[发明专利]适用于塑性较差的坯料厚壁管材反挤压模具及设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于塑性较差的金属厚壁管材反挤压模具，包括定位板、上模、模芯、下模；上模定位板为圆柱形腔体结构，模芯安装在上模定位板的中心孔内，上模安装在上模定位板下端；上模为圆柱形腔体结构，模芯为圆柱体结构；上模的内径大于模芯的外径；定位板将上模和模芯组合构成凸模；上模、模芯、下模同轴安装；凸模和下模合模时构成坯料的反挤压模具；该模具的设计方法，包括：步骤1根据所需成形的厚壁管材的尺寸要求，确定模芯下端端头外径尺寸和上模下端端头内径尺寸；步骤2根据挤压变形等体积原理，确定坯料的直径和高度；步骤3根据坯料的直径和高度确定模具上模下端端头外径和下模内径；本发明的反挤压模具拉伸的壁厚大，提高了合格率。

技术领域

本发明属于坯料加工领域，特别是一种适用于塑性较差的坯料厚壁管材反挤压模具及设计方法。

背景技术

对于坯料管型件的反挤压成形，通常采用的模具为芯轴凸模，筒形件凹模的结构方式。在反挤压变形时，只有靠近芯轴的管壁材料部分发生较大的拉伸类变形，通过材料内部的应力应变关系，靠近芯轴部分的材料变形带动着离芯轴较远部分材料产生变形。对于塑性较差的坯料材料(如AZ80、AZ31镁合金等)，在反挤压成形比较厚的厚壁(壁厚大于20mm)管材时，管材内壁的应力无法及时传递到管材外壁，使得外壁材料不能及时供应，从而让管材外壁产生一圈一圈的周向裂纹。

热加工工艺期刊有一篇题名为“基于DEFORM-3D软件的AZ31镁合金管材反挤压过程计算机模拟研究”，该文章结论发现在300℃只能够反挤压成形管壁1mm的镁合金筒形件，因此只能在加热条件下反挤压1mm的镁合金筒形件。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种塑性较差的坯料厚壁管材反挤压模具及设计方法，以解决塑性较差的坯料厚壁管材难成形这一难题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种适用于塑性较差的金属厚壁管材反挤压模具，包括定位板、上模、模芯、下模；所述上模定位板为圆柱形腔体结构，模芯安装在上模定位板的中心孔内，上模安装在上模定位板下端；上模为圆柱形腔体结构，模芯为圆柱体结构；上模的内径大于模芯的外径；定位板将上模和模芯组合构成凸模；上模、模芯、下模同轴安装；凸模和下模合模时构成坯料的反挤压模具。

一种适用于塑性较差的金属厚壁管材反挤压模具的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、根据所需成形的厚壁管材的尺寸要求，确定模芯下端端头外径尺寸和上模下端端头内径尺寸：

设管材的高度为h、内径为d1、外径为d2，则其管材的中径为：

根据管材尺寸可确定模芯下端端头(即圆形凸台)外径尺寸为d1，上模下端端头(环形凸台)内径尺寸为d2；

步骤2、根据挤压变形等体积原理，确定坯料的直径和高度：

根据挤压变形等体积原理可知：V_E＝V_C、V_B＝V_F；

V_E为圆柱形坯料中径以内部分的体积；V_B为圆柱形坯料中径以外部分的体积；V_C为挤压成型后管材中径以内部分的体积；V_F为挤压成型后管材中径以外部分的体积；

根据V_E＝V_C、V_B＝V_F可得：

其中hˊ为坯料的高度，D为坯料的直径；

将①式代入②、③式，解得：