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CN109454121A - 金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法 - Google Patents

金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法 Download PDF

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CN109454121A
CN109454121A CN201811568418.7A CN201811568418A CN109454121A CN 109454121 A CN109454121 A CN 109454121A CN 201811568418 A CN201811568418 A CN 201811568418A CN 109454121 A CN109454121 A CN 109454121A
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cylinder
metal composite
composite pipe
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范玲玲
权高峰
周明扬
郭阳阳
张钰雯茜
尹颢
杨超凡
谭明
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Chongzhou Tianzhi Lighter Manufacturing Co Ltd
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Chongzhou Tianzhi Lighter Manufacturing Co Ltd
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Abstract

本发明公开了金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法，包括挤压模具、设置在挤压模具上的挤压筒和设置在挤压筒外壁且与挤压模具接触的加热套以及设置在挤压筒内且与挤压筒滑动连接的挤压杆；所述挤压筒内壁与挤压杆之间形成有挤压腔体，所述挤压腔体内填充有组合的空心筒坯料层；挤压模内部开设有与挤压腔体相连通的挤压通道，且所述挤压通道与所述挤压杆相对应；该工艺流程短，耗能更少，生产效率高，在短流程的生产中，制造不同材料包覆的双层、多层金属管，以满足不同工作环境的需要；且生产工艺简单，易于控制，所得管材的强度、热导率及可靠性能都得到有效的提高。

Description

金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法
技术领域
本发明涉及金属管材加工技术领域，具体涉及金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法。
背景技术
复合管是指通过一定的加工方法使金属管的内层、外层包覆异种金属，发挥不同合金的性能优势，从而使管材的内外层分别具有不同的性质，提高管材的综合性能，具有高强度、耐腐蚀、电磁屏蔽以及优异的导电、导热等综合性能，能够满足不同工作环境的要求。因而，越来越多地应用于航空航天、家电制造、石油工业、电力和电子等工业领域。随着我国经济的不断发展，国民工业对于复合管材的需求不断增加，对管材的性能和质量有了越来越高的要求。另外，由于我国环境问题日益突出，能源矛盾凸显，市面上的生产双金属复合管的产品能耗高、成本高、质量差、环境污染严重，有些方法还存在工序复杂、结合界面的位置和厚度不能精确控制、壁厚不均匀的不足的问题。对包覆双层管的生产工艺提出了绿色化、短流程化、耗能低、成材率高等要求。镁基、铝基双层/多层复合管是一种性能优异且应用潜力巨大的复合管材。基体镁合金具有切削性能好，中性、碱性环境耐腐蚀性能强，抗冲击性强，比强度大等优点。基体铝合金具有导电性好、传热快、重量轻、易于成型等优点。
目前，生产双金属复合管的方法主要可分为机械复合和冶金复合两类，这两类制造工艺，均存在不同程度的缺陷，具体如下：
机械复合管是将衬层管穿入基层管，两管同轴叠加，然后通过一定的工艺如液压、旋压、燃爆等方法内衬管发生塑性变形，基层管不发生或者轻微塑性变形，从而将两者实现机械结合，因此，在高温以及长期使用的情况下，管层间易发生分离现象，导致双金属管失效，并且该方法只局限于生产内层复合的双金属管，对于需要实现外层包裹的双金属复合管不适用。
