一種二維函變連續(xù)變截面型材擠壓方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬型材加工方法，具體涉及一種二維函變連續(xù)變截面型材擠壓方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)裝備輕量化要求日趨強烈，使得近年來鋁合金與鎂合金在交通運輸行業(yè)、電子工業(yè)、醫(yī)療領域、軍事工業(yè)和航空航天領域上有了廣泛應用。但是，如果直接將輕金屬材料直接與鋼制零件進行簡單的材料替換，那么輕金屬材料較低的綜合強度和剛度將難以滿足原零件使用要求，這就需要對輕金屬材料施以大幅度塑性變形提高強度，以及高效率低耗能的零件結(jié)構(gòu)成型工藝來保證輕金屬武器部件性能可靠和成本可控。特別是對于長徑比較大、橫界面形狀沿著型材長度方向發(fā)生較大變化的零件，如果采用鑄造方法生產(chǎn)，則零件性能不能滿足使用要求，如果采用模鍛工藝生產(chǎn)，則會因為多道次鍛造加工而造成成本明顯增加以及零件變形難以校正。
[0003]如果能在對輕金屬材料進行熱塑性變形細化晶粒的同時，通過伺服裝置實現(xiàn)函數(shù)控制沿型材軸線分布的不同橫截面的形狀來獲得具有均勻組織、成型流線連續(xù)的變截面型材，那么將會獲得強度高、剛度好以及后續(xù)加工少的零件坯料，這對促進輕合金材料在工業(yè)裝備上的廣泛應用有重要現(xiàn)實意義。
[0004]隨著國內(nèi)外針對變截面型材研究的不斷深入，很多該領域的擠壓加工技術相繼發(fā)明公布。如中國專利CN 103551415.A中提到的一種金屬材料變截面擠扭成形裝置及方法，該專利方法能制備高性能的金屬材料，但是該專利中說述模具內(nèi)部成形控制區(qū)域較長，使得擠壓加工阻力顯著增加，易造成模具壽命降低、型材表面缺陷增多和粘?，F(xiàn)象增加。
[0005]在中國專利CN 102430609.B提及了一種用于管材的等通道變截面擠壓成形方法，該專利所述成形方法流暢高效，通過在擠壓模具中改變物料的流動方向和形狀來實現(xiàn)細化組織提高強度的目的。但是該方法僅能成形產(chǎn)品形狀單一，不能保留變截面流線組織與形狀，在進行大批量多截面形狀零件生產(chǎn)時，成本較高。
[0006]而中國專利CN 103480682.A中所述的一種階變截面擠壓成形方法，不僅成功實現(xiàn)了擠壓過程中變截面形狀的保留；而且沿著擠壓方向截面逐漸減小，型材表面質(zhì)量較好。但是此方法僅能實現(xiàn)預制簡單截面的擠壓成形，對于需要具有連續(xù)分布呈函數(shù)曲線變化表面的型材，該方法難以保證成形精度；并且在工程上只能成型長度較短變截面型材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種二維函變連續(xù)變截面型材擠壓方法，解決在長度方向呈函數(shù)變化的連續(xù)變截面構(gòu)件成形技術。通過協(xié)調(diào)承力活模、成型活模與擠壓桿之間的快速響應配合運動，實現(xiàn)對長徑比較大而且橫界面形狀沿著型材長度方向發(fā)生較大變化零件的可控連續(xù)變截面精確成型。
[0008]本發(fā)明所述的一種二維函變連續(xù)變截面型材擠壓方法主要通過以下幾個步驟實現(xiàn):
1.將合金原料(變形鋁合金或者變形鎂合金)經(jīng)機加工呈預制坯料尺寸；
2.將預制坯料在該合金熱擠壓溫度區(qū)間內(nèi)保溫1-3小時；
3.將擠壓筒與成型模具溫度控制在預制合金坯料擠壓溫度區(qū)間以下20°C范圍內(nèi)；并將運動控制伺服裝置與承力活模及成形活模調(diào)試完畢。即保證承力活模a與承力活模b的最大間隙小于模具內(nèi)腔尺寸，最小間隙大于零；保證成型活模c與成型活模d的最大間隙小于模具內(nèi)腔尺寸，最小間隙等于模具橫截面方向最小尺寸；保證成形活模在向內(nèi)進給時滯后相配合承力活模0.5-1秒，保證成形活模在向外退出時超前相配合承力活模0.5-1秒。
[0009]4.根據(jù)制備零件尺寸變化設置各承力活模與成型活模運動軌跡；設置承力活模a與成型活模c的位移量(Yl)與擠壓時間(tl)呈線性變化，即以承力活模a與成型活模c起始處與最大位移處的中點為基線，控制承力活模a與成型活模c的前進和后退位移量與擠壓時間都呈預設函數(shù)關系變化；設置承力活模b與成型活模d的位移量(Y2)與擠壓時間(t2)呈線性變化，即以承力活模b與成型活模d起始處與最大位移處的中點為基線，控制承力活模b與成型活模d的前進和后退位移量與擠壓時間都呈預設函數(shù)關系變化。
