鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具及方法。該復(fù)合管內(nèi)層為AZ91D鎂合金，外層為7075鋁合金。所述方法包括坯料的制備、二次加熱、半固態(tài)擠壓成形。模具的預(yù)熱溫度為250℃-300℃，通過熱裝工藝將制備好的固相率為70-90%的鋁、鎂合金半固態(tài)坯料放入擠壓筒的擠壓腔內(nèi)，擠壓速度為60-150mm/s，擠壓成形得到壁厚為4-8mm，長(zhǎng)度為1200-3000mm的鋁包鎂復(fù)合管。本發(fā)明制備的鋁包鎂管結(jié)合界面完全達(dá)到冶金結(jié)合，相比其它成形方法，生產(chǎn)效率高、流程短、管材質(zhì)量好、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施；制備的鋁包鎂管密度小、比強(qiáng)度比剛度高、外層耐腐蝕、內(nèi)層吸震及抗沖擊性能好，特別適合于高速列車行李架、座椅、便攜式自行車車架、高檔燈具制造等領(lǐng)域，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁包鎂復(fù)合管制備模具及方法，特別是一種鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙層復(fù)合管材是指內(nèi)、外層由異種金屬通過一定加工方法制備而成的管材，其內(nèi)、外層金屬分別具有不同的性質(zhì)，以滿足不同工作環(huán)境的要求。目前，復(fù)合管材在交通工具制造、輸送管道、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高新技術(shù)與國(guó)防軍工的飛速發(fā)展，對(duì)于復(fù)合管材的需求量不斷增大，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高。特別是近年來，我國(guó)資源、環(huán)境問題日益突出，對(duì)復(fù)合管材的加工方法提出了綠色化、短流程化、高效率化等要求。鋁包鎂管是一種性能優(yōu)異并且應(yīng)用潛力巨大的復(fù)合管材，其外層的鋁合金具有密度低、耐腐蝕、美觀等特點(diǎn)，其內(nèi)層的鎂合金具有密度低、吸震性能及抗沖擊載荷性能優(yōu)異、比強(qiáng)度和比剛度大等特點(diǎn)。鋁包鎂管特別適合于生產(chǎn)列車車廂行李架、座椅以及便攜式自行車車架和高檔燈具等。
[0003]常規(guī)的復(fù)合管生產(chǎn)工藝至少需要兩個(gè)工步:第一步是分別生產(chǎn)出外層鋁合金管與內(nèi)層鎂合金管；第二步是采用包覆或者焊接的方法將第一步生產(chǎn)出的單層管進(jìn)行復(fù)合連接。很顯然，這種方法至少存在著兩個(gè)缺點(diǎn):首先是工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)一次成形，能耗較高；其次，采用焊接的方法生產(chǎn)出的復(fù)合管，內(nèi)層管與外層管結(jié)合不緊密，管間縫隙和應(yīng)力容易造成產(chǎn)品失效。
[0004]液態(tài)金屬連鑄復(fù)合法也可以用于制備雙層復(fù)合管(見:蘇亞軍，劉新華，吳永福，等.水平連鑄直接復(fù)合成形銅包鋁復(fù)合材料的組織與性能.特種鑄造及有色合金，2011，31(9):785-789)，屬于液相一液相復(fù)合法，該成形方法有利于提高復(fù)合管材的質(zhì)量，但存在著設(shè)備投資成本高(需要特定的鑄造設(shè)備)、生產(chǎn)溫度高(加工溫度均在合金液相線100°C以上)、生產(chǎn)效率低(平均拉坯速度只有60-90mm/min)、能源消耗大、生產(chǎn)過程難以精確控制(拉坯容易產(chǎn)生拉裂、重疊等現(xiàn)象)等缺陷，限制了其應(yīng)用的前景。
[0005]此外，傳統(tǒng)的軋制壓接法和包覆焊接法生產(chǎn)工藝，均屬于固相一固相復(fù)合方法，存在著生產(chǎn)工藝流程長(zhǎng)、成本高、環(huán)境負(fù)擔(dān)大、難以制備異形或者較大尺寸的復(fù)合管材，內(nèi)外層管難以達(dá)到冶金結(jié)合效果等問題(見:駱瑞雪.雙金屬復(fù)合管的擠壓成形工藝研究.熱加工工藝，2010，39(13):87-89)。
