[发明专利]双层金属复合管半固态反挤压成形模具及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层金属复合管的生产技术领域，属于半固态成形领域。

背景技术

双层复合管是近些年来迅速发展起来的一种先进管材，其内层与外层采用不同种类的材料，分别具有不同的性质，适合于不同的工作环境。双层复合管主要用于电子电器、汽车、交通运输、石油化工、暖通以及航空航天等领域。

目前双层复合管常用的制造方法有对焊接方法、铸造方法与挤压成形方法。其中，采用对焊接方法生产出的复合管具有非常明显的缺陷：内层管与外层管之间的连接有缝隙，结合界面不能达到冶金结合，这对于航空航天等重要领域来说具有致命的缺陷。而采用铸造方法生产双层复合管，虽然内、外层管结合界面质量可以得到保证，但生产效率很低，能耗高，而且在成形过程中容易产生拉断现象。

长期以来，半固态挤压成形双层复合管均采用正挤压的方法，不但生产效率得到提高，而且复合管结合界面良好。但这种双层复合管挤压模具结构具有一个缺点，通过变化挤压筒使结合面位置发生变化时，在相同的凸模挤压速度下，两坯料结合后的移动速度可能不一样，这会造成相互接触的两种坯料之间有相对滑动，这种滑动既影响了结合面的质量又浪费了材料，必须调整两个挤压凸模速度相互匹配时才能消除成形时的复合管的相对滑移。而在实际挤压成形时，由于两种模具都要安装在挤压机同一滑块上，所以要控制这个速度比较困难，从而会影响到最终双层复合管的质量。

因此如何找到一种既能实现短流程、近净成形又能保证生产出的复合管具有优良连接性能的方法是一项极具创造性和挑战性的发明工作。

所谓半固态加工是对具有一定液相组分的固液混合浆料进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于普通铸造(纯液态)和锻压(纯固态)之间的成形方法。与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有如下优点：应用范围广泛，凡是具有固液两相区的合金均可实现半固态加工，如铝合金，镁合金、铜合金的压铸、挤压和锻压成形；半固态合金已经部分释放出结晶潜热，因而减轻了对加工模具的热冲击，使其寿命大幅度提高；半固态浆料具有液相流变性和触变性，变形抗力非常小，因而可以成形断面十分复杂的零件，实现近净成形，并且缩短加工周期，提高了材料的利用率，有利于节能节材；半固态浆料填充平稳，无湍流和喷溅，加工温度相对较低，凝固收缩小，因而成形件表面平整光滑，内部组织致密，气孔，偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能好，可见半固态加工技术与传统的加工技术相比具有极大的优势。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提出一种可以改善双层复合管的生产效率与质量的双层金属复合管半固态反挤压成形模具。

本发明设有密封的下底座的外挤压筒，在外挤压筒内同轴设置内挤压筒，所述内挤压筒的下端与外挤压筒的下底座密封连接，所述内挤压筒的上端面低于外挤压筒子的上端面，在内挤压筒内布置与压力机的滑块连接的内挤压杆，在内挤压筒和外挤压筒形成的环形腔内布置与压力机的滑块连接的环形外挤压杆。

本发明模具结构简单、合理，易于实施。挤压的过程中，在扩散和摩擦力的作用下，内层坯料与外层坯料相互接触并焊合，工艺流程短、能耗低，得到的双层金属管结合界面的质量应优于使用正挤压模具得到的复合管。

为了保障挤压过程中坯料和成形的温度，在外挤压筒外设置加热线圈。

本发明另一目的是提出上述成形模具在双层金属复合管生产中的应用，即以该成形模具进行双层金属复合管生产的工艺：将半固态棒状金属坯料置于所述内挤压筒中，将半固态环金属状坯料置于内挤压筒和外挤压筒形成的环形腔内，由压力机的滑块带动内挤压杆和外挤压杆向下运动使半固态棒状金属坯料和半固态环金属状坯料向上挤出，在内挤压筒的上顶部开始接触并焊合形成双层金属复合管。

本发明采用半固态反挤压工艺，不但可以实现短流程、近终成形，降低能源消耗，提高产品质量，而且内外层管的厚度可以根据挤压杆的位置进行调节。和正挤压模具相比，只要变化挤压凸模便可以得到不同界面结合比的双层复合管，大大提高了生产的灵活性，同时也降低了生产成本。本发明的内、外层材料可以是铝合金或镁合金，结合界面为冶金结合。双层复合管在高速列车座椅、行李架等领域具有广泛的应用前景。

另外，本发明将置于内挤压筒中的半固态棒状金属坯料的固相体积分数为70～90%，既可以保持坯料的形状不变，又可以有效降低反挤压成形的变形抗力。如果固相体积分数过低，则坯料由于不能承受自身的重量而导致形状发生改变，不利于坯料的输送和保存；如果固相体积分数过高，则坯料的流动性能变差，在成形时变形抗力过大，不能充分发挥半固态成形的优势。