镁合金微细管材挤压模具及镁合金微细管材的挤压方法与流程

1.本发明属于有色金属塑性成形技术领域，具体涉及一种镁合金微细管材挤压模具，还涉及一种镁合金微细管材的挤压方法。


背景技术：

2.我国镁资源丰富，近20年来，我国每年为世界提供超过60％的原镁和镁制品，随着原镁及镁制品产量的不断提高和人们对镁合金研究的不断深入，镁合金制品的加工装备和工艺取得了一系列突破，使一些难于成形的零件的加工成为现实，并使其综合性能得到不断提高，极大地扩展了镁合金的应用领域和可能。镁合金因其密度小，比强度和比刚度高，阻尼性能、导电、导热性能及电磁屏蔽性能优良，是最轻的金属结构材料，在实际生产中得到广泛的应用。另外，镁是人体所必须的一种重要元素，在可置入金属材料中，镁合金的密度和弹性模量与人骨最接近，并且可以在人体内完全降解，因此在生物医学领域得到认可和应用，可以作为可降解体内植入物，如骨钉、骨板、血管支架等，其优势越来越明显，尤其是辅以其它特性。
3.镁合金热挤压型材应用广泛，在航空、航天、汽车、电子产品及医疗器械等领域均有应用。但是镁合金微细管材的加工还存在着很大的难度，特别是微细管的加工。镁合金具有hcp结构，室温下只有三个滑移系可以开动，导致其塑性变形较差，变形加工困难，镁合金的塑性加工工艺还不成熟。镁合金微细管尺寸比较小，成形更加困难，无法通过钢铁所常用的金属加工方法生产。因此，为了加工出尺寸合适的镁合金微细管，需要对镁合金微细管的成形过程进行系统的研究，开发工艺简单、精度高、易于生产的挤压模具和加工方法。
4.北京工业大学专利《一种用于mg-zn-mn-ca镁合金微细管的制备方法》(申请号：202011025209.5，公开号：112246898a，公开日：2021.01.22)和《一种镁合金微细管及其制备方法》(申请号：201710727803.0，公开号：107570551a，公开日：2018.01.12)中采用预制备管材坯料，对管坯进行多道次拉拔制得镁合金细管，但是其工艺过程十分繁琐，效率较低，且由于加工方式的限制，不能连续进行管材的制备。本发明提供高效镁合金微细管材热挤压模具，并提供热挤压方法。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的在于提供一种镁合金微细管材挤压模具，该装置实现了镁合金微细管材的连续挤压。
6.本发明的第二个目的在于提供一种镁合金微细管材的挤压方法，解决了现有挤压工艺上的不足，能够制备出高质量的镁合金微细管材，而且挤压成本低，效率高。
7.本发明所采用的第一个技术方案是，一种镁合金微细管材挤压模具，包括有由外至内依次套设的外模及内模，内模内设置有上模及下模，下模内部上表面开设有漏斗形安装槽，安装槽底部与下模内的管材导出通孔连通，安装槽内设置有型芯；内模、上模、下模与型芯围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料；外模外壁缠绕有电阻加热体，还包括有热
电偶，热电偶依次穿过外模及内模的侧壁。
8.本发明的特征还在于，
9.型芯包括有伞状的上芯体，上芯体下方中心处设置有棒状的下芯体，上芯体的上均匀分布有若干个缺口；设置有若干个缺口的上芯体与安装槽内壁形成焊合室，被挤压镁合金坯料在此进行焊合。
10.本发明所采用的第二个技术方案是，一种镁合金微细管材的挤压方法，采用上述的镁合金微细管材挤压模具，具体按照以下步骤实施：
11.(1)将外模和内模装在挤压台上，将经除锈、除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料装入模具型腔内，再用压力机将上模压入模具型腔；
12.(2)利用设置于外模外壁的电阻加热体加热，使得模具型腔内的挤压温度达到420℃-450℃；
13.(3)当温度达到420℃-450℃，保温10-15min，启动压力机，压力机通过上模来使被挤压镁合金坯料通过型芯的上芯体进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料被压向下运动，经过型芯分流、再经焊合室后被挤压成镁合金微细管材。
14.本发明的特征还在于，
15.步骤(3)中，挤压速度控制为0.5～5m/min。
16.被挤压成镁合金微细管材的外径为φ1.2-3.0mm，壁厚为0.05-0.15mm。
17.上模、下模、内模、外模和型芯采用热作模具钢4cr5mov1si制作。
