一種鎂合金擠壓管材及其彎曲成型方法
【專利摘要】本發明提供的一種鎂合金擠壓管材，按重量%含量為：Al5.0～8.0、Zn0.2～2.0、Mn≥0.15、Cu≤0.05、Fe≤0.005、Ni≤0.005、Si≤0.10，其他雜質之和為0.30，Mg為余量。同時提供一種鎂合金擠壓管材的彎曲成型方法。本發明的效果是采用該方法灌砂加熱成型封閉鎂合金擠壓管材拉彎或滾彎成型的管材，不僅制造成本低、操作方便簡單，而且避免了截面在拉彎或滾彎成型時的凹陷和凸出。將鎂合金擠壓管管材彎曲90°后截面橢圓度控制在1.0%～2.0%、壁厚減薄率控制在3.0%～10.0%，比不采用型砂填充方法的橢圓度與壁厚減薄率下降了20%～40%，滿足工業管道工程管件的技術要求，顯示出良好的彎曲性能，保證管材的彎曲質量。
【專利說明】一種鎂合金擠壓管材及其彎曲成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎂合金擠壓管材及其彎曲成型方法。
【背景技術】
[0002]為了達到提高有軌車輛輕量化及高強度化的需求，輕量化構件以管材為結構材，在重量相同而剛性及強度較高的情況下，采取細長比大的截面形狀多樣復雜的鎂合金擠壓管材，現所采取的成型方法為液靜壓擠壓成型、彎曲及鼓脹加工的復合成型方法。管材的彎曲成管過程是一個彈塑性變形過程，彎曲成型后除形成具有一定彎曲半徑和彎曲角度的圓弧外，管材的局部及整體均會發生一定的非預設變形，這種變形常稱為管材彎曲的缺陷，缺陷的大小直接影響管材的彎曲是否滿足設計要求。
[0003]目前，鎂合金擠壓管材主要用于交通車輛結構的骨架鎂合金封閉箱型，特別是有軌列車采用的各種復雜的鎂合金封閉鎂合金擠壓管材，主要采用拉彎成型或滾彎成型方法彎曲成型。由于鎂合金擠壓管材截面封閉，按照常規的拉彎或滾彎成型，在彎曲成型過程中，由于鎂合金封閉鎂合金擠壓管材截面封閉，內部為空，在彎曲成型過程的巨大載荷下，受拉壓應力的作用，變形不均勻，截面會產生凹凸缺陷的嚴重變形，導致彎曲成型后的管材沿縱向表面發生下凹或上凸，以及截面橢圓度的變化，而無法保持原材料的截面形狀，滿足和構成合格產品。
[0004]因此目前國內還沒有對這類管材更好的成型工藝方法。鎂合金封閉鎂合金擠壓管材在國外雖然有一定程度的運用，但目前還沒有如何解決封閉鎂合金擠壓管材彎曲成型問題的相關報道。
【發明內容】
[0005]為解決上述技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種鎂合金擠壓管材及其彎曲成型方法，能夠保持鎂合金擠壓管材原始橫截面積不變形，能夠保證其在彎曲成型后截面橢圓度、減薄率成型方法。折彎的時候，受力不均，管材變形，并能有效的進行加熱，減少管材彎曲過程中熱量損失，保持彎曲溫度，保證其彎曲質量。
[0006]為實現上述目的，本發明采用的技術解決方案是提供的一種鎂合金擠壓管材，按重量 ％含量為:A15.0 ?8.0,Zn0.2 ?2.0,Mn ≤ 0.15,Cu ( 0.05,Fe ( 0.005,Ni ( 0.005、Si ( 0.10，其他雜質之和為0.30，Mg為余量。
[0007]同時提供一種鎂合金擠壓管材的彎曲成型方法。
[0008]本發明的效果是采用該方法加熱成型封閉鎂合金擠壓管材拉彎或滾彎成型的管材，不僅制造成本低、操作方便簡單，而且避免了截面在拉彎或滾彎成型時的凹陷和凸出。對工業管道工程管件的要求，對中、低壓管其壁厚減薄率不應超過15%，國際標準規定管壁減薄率小于12.5%。將鎂合金擠壓管管材彎曲90°后截面橢圓度控制在1.0%?2.0%、壁厚減薄率控制在3.0%?10.0%，比不采用型砂子填充方法的橢圓度與壁厚減薄率下降了20%?40%，解決了彎曲成型中截面變形嚴重和開裂的問題，顯示出良好的彎曲性能，保證其管材彎曲質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為管材彎曲如壁厚變化不意圖；