[0006]因此，開發(fā)出一種高效率、短流程、綠色化且界面達(dá)到冶金結(jié)合的復(fù)合管材的加工成形方法及成形模具具有十分重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了提高鋁包鎂管的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，本發(fā)明提出了一種半固態(tài)擠壓成形工藝技術(shù)，并設(shè)計(jì)出一套用于擠壓成形的模具。
[0008]該成形方法制備的鋁包鎂管具有工藝流程短、能耗低、內(nèi)外層管結(jié)合界面達(dá)到冶金結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，并且其擠壓成形模具結(jié)構(gòu)合理，靈活，易于實(shí)施。
[0009]本發(fā)明的第一目的在于提供一種鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，所述擠壓成形模具包括加熱電阻絲(I)、擠壓筒(9)、內(nèi)管擠壓模(13)、外管擠壓模
(14)、芯棒(5)、底座(15)；
加熱電阻絲(I)位于擠壓筒(9)外部；
擠壓筒(9)上開設(shè)有中心通孔，且擠壓筒(9)均勻分布放置鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料的四個(gè)擠壓腔，分別為兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8);擠壓筒(9)底部中央具有凹槽，凹槽中由上至下依次放置所述內(nèi)管擠壓模(13)和外管擠壓模(14)；
內(nèi)管擠壓模(13)上表面設(shè)有通過其中心通孔的凹槽形的第一焊合腔(11)，第一焊合腔(11)兩端分別位于兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)下部，同時(shí)第一焊合腔(11)兩側(cè)對(duì)稱開設(shè)有兩個(gè)通孔(21)；
外管擠壓模(14)上表面設(shè)有通過其中心通孔的凹槽形的第二焊合腔(12)，第二焊合腔(12)兩端分別位于兩個(gè)外管擠壓腔(8)下部，并通過內(nèi)管擠壓模(13)上的兩個(gè)通孔
(21)與外管擠壓腔(8)連通；
底座(15)具有底座擠出孔(16)，所述底座擠出孔(16)為底座(15)的中心通孔；
所述擠壓筒(9)、內(nèi)管擠壓模(13)、外管擠壓模(14)以及底座(15)的中心通孔由上至下依次連通，用以放置芯棒(5);芯棒(5)上部、下部為半徑不同的圓柱形結(jié)構(gòu)，中部為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述四個(gè)擠壓腔以擠壓筒(9)中心通孔為中心均勻分布，兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8)交替分布，用于分別放置鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料；所述擠壓成形模具還包括分別放置于內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8)中的內(nèi)管擠壓桿
(3)、外管擠壓桿(7)。
[0011]優(yōu)選地，所述第一焊合腔(11)和第二焊合腔(12)為方向交叉垂直的跑道形凹槽，所述內(nèi)管擠壓模(13)上的通孔(21)為圓形通孔。
[0012]優(yōu)選地，內(nèi)管擠壓模(13)下部設(shè)有導(dǎo)流椎體(19)，導(dǎo)流椎體的錐角為10-30°，高度為 20_25mm。
[0013]優(yōu)選地，外管擠壓模(14)中心通孔與內(nèi)管擠壓模(13)中心通孔的半徑之差大于內(nèi)管擠壓模(13)中心通孔與芯棒下部的變徑之差。
[0014]本發(fā)明第二目的在于提供一種利用上述任意之一的擠壓成形模具的鋁包鎂管半固態(tài)擠壓成形方法，所述擠壓成形方法包括:
步驟1.首先將鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料分別進(jìn)行加熱，鋁合金半固態(tài)坯料的二次加熱溫度為598-617°C，鎂合金半固態(tài)坯料的二次加熱溫度為579-584°C，其中，鋁合金和鎂合金半固態(tài)坯料固相率為70-90%，并將鋁合金和鎂合金半固態(tài)坯料分別放入外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)；
