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新型式镁金材薄膜管设施恒温压挤技艺解析和模具预设

/ 2021/7/3 12:12:24

挤压按坯料成形温度可分为冷成形、温成形、热成形和等温成形。  ①冷挤压虽然有很多优点,但冷挤压的变形抗力大、材料的塑性低、流动性差,尤其是机械强度高、冷作硬化敏感的材料成形困难,而且可能超出模具允许的承载能力使模具损坏。  ②热挤压成形虽然可以使材料变形抗力减小,但由于加热,产生氧化、脱碳及热膨胀等问题,使产品的尺寸精度低、表面质量差。  ③温成形在提高产品尺寸精度、减少氧化烧损、提高表面质量和节省设备能量等方面兼具冷成形和热成形的优点。但由于在较高温度下成形,仍存在氧化、热胀冷缩,变形较大和模具寿命较低等问题。  ④等温成形可以显著提高锻件的精度,这主要是因为:金属变形抗力和成形压力的降低减小了模具的弹性变形;变形温度波动范围的减小,使锻件几何尺寸得到稳定;锻件内部残余应力的减少,使锻件在冷却和热处理时变形减小。根据镁合金塑性差、变形温度范围窄,本实验挤压变形量大等原因,宜采用等温成形的工艺方法。  工艺参数的确定(1)挤压温度镁具有密排六方晶格,塑性较差,成形性能远不如其他金属及合金。由于挤压时金属处于强烈的三向应力状态,有利于提高金属的塑性,因此,可对镁合金进行挤压成形。镁合金室温下塑性很低,只有4%~5%,难以进行塑性加工。在200℃以上塑性明显提高,225℃以上塑性提高的幅度很大,故易在200℃以上成形。但挤压温度过高时很容易产生腐蚀和氧化,因此,镁合金的加工范围较窄,一般在300℃~450℃之间。本试验结合数值模拟结果选用380℃进行挤压。  (2)模具温度在挤压过程中当镁合金与模具接触时,若坯料的温度降低过多,制品容易出现裂纹。所以必须对挤压模具进行预热。由于采用等温挤压的工艺,装模之后的模具温度应与坯料相同,为补偿装模过程中的温度降低,模具的加热温度要略高于坯料温度,拟加热到400℃。  (3)挤压速度挤压速度对变形抗力及塑性有很大的影响,必须认真控制才能有利于金属的流动。结合AZ31镁合金对挤压速度敏感的特性,成形挤压速度应控制在较低的范围内。本实验将镁合金管材成形的挤压速度控制在2mm/s左右。  (4)润滑剂在进行镁合金挤压时,为了减少坯料与挤压筒及挤压模之间的摩擦,防止黏模,降低摩擦力,改善金属流动性,应该采用润滑剂,而且润滑剂还可以起到隔热作用,从而提高模具寿命。在本实验中,采用石墨+动物油(或植物油)润滑剂。  模具设计由于挤压时的变形抗力较高,模具要经受高压及变形热的作用,因此,要求模具有合理的结构、足够的硬度、强度与韧性。管材挤压模如图1所示。凹模设计由于挤压力很大,为提高凹模强度,采用了预应力组合凹模。该组合凹模具有如下优点:①提高了凹模的强度;②内层凹模圈尺寸减小,节约了高级模具材料;③凹模破损后仅需要换掉内层凹模而不必使整个凹模报废。根据数值模拟结果,采用直锥模(凹模锥角为45°)时,能够在挤压力相差不大的情况下有效地提高材料利用率。当凹模圆角半径为6mm,定径带长度为2mm时,能挤出合格的产品。  凸模设计由于凸模的高径比大,为了保证在工作中不发生失稳,提高刚度,采用阶梯形凸模,加大上部直径。下模座由于本实验是在立式液压机上进行的,管材是被挤到设备顶出机构的孔内,添加导向装置比较困难,因此,下模座管材的最后出口处直径取为21mm,单边仅比管件的外径大0.5mm,以此引导管件垂直挤出,减小其弯曲。  加热装置等温成形时在整个成形过程中要使模具和坯料保持在一个较恒定的温度范围内,因此,模具需要设有加热和控温装置。模具采用电阻丝加热,利用石棉和硅酸铝毡进行保温,并且采用热电耦和控温装置进行测温和控温。  实验验证实验设备采用4-THP61-630型液压机,箱式感应加热炉,按照上述实验条件成功的挤出了镁合金管件。由成形的结果可知,所采用的挤压工艺与模具结构是合理的,金属流动均匀,充填效果好,所成形的管件表面精度高、无裂纹,满足生产要求。

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