專利名稱：半固態(tài)成形模具及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用半固態(tài)成形工藝，制備鎂、鋁合金棒材、型材的 方法及模具結(jié)構(gòu)，屬于有色金屬制備與加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前鎂、鋁合金棒材、型材的生產(chǎn)主要采用熱擠壓工藝。該工藝首先 制備鎂合金鑄錠，然后將坯錠加工成所需尺寸后，再加熱到適當(dāng)?shù)臏囟确?圍內(nèi)進(jìn)行擠壓。所用擠壓模具按模孔壓縮區(qū)斷面形狀可分為平模、錐模、 平錐模等，按?？讛?shù)量可分為單孔模、多孔模，按模具結(jié)構(gòu)可分為整體模、 分瓣模、分流模等。不同的模具結(jié)構(gòu)具有相同的工作原理。在擠壓力作用 下，坯錠發(fā)生塑性變形，并從模具的定徑帶擠出獲得所需規(guī)格棒材、型材。 由于塑性變形是在固態(tài)下進(jìn)行，因此需要很大的擠壓力，當(dāng)擠壓比較大時(shí) 容易發(fā)生悶車現(xiàn)象，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的型材，容易出現(xiàn)因變形不均勻?qū)е碌?型材扭折變形。擠壓模具受到高溫高壓的作用容易發(fā)生變形，影響模具壽 命，模具定徑帶與擠壓材之間存在較大摩擦力，會(huì)導(dǎo)致擠壓材出現(xiàn)粗晶環(huán)， 另外定徑帶的表面精度也會(huì)下降，影響擠壓材的表面質(zhì)量，受擠壓筒尺寸 限制，生產(chǎn)的擠壓棒材、型材長度也有限，無法連續(xù)生產(chǎn)。目前，鎂、鋁合金棒材、型材具有廣泛需求，希望開發(fā)出新型成形技 術(shù)，能起到縮短工藝流程，降低生產(chǎn)能耗的作用。近年來發(fā)展起來的半固 態(tài)成形技術(shù)能夠滿足以上要求。半固態(tài)成形是首先制出半固半液狀態(tài)的漿 料，然后對(duì)漿料進(jìn)行變形，漿料的變形主要通過固液相之間的粘性流動(dòng)， 因此所需變形力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固相塑性變形抗力。采用半固態(tài)成形工藝獲得的 成形件組織細(xì)小、均勻、等軸，因此成形件表現(xiàn)出優(yōu)良的力學(xué)性能。如今 國內(nèi)外專利文獻(xiàn)報(bào)道了多種半固態(tài)制漿工藝，這些制漿工藝與壓鑄結(jié)合取 得了良好的效果，壓鑄件的力學(xué)性能得到明顯提高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種半固態(tài)成形用模具及其使用方法，使用該模 具能實(shí)現(xiàn)鎂、鋁合金棒材、型材的半固態(tài)成形。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種半固態(tài)成形用模具，該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體， 其內(nèi)形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空 腔、定徑模段空腔，該空腔具有進(jìn)、出口，空腔的進(jìn)口為模架段空腔的進(jìn) 口，空腔的出口為定徑?？涨坏某隹?；在空腔的進(jìn)口處的模架段空腔中設(shè) 有流量閥；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設(shè)有分流錐，分流錐 是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段 空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中，分流錐的主體 的截面直徑為前大后小，與其配合的模體段空腔也為前大后小的圓錐筒狀； 分流錐的圓滑頭部的截面直徑為前小后大，與其配合的模架段空腔的后段 空腔為前小后大的圓錐筒狀；定徑模段空腔為帶有0 3°錐度的圓筒狀， 且錐度>0，使定徑?？涨坏某隹诙说闹睆叫∮诙◤侥？涨坏娜肟诙说闹睆?； 在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內(nèi)安裝有冷卻室。