步驟2.利用加熱電阻絲I對(duì)擠壓成形模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250-300°C ；
步驟3.擠壓機(jī)通過外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)的擠壓桿對(duì)鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料施加擠壓力，鋁包鎂管在壓力作用下從底座擠壓孔16中擠出并焊合，最終成形。
[0015]優(yōu)選地，所述鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料為具有半固態(tài)組織特征的鋁合金、鎂合金棒狀坯料，坯料直徑為60-80mm，高度小于等于其直徑的1.5倍。[0016]優(yōu)選地，所述步驟3中擠壓機(jī)的擠壓速度為60-150mm/s。
[0017]本發(fā)明第三目的在于提供一種鋁包鎂復(fù)合管，其內(nèi)層管材為AZ91D鎂合金，外層管材為7075鋁合金。
[0018]優(yōu)選地，所述鋁包鎂復(fù)合管的壁厚為4-8mm，長(zhǎng)度為1200-3000mm。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，鋁包鎂復(fù)合管的外層鋁合金具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、美觀等特點(diǎn)，內(nèi)層鎂合金具有吸震性能好、密度小的優(yōu)點(diǎn)；本擠壓成形模具具有內(nèi)管擠壓模與外管擠壓模，內(nèi)層金屬鎂合金與外層金屬鋁合金分別在擠壓模內(nèi)先進(jìn)行焊合，再由通孔擠出，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)施；本發(fā)明采用的半固態(tài)擠壓成形方法，由于擠壓坯料處于固液兩相區(qū)之間，相比于固態(tài)成形，擠壓力較低，而相比于液態(tài)成形，可以減少氧化，能耗較低。內(nèi)外層管具有不同的半固態(tài)擠壓溫度，并實(shí)現(xiàn)雙層管界面的冶金結(jié)合，提高了鋁包鎂管的強(qiáng)度和質(zhì)量。鋁包鎂管具有非常低的密度以及高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕性能和吸震性能，故在高速列車行李架、座椅、便攜式自行車、高級(jí)燈具等多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0020]本發(fā)明采用半固態(tài)擠壓方法成形鋁包鎂管，與鑄造法相比，具有成形溫度低、減少金屬氧化的特點(diǎn)；與焊接法相比，具有工藝流程短、一次成形、界面達(dá)到冶金結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用的鋁合金、鎂合金均為棒狀坯料，與現(xiàn)有的采用環(huán)狀坯料擠壓方法相比，不需要預(yù)先制備環(huán)狀坯料，節(jié)省了加工周期，降低了費(fèi)用。本發(fā)明采用的擠壓模具具有內(nèi)管擠壓模與外管擠壓模，分別用于成形內(nèi)層鎂合金管與外層鋁合金管，每層管分別在各自的成形模內(nèi)焊合，然后再由擠出孔擠出并復(fù)合，減少了由于鋁、鎂合金變形抗力不同導(dǎo)致的厚度不均等缺陷。本發(fā)明采用的擠壓模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，便于更換，可根據(jù)擠壓模擠壓孔的不同成形不同壁厚的鋁包鎂管材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為擠壓成形模具展開剖面示意圖。
[0022]圖中:1.加熱電阻絲；2.鎂合金棒狀坯料；3.內(nèi)管擠壓桿；4.內(nèi)管擠壓腔；5.芯棒；6.芯棒緊固螺母；7.外管擠壓桿；8.外管擠壓腔；9.擠壓筒；10.鋁合金棒狀坯料；
11.第一焊合腔；12第二焊合腔；13.內(nèi)管擠壓模；14.外管擠壓模；15.底座；16.擠出孔；17.緊固螺釘；18.鋁包鎂管；19.導(dǎo)流椎體；20.定位螺釘軸線位置；21.圓形通孔；22.定位螺釘螺紋孔。
[0023]圖2為內(nèi)管擠壓模1/4剖切軸測(cè)示意圖。