18.本发明的有益效果是：本发明模具采用特制的型芯，实现了镁合金微细管材的连续挤压。被挤压材料通过特制的型芯被一次挤压成型为微细管材，简化了挤压工艺，降低生产成本。利用本发明提供的挤压装置和挤压方法能制备出外径1.2～3.0mm，壁厚为0.05～0.15mm的镁合金微细管材。本发明方法解决了现有挤压工艺上的不足，能够制备出高质量的镁合金微细管材，而且挤压成本低，效率高。
附图说明
19.图1是本发明一种镁合金微细管材挤压模具的结构示意图；
20.图2是本发明挤压模具中型芯的结构示意图；
21.图3是本发明挤压模具中型芯的仰视图。
22.图中，1.上模，2.内模，3.外模，4.被挤压镁合金坯料，5.电阻加热体，6.型芯，7.热电偶，8.下模，9.镁合金微细管材，10.管材导出通孔，11.安装槽；
23.6-1.上芯体，6-2.下芯体，6-1-1.缺口。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
25.本发明提供一种镁合金微细管材挤压模具，如图1-3所示，包括有由外至内依次套设的外模3及内模2，内模2内设置有上模1及下模8，下模8内部上表面开设有漏斗形安装槽11，安装槽11底部与下模8内的管材导出通孔10连通，安装槽11内设置有型芯6，安装槽11与型芯6配合使用；内模2、上模1、下模8与型芯6围成模具型腔，用于放置被挤压镁合金坯料4；外模3外壁缠绕有电阻加热体5，通过对电阻加热体5(可以为电阻加热丝)通电加热，使得挤
压装置模具型腔的挤压温度从室温达到420℃-450℃，满足热挤压要求。还包括有热电偶7，热电偶7依次穿过外模3及内模7的侧壁。外模3内壁和内模2外壁之间留有一定锥度，便于装卸模具。型芯6下部构成一个完整的环形通道，被挤压镁合金坯料4通过这个通道被挤压为管材。通过更换不同尺寸的型芯6，就可以挤压不同外径及不同壁厚的微细管材。内模2和外模3中插有热电偶7，热电偶7与电阻加热体5的控温装置(型号为：xmt-121/122k型温控仪)构成控制回路，用于监测和控制挤压过程中的温度变化。
26.型芯6包括有伞状的上芯体6-1，上芯体6-1下方中心处设置有棒状的下芯体6-2，上芯体6-1的上均匀分布有若干个缺口6-1-1，若干个缺口6-1-1分布在下芯体6-2周围；设置有若干个缺口6-1-1的上芯体6-1与安装槽11内壁形成焊合室，被挤压镁合金坯料4在此进行焊合。
27.本发明还提供一种微细管材挤压的方法，采用上述的镁合金微细管材挤压模具，具体按照以下步骤实施：
28.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
29.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到420℃-450℃；
30.(3)当温度达到420℃-450℃，保温10-15min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合金坯料4通过型芯6的上芯体6-1进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，经过型芯6分流、再经焊合室后被挤压成镁合金微细管材9。
31.步骤(3)中，热挤压时，将电阻加热体5与电源接通，在设定的温度下加热。挤压速度控制为0.5-5m/min。
32.被挤压成镁合金微细管材9的外径为φ1.2-3.0mm，壁厚为0.05-0.15mm。
33.上模1、下模7、内模2、外模3和型芯6采用热作模具钢4cr5mov1si制作。
34.本发明的方法利用镁合金在挤压过程中坯料晶粒尺寸的细化，塑性变形性能得到提高的特点，直接热挤压镁合金坯料成为镁合金管材，热挤压时压力低，易于挤压，适用于各种压力机，出丝速度快，操作方便，并且镁合金在挤压过程中温度相对较低，只有420℃-450℃，镁合金不会发生相变，并在热挤压过程中坯料不会氧化，同时，采用热作模具钢4cr5mov1si制作的上模1、下模8、内模2、外模3和型芯6也可以在该温度范围长期工作，该方法制备的管材表面光洁无裂纹，内部组织致密，而且操作方便，生产效率高。该方法制备得到的镁合金管材品质优良，而且该方法也适用于连续挤压其它各种轻合金或难挤压的高合金管材。
35.实施例1
36.本实施案例为一种用于mg-0.2ag-3.0la镁合金微细管材的挤压方法，所述方法包括以下步骤：
37.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
38.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到425℃；