[0010]圖2為管材彎曲后壁厚變化不意圖；
[0011]圖3為管材彎曲前橫截面形狀的變化示意圖；
[0012]圖4為管材彎曲后橫截面形狀的變化示意圖。
【具體實施方式】
[0013]結合附圖及實施例對本發明的一種鎂合金擠壓管材及其彎曲成型方法加以說明。
[0014]本發明的一種鎂合金擠壓管材，按重量％含量為:A15.0-8.0、Zn0.2-2.0、Mn ≥ 0.15、Cu ≤ 0.05、Fe ≤ 0.005、Ni ( 0.005、Si ( 0.10，其他雜質之和為 0.30，Mg 為余量。
[0015]本發明的鎂合金擠壓管材的彎曲成型方法包括以下步驟:
[0016]I)選取按上述成分制作需要彎曲成型的鎂合金擠壓管材，對鎂合金擠壓管材的一開口端進行焊接封口加以封閉；
[0017]2)將己焊接封閉鎂合金擠壓管材的端面朝下豎立起，保持管材豎直放置，從鎂合金擠壓管材的上開口端向內灌型砂，并采用邊灌型砂邊震動的方法壓緊型砂層，將型砂灌至離開口端留出20-50mm的不灌型砂余量長度；
[0018]3)在所灌型砂不至流出管材條件下，用事先制好的楔子打入開口端將鎂合金擠壓管材開口封閉或將開口端進行焊接封口，采用高頻加熱機局部加熱彎曲截面的方法，對管材被彎曲段進行加熱，加熱溫度為150-250°C ；
[0019]4)對彎曲模具進行預熱，預熱范圍為130-200°C，將上述鎂合金擠壓管材裝夾于拉彎機或滾彎機，以彎曲速率為8-20mm/s進行拉彎或滾彎成型，彎曲角度為O-90° ;
[0020]5)校正鎂合金擠壓管材，切割管材兩端頭余量，全部傾倒出管材內型砂子，完成鎂合金擠壓管材成型制造。
[0021]上述步驟3)中彎曲截面為將所述鎂合金擠壓管材彎曲90°后截面橢圓度控制在
1.0%-2.0%、壁厚減薄率控制在3.0%-10.0%。
[0022]圖1、圖2為管材彎曲前后壁厚變化示意圖；b為管材彎曲錢壁厚大小，b'為管材彎曲變形后最處的壁厚大小。圖3、圖4為管材彎曲前后橫截面形狀的變化示意圖。f為彎曲錢圓形橫截面直徑，f i為管材彎曲后橢圓截面長軸長度，f 2為管材彎曲后橢圓截面短軸長度。通常管材彎曲后的壁厚減薄率、橫截面橢圓度作為評價管材彎曲成管的質量的指標。
[0023]管材彎曲后的壁厚減薄率=((b_b, ) /b) *100%
[0024]管材彎曲后的橫截面橢圓度=((#「# 2) /# ) *100%
[0025]本發明的一個重要而關鍵的特征是型砂子填充加熱。通過型砂粒在外部彎曲載荷壓力下，均布擴散內部內應力，解決了彎曲成性過程中引起的截面變形問題開裂的問題，將管材彎曲90°后截面橢圓度控制在1.0%-2.0%、而沒有灌型砂加熱的鎂合金管材壁厚減薄率控制在5%-12%，相比于不采用型砂子填充方法，橢圓度與壁厚減薄率下降了 20%-40%。
[0026]通過實驗以lOmm/s速度彎曲，管材在不同彎曲溫度下彎曲90°后最大壁厚減薄率分別為:125°C為15%, 1500C為13%，200。。為11%，250。。為13.5%。實驗發現彎曲溫度過低或者過高，都不利于彎曲成型，因此選用150?250°C的彎曲溫度。
[0027]通過實驗，在200°C不同彎曲速度下的本專利合金管材通過本灌型砂加熱工藝彎曲后，管材彎曲90°后最大減薄率分別是2mm/s為7%、8mm/s為9%、30mm/s為13%。壁厚減薄率2mm/s為1.3%、8mm/s為1.5%、30mm/s為2.2%,考慮到工作效率等方面的因素,選用8?20mm/s彎曲速率。