[0024]圖3為外管擠壓模結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1為本發(fā)明擠壓成形模具以兩個(gè)相互垂直、且相交線為模具垂直中心軸的剖切平面進(jìn)行剖切后的展開剖面示意圖，由圖1可知，擠壓成形模具包括加熱電阻絲1、擠壓筒9、內(nèi)管擠壓模13、外管擠壓模14、芯棒5、底座15、內(nèi)管擠壓桿3、外管擠壓桿7、緊固螺釘17、緊固螺母6以及定位螺釘。
[0026]擠壓成形模具中位于擠壓筒9外部的加熱電阻絲I用于對(duì)擠壓成形模具進(jìn)行預(yù)熱，并保證在復(fù)合管擠壓成形的過程中擠壓成形模具溫度不變。
[0027]擠壓筒9中心設(shè)有垂直的中心通孔，擠壓筒9以其中心通孔為軸心均勻分布四個(gè)圓柱形擠壓腔，分別為兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔4和兩個(gè)外管擠壓腔8，兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔4和兩個(gè)外管擠壓腔8交替分布，用來放置鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料。
[0028]擠壓筒9底部中央具有圓柱形凹槽，凹槽中由上至下依次放置與凹槽匹配的內(nèi)管擠壓模13和外管擠壓模14。
[0029]如圖2所示，內(nèi)管擠壓模13為圓柱形結(jié)構(gòu)，開設(shè)有垂直的中心通孔，內(nèi)管擠壓模13上表面設(shè)有通過其中心通孔的第一焊合腔11，第一焊合腔11為一跑道形(由兩邊兩個(gè)半圓弧中間一個(gè)矩形組成)凹槽，第一焊合腔11兩端分別位于兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔4下部，通過內(nèi)管擠壓腔4將鎂合金棒狀坯料2擠入第一焊合腔11內(nèi)焊合，同時(shí)第一焊合腔11兩側(cè)對(duì)稱開設(shè)有兩個(gè)圓形通孔21，所述圓形通孔21位于兩個(gè)外管擠壓腔8下部，并分別與兩個(gè)外管擠壓腔8底部連通，以便鋁合金棒狀坯料10通過并到達(dá)外管擠壓模14 ；內(nèi)管擠壓模13下部設(shè)有導(dǎo)流椎體19，用于對(duì)外管鋁合金實(shí)施擠壓成形力，其中，導(dǎo)流椎體的錐角為10-30°，高度為20-25_。內(nèi)管擠壓模13四周開有定位螺釘螺紋孔22，用于放置定位螺釘以與外管擠壓模14、擠壓筒9進(jìn)行定位。
[0030]如圖3所示，外管擠壓模14同樣為圓柱形結(jié)構(gòu)，開設(shè)有垂直的中心通孔；外管擠壓模14上表面設(shè)有第二焊合腔12，第二焊合腔12為與第一焊合腔方向交叉垂直的跑道形凹槽，第二焊合腔12兩端分別位于兩個(gè)外管擠壓腔8下部，并通過內(nèi)管擠壓模13上的兩個(gè)圓形通孔21與外管擠壓腔8底部連通，使鋁合金棒狀坯料10依次通過外管擠壓腔8、圓形通孔21，擠入第二焊合腔12內(nèi)焊合。外管擠壓模14四周開有定位螺釘螺紋孔22，用于放置定位螺釘以與內(nèi)管擠壓模13、擠壓筒9進(jìn)行定位。
[0031]底座15呈圓柱體，開設(shè)有垂直的中心通孔，即底座擠出孔16，用于雙層管的擠出；四周開有螺紋孔，以便放置緊固螺釘17，使底座15與擠壓筒9進(jìn)行連接。
[0032]上述擠壓筒9、內(nèi)管擠壓模13、外管擠壓模14以及底座15的圓形的中心通孔由上至下依次連通，用以放置芯棒5，芯棒5上部為圓柱形結(jié)構(gòu)，頂部具有螺紋，通過芯棒緊固螺母6與擠壓筒9固定；芯棒下部為半徑小于芯棒上部的圓柱形結(jié)構(gòu)，用于成形復(fù)合管，中部位于內(nèi)管擠壓模13的第一焊合腔11內(nèi)，是由芯棒上部向芯棒下部過渡的圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，用于對(duì)內(nèi)層鎂合金管施加擠壓成形力。
[0033]為了防止由于鎂合金的強(qiáng)度低于鋁合金的強(qiáng)度而在擠壓過程中發(fā)生斷裂現(xiàn)象，同時(shí)也是為便于實(shí)現(xiàn)鋁包鎂管的進(jìn)一步輕量化，在本發(fā)明中，內(nèi)層鎂合金管的厚度要大于外層鋁合金管的厚度，為此，外管擠壓模14中心通孔與內(nèi)管擠壓模13中心通孔的半徑之差大于內(nèi)管擠壓模13中心通孔與芯棒下部的變徑之差。
[0034]由于擠壓成形模具包括內(nèi)管擠壓模13與外管擠壓模14,內(nèi)管擠壓模13位于外管擠壓模上部14，故在擠壓成形時(shí)，內(nèi)管擠壓桿3的位置要位于外管擠壓桿7的上部，保證擠壓機(jī)首先接觸到內(nèi)管擠壓桿3，內(nèi)層鎂坯料首先被擠出并成形。