在本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具中，在所述的定徑模段空腔中設(shè)有芯桿， 該芯桿的前端與分流錐的尾部連接，該芯桿的后端位于定徑?？涨坏某隹?處。在本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具中，在所述的模架段的前端即空腔的進(jìn) 口處、及模體和定徑模之間連接處分別設(shè)有絕熱墊。在本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具中，所述的加熱器安裝在模架與模體的 外壁上。在本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具中，在所述的分流錐的頭部的頂端設(shè)有 熱電偶。一種使用本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具的半固態(tài)成形方法，該方法包括 下述的步驟(1) 、根據(jù)所要成形的鎂或鋁合金棒材的直徑，選擇確定定徑?？涨?的出口端的直徑；或者根據(jù)所要成形的鎂或鋁合金管材的內(nèi)、外徑，選擇 確定定徑?？涨坏某隹诙说闹睆郊靶緱U的直徑，并安裝該芯桿；(2) 、將半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置的出口與半固態(tài)成形用模具的進(jìn)口連接， 根據(jù)半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置出口的半固態(tài)漿料的溫度，采用溫控儀控制加熱 器，對(duì)模架與模體進(jìn)行加熱，其中，加熱器的設(shè)定溫度高于半固態(tài)漿料的
溫度TC 5'C;在定徑模內(nèi)的冷卻室中通入冷卻液，冷卻液溫度為室溫；(3) 、依據(jù)成形件對(duì)半固態(tài)衆(zhòng)料流量的要求，預(yù)先設(shè)定流量閥的孔徑 尺寸，漿料的流量大小可在0 1kg/s范圍內(nèi)調(diào)整，且流量^0;(4) 、半固態(tài)漿料進(jìn)入模具后依次流經(jīng)流量閥、分流錐、定徑模最終 在定徑?？涨坏某隹诙四坛尚蔚玫剿璋舨幕蚬懿摹Ｔ谒龅牟襟E(4)中，半固態(tài)漿料在模具中流經(jīng)分流錐過程中，通過 熱電偶測量出半固態(tài)漿料的溫度，根據(jù)熱電偶反饋信號(hào)調(diào)整加熱器的工作 溫度。在使用本發(fā)明的半固態(tài)成形模具的半固態(tài)成形方法中，冷卻液優(yōu)選為水。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的半固態(tài)成形模具及使用方法，是采用半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置將 鎂、鋁合金的半固態(tài)漿料推進(jìn)本發(fā)明的半固態(tài)成形模具后逐漸凝固，最終 形成不同規(guī)格的棒材、型材。與傳統(tǒng)熱擠壓方法相比，該方法具有加工工 藝流程短、能耗低、效率高、適用范圍廣等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的半固態(tài)成形用模具由模架1、模體6、定徑模夾具8、定徑模9連為一整體，其內(nèi)形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空腔、定徑模段空腔，該空腔具有進(jìn)、出口，空 腔的進(jìn)口為模架段空腔的進(jìn)口，空腔的出口為定徑?？涨坏某隹凇Ｔ诳涨坏倪M(jìn)口處的模架段空腔中設(shè)有流量閥4。在模架段空腔和模體段空腔之間的 連接段設(shè)有分流錐2，分流錐2通過其上的連接部固定在模架1和模體6 的連接處，分流錐2是由分流錐2的主體和分流錐2的圓滑頭部所組成， 分流錐2的主體位于模體段空腔中，分流錐2的圓滑頭部位于模架段空腔 的后段空腔中，分流錐2的主體的截面直徑為前大后小，與其配合的模體 段空腔也為前大后小的圓錐筒狀；分流錐2的圓滑頭部的截面直徑為前小 后大，與其配合的模架段空腔的后段空腔為前小后大的圓錐筒狀。在分流 錐2的圓滑頭部頂端設(shè)有熱電偶3。定徑模段空腔為帶有0 3° (且錐度 〉0)錐度的圓筒狀，使定徑模空腔的出口端的直徑小于定徑?？涨坏娜肟?