[发明专利]一种带背压反挤压模具及采用该模具的加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及杯/筒形件反挤压加工技术设备领域，尤其是涉及一种带背压反挤压模具及采用该模具的加工工艺。

背景技术

反挤压作为一种先进少无切削的金属塑性成形工艺，具有高效、优质、低耗、细化晶粒等优点，广泛应用于铝、镁、钛等有色合金及钢铁材料的杯/筒形件或套筒类件成形。由于反挤压材料经历大塑性变形过程且摩擦引起的不均匀变形导致杯/筒形件“抱模”现象和壁部产生裂纹。“抱模”现象引起使杯/筒形件无法脱模，极大降低生产效率和产品质量；壁部裂纹产生导致废品率升高，特别是对镁合金、钛合金、高强铝合金等塑性变形能力低的金属难以反挤压成形获得高质量及性能的杯/筒形件。

发明内容

针对上述杯/筒形件反挤压过程产生抱模和低塑性材料难以反挤压成形的缺点，本发明的目的是提供一种结构简单、制作和维护成本低、能够很好克服抱模现象并提高低塑性材料杯/筒形件反挤压成形能力的带背压反挤压模具及采用该模具的加工工艺。

其技术方案为，一种反挤压模具，包括一顶压模、一压边凸模、一底模，顶压模包括压台，固定在压台下部并与压台呈一体结构的中心凸模；压边凸模设在中心凸模外侧并通过弹簧与压台设置到一起；底模中部凹陷形成容纳中心凸模、压边凸模以及工件的工作空间。

所述压台下部和压边凸模上部分别设有与弹簧配合的凹槽，弹簧两端分别固定在两个凹槽内。

所述压边凸模底面与水平面呈2-5°夹角。

一种采上述反挤压模具制作合金/金属的杯/筒的工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)铸造坯锭，铸造金属/合金圆柱坯锭；

(2)切削坯锭，将坯切削掉锭表皮并将坯锭切削到符合模具要求尺寸；

(3)预热坯锭，将坯锭放进炉子中加热到0.5-0.7Tm，Tm为该坯锭金属或合金的熔点温度；本步骤中，一般并根据炉子仪表保温1-2小时；

(4)润滑模具，在参与挤压作业的中心凸模、底模以及压边凸模上涂抹润滑剂；

(5)设定参数，在液压机参数控制仪表盘中设定中心凸模的下行速度、下行位移以及最终位移；

(6)预热模具，将模具电加热到150-200℃，模具上安装温度测试仪并和控制仪表盘连接，实现模具温度的实时测试与控制；

(7)挤压作业，将越热完毕的坯锭放入模具中，按照设定的参数进行挤压，中心凸模下行挤压坯锭中心，压边凸模在弹簧作用下产生与金属流动方向相反的作用力即背压力，避免了壁部金属抱模挤压坯锭外围最终将坯锭加工成杯/筒形件，上述背压力通过下式计算；

式中，F1为挤压过程中实时背压力,单位为N，k为弹簧弹性系数，单位为N/m，S为中心凸模下行位移，单位为m，由位移传感器测试反馈，d为杯形件内径，单位为m，D为杯形件外径，单位为m。

(8)取出杯/筒形件，完成一次带背压反挤压。

上述步骤(4)中润滑剂为二硫化钼。

本发明提供的模具及工艺克服“抱模”现象原理为：反挤压过程中，中心凸模下行，压边凸模同时下行，弹簧压缩，压边凸模通过弹簧压缩给予杯/筒形件壁部向下的压力。由于压边凸模与杯/筒形件壁部顶端的接触面存在2-5°斜度，故产生的背压力F1(N)垂直于该端部表面，而与中心凸模轴心线成2-5°夹角，F1矢量分解为：

为背压力矢量，为垂直于凹模内侧表面的分力矢量，为垂直于凹模底部的分力矢量。F1，F2，F3单位为N。在水平向外分力F2作用下，杯/筒形件壁部金属向内流动的趋势将被改变，从而避免杯/筒形件壁部抱住中心凸模现象。

本发明提高反挤压塑性成形极限和杯/筒形件深度尺寸的原理为：在垂直于凹模底部的压力F3作用下，杯/筒形件变形区应力状态为：

σ₃<σ₂<σ₁<0

平均应力值为：

其中，σ₁(MPa)为第一主应力，σ₂(MPa)为第二主应力，σ₃(MPa)为第三主应力，σ₀(MPa)为平均应力。

由于三个方向均产生压应力，所以背压条件下反挤压过程材料内部产生较强的三向压应力，三向压应力状态不仅有利于塑性变形差的材料实现大塑性变形，提高其反挤压成形极限和杯/筒形件成形深度，而且三向压应力状态有利于裂纹愈合，从而避免了杯/筒形件反挤压过程变形不均匀带来的裂纹产生。