[0035]在復(fù)合管擠壓成形過程中:內(nèi)層鎂合金在擠壓筒9內(nèi)受到內(nèi)管擠壓桿3的作用流動(dòng)變形，并在第一焊合腔11內(nèi)焊合，隨后由內(nèi)管擠壓模中心通孔向下擠出；外層鋁合金在擠壓筒內(nèi)受到外管擠壓桿7的作用流動(dòng)變形，并在第二焊合腔12內(nèi)焊合，隨后由外管擠壓模中心通孔向下擠出；內(nèi)層鎂合金與外層鋁合金在擠壓力的作用下相互接觸并焊合在一起，沿芯棒從底座擠出孔16處擠出并成形，同時(shí)實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。
[0036]由此，本發(fā)明提出的鋁包鎂復(fù)合管的擠壓成形方法，是在擠壓機(jī)上通過熱裝工藝對(duì)鋁合金、鎂合金半固態(tài)棒狀坯料進(jìn)行擠壓成形。包括以下步驟:
步驟1.擠壓成形前，首先對(duì)鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料分別進(jìn)行一次(針對(duì)半固態(tài)流變擠壓成形工藝，僅進(jìn)行一次加熱)或二次(針對(duì)半固態(tài)觸變擠壓成形工藝，需要進(jìn)行二次加熱)加熱，加熱溫度:7075鋁合金為598-617°C，AZ91D鎂合金為579_584°C，固相率同為70-90%,使其達(dá)到各自的半固態(tài)溫度區(qū)間，并放入相應(yīng)擠壓腔中(外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4)內(nèi)。
[0037]所述鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料為具有半固態(tài)組織特征的鋁合金、鎂合金棒狀坯料，坯料直徑為60-80mm，高度小于等于其直徑的1.5倍。所述擠壓成形坯料為兩塊鋁合金棒狀坯料，兩塊鎂合金棒狀坯料，同種坯料相對(duì)放置。
[0038]步驟2.利用加熱電阻絲I對(duì)擠壓成形模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250-300°C。
[0039]步驟3.擠壓機(jī)通過擠壓桿對(duì)鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料施加軸向向下的擠壓力，鋁包鎂管在壓力作用下從底座擠壓孔16中擠出并焊合，最終成形。
[0040]為保證鋁合金、鎂合金坯料溫度在擠壓成形過程中保持半固態(tài)溫度，需控制擠壓速度為60-150mm/s。同時(shí)由于鎂合金具有易燃性，故需要在擠壓成形時(shí)通入保護(hù)性氣體氬氣。
[0041]根據(jù)本發(fā)明獲得的鋁包鎂復(fù)合管材，外層為7075鋁合金，內(nèi)層為AZ91D鎂合金。雙層管內(nèi)外層結(jié)合界面達(dá)到冶金結(jié)合。鋁包鎂復(fù)合管的壁厚為4-8mm，復(fù)合管長(zhǎng)度為1200-3000mmo
[0042]實(shí)施例1:
本實(shí)施例涉及一種鋁包鎂管的半固態(tài)觸變擠壓成形工藝。其中，觸變成形是先將鎂合金或者鋁合金鑄錠經(jīng)過加熱(一次加熱)和攪拌步驟制備成具有非枝晶組織形貌的坯料，完全冷卻后切割成一定大小的坯料。成形時(shí)，將這種坯料直接加熱(二次加熱)到半固態(tài)溫度即可進(jìn)行擠壓成形。制備的復(fù)合管內(nèi)徑為20mm，壁厚4mm，其中內(nèi)層鎂合金AZ91D壁厚為2.5_，外層鋁合金7075壁厚為1.5mm0所使用的鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料均為直徑60mm的棒材，長(zhǎng)度為90mm。加熱電阻絲I保證擠壓成形模具的預(yù)熱溫度為250°C。將鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料分別在感應(yīng)加熱爐中加熱。外層鋁合金7075的半固態(tài)溫度為598°C，內(nèi)層鎂合金AZ91D的半固態(tài)溫度為579°C。隨后迅速將加熱后的鋁合金坯料、鎂合金坯料分別放入到擠壓筒9的外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)，異種坯料相鄰放置。設(shè)定擠壓機(jī)的擠壓速度為150mm/s并開始擠壓。鎂、鋁合金坯料分別在擠壓桿3、7的作用下在模具焊合腔11、12內(nèi)焊合并通過中心通孔成形，鋁包鎂管由底座擠出孔16處擠出。
