CN103273186B - 一种多阶塔形鱼尾式芯棒挤压微型薄壁多孔扁管材的工作装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多阶塔形鱼尾式芯棒挤压微型薄壁多孔扁管材的工作装置，将塔形鱼尾式芯棒的设计方式应用于微型超薄壁铝合金扁管材的分流模挤压工艺，该设计从增大金属在焊合区的接触面积，增大焊合的可能性的角度出发，在传统芯棒设计工艺的基础上，修改芯棒的外形尺寸。通过一系列截面形状的变化，并设计多阶截面过渡区域，该设计思路有助于增大焊合前的备料区的面积，针对微型管材的分流模挤压，可根据不同型材截面的需要，与不同材料的芯棒的支撑强度设计芯棒的阶数与最低临界尺寸，使该芯棒的设计思路的应用范围不仅局限于某一形状的型材，在相关铝合金产品的生产应用领域大大加深。设计中截面的形状选取也避免了传统工艺中死区的形成，进一步增大了该设计的合理性。也具有广泛的应用前景。

Description

一种多阶塔形鱼尾式芯棒挤压微型薄壁多孔扁管材的工作装置

(一)技术领域

本发明涉及微型超薄壁扁管材热挤压的技术，用于热挤压成型分流模的模具设计。

(二)背景技术

随着分流模挤压技术在管材生产中的普遍应用，对于生产铝合金与铜合金等微型管材的需求也逐渐升高。传统分流模焊合室的设计方法中存在的料流填充困难的问题，特别是针对微型多孔管材的筋与外侧壁的焊合处的料流填充不充分导致的焊合困难问题。现有技术中芯棒形状与尺寸设计关注于定径挤出阶段，并没有考虑芯棒的外形经过焊和带与定径挤出阶段变化后增大了备料区域从而改善了金属填充困难的现象，对于焊和困难的材料没有提出可以解决的方案。

(三)发明内容

本发明目的是解决现有模具存在料流填充困难以及因料流不充分导致的焊合困难等问题，提供一种多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材的工作装置。该装置在原有工艺的基础上设计相关模具结构的形状尺寸，为金属焊合前提供大的备料区，在完全焊合的基础上实现管材的定径与挤出。

本发明提供的多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材的工作装置，包括模套，模套的安装孔内依次放置支撑环、焊合模、导流模和分流模，芯棒设置在导流模内，模套的上方固定有挤压筒，挤压筒内依次设置有挤压垫和挤压轴，所述的芯棒为多阶塔形鱼尾式芯棒，该芯棒设计为多阶结构，具体阶数根据芯棒的强度，刚度，稳定性要求与生产设备需要确定；该芯棒特征在于通过断面的多阶变径提供大的备料区，芯棒的第一阶由备料增压带，导流带和定径带三部分区域组成，备料增压带总体外形尺寸小于定径带，中间由导流带过渡到定径带；后续每阶均由备料增压带与导流带组成，每阶芯棒的备料增压带均小于其导流带的尺寸。

在以上设计思路的基础上，由于无穷多阶芯棒结构难以用图示精确描述，本发明设计了芯棒具有三阶塔形鱼尾式芯棒结构。进而阐述该发明的设计思路。

各阶备料增压带之间通过导流带过度，从最终定型的定径带到最后一阶的备料增压带的各阶芯棒截面的变化范围依次为：矩形、正方形、内切正方形、缩颈内切正方形、内切椭圆形和缩颈内切椭圆形。

所述的各阶导流带与备料增压带的长度之比为1:10～1:20。各阶备料增压带可根据型材大小与截面变化制定每阶长度。芯棒各阶备料增压带的长度相等实现料流均匀，焊合充分。

所述芯棒的第一阶的锥度为20度-30度，后续每阶芯棒变径锥度为45度。成型过程

金属坯料在外加载荷下，经历分流模，导流模，进入焊合室后，在模具型腔的内部压力作用下，流入芯棒之间的备料增压带，为焊合提供大的接触面积与静水压力，充分接触后，在受压的作用下实现焊合。导流带的设计便于金属流动，并且使减径变形的金属对芯棒的压力载荷满足芯棒的临界载荷值。定径带的长度需综合考虑保压压力与降低摩擦利于挤出的效果，确定该长度。