39.(3)当温度达到425℃，保温15min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合
金坯料通过型芯6上段进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，控制挤压速度5m/min，经过型芯6分流、再经型芯6下部的焊合室即被挤压成外径为φ3.0mm，壁厚为0.15mm的镁合金微细管材。本实施案例制得的镁合金微细管材表面质量良好，尺寸精确，组织均匀、致密、无缺陷，其抗拉强度≥300mpa，伸长率≥6％。
40.实施例2
41.本实施案例为一种用于mg-2.0zn-1.0y镁合金微细管材的挤压方法，所述方法包括以下步骤：
42.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
43.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到430℃；
44.(3)当温度达到430℃，保温12min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合金坯料通过型芯6上段进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，控制挤压速度3m/min，经过型芯6分流、再经型芯6下部的焊合室即被挤压成外径为φ2.0mm，壁厚为0.10mm的镁合金细管。本实施案例制得的镁合金微细管材表面质量良好，尺寸精确，组织均匀、致密、无缺陷，其抗拉强度≥350mpa，伸长率≥8％
45.实施例3
46.本实施案例为一种用于az91d镁合金微细管材的挤压方法，所述方法包括以下步骤：
47.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
48.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到420℃；
49.(3)当温度达到420℃，保温10min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合金坯料通过型芯6上段进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，控制挤压速度4m/min，经过型芯6分流、再经型芯6下部的焊合室即被挤压成外径为φ2.5mm，壁厚为0.20mm的镁合金细管。本实施案例制得的镁合金微细管材表面质量良好，尺寸精确，组织均匀、致密、无缺陷，其抗拉强度≥280mpa，伸长率≥7％。
50.实施例4
51.本实施案例为一种用于am60b镁合金微细管材的挤压方法，所述方法包括以下步骤：
52.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
53.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到420℃；
54.(3)当温度达到420℃，保温10min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合金坯料通过型芯6上段进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，控制挤压速度1m/min，经过型芯6分流、再经型芯6下部的焊合室即被挤压成外径为φ2.0mm，壁厚为0.20mm的镁合金细管。本实施案例制得的镁合金微细管材表面质量良好，尺寸精确，组织均
匀、致密、无缺陷，其抗拉强度≥300mpa，伸长率≥16％。
55.实施例5
56.本实施案例为一种用于zk61m镁合金微细管材的挤压方法，所述方法包括以下步骤：
57.(1)将外模3和内模2装在挤压台上，将经除锈除污并去除氧化皮后的被挤压镁合金坯料4装入模具型腔内，再用压力机将上模1压入模具型腔；
58.(2)利用设置于外模3外壁的电阻加热体5加热，使得模具型腔内的挤压温度达到420℃；
59.(3)当温度达到420℃，保温12min，启动压力机，压力机通过上模1来使被挤压镁合金坯料通过型芯6上段进入焊合室，然后被挤压镁合金坯料4被压向下运动，控制挤压速度0.5m/min，经过型芯6分流、再经型芯6下部的焊合室即被挤压成外径为φ1.8mm，壁厚为0.22mm的镁合金细管。本实施案例制得的镁合金微细管材表面质量良好，尺寸精确，组织均匀、致密、无缺陷，其抗拉强度≥320mpa，伸长率≥6％。