冶金复合管是衬层管与基层管之间通过一定的工艺形成冶金复合层，结合面属于冶金结合部，该冶金复合层的制作价格偏贵，制作成本高，工效低，不利于批量生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效提高金属复合管生产效率及质量的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，包括挤压模具、设置在挤压模具上的挤压筒和设置在挤压筒外壁且与挤压模具接触的加热套以及设置在挤压筒内且与挤压筒滑动连接的挤压杆；所述挤压筒内壁与挤压杆之间形成有挤压腔体，所述挤压腔体内填充有组合的空心筒坯料层；
所述挤压模具内部开设有与挤压腔体相连通的挤压通道，且所述挤压通道的中心线与所述挤压杆的中心线位于同一条直线上。
进一步，所述挤压模具包括支撑部、设置在支撑部内且与挤压通道连通的咽喉结构以及与所述咽喉结构连通的开口结构，且所述开口结构的上端与所述挤压腔体相连通，所述挤压通道开设在支撑部内，所述挤压筒与所述加热套分别与支撑部相接触。
进一步，所述开口结构的上端直径大于下端直径，使得开口结构具有锥度β，且75°<β<150°。
进一步，所述挤压杆包括端头部、与端头部连接且与所述挤压筒内壁滑动配合的连接部以及与所述连接部通过圆弧过渡结构连接的中心针，所述中心针与所述挤压筒内壁之间形成挤压腔体。
进一步，所述中心针远离挤连接部的端部为圆弧状结构，且所述中心针外壁与所述挤压杆的中轴线之间具有夹角α/2，且该夹角5°<α<10°。
进一步，所述连接部与挤压筒内壁之间具有间隙，且所述间隙为 0.03mm-0.06mm。
本发明还提供了一种采用热挤压成型模具制备金属复合管的方法，包括以下步骤：
步骤①、准备基体管状坯料和复合层管状坯料，对管状坯料表面进行清理；
步骤②、将清理后的管状坯料进行组装得到复合坯料；
步骤③、将复合坯料进行均匀化退火处理；该退火处理工艺参数为 390℃×16h；
步骤④、预先向挤压筒内壁上涂抹润滑剂，将复合坯料放置于挤压腔体内，利用加热套对挤压筒和挤压模具进行预热；
步骤⑤、通过挤压机驱动连接部和中心针将复合管挤压成型为复合管。
进一步，步骤①中对管状坯料进行清理时，先对管状坯料进行碱洗，再经过酸洗，然后进行烘干。
进一步，步骤②中管状坯料通过由外至内的包覆层顺序将管状坯料进行组装。
进一步，步骤④中预热温度为360℃-380℃。
本发明具有以下有益效果：金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法，该工艺流程短，耗能更少，生产效率高，在短流程的生产中，制造不同材料包覆的单层、双层或多层金属管，以满足不同工作环境的需要；且生产工艺简单，参数易于控制，所得管材的包覆厚度均匀、包覆层连续，膜-基结合强度高、热导率和电导率高、可靠性高；通过挤压杆及挤压模具的特有锥度结构，可有效的保证坯料在挤压过程中非定长流动，使得挤压出的复合管壁厚度均匀，且在挤压过程中无死区，有利于坯料的均匀流动。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中挤压模具结构示意图；
图3为本发明中挤压杆结构示意图；
图1至图3中所示附图标记分别表示为：1-挤压模具，2-挤压筒，3-加热套，4-挤压杆，5-挤压腔体，6-挤压通道，101-支撑部，102-咽喉结构， 103-开口结构，401-端头部，402-连接部，403-中心针。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，包括挤压模具1、设置在挤压模具1上的挤压筒2和设置在挤压筒2外壁且与挤压模具1接触的加热套3以及设置在挤压筒2内且与挤压筒2滑动连接的挤压杆4；所述挤压筒2内壁与挤压杆4之间形成有挤压腔体5，挤压腔体5 内填充有组合的空心筒坯料层。
优选地加热套3为电阻加热套3，通过电阻加热套3的加热作用，使得挤压筒2和挤压模具1达到热挤压所需的温度。挤压杆4与挤压筒2滑动配合，通过挤压杆4的作用将在挤压腔体5内的组合空心筒坯料挤压至挤压模具1内，进而从挤压通道6内挤出成形。
挤压杆4为整体结构，挤压杆4包括端头部401、与端头部401连接且与挤压筒2内壁滑动配合的连接部402以及与连接部402通过圆弧过渡结构连接的中心针403，中心针403与挤压筒2内壁之间形成挤压腔体5。连接部402与挤压筒2内壁之间具有间隙，且间隙为0.03mm-0.06mm，使得挤压杆4与挤压筒2始终处于滑动配合状态。在进行挤压操作时，挤压机作为驱动件作用在端头部401上，驱动连接部402在挤压筒2内壁滑动，从而驱动连接部402和中心针403将挤压腔体5内的组合坯料挤压至挤压模具1内，实现复合管挤压成型操作。其中，圆弧过渡结构的圆弧半径为R，该半径R 与内壁包覆材质、厚度有关，当内壁包覆层越厚，R圆角越大。当需要很薄的内壁层时或没有明确要求内壁层厚度时，R<1.0mm；当内包覆层厚度和管体层厚度比>1/20时，R约为20mm以上。
