本發(fā)明涉及管材成型技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具及其制備方法。

背景技術(shù)：

在工業(yè)生產(chǎn)中，輕合金管材在生產(chǎn)加工過(guò)程中，主要通過(guò)成型模具擠壓成型管材；傳統(tǒng)輕合金塑性變形工藝包含鑄錠制備、鑄錠處理、坯料加熱、熱塑性變形等多個(gè)階段。

就制造輕合金管材而言，特別是薄壁和高精度的輕合金管材，目前，一般采用預(yù)先準(zhǔn)備的空心毛坯，其內(nèi)徑相應(yīng)于管材的內(nèi)徑；然后在小功率和中等功率的壓力機(jī)上生產(chǎn)管材時(shí)，空心毛坯主要是用機(jī)械加工法(鉆孔和鏜孔)獲得，空心毛坯僅用于獲得內(nèi)徑不大于25～30mm的管材。而為制造較大內(nèi)徑的管材，采用了的新工藝，即在壓力機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)將毛坯擴(kuò)徑工序和管材擠壓工序相重合；為了擠壓，采用的毛坯為帶中心孔的毛坯，其孔徑約比管材內(nèi)徑小75%左右，這樣可降低材料消耗20%～30%，且無(wú)需用大量車(chē)床來(lái)準(zhǔn)備毛坯。

但是，傳統(tǒng)的擠壓生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)形成沿管材擠壓方向的帶狀組織和強(qiáng)烈的基面織構(gòu)，嚴(yán)重降低了輕合金的力學(xué)性能，并造成力學(xué)性能的各向異性，這些織構(gòu)不利于薄管的二次加工（如內(nèi)高壓成形、折角、煨彎等）；容易造成輕合金鑄造組織中的縮孔、疏松等缺陷，使得管材尤其是薄管的加工精度變差。并且，傳統(tǒng)擠壓后的輕合金管材橫向截面組織為等軸晶粒，擠壓后的縱向截面組織變成細(xì)長(zhǎng)晶粒，而且特別明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具及其制備方法，制備的輕合金材料具有極細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)（0.5μm左右），較高的屈服應(yīng)力，能夠大幅度提高材料的塑性以及低溫超塑性和高應(yīng)變速率超塑性性能。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的：一種高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具，其特征在于：包括擠壓筒、擠壓墊以及成型芯軸，所述擠壓筒具有進(jìn)料段和出料段，所述擠壓墊設(shè)于進(jìn)料段內(nèi)，并能夠在進(jìn)料段內(nèi)自由移動(dòng)；在進(jìn)料段和出料段之間設(shè)有分隔段和焊合室，所述分隔段將進(jìn)料段和焊合室隔斷，在分隔段上設(shè)有數(shù)條坯料通道，所述坯料通道的一端與進(jìn)料段相連通，另一端與焊合室相連通；所述出料段與焊合室相連通，且焊合室的內(nèi)徑大于出料段的內(nèi)徑；所述成型芯軸與擠壓筒同軸心線(xiàn)設(shè)置，其一端與分隔段相連，另一端穿過(guò)焊合室和出料段，并從出料段伸出，該成型芯軸與出料段之間具有間隙，使成型芯軸與出料段之間形成管材成型區(qū)域；

所述坯料通道包括分流段、第一剪切段和第二剪切段，其中，分流段與擠壓筒的進(jìn)料端相連通，其軸心線(xiàn)與擠壓筒的軸心線(xiàn)平行，第一剪切段的一端與分流段相連通，另一端向背離擠壓筒軸心線(xiàn)方向傾斜后與第二剪切段相連通，使第一剪切段與分流段之間形成剪切轉(zhuǎn)角α，第二剪切段的一端與第一剪切段相連通，另一端與焊合室相連通，且第二剪切通道的軸心線(xiàn)與擠壓筒的軸心線(xiàn)平行，使第二剪切段與第一剪切段之間形成剪切轉(zhuǎn)角β。