[0028]對工業管道工程管件的要求，對中、低壓管其壁厚減薄率不應超過15%，國際標準規定管壁減薄率小于12.5%。將管材彎曲90°后截面橢圓度控制在1.0%?2.0%、壁厚減薄率控制在3%?10%，相比于不采用本工藝方法，將管材彎曲90°后截面橢圓度為1.2%?3%，壁厚減薄率控制在5%?18%，其橢圓度與壁厚減薄率下降了 20%?40%，顯示出良好的彎曲性能，保證管材的彎曲質量。
[0029]實施例一
[0030]鎂合金按重量％ 含量為:A16.0、Znl.0、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他雜質之和為0.30，Mg為余量。
[0031]I)彎曲前，應制備一個截面同于鎂合金擠壓管材內截面，長度約30mm的木楔子，用本發明的方法，取一件需要彎曲成型的擠壓管材長度為1000mm，對鎂合金擠壓管材的一開口端進行嚴密的焊接封口；
[0032]2)將己焊接封閉的端面朝下豎立起，保持管材豎直，從上開口端向內灌型砂，并不斷采用震動的方法慣性壓緊型砂層，同時可以采用木榔頭邊輕敲鎂合金擠壓管材，邊使灌型砂下落壓緊型砂粒，灌至型砂面略高于標定型砂面，型砂位不再往下降為止，留出40_不灌型砂余量長度；
[0033]3)在型砂不至流出管材條件下，用事先制好的楔子打入開口端將鎂合金擠壓管材開口封閉。采用高頻加熱機局部加熱彎曲截面的方法，對管材被彎曲段進行加熱，待型砂子和鎂合金擠壓管材加熱到達到200°C后；
[0034]4)對彎曲模具進行預熱，預熱范圍為170°C，將上述鎂合金擠壓管材裝夾于拉彎機，以彎曲速率為8mm/s，進行拉彎或滾彎成型，彎曲角度為90° ;
[0035]5)校正鎂合金擠壓管材，切割鎂合金擠壓管材兩端頭余量50mm，全部傾倒出管材內型砂子，完成長度為900mm鎂合金擠壓管材成型制造。
[0036]彎曲后，截取彎曲橫截面進行測量，截面橢圓度為1.21%、壁厚減薄率為7.15%。不采取本工藝而直接彎曲的鎂合金封閉鎂合金擠壓管材，彎曲橫截面橢圓度為1.91%、壁厚減薄率為11.52%，橢圓度與壁厚減薄率下降了 37%，說明彎曲截面變形小，顯示出良好的彎曲性能，有效的保證了彎曲質量。
[0037]實施例二
[0038]鎂合金按重量％ 含量為:A15.8、Zn0.9、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他雜質之和為0.30，Mg為余量。
[0039]I)彎曲前，應制備一個截面同于鎂合金封閉鎂合金擠壓管材內截面，長度約30mm的木楔子，用本發明的方法，取一件需要彎曲成型的擠壓管材長度為1000mm，對鎂合金擠壓管材的一開口端進行嚴密的焊接封口；
[0040]2)將己焊接封閉的端面朝下豎立起，保持管材豎直，從上開口端向內灌型砂，并不斷采用震動的方法慣性壓緊型砂層，同時可以采用木榔頭輕敲使灌型砂下落壓緊型砂粒，灌至型砂面略高于標定型砂面，型砂位不再往下降為止，留出40_不灌型砂余量長度；
[0041]3).在型砂不至流出管材條件下，用事先制好的楔子打入開口端將鎂合金擠壓管材開口封閉或將開口端進行焊接封口。采用高頻加熱機局部加熱彎曲截面的方法，對管材被彎曲段進行加熱，待型砂子和鎂合金擠壓管材加熱到達到170°C后；
[0042]4).對彎曲模具進行預熱，預熱范圍為150°C，將上述管材裝夾于拉彎機，以彎曲速率為20mm/s，進行拉彎或滾彎成型，彎曲角度為90° ;
[0043]5).校正管材，切割管材兩端頭余量50mm，傾倒出管材內型砂子，完成長度為900mm管材成型制造。
[0044]彎曲后，截取彎曲橫截面進行測量，截面橢圓度控制在1.95%、壁厚減薄率控制在8.2%，不采取本工藝而直接彎曲的鎂合金封閉鎂合金擠壓管材，彎曲橫截面橢圓度為