该设计方案的优点：

1.在芯棒长度一定，最终定型尺寸一定的前提下，增加了截面尺寸减小的次数，在芯棒材料强度满足要求的前提下，可减小芯棒的截面面积。

2.不同截面过渡区(导流带)的长度可根据焊合室与备料区大小的需要随机进行调整。

3.截面变化的几何方式具有多重选择性，在满足一定加工前提的基础上，可根据挤压过程所需要的备料区大小自行设计。

4.芯棒截面的减少，最终可使备料区与焊合区加大。为实现焊合提供了分流坯料的接触面积。

5.该方案的设计最佳创新点在于有正方形断面(2-2)向内接正方形断面(3-3)的过渡，便于分流金属从芯棒上下两侧流入芯棒间，45度的设计方法避免了传统工艺挤压死区的形成。且后续内切椭圆的设计也是遵循了该设计原则。

6.在芯棒截面减小的设计理念下，配合鱼尾型锥度过渡定型芯棒设计方式。该芯棒的锥度设计模式不但增大了金属焊合所需的静压，也避免了芯棒流线变化过大所带来的金属涡流与湍流现象。

7.截面形状的无限减少(塔形阶数的增加)构成该设计的塔形设计模式，将塔形设计与可变截面相结合，增加了工艺应用的灵活性。

(四)附图说明

附图1为舌型分流模挤压模具示意图。

附图中:1挤压轴 2挤压垫 3挤压筒 4销钉 5分流模 6导流模7焊合模 8焊合室 9芯棒 10支撑环 11模套 12锭坯 13螺钉。

附图2为1阶芯棒装配位置示意图。

附图中：14备料区，15导流带，16备料增压带。

附图3为焊合室芯棒位置示意图。

附图中:9芯棒17备料区。

附图4为单根芯棒示意图。

附图中:Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，Ⅵ-Ⅵ分别为截面位置。

附图5单根芯棒截面变化示意图。

附图中:Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ，Ⅳ-Ⅳ，Ⅴ-Ⅴ，Ⅵ-Ⅵ分别为截面形状。

(五)具体实施方式

实施例1：

一.模具结构

如图1所示，本发明提供的多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材的工作装置，包括模具的成型部分，固定部分，加压部分。

成型部分包括：分流模5，导流模6，焊合模7，芯棒9。

固定部分包括：销钉4，挤压筒3，支撑环10，模套11螺钉13

加压部分包括：挤压轴1，挤压垫2。

该模具的具体结构是，模套11的安装孔内依次放置支撑环10，焊合模7，导流模6，和分流模5，芯棒9设置在导流模6内，模套的上方通过销钉4和螺钉13固定有挤压筒3，挤压筒内依次放置有挤压垫2与挤压轴1.所述的芯棒为多阶塔形鱼尾式芯棒(见图2至图5)，该芯棒由第一阶由备料增压带，导流带，定径带三部分区域组成(见图2)，备料增压带总体外形尺寸小于定径带，中间由导流带过渡到定径带。若芯棒阶数增加，后续芯棒均由备料增压带与导流带组成(见图3)。

二.模具的设计思路

本发明针对挤压模具在薄壁多孔扁管材的成型的基础上，解决现有模具存在料流填充困难以及因料流不充分导致的焊合困难等问题，提供一种多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材的工作装置。该装置在原有工艺的基础上设计相关模具结构的形状尺寸，为金属焊合前提供大的备料区，在完全焊合的基础上实现管材的定径与挤出。

附图1为该工艺过程的模具结构。针对微型超薄壁扁管材的挤压过程，在焊合区域金属经导入后的焊合过程仍难以实现。附图1中，芯棒固定于导流模6上，金属流入焊合区，在芯棒周围的焊合带上实现焊合过程。所以芯棒的尺寸与外形成为决定金属在焊合区实现焊合的关键因素。

尤其是针对微型超薄壁扁管材的挤压过程，由于壁厚过薄，金属在模具型腔与外加载荷提供的压力下，流入芯棒之间的焊合区域较困难，所以，增加芯棒之间的距离进而增加焊合时的已分流金属的接触面积，有助于实现焊合过程。在芯棒的固定方式和芯棒强度满足极限载荷的前提下，我们可以减小芯棒的截面积，进而增加芯棒之间距离。并在形成的新的截面形状的基础上延长该截面的轴向长度，从而形成较大的焊合区。

基于以上原理，附图2为1阶芯棒设计思路的基本示意图，由三部分区域组成，分别是备料增压带，导流带，定径带。备料增压带总体外形尺寸小于定径带，由导流带过渡到定径带，备料区增大了分流金属焊合的接触面积，使该区域的静水压力升高，起到了备料增压的作用。金属流过上述区域后，由于芯棒尺寸逐渐变大，此处料场的金属流动以减径变形为主，同时由于芯棒摩擦的作用，静水压力继续升高。芯棒继续留过上述区域后，进入定径区域，该区域金属的总体尺寸等于所需型材的尺寸，金属流经该区域，静水压力缓慢升高，为金属挤出的自由端后的料场提供大的静水压力。为后续挤出金属的焊合提供必要条件。此图目的在于通过一阶芯棒结构说明备料增压带与导流带的作用，为设计多阶芯棒提供基本的设计思路。