進(jìn)一步地，所述坯料通道的分流段、第一剪切段和第二剪切段之間的長(zhǎng)度L1、L2、L3比為：（1~2）：（1~1.5）：（0.5~1）；該分流段、第一剪切段和第二剪切段之間的半徑R1、R2、R3比為：(1~1.5):(0.5~1):(0.1~0.5)。

進(jìn)一步地，所述擠壓墊的直徑為R，焊合室的直徑為D：且2*（R-2）-20 >D>2（R1+R3）mm。

進(jìn)一步地，所述擠壓筒和擠壓墊均采用H13模具鋼制成，其中，擠壓筒、分隔段以及成型芯軸一體成型。

進(jìn)一步地，料筒與分流段的連接處、分流段與第一剪切段的連接處、第一剪切段與第二剪切段的連接處、第二剪切段與焊合室的連接處、以及焊合室與出料段連接處均采用圓弧過(guò)渡，且圓弧的半徑為0.8~2mm。

一種利用上述高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具制備細(xì)晶輕合金管材方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）將輕合金圓柱坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上，并保溫0.5-4小時(shí)；其中，所述坯料具有直徑為R的中心孔，所述再結(jié)晶溫度為200°；

2）將加熱后的坯料放入擠壓筒；

3）開(kāi)啟擠壓機(jī)，通過(guò)擠壓機(jī)擠壓坯料；

4）在擠壓機(jī)的擠壓下，坯料依次經(jīng)過(guò)分流段、第一剪切段、第二剪切段、以及管材成型區(qū)域，最終成型得到管材。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在同一模具上同時(shí)完成了擠壓、連續(xù)等通道擠壓、管材成形、整形4道工序，相比管材熱擠壓工藝工序更少，并且減少了廢料，節(jié)約了能源；并且，擠壓和連續(xù)剪切變形可引入大應(yīng)變率，促進(jìn)輕合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生；在擠壓過(guò)程中材料始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)（轉(zhuǎn)角處局部受四向壓力），更能發(fā)揮輕合金材料的塑性變形能力，避免在大應(yīng)變條件下產(chǎn)生裂紋，減少或消除組織內(nèi)部的空洞缺陷；通過(guò)管材連續(xù)成形溫度和速度、模具結(jié)構(gòu)調(diào)控可控制管材的變形程度及均勻性，從而控制晶粒細(xì)化的程度及基面織構(gòu)的強(qiáng)度和管材精度；使細(xì)化晶粒和成形的效率高，并具有高效、節(jié)能的特性。

（2）該模具占地面積小，生產(chǎn)成本低；通過(guò)本申請(qǐng)的模具擠壓成型管材，可連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行生產(chǎn)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，縮短生產(chǎn)周期，制備和生產(chǎn)輕合金材料時(shí)間短、成形速度快，使生產(chǎn)效率大大提高，便于自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；并且在提高輕合金力學(xué)性能和成型能力方面具有較大的潛力，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的、大尺寸的輕合金管材的生產(chǎn)，適合制備塑性較差的輕合金管材，適用范圍廣。

（3）本裝置生產(chǎn)的輕合金管材強(qiáng)塑性好；通過(guò)工藝和模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，能夠消除輕合金中顯微孔洞等缺陷、提高材料的致密性、破碎枝晶，形成細(xì)小的等軸晶，并促使基面織構(gòu)弱化，從而保證管材的成形精度和力學(xué)性能，并可以通過(guò)調(diào)整剪切次數(shù)和剪切強(qiáng)度來(lái)調(diào)控微觀組織織構(gòu)，從而提高管材的可靠性和可控性，可應(yīng)用于鎂鋁鈦等輕合金管材的加工成形。

附圖說(shuō)明

圖1為發(fā)明模具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明模具的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的剖視圖。