为了保证组合坯料在挤压过程中的稳定性，本发明 中，中心针403 远离连接部402的端部为圆弧状结构，且中心针403外壁与所述挤压杆4的中轴线之间具有夹角α/2，且该夹角5°<α<10°。中心针403呈一定的锥度，通过该特有的锥度结构，使得组合坯料在挤压过程中稳定流动，使得挤压出的复合管壁厚度均匀。对于角度的选择，通过L/D(L是管长，D为管径) 确定，当L/D>10时，在夹角范围内取较小角度；当L/D<10时，在夹角范围内取较大角度。
挤压模具1包括支撑部101、设置在支撑部101内且与挤压通道6上端连通的咽喉结构102以及与所述咽喉结构102连通的开口结构103，且开口结构103的上端与所述挤压腔体5相连通，挤压通道6开设在支撑部101内，所述挤压筒2与加热套3分别与支撑部101相接触。开口结构103和咽喉结构102对组合空心筒坯料产生较大的塑性变形，提高复合管的致密度和力学性能，此处的坯料处于成形带；成形带下端的坯料位于定形区，与定形区的坯料外侧相接触的是挤压模具的支撑部101。组合坯料由挤压腔体5通过开口结构103流入至挤压模具1内的挤压通道6内。其开口结构103具有一定的锥度β，且75°<β<150°。通过特有的锥度结构，使得在挤压过程中无死区，有利于组合坯料的流动；当外层包覆流动性较好的材料时，如铝合金，或者复合管壁较薄时，β在取值范围内应偏大；当外层包覆流动性较差的材料时，如铜合金，或者复合管壁较厚时，β在取值范围内应偏小。
进行复合管制备时，准备管状坯料，对管状坯料表面进行清理；对管状坯料进行清理时，先对管状坯料进行碱洗，再经过酸洗，然后进行烘干。将清理后的管状坯料通过由外至内的包覆层顺序将管状坯料进行组装得到复合坯料；将复合坯料加入到燃烧炉内进行均匀化退火处理；预先向挤压筒2 内壁上涂抹润滑剂，将复合坯料放置于挤压腔体5内，利用加热套3对挤压筒2和挤压模具1进行预热；其预热温度为360℃；最后通过挤压机驱动挤压杆连接部402和中心针403对复合坯料施加挤压力，复合管在压力作用下从挤压通道6中挤出成形。
本发明还提供了一种采用热挤压成型模具制备金属复合管的方法，包括以下步骤：
步骤①、准备管状坯料，对管状坯料表面进行清理；对管状坯料进行清理时，先对管状坯料进行碱洗，再经过酸洗，然后进行烘干。
步骤②、将清理后的管状坯料进行组装得到复合坯料；管状坯料通过由外至内的包覆层顺序将管状坯料进行组装。
步骤③、将复合坯料进行均匀化退火处理，该退火处理工艺参数为 390℃×16h。
步骤④、预先向挤压筒2内壁上涂抹润滑剂，将复合坯料放置于挤压腔体5内，利用加热套3对挤压筒2和挤压模具1进行预热；其预热温度为 360℃-380℃，优选的预热温度为360℃或380℃。
步骤⑤、通过挤压机驱动挤压杆4和中心针403对复合坯料施加挤压力，复合管在压力作用下从挤压制品护筒中挤出成形。
实施例一：内层包覆铜、外层包覆铝、基体为镁合金的多层复合管
机加工获得铝合金、镁合金、铜合金管状坯料，外层铝合金管坯尺寸φ100×4(外径为100mm，壁厚为4mm)，中间层镁合金管坯尺寸φ92×30，内层铜合金管坯尺寸φ32×4。将铝合金管坯、镁合金管坯、铜合金管坯经过碱洗，然后再酸洗。烘干后按照铝合金、镁合金、铜合金的顺序将管坯组装成组合坯料。把组合坯料放入加热炉中，进行390℃×16h的均匀化退火处理。将石墨作为润滑剂，事先均匀的涂抹在挤压筒2内表面，挤压模具1的锥角为95°，利用加热套3对挤压筒2和挤压模具1预热，预热温度为360℃，挤压筒2加热温度为380℃、挤压速度为30mm/min，通过挤压机驱动挤压杆4对组合坯料施加挤压力，复合管在压力作用下从挤压模具1中挤出成形，挤压得到内层包覆铜、外层包覆铝、基体为镁合金的多层复合管。
实施例二：内层包覆铜、外层包覆铝、基体为镁合金的多层复合管
机加工获得铝合金、镁合金、铜合金管状坯料，外层铝合金管坯尺寸φ100×6(外径为100mm，壁厚为4mm)，中间层镁合金管坯尺寸φ88×30，内层铜合金管坯尺寸φ28×4。将铝合金管坯、镁合金管坯、铜合金管坯经过碱洗，然后再酸洗。烘干后按照铝合金、镁合金、铜合金的顺序将管坯组装成组合坯料。把组合坯料放入加热炉中，进行390℃×16h的均匀化退火处理。将石墨作为润滑剂，事先均匀的涂抹在挤压筒2内表面，挤压模具1的锥角为85°，利用加热套3对挤压筒2和挤压模具1预热，预热温度为360℃，挤压筒2加热温度为380℃、挤压速度为25mm/min，通过挤压机驱动挤压杆 4对组合坯料施加挤压力，复合管在压力作用下从挤压模具1中挤出成形，挤压得到内层包覆铜、外层包覆铝、基体为镁合金的多层复合管。
实施例三：外层包覆铜、基体为镁合金的双层复合管
