[发明专利]一种改善小坯料铝及铝合金大变形挤压缩尾的模具及方法

说明书

本发明公开了一种改善小坯料铝及铝合金大变形挤压缩尾的模具及方法，主要通过调整坯料尺寸推迟了挤压晚期的时间；然后通过优化模具设计，进一步减小了挤压死区，改善了金属流动状态，使挤压产品的缩尾段比例降低；再通过对挤压工艺（主要是挤压温度）的调控进一步提高挤压过程中金属变形能力和流动稳定性，进一步降低了挤压产品缩尾段比例。综合上述优化措施，可使小坯料大变形挤压产品的无缩尾段比例提高3倍。本发明可以改善小坯料大变形挤压的缩尾情况，节省大量原材料，可在科学实验、工艺探索和小部件材料加工等多场景下应用，且不依赖复杂设备，易于实现，可推广性强。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，尤其涉及一种改善小坯料铝及铝合金大变形挤压缩尾的模具及方法。

背景技术

由于金属铝是地壳中蕴藏量最大的金属，约占地壳总质量的8.3%，因此铝及其合金拥有产量大、成本低等一系列优势，从而使铝及其合金成为了世界上使用量最大、应用范围最广的金属材料之一。

由于铝的使用频率很高，衍生出了大量的变形加工需求。铝及铝合金最常用的加工方法有：锻造、轧制和挤压等。其中，热挤压不但可以使铝及铝合金产生挤压效应从而提高其强塑性，还可以获得各种复杂形状的产品，是一种效率极高的变形加工方式。挤压变形加工主要有如下优点：

（1）铝合金热挤压的变形率很高，只需要较小的挤压比就可以实现很高的变形率。从理论上看，当挤压比大于10:1时，热挤压的变形率即大于90%；当挤压比大于20:1时，热挤压的变形率即大于95%。热挤压采用的挤压比一般在10:1~20:1之间，因此变形率一般大于90%。热挤压如此大的变形率，是其他变形加工方式难以达到的。热挤压的大变形可以消除铝及铝合金中的缺陷，使材料变得更致密；也可以使铝及铝合金产生强烈的晶粒细化，提高其强塑性。

（2）热挤压模具的模芯孔形状可以被设计为任意形状，因此铝及铝合金挤压型材理论上可以是任意形状，适用于生产复杂截面的型材。

（3）热挤压变形加工可以连续进行，使用大坯料时可以连续挤压。生产效率高，适于大批量生产。

由于上述优点，热挤压成为了大规模制备铝及铝合金型材的加工方法之一。热挤压的坯料挤压进入尾端时，压头逐渐接近挤压死区，金属的塑性流动不再稳定，会在挤压末端产生一种型材中心无法闭合的缺陷，称之为缩尾。缩尾是热挤压产品的主要缺陷，会极大地影响产品质量，且浪费原材料。对于工业生产来说，缩尾的出现会影响产品的质量，降低原材料使用率，降低经济效益；对科学研究来说，缩尾的出现会影响挤压试样的性能和组织，无法确保研究结果的可靠性，且会浪费宝贵的科研试样。因此无论在工程中还是科学研究中，如何消除或改善挤压缩尾都是重要且亟待解决的问题。

发明内容

在挤压过程中，为改善缩尾，一般可以采用增大挤压余厚的方式来消除缩尾，但该方法会浪费大量原料，且不适用于小坯料的挤压。其次可以采用减小挤压比的方式，来减小变形率和挤压死区，使金属塑性流动更稳定以改善缩尾情况。小坯料大变形的挤压中，较大变形率会使挤压死区变大，金属塑性流动更不稳定；同时为最大程度利用材料，小坯料所需挤压余厚一般较小。综合上述原因，小坯料大变形挤压尾部较容易出现缩尾。

为了改善小坯料挤压的缩尾情况，尽量减小缩尾长度。本发明提出了一种改善小坯料铝及铝合金大变形挤压缩尾的方法及模具。

具体的，本发明第一方面提供一种改善小坯料铝及铝合金大变形挤压缩尾的模具，所述模具的模芯采用平锥模，所述模芯包括锥形入口、工作带及模芯出口；

所述锥形入口的大端直径为模芯外轮廓直径的二分之一，模角为45~60°；

所述工作带的长度为2.5~3mm；

所述模芯出口与所述工作带保持连续，所述模芯出口采用锥孔，所述锥孔孔径从靠近所述工作带一端至另一端逐渐变大，所述模芯出口直径大于所述工作带直径，所述模芯出口的模角为10~20°。