关于镁合金型材挤压模具的设计与分析

2019-02-10冯红芬

世界有色金属 2019年19期

冯红芬

（山西闻喜银光镁业（集团）有限责任公司，山西闻喜 043800）

在各类金属当中，镁合金是最轻的金属材料之一，具有很多方面的优势和特点，在诸多相关领域当中，都能够得到十分良好的应用[1]。在镁金属的储量方面，资源十分丰富，储量仅次于铝和铁。在我国当前的发展当中，镁合金的产业化应用已经成为了一个十分重要的项目。而在镁合金的应用当中，尤其是在镁合金的压铸方面，也处于刚刚起步的阶段。在镁合金的塑形加工成型技术当中，主要有锻造、轧制、挤压等技术，而镁合金型材的生产，则需要采用挤压的技术进行[2]。

1 镁合金型材挤压模具的工作原理和特点

在生产“目”字形、“日”字形、“田”字形界面镁合金型材的过程中，需要应用平面分流组合模具，具有可连续生产、加工简单等优势。该模具的工作原理为，应用实心铸锭，挤压机对其施加压力，分流孔将金属分为几股金属流，在焊合室汇集，在高压高温的状态下被重新焊合。最后在模子和模芯之间的间隙中留出，最终形成空心型材或管材"。在设计镁合金挤压模具的时候，模具的中心通常为挤压型材截面的质心。在设计分流组合模的时候，要在模具的中心位置设置上模型芯，从而为填充和成型挤压型材提供便利。如果镁合金型材具有对称的截面，则应将模具中心和截面质心重合[3]。

在平面分流焊合模当中，金属的流动主要分为正挤压、侧向挤压焊合、空心构件挤出等步骤。在分流阶段，分流孔将镁合金分流程几股金属，在焊合室当中，金属向心流动和基础，然后焊合，最终由带轴心的空心件进行正挤压。在设计镁合金型材分流挤压模具当中，应当确保分流之后的镁合金能够顺利的在焊合室当中流动和焊合。同时，对模芯的强度方面也要加以注重，并且确保满足设计规格和尺寸的挤压型材。另外，设计模具的时候还要对结构设计和材料选择加以重视，从而确保模具良好的寿命和质量。

2 镁合金型材挤压模具的设计

2.1 模具的结构设计

在平面分流组合模当中，主要包括分流孔、分流比、分流桥、工作带、焊合室、模芯等设计要素，对于模具寿命、产品质量等，都具有很大的影响。

在镁合金型材挤压模具的设计当中，主要包括，上模、下模两个部分。在上模当中，主要包括模芯、分流桥、分流孔等，其中，焊合室的通道是分流孔、模芯的支撑由分流桥实现，模芯的作用则是确保镁合金型材内腔尺寸、形状等成型则。在设计下模的过程中，主要包括模孔、焊合室等。其中，在分流孔当中分开的不同金属流，在焊合室当中重新汇聚和焊合，而镁合金型材的外部尺寸、形状等，则是由模孔形成的。在模孔、模芯等位置，都设置了专门的工作带。在模芯、模孔出口等位置，也做有空刀。这样，镁合金在从模孔留出的过程中，不会受到阻碍，因而镁合金型材内外表面也不会损坏。

2.2 模具的材料选择

在当前的镁合金型材挤压模具的材料选择方面，热加工模具钢是最为常用的材料之一。对于很多性能方面的要求，例如热稳定性、热耐磨性、热疲劳强度、热强性等，热加工模具钢都能够很好的加以满足"。其中，亚共析奥氏体合金钢是最为常用的材料之一，其具有0.3%到0.45%左右的含碳量。

在原材料质量的提升，以及钢.材熔炼、加工、锻造、热处理等方面的工艺优化方面，也取得了较大的进步，例如采用了高纯材料，利用了浇包熔炼法、电渣溶煤油、电弧二次重煤油等方法，应用了真空热处理、表面硬化处理、离子氮化处理、等温锻造等新的工艺和技术，使得模具材料的质量得到了很大的提升。

3 镁合金铸锭固溶处理与挤压工艺

3.1 AZ91镁合金

AZ91镁合金是-种性能十分良好的镁合金，在其铸态组织当中，主要是大小均匀的等轴晶粒组织，晶粒的具有100um以上的平均尺寸，较为粗大。同时，还有很多较为粗大的枝晶存在于其金相组织当中。

在380℃条件下，进行8小时的固溶处理，能够提高晶界的清晰度，在析出相当中，存在着很多不连续的网状分布。随着固溶温度的提升，基于热能作用，析出相会加速溶解，在表面能的作用下，未溶解的析出相会发生球化。随着固溶温度继续升高，球形析出相溶解，晶粒会长大”，在固溶时间方面，随着时间的增加，镁合金铸锭金相组织也会发生较大的变化，枝晶的偏析消除，在枝晶网胞间和晶界上，析出相将会溶解、球化、分裂。

3.2 ZK60镁合金

ZK60镁合金也是一种十分常用的镁合金材料，在铸造过程中，.其具有与AZ91镁合金相似的晶粒组织，粗厚片状析出相连续的分布在等轴状晶粒的晶界上。ZK60镁合金的铸造态晶粒组织要比AZ91更加细小，同时具有更少的枝晶偏析。

在320℃的条件下，对其固溶处理10小时，金相显微组织并不会发生显著的变化，连续析出相也只会在某些区域产生分裂。同时，基体合金也会产生更为清晰的晶界。当固溶温度固定不变的时候，不同的固溶时间也会得到不同的效果。例如，在480C的条件下，经过3小时的固溶处理，非平衡析出相的数量将会大幅降低，析出相的形貌也会转变为不规则片状和点状的形态。在5小时到10小时的固溶处理后，虽然均匀化过程会有所减慢，但同时也会产生更为显著的变化。如果固溶处理时间增加到15小时，枝晶偏析将会完全消除，析出相也会全部溶解。