[0043]實(shí)施例2:
本實(shí)施例涉及一種鋁包鎂管的半固態(tài)觸變擠壓成形工藝。制備的復(fù)合管內(nèi)徑為20_，厚壁5mm，其中內(nèi)層鎂合金AZ91D壁厚為3mm，外層鋁管壁厚為2mm。所使用的鎂合金、鋁合金半固態(tài)還料均為直徑80mm的棒材，長(zhǎng)度為110mm。加熱電阻絲I保證擠壓成形模具的預(yù)熱溫度為300°C。將鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料分別在感應(yīng)加熱爐中加熱。外層7075鋁合金的半固態(tài)溫度為617°C，內(nèi)層AZ91D鎂合金的半固態(tài)溫度為584°C。隨后迅速將加熱后的鋁合金、鎂合金坯料分別放入到模具擠壓筒9的外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)，異種坯料相鄰放置。設(shè)定擠壓機(jī)的擠壓速度為60mm/s并開始擠壓。鎂、鋁合金坯料分別在擠壓桿3、7的作用下在模具焊合腔11、12內(nèi)焊合并通過中心通孔成形，鋁包鎂管由底座擠出孔16處擠出。
[0044]實(shí)施例3:
本發(fā)明涉及一種鋁包鎂管的半固態(tài)流變擠壓成形工藝。其中，流變成形是觸變成形的簡(jiǎn)化，即直接將合金鑄錠經(jīng)過加熱和攪拌作用形成非枝晶組織后，冷卻到半固態(tài)溫度區(qū)間(不完全冷卻)，立即擠壓成形。制備的復(fù)合管內(nèi)徑為20mm，壁厚8mm，其中內(nèi)層鎂合金AZ91D壁厚為5mm，外層鋁合金7075壁厚為3mm。加熱電阻絲保證擠壓成形模具的預(yù)熱溫度為280°C。將經(jīng)過干燥處理的塊狀商用AZ91鎂合金、7075鋁合金鑄錠分別在電阻加熱爐加熱至完全熔化溫度后，保溫靜置20min。靜置后的漿料在機(jī)械攪拌作用一段時(shí)間后倒入到直徑為70mm，長(zhǎng)度為IOOmm的制坯模具內(nèi)，當(dāng)7075鋁合金冷卻到605°C、AZ91鎂合金冷卻到581°C的半固態(tài)溫度后，迅速將鋁合金坯料、鎂合金坯料分別放入到模具擠壓筒9的外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)，異種坯料相鄰放置。設(shè)定擠壓機(jī)的擠壓速度為100mm/S并開始擠壓。鎂、鋁合金坯料分別在擠壓桿3、7的作用下在模具焊合腔11、12內(nèi)焊合并通過中心通孔成形，鋁包鎂管由底座擠出孔16處擠出。
[0045]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“ 一個(gè)實(shí)施例”、“ 一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0046]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
【權(quán)利要求】
1.一種鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，其特征在于:所述擠壓成形模具包括加熱電阻絲(1)、擠壓筒(9)、內(nèi)管擠壓模(13)、外管擠壓模(14)、芯棒(5)、底座(15)； 加熱電阻絲(1)位于擠壓筒(9)外部； 擠壓筒(9)上開設(shè)有中心通孔，且擠壓筒(9)均勻分布放置鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料的四個(gè)擠壓腔，分別為兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8);擠壓筒(9)底部中央具有凹槽，凹槽中由上至下依次放置所述內(nèi)管擠壓模(13)和外管擠壓模(14)； 內(nèi)管擠壓模(13)上表面設(shè)有通過其中心通孔的凹槽形的第一焊合腔(11)，第一焊合腔(11)兩端分別位于兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)下部，同時(shí)第一焊合腔(11)兩側(cè)對(duì)稱開設(shè)有兩個(gè)通孔(21)； 外管擠壓模(14)上表面設(shè)有通過其中心通孔的凹槽形的第二焊合腔(12)，第二焊合腔(12)兩端分別位于兩個(gè)外管擠壓腔(8)下部，并通過內(nèi)管擠壓模(13)上的兩個(gè)通孔(21)與外管擠壓腔(8)連通； 