基于以上原理，附图3为多阶芯棒分布图，由于无穷阶芯棒的示意图难以用图示方法精确表达，附图3中设计了3阶芯棒结构，如附图3所示，当芯棒截面积变窄后，每根芯棒两侧均可形成较大的焊合区。若金属进入焊合室后在此处没有立即实现焊合，此处也可形成大量备料区，随着芯棒横向截面尺寸加大，芯棒之间距离逐渐减小，金属流动的内压增大。亦可形成焊合。

所述芯棒的第一阶锥度变化为20度～30度，后续每阶锥度均为45度

芯棒无锥度区域与有锥度区域的轴向长度比根据模具焊合室的长度和焊合角的大小而定。

附图4为附图3中单根3阶芯棒的结构图。

附图5为附图4芯棒的截面形状图。附图5中的截面形状分别与附图4中截面位置逐一对应。由最终定型截面Ⅰ-Ⅰ逐渐过渡到芯棒根部截面Ⅳ-Ⅳ，芯棒的形状变化流程为：

矩形→正方形→内切正方形→缩颈内切正方形→内切椭圆→缩颈内切椭圆

三.成型过程

本实施例中型材壁厚0.25mm～0.35mm,挤压温度4400C～4600C,挤压比13，挤压速度1mm/s，液压机恒定载荷1000000N-1500000N，坯料为圆柱形实心坯料，材料选择6063系铝合金。

针对微型超薄壁扁管材分流模的挤压工艺，金属分别经历了分流，导入，焊合，挤出成型四个阶段。金属坯料(锭坯12)在外加载荷下，经历分流模，导流模，进入焊合室8后，在模具型腔的内部压力作用下，流入芯棒之间的备料区，为焊合提供大的接触面积与静水压力，充分接触后，在多向受压的作用下实现焊合。

通过采用压装形式分别将支撑环10，焊合模7，导流模6，一次压入模套11内，将芯棒9压入导流模6，将分流模5放置于导流模6之上，将挤压筒3与模套11以销钉4，螺钉13相连，挤压轴1在设备提供外加载荷时对锭坯12加压使其变形，变形金属经分流先后流经分流模5与导流模6，经焊合模7时流入焊合区(备料区)，在模具型腔提供较大的内压下，实现焊合挤出过程。

本实例制备的管材无挤出时的撕裂现象，断面形状，尺寸满足精度要求，强度满足要求，力学性能较好。

Claims (4)

1.一种多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材热挤压分流模具的工作装置，包括模套，模套的安装孔内依次放置支撑环，焊合模，导流模，分流模，芯棒以压装形式固定在导流模内，模套的上方固定有挤压筒，挤压筒内依次设置有挤压垫与挤压轴，所述的芯棒为多阶塔形鱼尾式芯棒，该芯棒设计为多阶结构，具体阶数根据芯棒的强度，刚度，稳定性要求与生产设备需要确定；芯棒的第一阶由备料增压带，导流带和定径带三部分区域组成，备料增压带总体外形尺寸小于定径带，中间由导流带过渡到定径带；后续每阶均由备料增压带与导流带组成，每阶芯棒的备料增压带均小于其导流带的尺寸；其特征在于所述的芯棒包含有多阶芯棒变径分别形成的备料区；基于多阶原理，设计了3阶芯棒结构，3阶芯棒每阶备料区之间设置有过渡区域，每阶备料区与过渡区域的截面由第一阶的定径带到最后一阶的备料增压带依次为：矩形、正方形、内切正方形、缩颈内切正方形、内切椭圆形和缩颈内切椭圆形。

2.根据权利要求1所述的多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材热挤压分流模具的工作装置，其特征在于所述的各阶导流带与备料增压带的长度之比为1:10-1:20。

3.根据权利要求2所述的多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材热挤压分流模具的工作装置，其特征在于所述的各阶备料区的长度相等。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多阶塔形鱼尾式芯棒的薄壁多孔扁管材热挤压分流模具的工作装置，其特征在于针对第一阶芯棒所述芯棒所需锥度为20度-30度，后续每阶芯棒锥度选择45度。