端的直徑；在成形管材、型材時(shí)，分流錐2后端可安裝芯桿10，芯桿10 位于定徑模段空腔中，芯桿IO的后端位于定徑模空腔的出口處；模架l與 模體6外安裝有加熱器7;在定徑模9內(nèi)安裝有冷卻室11;在空腔的進(jìn)口 處設(shè)有絕熱墊5，模具在與半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置連接時(shí)，空腔的進(jìn)口處的絕 熱墊5的前表面正好為半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置的出口與空腔的進(jìn)口接觸面；在模體6和定徑模9之間連接處也設(shè)有絕熱墊。在實(shí)際使用過程中，將模具與半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置連接，將模架1與 模體5外的加熱器6預(yù)熱到設(shè)定溫度，定徑模8內(nèi)的冷卻室IO通入冷卻液 使定徑模8保持較低溫度。依據(jù)漿料的溫度、推進(jìn)速度調(diào)節(jié)流量閥4的大 小。半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置將半固態(tài)漿料從空腔的進(jìn)口推進(jìn)，半固態(tài)漿料經(jīng) 過流量閥4進(jìn)入模體6并流經(jīng)分流錐2進(jìn)入定徑模9，分流錐2的作用是使 半固態(tài)漿料的溫度和組織進(jìn)一步均勻，并通過分流錐2上熱電偶3測量結(jié) 果調(diào)整加熱器6的溫度，以調(diào)整模架1與模體5的溫度及其內(nèi)的漿料溫度； 漿料經(jīng)分流錐2分流后進(jìn)入定徑模9逐漸凝固成形，最終得到所需棒材、 型材。整個(gè)過程中，槳料推進(jìn)的阻力主要來自固液相之間的粘性流動(dòng)，這 種阻力遠(yuǎn)小于常規(guī)擠壓的塑性變形抗力，只需較小的推進(jìn)力就能實(shí)現(xiàn)漿料 均勻流動(dòng)，在半固態(tài)漿料連續(xù)供應(yīng)條件下，還能實(shí)現(xiàn)棒材、型材的連續(xù)擠 壓。實(shí)施例1:制備4)20mm鎂合金AZ91棒材根據(jù)所要制備小20mm鎂合金，選擇確定定徑模空腔的出口端的直徑也 為20mm，定徑模的定徑帶錐度為r 。首先將模具的模體和模架預(yù)熱到575 °C;冷卻室采用循環(huán)水冷卻，循環(huán)水的溫度為室溫。將AZ91合金熔化后 采用雙螺桿機(jī)械攪拌方法制成半固態(tài)漿料，半固態(tài)漿料溫度為570°C，半固 態(tài)漿料在螺桿推進(jìn)裝置的推送作用下進(jìn)入模具，螺桿推進(jìn)裝置出口的半固 態(tài)槳料溫度也為570°C。調(diào)整流量閥孔徑大小控制漿料的流量為0.2kg/s， 漿料經(jīng)分流錐進(jìn)入定徑模凝固，形成ct)20mm的棒材。實(shí)施例2:制備外徑巾30mm，內(nèi)徑<t) 25mm鋁合金A356管材。 根據(jù)所要制備外徑々30mm，內(nèi)徑4)25mm鋁合金，選擇確定定徑?？?腔的出口端的直徑為30mm，定徑模的定徑帶錐度為1° ，并在模具分流錐
一端安裝4)25mm的芯棒。將模具的模體和模架預(yù)熱到608°C ;冷卻室采用 循環(huán)水冷卻，循環(huán)水的溫度為室溫。將A356合金熔化后采用電磁攪拌方法 獲得半固態(tài)漿料，半固態(tài)漿料溫度為605°C。半固態(tài)漿料在活塞式推送裝置 的作用下進(jìn)入模具內(nèi)，活塞式推送裝置出口的半固態(tài)漿料溫度也為605°C。 調(diào)整流量閥孔徑大小控制漿料的流量為0.6kg/s，漿料經(jīng)過分流錐后在定徑 模中凝固，得到所需規(guī)格管材。
權(quán)利要求
1、一種半固態(tài)成形用模具，其特征在于該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體，其內(nèi)形成空腔，該空腔分為三段，從前到后排列模架段空腔、模體段空腔、定徑模段空腔，該空腔具有進(jìn)、出口，空腔的進(jìn)口為模架段空腔的進(jìn)口，空腔的出口為定徑?？涨坏某隹?；在空腔的進(jìn)口處的模架段空腔中設(shè)有流量閥；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設(shè)有分流錐，分流錐是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中，分流錐的主體的截面直徑為前大后小，與其配合的模體段空腔也為前大后小的圓錐筒狀；分流錐的圓滑頭部的截面直徑為前小后大，與其配合的模架段空腔的后段空腔為前小后大的圓錐筒狀；定徑模段空腔為帶有0～3°錐度的圓筒狀，且錐度>0，使定徑?？