[发明专利]一种阶变截面型材模块化挤压成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阶变截面型材模块化挤压成形装置及方法，涉及一种成型不同截面实心型材的装置及方法，属于挤压加工技术领域。 

背景技术

航空航天器、交通运输装备等都是十分消耗能源及资源、影响环境，并需要庞大基础设施支撑的产品，其发展正面临来自能源、环保、安全等多方面的巨大挑战。从长远来看，轻量化是实现节能减排的主要途径之一，不仅赋予零件复杂的几何特征且能使其获得高性能。实现结构轻量化的途径主要有两种：一是结构途径，采用“以空代实”的变截面构件，不仅减轻质量又可充分利用材料的自身特性；二是材料途径，采用镁合金、铝合金、钛合金等轻质金属结构材料。轻量化成形制造的能力、水平和技术经济指标已成为衡量国家工业发展水平及自主创新能力的重要标志。 

在工业生产中，为了能够获得连续变化截面的构件，常采用在挤压成形过程中多次更换模具的方法，工序数量显著增加的同时，易引起多个断面的对中困难，并对挤出型材表面造成大量划痕，生产效率极低。若是热挤压成型时，散热严重，很难保证挤压温度。 

申请者前期提出过“连续变截面直接挤压制备细晶材料的装置及方法，专利号：ZL201010032431.8”。该方法通过截面呈连续变化的型腔对材料挤出过程施加的连续非均匀载荷代替制备高性能制品时常需采用的反复“镦-拔”改性工序，此方法目的在于对挤出制品“控制性能”，使材料的晶粒细化、组织均匀、力学性能提高，而截面形状不变且呈线性分布；而本发明则是针对“控制形状”的要求而提出的加工方法，通过此方法成型以获得多个不同截面形状的台阶状的挤压制品。 

随后申请者提出的“变阶面空心构件挤压成形装置及方法，专利号：201310115271.7”解决了连续变断面空心构件挤压成形时对中困难等实际问题，在一定程度上提高了生产效率，但是此方法的柔性相对较差，所生产的变截面构件的形状仅能由事先放入的组合式芯模结构来决定。 

有学者在发表的论文“连续变断面挤压工艺的开发”机械工程学报，2005,41(12):173-176中提出了利用伺服控制系统调整挤压出口部位的模具运动，解决了更换芯模的问题，并可成型截面呈连续变化的型材，但仅适用于“单侧”为连续变化断面挤压制品的成型，而单侧施加的辅助推力易引起挤出型材产生弯曲变，且难于直接成形周 向截面均呈连续变化的挤压制品。 

发明内容

本发明的目的是提供了一种阶变截面型材模块化挤压成形装置及方法，以解决目前异型截面型材生产难度大、所需工序繁多、工艺要求高、品质控制困难等瓶颈问题。 

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是： 

一种阶变截面型材模块化挤压成形装置，所述挤压成形装置包括冲头、挤压筒、底座和至少两个模块（芯模）组成；底座上沿其长度方向具有模块槽，模块槽的槽底具有出料通孔；所述至少两个模块由下至上依次安装在底座的模块槽内（即所述至少两个模块叠置），且位于最上方的模块与底座的上端面齐平，每个模块上形有模口，各个模口内径由下至上变大，各个模块的模口同轴设置且形成阶梯孔状型腔（变截面型腔或轴向台阶形挤压模型腔）；位于最下方的模块的模口与出料通孔相对应；挤压筒置于一级模块的上方且挤压筒的内腔与所述阶梯孔状型腔同轴，所述冲头可沿挤压筒的内腔壁面上下移动。 

一种阶变截面型材模块化挤压成形方法，所述挤压成形方法的具体实现过程为： 

步骤一、将三级模块、二级模块和一级模块由下至上安装在底座上的模块槽内；步骤二、将挤压筒固定在底座的上端面上；步骤三、将需挤压的坯料置于挤压筒内且位于一级模块上；步骤四、将冲头下移至挤压筒内，且置于坯料上；步骤五、对冲头施加压力下行，坯料发生塑性变形并逐次从一级模块的模口、二级模块的模口以及三级模块的模口挤出。 

本发明方法的创新之处在于将芯模设计成了在挤压成形过程中可随时更换组合方式的模块化结构，可直接生产例如半圆半方、半圆半工字等各种异形型面形式的实心型材，解决了传统挤压工艺在成型截面连续变化型材时的技术难题。利用该方法理论上可成型任意阶数、复杂截面形状及不同规格的截面呈连续变化的多种类型材。所需成型截面的阶数和各个截面的形状等要求可通过芯模的模块化更换和组合来直接实现，简便更易于实施。本发明解决了目前不同截面棒材制备方法中存在的工序繁多、工艺要求高、织构倾向显著，或加工制备时易产生褶皱和材料界面叠合等缺陷及难于在生产中实施的问题。