机加工获得镁合金、铜合金管状坯料，外层铜合金管坯尺寸φ100×4。内层镁合金管坯尺寸φ92×30，将铝合金管坯、镁合金管坯、铜合金管坯经过碱洗，然后再酸洗。烘干后按照铝合金、镁合金、铜合金的顺序将管坯组装成组合坯料。把组合坯料放入加热炉中，进行390℃×16h的均匀化退火处理。将石墨作为润滑剂，事先均匀的涂抹在挤压筒2内表面，挤压模具1 的锥角为80°，利用加热套3对挤压筒2和挤压模具1预热，预热温度为 360℃，挤压筒2加热温度为380℃、挤压速度为30mm/min，通过挤压机驱动挤压杆4对组合坯料施加挤压力，复合管在压力作用下从挤压模具1中挤出成形，外层包覆铜、基体为镁合金的双层复合管。
以上为本发明的具体实施方式，从实施过程可以看出，金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法，该工艺流程短，耗能更少，生产效率高，在短流程的生产中，制造不同材料包覆的单层、双层或多层金属管，以满足不同工作环境的需要；且生产工艺简单，参数易于控制，所得管材的包覆厚度均匀、包覆层连续，膜-基结合强度高、热导率和电导率高、可靠性高；通过挤压杆及挤压模具的特有锥度结构，可有效的保证坯料在挤压过程中非定长流动，使得挤压出的复合管壁厚度均匀，且在挤压过程中无死区，有利于坯料的均匀流动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，包括挤压模具(1)、设置在挤压模具(1)上的挤压筒(2)和设置在挤压筒(2)外壁且与挤压模具(1)接触的加热套(3)以及设置在挤压筒(2)内且与挤压筒(2)滑动连接的挤压杆(4)；所述挤压筒(2)内壁与挤压杆(4)之间形成有挤压腔体(5)，所述挤压腔体(5)内填充有组合的空心筒坯料层；
所述挤压模具(1)内部开设有与挤压腔体(5)相连通的挤压通道(6)，且所述挤压通道(6)的中心线与所述挤压杆(4)的中心线位于同一条直线上。
2.根据权利要求1所述的金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，所述挤压模具(1)包括支撑部(101)、设置在支撑部(101)内且与挤压通道(6)上端连通的咽喉结构(102)以及与所述咽喉结构(102)连通的开口结构(103)，且所述开口结构(103)的上端与所述挤压腔体(5)相连通，所述挤压通道(6)开设在支撑部(101)内，所述挤压筒(2)与所述加热套(3)分别与支撑部(101)相接触。
3.根据权利要求2所述的金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，所述开口结构(103)的上端直径大于下端直径，使得开口结构(103)具有锥度β，且75°<β<150°。
4.根据权利要求1至3任一项所述的金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，所述挤压杆(4)包括端头部(401)、与端头部(401)连接且与所述挤压筒(2)内壁滑动配合的连接部(402)以及与所述连接部(402)通过圆弧过渡结构连接的中心针(403)，所述中心针(403)与所述挤压筒(2)内壁之间形成挤压腔体(5)。
5.根据权利要求4所述的金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，所述中心针(403)远离挤连接部(402)的端部为圆弧状结构，且所述中心针(403)外壁与所述挤压杆(4)的中轴线之间具有夹角α/2，且该夹角5°<α<10°。
6.根据权利要求5所述的金属复合管的热挤压成型模具，其特征在于，所述连接部(402)与挤压筒(2)内壁之间滑动连接且具有间隙，所述间隙为0.03mm-0.06mm。
7.一种采用权利要求1至6任一项所述的热挤压成型模具制备金属复合管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤①：准备基体管状坯料和复合层管状坯料，对管状坯料表面进行清理；
步骤②：将清理后的管状坯料进行组装得到复合坯料；
步骤③：将复合坯料进行均匀化退火处理；该退火处理工艺参数为390℃×16h；
步骤④：预先向挤压筒(2)内壁上涂抹润滑剂，将复合坯料放置于挤压腔体(5)内，利用加热套(3)对挤压筒(2)和挤压模具(1)进行预热；
步骤⑤：通过挤压机驱动连接部(402)和中心针(403)将复合管挤压成型为复合管。
8.根据权利要求7所述的一种采用热挤压成型模具制备金属复合管的方法，其特征在于，步骤①中对管状坯料进行清理时，先对管状坯料进行碱洗，再经过酸洗，然后进行烘干。
9.根据权利要求7所述的一种采用热挤压成型模具制备金属复合管的制备方法，其特征在于，步骤②中管状坯料通过由外至内的包覆层顺序将管状坯料进行组装。
10.根据权利要求7所述的一种采用热挤压成型模具制备金属复合管的方法，其特征在于，步骤④中预热温度为360℃-380℃。
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