底座(15)具有底座擠出孔(16)，所述底座擠出孔(16)為底座(15)的中心通孔； 所述擠壓筒(9)、內(nèi)管擠壓模(13)、外管擠壓模(14)以及底座(15)的中心通孔由上至下依次連通，用以放置芯棒(5);芯棒(5)上部、下部為半徑不同的圓柱形結(jié)構(gòu)，中部為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，所述四個(gè)擠壓腔以擠壓筒(9)中心通孔為中心均勻分布，兩個(gè)內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8)交替分布，用于分別放置鎂合金、鋁合金半固態(tài)坯料；所述擠壓成形模具還包括分別放置于內(nèi)管擠壓腔(4)和兩個(gè)外管擠壓腔(8)中的內(nèi)管擠壓桿(3)、外管擠壓桿(7)。
3.如權(quán)利要求1所述的鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，其特征在于，所述第一焊合腔(11)和第二焊合腔(12)為方向交叉垂直的跑道形凹槽，所述內(nèi)管擠壓模(13)上的通孔(21)為圓形通孔。
4.如權(quán)利要求1所述的鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，其特征在于，內(nèi)管擠壓模(13)下部設(shè)有導(dǎo)流椎體(19)，導(dǎo)流椎體的錐角為10-30°，高度為20-25mm。
5.如權(quán)利要求1所述的鋁包鎂復(fù)合管半固態(tài)制備方式中的擠壓成形模具，其特征在于，外管擠壓模(14)中心通孔與內(nèi)管擠壓模(13)中心通孔的半徑之差大于內(nèi)管擠壓模(13)中心通孔與芯棒下部的變徑之差。
6.一種利用上述權(quán)利要求任意之一的擠壓成形模具的鋁包鎂管半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于，所述擠壓成形方法包括: 步驟1.首先將鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料分別進(jìn)行加熱，鋁合金半固態(tài)坯料的二次加熱溫度為598-617°C，鎂合金半固態(tài)坯料的二次加熱溫度為579-584°C，其中，鋁合金和鎂合金半固態(tài)坯料固相率為70-90%，并將鋁合金和鎂合金半固態(tài)坯料分別放入外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)； 步驟2.利用加熱電阻絲I對(duì)擠壓成形模具進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250-300°C ； 步驟3.擠壓機(jī)通過外管擠壓腔8和內(nèi)管擠壓腔4內(nèi)的擠壓桿對(duì)鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料施加擠壓力，鋁包鎂管在壓力作用下從底座擠壓孔16中擠出并焊合，最終成形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6 所述鋁包鎂管半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于，所述鋁合金、鎂合金半固態(tài)坯料為具有半固態(tài)組織特征的鋁合金、鎂合金棒狀坯料，坯料直徑為60-80_，高度小于等于其直徑的1.5倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述鋁包鎂管半固態(tài)擠壓成形方法，其特征在于，所述步驟3中擠壓機(jī)的擠壓速度為60-150mm/s。
9.一種鋁包鎂復(fù)合管，其特征在于:所述鋁包鎂復(fù)合管內(nèi)層管材為AZ91D鎂合金，外層管材為7075鋁合金。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所 述鋁包鎂管，其特征在于:所述鋁包鎂復(fù)合管的壁厚為4-8mm，長(zhǎng)度為 1200-3000mm。
【文檔編號(hào)】B21C23/22GK103920734SQ201410156374
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】王開坤, 付金龍, 王淑嫻 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)