[0010]5.將預熱完成的預制坯料放入擠壓筒中，先使用擠壓桿將預制坯料頂入擠壓筒一段距離，然后退出擠壓桿，將擠壓墊放入擠壓筒中，隨即使擠壓桿推動預制坯料沿著擠壓筒向前做定截面擠出成型；當定截面型材前段穿過模具擠出口外的導向夾具后，伺服機構(gòu)驅(qū)動各承力活模與成型活模根據(jù)預設函數(shù)變化做相應進給和退回運動；其中承力活模起到對預制坯料的變形面進行預變形和承載擠壓力的作用，而成型活模起到精確定位和控制型材表面質(zhì)量的作用。
[0011]6.當擠壓桿到達最大擠壓行程前3-5秒內(nèi)，各承力活模與成型活模執(zhí)行退回運動，并在擠壓桿到達最大擠壓行程前退回原位；當擠壓桿到達最大行程時，擠壓桿運動停止，隨后執(zhí)行退出擠壓筒運動；在擠壓桿退出擠壓筒型腔后，擠壓筒和剪料鉗配合剪除擠壓墊與模具之間的預制坯料。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
1.通過精確控制模具成型型腔二維形狀，能實現(xiàn)變截面型材的橫截面形狀按照預設函數(shù)程序連續(xù)變化，變截面型材長度不受擠壓模具和設備噸位限制，解決了現(xiàn)有技術中變截面型材形狀簡單，長度受到模具尺寸限制的問題。
[0013]2.通過成型活模和承力活模的精確配合運動，能實現(xiàn)在變截面型材在有限長度內(nèi)橫截面形狀周期性變化和無重復變化，既能完成高性能工業(yè)裝備零部件坯料周期性連續(xù)擠壓成型，也適用于試驗用構(gòu)件的快速開發(fā)。
[0014]3.通過擠壓桿、成型活模和承力活模的精確配合運動，實現(xiàn)擠壓過程省力、尺寸控制精確和截面變化無滯后。即在擠壓成型過程中，首先讓承力活模對預制坯料進行大幅度預變形，以降低成型活模的受力，然后用成型活模的精確定位來保證變截面型材橫截面形狀的準確性和連續(xù)性。
[0015]4.本發(fā)明所需設備簡單，無需改造熱擠壓機，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過程易于控制，特別適合與高性能變形構(gòu)件快速開發(fā)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明方法的整體結(jié)構(gòu)主要部件結(jié)構(gòu)全剖示意圖；
圖2是二維函變連續(xù)變截面型材擠壓初始態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是二維函變連續(xù)變截面型材擠壓成型過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是實施例所述的二維函變連續(xù)變截面型材宏觀照片。
[0017]實施例1
1.將2024鋁合金原料經(jīng)機加工呈預制坯料尺寸；
2.將預制坯料在該450-470°C溫度區(qū)間內(nèi)保溫2小時；
3.將擠壓筒與成型模具溫度控制在430-450°C;并將運動控制伺服裝置與承力活模及成形活模調(diào)試完畢。即保證承力活模a與承力活模b的最大間隙小于模具內(nèi)腔尺寸，最小間隙大于零；保證成型活模c與成型活模d的最大間隙小于模具內(nèi)腔尺寸，最小間隙等于模具橫截面方向最小尺寸；保證成形活模在向內(nèi)進給時滯后相配合承力活模I秒，保證成形活模在向外退出時超前相配合承力活模I秒。
[0018]4.根據(jù)制備零件尺寸變化設置各承力活模與成型活模運動軌跡；設置承力活模a與成型活模c的位移量與擠壓時間呈線性變化，即設置承力活模a與成型活模c由外向內(nèi)和由內(nèi)向外都呈均勻移動；設置承力活模b與成型活模d的位移量與擠壓時間呈線性變化，即設置承力活模b與成型活模d由外向內(nèi)和由內(nèi)向外都呈均勻移動。
[0019]5.將預熱完成的預制坯料放入擠壓筒中，先使用擠壓桿將預制坯料頂入擠壓筒一段距離，然后退出擠壓桿，將擠壓墊放入擠壓筒中，隨即使擠壓桿推動預制坯料沿著擠壓筒向前做定截面擠出成型；制品擠出速度控制在1.5-2.5m/min ;當定截面型材前段穿過模具擠出口外的導向夾具后，伺服機構(gòu)驅(qū)動各承力活模與成型活模根據(jù)預設函數(shù)變化做相應進給和退回運動；