2.61%、壁厚減薄率為12.26%，橢圓度與壁厚減薄率下降了 25%，說明彎曲截面變形小，顯示出良好的彎曲性能，有效的保證了彎曲質量。
[0045]實施例三
[0046]鎂合金按重量％ 含量為:A16.2、Znl.3、Mn0.15、Cu0.05、Fe0.005、Ni0.005、Si0.10，其他雜質之和為0.30，Mg為余量。
[0047]I)彎曲前，應制備一個截面同于鎂合金封閉鎂合金擠壓管材內截面，長度約30mm的木楔子，用本發明的方法，取一件需要彎曲成型的擠壓管材長度為1000mm，對鎂合金擠壓管材的一開口端進行嚴密的焊接封口；
[0048]2)將己焊接封閉的端面朝下豎立起，保持管材豎直，從上開口端向內灌型砂，并不斷采用震動的方法慣性壓緊型砂層，同時可以采用木榔頭輕敲管材使灌型砂下落壓緊型砂粒，灌至型砂面略高于標定型砂面，型砂位不再往下降為止，留出40_不灌型砂余量長度；
[0049]3)在型砂不至流出管材條件下，用事先制好的楔子打入開口端將鎂合金擠壓管材開口封閉或將開口端進行焊接封口。采用高頻加熱機局部加熱彎曲截面的方法，對管材被彎曲段進行加熱，待型砂子和鎂合金擠壓管材加熱到達到230°C后；
[0050]4)對彎曲模具進行預熱，預熱范圍為200°C，上述管材裝夾于拉彎機，以彎曲速率為5mm/s，進行拉彎或滾彎成型，彎曲角度為90° ;
[0051]5)校正管材,切割管材兩端頭余量50mm,傾倒出管材內型砂子,完成長度為900mm管材成型制造。
[0052]彎曲后，截取彎曲橫截面進行測量，截面橢圓度控制在1.53%、壁厚減薄率控制在9.6%，不采取本工藝而直接彎曲的鎂合金封閉鎂合金擠壓管材，彎曲橫截面橢圓度為
2.15%、壁厚減薄率為16.33%，橢圓度與壁厚減薄率下降了 29%，說明彎曲截面變形小，顯示出良好的彎曲性能，有效的保證了彎曲質量。
【權利要求】
1.一種鎂合金擠壓管材，按重量％含量為:A15.0?8.0、Zn0.2?2.0、Mn≤0.15、Cu ≤ 0.05, Fe ≤0.005、Ni ≤ 0.005、Si ≤ 0.10，其他雜質之和為 0.30，Mg 為余量。
2.一種鎂合金擠壓管材的彎曲成型方法，該方法包括以下步驟: 1)選取按上述成分制作需要彎曲成型的鎂合金擠壓管材，對鎂合金擠壓管材的一開口端進行焊接封口加以封閉； 2)將己焊接封閉鎂合金擠壓管材的端面朝下豎立起，保持管材豎直放置，從鎂合金擠壓管材的上開口端向內灌型砂，并采用邊灌型砂邊震動的方法壓緊型砂層，將型砂灌至離開口端留出20-50mm的不灌型砂余量長度； 3)在所灌型砂不至流出管材條件下，用事先制好的楔子打入開口端將鎂合金擠壓管材開口封閉或將開口端進行焊接封口，采用高頻加熱機局部加熱彎曲截面的方法，對管材被彎曲段進行加熱，加熱溫度為150?250°C ； 4)對彎曲模具進行預熱，預熱范圍為130?200°C，將上述鎂合金擠壓管材裝夾于拉彎機或滾彎機，以彎曲速率為8?20mm/s進行拉彎或滾彎成型，彎曲角度為O?90° ; 5)校正鎂合金擠壓管材，切割管材兩端頭余量，全部傾倒出管材內型砂子，完成鎂合金擠壓管材成型制造。
3.根據權利要求1所述的鎂合金擠壓管材的彎曲成型方法，其特征是:所述步驟3)中彎曲截面為將所述鎂合金擠壓管材彎曲90°后截面橢圓度控制在1.0%?2.0%、壁厚減薄率控制在3.0%?10.0%。
【文檔編號】B21D7/16GK103433341SQ201310360986
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】穆錦輝, 李江海, 崔妍, 吳稀勇, 郭賢才 申請人:天津東義鎂制品股份有限公司, 孝義市東義鎂業有限公司