模具结构对平板型材粗晶环厚度的影响.pdf

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1、第８卷第３期材料研究与应用Vo１畅８，No畅３２０１４年９月MATERIALSRESEARCHANDAPPLICATIONSept．２０１４文章编号：１６７３‐９９８１（２０１４）０３‐０１７３‐０５模具结构对平板型材粗晶环厚度的影响黄泽涛，赖昌鸿，项胜前，何志祥，李凯，周江平广东豪美铝业股份有限公司，广东清远５１１５４０摘要：研究了两种模具结构对挤压平板型材的粗晶环厚度分布的影响，借助金相显微镜研究了平板型材边缘的组织与结构，利用HyperXtrude研究了两模具焊合腔压力分布、金属流动均匀性及成型区域温度的分布．结果表明：模孔半遮蔽形模具改变了平板型材粗晶环的

2、厚度分布，圆弧面粗晶环厚度远小于非圆弧面粗晶环厚度；模孔半遮蔽形设计可提高焊合腔内部焊合压力，并呈现不对称分布；模孔半遮蔽形设计使得焊合腔及成型区域内部金属流动更均匀；模孔半遮蔽形模具成型区处圆弧面温度低于非圆弧面温度，这是影响粗晶环厚度差异的重要原因．关键词：挤压；平板型材；模具结构；粗晶环中图分类号：TG３７６．２文献标识码：A粗晶环是在挤压制品周边上形成的环状粗大晶板型材单边粗晶环的厚度，满足客户的特殊要求．粒区域，是挤压制品的一种组织缺陷，粗晶环中的晶粒尺寸可超过原始晶粒尺寸的１０～１００倍．粗晶环1试验部分会引起挤压制品力学性能降低、拉伸矫直表面粗糙、阳

3、极氧化表面不美观，以及坯料锻造时在粗晶区产1．1试样［１］生裂纹等问题．产生粗晶环的根本原因是再结晶，研究使用的铝型材是壁厚为９．７mm、宽度为当不润滑正向挤压时，锭坯表面与挤压筒的强烈摩１７７．５mm的带圆角的平板型材，型材材质选择擦使得外层金属的变形程度比中心区高几十倍，同６０６３铝合金，模具材质选择H１３模具钢．时外层金属受到较大的剪切变形，晶粒遭到较大的1．2方法［２］破碎，使内能增高，再结晶温度降低．模具的设计方案有二种，第一种为传统的设计粗晶环是行业内最难解决的问题之一，至今还方案，即中间小两头大的导流孔及焊合室设计，如图没有彻底的解决方法．行业内解决

4、粗晶环问题时，主１所示；第二种设计方案与传统理念不一致，是将模［３］要集中在控制合金化工艺、熔铸工艺及挤压工艺孔半遮蔽，如图２所示．两次挤压及模拟挤压分析均条件等方面，如适当加入晶粒细化元素Mn和Cr采用相同的挤压工艺，其中棒的温度为４８０℃，模具［４］［５‐６］等、采用低温快速挤压工艺、快速冷却设备改的温度为４５０℃，挤压筒的温度为４５０℃，挤压速度［７］［８‐９］造及后续处理（冷变形消除粗晶）等手段，也有约９m／min．模拟过程中将整个模型分为棒料、导流［１０］人提出通过改变模角来减少粗晶环的厚度．但上孔、工作带、型材、上模和下模６个部分，并且进行网述这些方法

5、和手段，在实际生产中改善效果并不理格划分，其中工作带和型材部分采用三棱柱网格，模想，有的操作实施难度大．具、导流孔和棒料部分采用四面体网格，网格总数约本文提出一种模具，其结构可改变平板型材的粗为２３万．工作带区域摩擦类型为粘塑性（Viscoplas‐晶环厚度于同一截面上的分布规律，可大大地减少平tic），摩擦系数为０．３，其余区域摩擦类型均为刚性收稿日期：２０１３‐１２‐０４作者简介：黄泽涛（１９８６‐），男，广东南海人，硕士．１７４材料研究与应用２０１４（Stick）．热传递模型为对流传热模式（Conversion），构，利用HyperXtrude软件研究两模具

6、焊合腔压力２系数为３０００W／m．分布、金属流动均匀性及成型区域温度的分布．用金相显微镜观察平板型材边缘的组织与结图1常规模具三维实体模型（a）导流板；（b）模具截面图Fig．1３Dentitymodelofconventionalmold（a）diversionplat；（b）sectionalviewofmold图2半遮蔽式模具三维实体模型（a）导流板；（b）模具截面图Fig．2３Dentitymodelofsemi‐shieldedmold（a）diversionplat；（b）sectionalviewofmold2结果及分析图．从图３可见：圆弧面的粗晶环

7、厚度约为９６５．５２μm（图３（a）），非圆弧面的粗晶环厚度约为９４３．２2．1显微组织μm（图３（b））；两面的粗晶环厚度没有明显的区别，图３为常规模具生产出的型材边缘显微组织粗晶环区域的晶粒大小约为２６５．５μm．图3常规模具型材粗晶环厚度（a）圆弧面；（b）非圆弧面Fig．3Thethicknessofcoarse‐grainedlayerofprofileofconventionalmold（a）arcsurface；（b）non‐arcsurface第８卷第３期黄泽涛，等：模具结构对平板型材粗晶环厚度的影响１７５图４为半遮蔽式模具生产出的型材边缘显微组为

8、３１１．６