，上述穿過下墊板的定位銷上端以過盈配合形式固定在墊塊上，在墊塊的上端面設(shè)有凹模預(yù)緊套，該凹模預(yù)緊套為內(nèi)設(shè)倒截錐形通孔的圓環(huán)體，凹模為沿軸線分開的兩個(gè)半錐臺體，其外環(huán)面與凹模預(yù)緊套倒截錐形通孔對應(yīng)，兩個(gè)半錐臺體相對的面上各設(shè)一軸向凹槽，兩凹槽相對組成上下兩個(gè)直徑不等的空間，下面空間直徑小，其與頂出桿外徑對應(yīng)，上面空間直徑大，其與頂出桿頭直徑對應(yīng)，所述頂出桿中心設(shè)置直徑不等的階梯孔，內(nèi)設(shè)鐓粗凸模且大直徑孔空間與鐓粗凸模直徑相對應(yīng)，小直徑空間與鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑相對應(yīng)，凹模、頂出桿與鐓粗凸模三者組成復(fù)合擠壓凹模型腔，在復(fù)合擠壓凹模型腔的上部分別設(shè)置壓縮凸模和擠壓凸模，其中壓縮凸模呈圓管形，其外徑等于頂出桿頭外徑，其內(nèi)徑與擠壓凸模下柱體直徑對應(yīng)，二者呈間隙配合，且置于坯料上的壓縮凸模上端面高于或等于凹模壓板的上端面，該凹模壓板為環(huán)形板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模外徑，其板面設(shè)在凹模及凹模預(yù)緊套的上端面上，并通過緊固件連接，在凹模壓板上面設(shè)有圓環(huán)形凸模壓板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模內(nèi)徑，擠壓凸模下部的圓柱體設(shè)在復(fù)合擠壓凹模型腔內(nèi)，與圓柱體相連的圓柱桿上端設(shè)有大直徑在上小直徑在下的塔形圓盤，該塔形圓盤置于上壓套與其對應(yīng)的中心階梯形通孔內(nèi)，通過臺肩結(jié)構(gòu)使兩者定位，所述上壓套為環(huán)形板，其環(huán)面上還設(shè)有3?4個(gè)均布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一根豎直的立柱穿過，該立柱下端固定在凸模壓板上，在上壓套上面設(shè)有上墊板，其為圓形平板，板面上設(shè)有與立柱對應(yīng)并套接于其上的通孔，為了提高承壓能力，在上墊板上面設(shè)有與其結(jié)構(gòu)相同的上模板，上壓套、上墊板和上模板通過緊固件連接，在上模板上面設(shè)有壓塊，該壓塊為塔形圓盤，其小直徑部分小于各立柱所夾間隙，其大直徑部分將所有立柱上端頂覆蓋。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鎂合金半固態(tài)坯料制備裝置，其特征在于：下墊板為圓環(huán)形板，其中心圓槽孔直徑大于鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑，其環(huán)面上設(shè)置2個(gè)對稱分布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一個(gè)豎直的定位銷穿過，二者呈間隙配合，在下墊板的上端設(shè)有墊塊，該墊塊為內(nèi)設(shè)中心通孔的圓柱體，其中心通孔直徑大于頂出桿外徑，墊塊端面上對稱設(shè)置與下墊板上2個(gè)通孔對應(yīng)的2個(gè)圓槽孔，上述穿過下墊板的定位銷上端以過盈配合形式固定在墊塊上，在墊塊的上端面設(shè)有凹模預(yù)緊套，該凹模預(yù)緊套為內(nèi)設(shè)倒截錐形通孔的圓環(huán)體，凹模為沿軸線分開的兩個(gè)半錐臺體，其外環(huán)面與凹模預(yù)緊套倒截錐形通孔對應(yīng)，兩個(gè)半錐臺體相對的面上各設(shè)一軸向凹槽，兩凹槽相對組成上下兩個(gè)直徑不等的空間，下面空間直徑小，其與頂出桿外徑對應(yīng)，上面空間直徑大，其與頂出桿頭直徑對應(yīng)，所述頂出桿中心設(shè)置直徑不等的階梯孔，內(nèi)設(shè)鐓粗凸模且大直徑孔空間與鐓粗凸模直徑相對應(yīng)，小直徑空間與鐓粗凸模的下端圓柱桿直徑相對應(yīng)，凹模、頂出桿與鐓粗凸模三者組成復(fù)合擠壓凹模型腔，在復(fù)合擠壓凹模型腔的上部分別設(shè)置壓縮凸模和擠壓凸模，其中壓縮凸模呈圓管形，其外徑等于頂出桿頭外徑，其內(nèi)徑與擠壓凸模下柱體直徑對應(yīng)，二者呈間隙配合，且置于坯料上的壓縮凸模上端面高于或等于凹模壓板的上端面，該凹模壓板為環(huán)形板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模外徑，其板面設(shè)在凹模及凹模預(yù)緊套的上端面上，并通過緊固件連接，在凹模壓板上面設(shè)有圓環(huán)形凸模壓板，其中心通孔直徑大于壓縮凸模內(nèi)徑，擠壓凸模下部的圓柱體設(shè)在復(fù)合擠壓凹模型腔內(nèi)，與圓柱體相連的圓柱桿上端設(shè)有大直徑在上小直徑在下的塔形圓盤，該塔形圓盤置于上壓套與其對應(yīng)的中心階梯形通孔內(nèi)，通過臺肩結(jié)構(gòu)使兩者定位，所述上壓套為環(huán)形板，其環(huán)面上還設(shè)有3-4個(gè)均布的通孔，每個(gè)通孔內(nèi)有一根豎直的立柱穿過，該立柱下端固定在凸模壓板上，在上壓套上面設(shè)有上墊板，其為圓形平板，板面上設(shè)有與立柱對應(yīng)并套接于其上的通孔，為了提高承壓能力，在上墊...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：賈建波，徐巖，駱俊廷，楊越，
申請(專利權(quán))人：燕山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：河北;13