圖中：1—擠壓筒，2—擠壓墊，3—成型芯軸，4—進(jìn)料段，5—出料段，6—焊合室，7—分流段，8—第一剪切段，9—第二剪切段。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例：參見(jiàn)圖1、圖2以及圖3，一種高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具，包括擠壓筒1、擠壓墊2以及成型芯軸3。所述擠壓筒1具有進(jìn)料段4和出料段5，所述擠壓墊2設(shè)于進(jìn)料段4內(nèi)，并能夠在進(jìn)料段4內(nèi)自由移動(dòng)；具體實(shí)施時(shí)，擠壓墊2為柱狀圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，其半徑為R，工作時(shí)與擠壓機(jī)的擠壓桿相連。所述擠壓筒1的進(jìn)料段4的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，內(nèi)徑為2（R+1）mm，從而使擠壓墊2與擠壓筒1之間的間隙盡可能的小，以便于更好地推動(dòng)坯料。

在進(jìn)料段4和出料段5之間設(shè)有分隔段和焊合室6，所述分隔段將進(jìn)料段4和焊合室6隔斷，在分隔段上設(shè)有數(shù)條坯料通道，在加工過(guò)程中，所述坯料通道繞擠壓筒1軸心線(xiàn)一周均勻分布，從而使分料更加均勻，進(jìn)一步提高管材成型的塑性和可靠性。所述坯料通道的一端與進(jìn)料段4相連通，另一端與焊合室6相連通；所述出料段5與焊合室6相連通，且焊合室6的內(nèi)徑大于出料段5的內(nèi)徑。通過(guò)數(shù)條坯料通道將坯料分成數(shù)份，并同時(shí)對(duì)其進(jìn)行擠壓，從而能夠使坯料的受力效果更好，更能發(fā)揮輕合金材料的塑性變形能力，避免在大應(yīng)變條件下產(chǎn)生裂紋，減少或消除組織內(nèi)部的空洞缺陷，能夠消除輕合金中顯微孔洞等缺陷、提高材料的致密性、破碎枝晶，形成細(xì)小的等軸晶，并促使基面織構(gòu)弱化，從而保證管材的成形精度和力學(xué)性能。

具體實(shí)施時(shí)，所述坯料通道包括分流段7、第一剪切段8和第二剪切段9。其中，分流段7與擠壓筒1的進(jìn)料端相連通，其軸心線(xiàn)與擠壓筒1的軸心線(xiàn)平行，第一剪切段8的一端與分流段7相連通，另一端向背離擠壓筒1軸心線(xiàn)方向傾斜后與第二剪切段9相連通，使第一剪切段8與分流段7之間形成剪切轉(zhuǎn)角α（即分流段7和第一剪切段8的軸心線(xiàn)之間的夾角）。第二剪切段9的一端與第一剪切段8相連通，另一端與焊合室6相連通，且第二剪切通道的軸心線(xiàn)與擠壓筒1的軸心線(xiàn)平行，使第二剪切段9與第一剪切段8之間形成剪切轉(zhuǎn)角β（即第二剪切段9和第一剪切段8的軸心線(xiàn)之間的夾角）；其中，90°〈α=β〈180°；從而使坯料的移動(dòng)更加順暢，且能夠保證坯料的連續(xù)性。

在加工過(guò)程中，料筒與分流段7的連接處、分流段7與第一剪切段8的連接處、第一剪切段8與第二剪切段9的連接處、第二剪切段9與焊合室6的連接處、以及焊合室6與出料段5連接處均采用圓弧過(guò)渡，且圓弧的半徑為0.8~2mm；從而能夠避免模具在熱處理和擠壓成形過(guò)程中因應(yīng)力集中而導(dǎo)致模具開(kāi)裂，并保證金屬充滿(mǎn)型槽。若圓弧半徑過(guò)小，金屬充填模具型腔相應(yīng)處十分困難，而且易在該處引起應(yīng)力集中使其開(kāi)裂；并且，金屬流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的纖維容易被割斷，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，還容易產(chǎn)生回流最后形成折疊導(dǎo)致管材報(bào)廢。若圓弧半徑過(guò)大，將增加機(jī)械加工余量和金屬損耗，使金屬過(guò)早流失，造成局部充不滿(mǎn)。