涨坏某隹诙说闹睆叫∮诙◤侥？涨坏娜肟诙说闹睆?；在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內(nèi)安裝有冷卻室。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半固態(tài)成形用模具，其特征在于在所述的 定徑模段空腔中設(shè)有芯桿，該芯桿的前端與分流錐的尾部連接，該芯桿的 后端位于定徑模空腔的出口處。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半固態(tài)成形用模具，其特征在于在所 述的模架段的前端即空腔的進(jìn)口處、及模體和定徑模之間連接處分別設(shè)有 絕熱塾。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半固態(tài)成形用模具，其特征在于所述的加 熱器安裝在模架與模體的外壁上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半固態(tài)成形用模具，其特征在于在所述的 分流錐的圓滑的頭部的頂端設(shè)有熱電偶。
6、 一種使用權(quán)利要求1或2所述的半固態(tài)成形用模具的半固態(tài)成形方 法，其特征在于該方法包括下述的步驟(1)、根據(jù)所要成形的鎂或鋁合金棒材的直徑，選擇確定定徑模空腔 的出口端的直徑；或者根據(jù)所要成形的鎂或鋁合金管材的內(nèi)、外徑，選擇 確定定徑?？涨坏某隹诙说闹睆郊靶緱U的直徑，并安裝該芯桿；(2) 、將半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置的出口與半固態(tài)成形用模具的進(jìn)口連接， 根據(jù)半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置出口的半固態(tài)漿料的溫度，采用溫控儀控制加熱 器，對(duì)模架與模體進(jìn)行加熱，其中，加熱器的設(shè)定溫度高于半固態(tài)漿料的溫度rc 5t:;在定徑模內(nèi)的冷卻室中通入冷卻液；(3) 、依據(jù)成形件對(duì)半固態(tài)漿料流量的要求，預(yù)先設(shè)定流量閥的孔徑 尺寸，槳料的流量大小可在0 1kg/s范圍內(nèi)調(diào)整，且流量^0;(4) 、半固態(tài)漿料進(jìn)入模具后依次流經(jīng)流量閥、分流錐、定徑模，最 終在定徑?？涨坏某隹诙四坛尚蔚玫剿璋舨幕蚬懿?。
7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的半固態(tài)成形用模具的半固態(tài)成形方法，其特征在于在所述的步驟(4)中，半固態(tài)漿料在模具中流經(jīng)分流錐過程中， 通過熱電偶測量出半固態(tài)漿料的溫度，根據(jù)熱電偶反饋信號(hào)調(diào)整加熱器的 工作溫度。
全文摘要
一種半固態(tài)成形模具及使用方法，該模具是由模架、模體、定徑模連為一整體，其內(nèi)形成空腔，該空腔分為三段，該空腔具有進(jìn)、出口；在模架段空腔和模體段空腔之間的連接段設(shè)有分流錐，分流錐是由分流錐的主體和分流錐的圓滑頭部所組成，分流錐的主體位于模體段空腔中，分流錐的圓滑頭部位于模架段空腔的后段空腔中；定徑模段空腔為帶有0°～3°錐度的圓筒狀，且錐度＞0；在模架與模體上安裝有加熱器；在定徑模內(nèi)安裝有冷卻室?？梢栽诙◤侥６慰涨恢性O(shè)有芯桿。采用半固態(tài)漿料推進(jìn)裝置將鎂、鋁合金的半固態(tài)漿料推進(jìn)模具后逐漸凝固，最終形成不同規(guī)格的棒材、型材。與傳統(tǒng)熱擠壓方法相比，該方法具有加工工藝流程短、能耗低、效率高、適用范圍廣等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D11/14GK101396724SQ20071017524
公開日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者張少明, 張志峰, 駿 徐, 楊必成, 田戰(zhàn)峰, 石力開 申請(qǐng)人:北京有色金屬研究總院