[发明专利]高性能金属板材的短流程挤压成形装置及方法

说明书

高性能金属板材的短流程挤压成形装置及方法，涉及一种金属板材的高效挤压成形装置及方法，用以解决目前金属板材挤压成形法所需能耗过大、工序流程多、材料利用率低、工艺柔性差及品质性能协调控制困难等系列问题。装置：凸模2端部设计了防打滑结构2‑1，套筒3和法兰7通过螺纹3‑1相互连接，通过环状限位块9或分体限位块10及其高度h的调整调控挤出板材形状与厚度。方法：坯料4放入套筒3后，通过扭转机构1带动凸模2下行加载，坯料4顺次流入底部型腔直至完全挤出。该方法无需额外工序即可实现强塑变技术的细晶改性功效并能定制不同规格的板材制品，本发明适用于高性能金属板材制品的挤压成形。

技术领域

本发明涉及金属板材的加工成形方法，具体涉及一种高性能金属板材的短流程挤压成形方法，属于挤压成形技术领域。

背景技术

钣金构件因具有质轻、壁薄等结构特征且可通过轻量化设计实现航空航天、交通运载、武器装备及民品制造等领域长期追求节能减排的目的，因此，高性能金属板材的用量逐年递增且使用范围也不断拓宽，备受研究者们的青睐。目前现有高性能金属板材加工成形途径主要有轧制、铸轧和挤压等。

板材传统轧制工艺分为：热轧、温轧、冷轧等。其中，热轧由于温度过高，轧制时轧件温度不易均匀，表面有氧化皮存在等原因，不利于控制板材形状、尺寸精度及表面质量；在温轧制过程中，由于轧件和轧辊的温度较高，要求冷却润滑条件必须与之相适应，因此必须提高乳液的稳定性及提高工艺润滑油的着火点；冷轧成形中易产生残余应力，对板形及质量控制必然产生影响。同时冷轧后形成了加工硬化，使得板材延伸率降低。

随着对轧制技术的不断改进及推陈出新，涌现出了交叉轧制、累积叠轧、异步轧制、侧面预轧等特种轧制技术。交叉轧制是指改变了轧制方向(改变90°)，虽然降低了各向异性，但由于轧制方式的限制，交叉轧制增加了制板的工艺难度，不适合大规模生产；累积叠轧是将板材先后进行裁剪—堆垛—轧制—再裁剪等工序，循环进行下去，以获得所需累积应变量的板材制造方法。虽然克服了轧制过程中因板材厚度减小而导致对总变形量要求的限制，但工艺流程长、生产效率偏低且易产生开裂缺陷；异步轧制是通过上下轧辊速度差异产生搓轧效应促使板材组织晶粒细化改善了板材性能，但仍存在一些问题需解决，如轧机震颤等；侧面预轧法则是先对侧面进行轧制产生拉伸孪生来调整基面织构，但需要增加中间退火工序，仅适用于具有一定厚度的板材。

铸轧是目前生产金属板材常用的一种工艺方法，即将熔融态金属液浇入由一对等径铸辊及其两侧封板围成的熔池中，铸辊同时起到铸造和轧制的双重作用，直接铸成薄带材。但铸轧法也存在易氧化且夹杂物难以排除，难以控制板件的表面缺陷和内部偏析缺陷，同时生产宽幅板材较困难且大多数需增加后续的精轧工序。

挤压也是制造高性能金属板材的主要方法之一，但传统挤压只能生产长、窄特征的板带材，宽幅受到限制且板带平面大多与挤压方向平行，压余和缩尾导致废料较多，板型控制困难，所需能耗大，模具寿命较低，生产不同厚度板材时常需更换芯模。传统挤压法生产的板材晶粒取向都是沿着某一方向且性能优于其他方向，各向异性显著。同时，多数板材挤压成形后还需轧制处理，工序流程较长，生产效率不高。

综上可知，传统加工成形方法难以满足高性能金属板材应用增量的实际需要，所形成的供求矛盾也逐渐凸显出来。如何实现高性能金属板材的高效、低耗、短流程制备或加工成形也是精确塑性成形前沿研究领域所关注的基础科学问题之一，随着科技创新的引领及推动，新工艺新方法将不断涌现并发挥重要作用。

发明内容

本发明的目的是提供了高性能金属板材的短流程挤压成形装置及方法。为了解决目前金属板材加工成形法所需工序流程长、道次较多、能耗偏大、工艺柔性差及品质性能调控困难等系列问题。该方法通过装置结构及加载模式的合理设计，可实现强塑变技术的细晶改性功效，在单道次内即可直接挤压成形出所需高性能板材制品，无需更换模具即可成形出不同厚度的板材，并能实现对板材形状尺寸及组织性能一体化的精确调控。

本发明是通过以下技术方案实现的：