所述成型芯軸3與擠壓筒1同軸心線(xiàn)設(shè)置，其一端與分隔段相連，另一端穿過(guò)焊合室6和出料段5，并從出料段5伸出，其伸出出料段5的距離至少為10mm，以對(duì)管材進(jìn)行導(dǎo)向，從而保證管材出料過(guò)程中的穩(wěn)定性。該成型芯軸3與出料段5之間具有間隙，使成型芯軸3與出料段5之間形成管材成型（及整形）區(qū)域。所述擠壓筒1和擠壓墊2均采用H13模具鋼制成，其中，擠壓筒1、分隔段以及成型芯軸3一體成型；從而使模具整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，并且加工過(guò)程中可靠性更高。

具體實(shí)施時(shí)，所述坯料通道的分流段7、第一剪切段8和第二剪切段9之間的長(zhǎng)度L1、L2、L 3之比為：（1~2）：（1~1.5）：（0.5~1）；該分流段7、第一剪切段8和第二剪切段9之間的半徑R1、R2、R3比為：(1~1.5):(0.5~1):(0.1~0.5)；能夠有效增加輕合金材料在擠壓過(guò)程中的連續(xù)性，更能發(fā)揮輕合金材料的塑性變形能力，避免在大應(yīng)變條件下產(chǎn)生裂紋，減少或消除組織內(nèi)部的空洞缺陷；從而控制晶粒細(xì)化的程度及基面織構(gòu)的強(qiáng)度和管材精度。所述焊合室6的軸向長(zhǎng)度L4為20~100mm，其直徑為D：且2*（R-2）-20 >D>2（R1+R3）mm；從而細(xì)化組織，尤其細(xì)化第二相，以提高性能，特別是各向同性；能夠?qū)⒓羟泻蟮呐髁铣浞秩诤系揭黄穑p合金中顯微孔洞等缺陷、提高材料的致密性、破碎枝晶，形成細(xì)小的等軸晶，從而保證管材的成形精度和力學(xué)性能。管材成型區(qū)域的長(zhǎng)度為L(zhǎng)5，且50mm>L5>15mm；采用合理的管材成型區(qū)域長(zhǎng)度，可延長(zhǎng)模具的使用壽命，并提高管材的質(zhì)量。若管材成型區(qū)域長(zhǎng)度過(guò)短，制品尺寸難于穩(wěn)定，易產(chǎn)生波紋、橢圓度、壓痕、壓傷等廢品；并且模具易磨損，會(huì)大大降低模具的使用壽命。若管材成型區(qū)域長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)增大與金屬的摩擦作用，增大擠壓力，易于粘結(jié)金屬，使管材的表面出現(xiàn)劃傷、毛刺、麻面、搓衣板形波浪等缺陷。

一種利用上述高強(qiáng)韌性細(xì)晶輕合金管材的制備模具制備細(xì)晶輕合金管材方法，包括如下步驟：

1）將輕合金圓柱坯料加熱到再結(jié)晶溫度以上，并保溫0.5-4小時(shí)；其中，所述再結(jié)晶溫度為200°；所述坯料的半徑為（R-2）mm；長(zhǎng)度至少為L(zhǎng)+20mm。

2）將加熱后的坯料放入擠壓筒；

3）開(kāi)啟擠壓機(jī)，通過(guò)擠壓機(jī)的擠壓桿推動(dòng)擠壓墊擠壓坯料；

4）在擠壓機(jī)的擠壓下，坯料依次經(jīng)過(guò)分流段、第一剪切段、第二剪切段、以及管材成型區(qū)域，最終成型得到管材。

最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。