關于鎂合金型材擠壓模具的設計與分析

馮紅芬

（山西聞喜銀光鎂業（集團）有限責任公司，山西 聞喜 043800）

在各類金屬當中，鎂合金是最輕的金屬材料之一，具有很多方面的優勢和特點，在諸多相關領域當中，都能夠得到十分良好的應用[1]。在鎂金屬的儲量方面，資源十分豐富，儲量僅次于鋁和鐵。在我國當前的發展當中，鎂合金的產業化應用已經成為了一個十分重要的項目。而在鎂合金的應用當中，尤其是在鎂合金的壓鑄方面，也處于剛剛起步的階段。在鎂合金的塑形加工成型技術當中，主要有鍛造、軋制、擠壓等技術，而鎂合金型材的生產，則需要采用擠壓的技術進行[2]。

1 鎂合金型材擠壓模具的工作原理和特點

在生產“目”字形、“日”字形、“田”字形界面鎂合金型材的過程中，需要應用平面分流組合模具，具有可連續生產、加工簡單等優勢。該模具的工作原理為，應用實心鑄錠，擠壓機對其施加壓力，分流孔將金屬分為幾股金屬流，在焊合室匯集，在高壓高溫的狀態下被重新焊合。最后在模子和模芯之間的間隙中留出，最終形成空心型材或管材"。在設計鎂合金擠壓模具的時候，模具的中心通常為擠壓型材截面的質心。在設計分流組合模的時候，要在模具的中心位置設置上模型芯，從而為填充和成型擠壓型材提供便利。如果鎂合金型材具有對稱的截面，則應將模具中心和截面質心重合[3]。

在平面分流焊合模當中，金屬的流動主要分為正擠壓、側向擠壓焊合、空心構件擠出等步驟。在分流階段，分流孔將鎂合金分流程幾股金屬，在焊合室當中，金屬向心流動和基礎，然后焊合，最終由帶軸心的空心件進行正擠壓。在設計鎂合金型材分流擠壓模具當中，應當確保分流之后的鎂合金能夠順利的在焊合室當中流動和焊合。同時，對模芯的強度方面也要加以注重，并且確保滿足設計規格和尺寸的擠壓型材。另外，設計模具的時候還要對結構設計和材料選擇加以重視，從而確保模具良好的壽命和質量。

2 鎂合金型材擠壓模具的設計

2.1 模具的結構設計

在平面分流組合模當中，主要包括分流孔、分流比、分流橋、工作帶、焊合室、模芯等設計要素，對于模具壽命、產品質量等，都具有很大的影響。

在鎂合金型材擠壓模具的設計當中，主要包括，上模、下模兩個部分。在上模當中，主要包括模芯、分流橋、分流孔等，其中，焊合室的通道是分流孔、模芯的支撐由分流橋實現，模芯的作用則是確保鎂合金型材內腔尺寸、形狀等成型則。在設計下模的過程中，主要包括模孔、焊合室等。其中，在分流孔當中分開的不同金屬流，在焊合室當中重新匯聚和焊合，而鎂合金型材的外部尺寸、形狀等，則是由模孔形成的。在模孔、模芯等位置，都設置了專門的工作帶。在模芯、模孔出口等位置，也做有空刀。這樣，鎂合金在從模孔留出的過程中，不會受到阻礙，因而鎂合金型材內外表面也不會損壞。

2.2 模具的材料選擇

在當前的鎂合金型材擠壓模具的材料選擇方面，熱加工模具鋼是最為常用的材料之一。對于很多性能方面的要求，例如熱穩定性、熱耐磨性、熱疲勞強度、熱強性等，熱加工模具鋼都能夠很好的加以滿足"。其中，亞共析奧氏體合金鋼是最為常用的材料之一，其具有0.3%到0.45%左右的含碳量。

在原材料質量的提升，以及鋼.材熔煉、加工、鍛造、熱處理等方面的工藝優化方面，也取得了較大的進步，例如采用了高純材料，利用了澆包熔煉法、電渣溶煤油、電弧二次重煤油等方法，應用了真空熱處理、表面硬化處理、離子氮化處理、等溫鍛造等新的工藝和技術，使得模具材料的質量得到了很大的提升。

3 鎂合金鑄錠固溶處理與擠壓工藝

3.1 AZ91鎂合金

AZ91鎂合金是-種性能十分良好的鎂合金，在其鑄態組織當中，主要是大小均勻的等軸晶粒組織，晶粒的具有100um以上的平均尺寸，較為粗大。同時，還有很多較為粗大的枝晶存在于其金相組織當中。

在380℃條件下，進行8小時的固溶處理，能夠提高晶界的清晰度，在析出相當中，存在著很多不連續的網狀分布。隨著固溶溫度的提升，基于熱能作用，析出相會加速溶解，在表面能的作用下，未溶解的析出相會發生球化。隨著固溶溫度繼續升高，球形析出相溶解，晶粒會長大”，在固溶時間方面，隨著時間的增加，鎂合金鑄錠金相組織也會發生較大的變化，枝晶的偏析消除，在枝晶網胞間和晶界上，析出相將會溶解、球化、分裂。

3.2 ZK60鎂合金

ZK60鎂合金也是一種十分常用的鎂合金材料，在鑄造過程中，.其具有與AZ91鎂合金相似的晶粒組織，粗厚片狀析出相連續的分布在等軸狀晶粒的晶界上。ZK60鎂合金的鑄造態晶粒組織要比AZ91更加細小，同時具有更少的枝晶偏析。

在320℃的條件下，對其固溶處理10小時，金相顯微組織并不會發生顯著的變化，連續析出相也只會在某些區域產生分裂。同時，基體合金也會產生更為清晰的晶界。當固溶溫度固定不變的時候，不同的固溶時間也會得到不同的效果。例如，在480C的條件下，經過3小時的固溶處理，非平衡析出相的數量將會大幅降低，析出相的形貌也會轉變為不規則片狀和點狀的形態。在5小時到10小時的固溶處理后，雖然均勻化過程會有所減慢，但同時也會產生更為顯著的變化。如果固溶處理時間增加到15小時，枝晶偏析將會完全消除，析出相也會全部溶解。

4 結論

作為當前一種重要的金屬材料，鎂合金型材在很多領域當中都發揮著極大的作用。在鎂合金型材的生產加工當中，擠壓模具是最為關鍵的設備。

因此，在鎂合金型材擠壓模具的設計當中，應當對其結構和材料加以重視。在工藝方面，也要注重固溶溫度和固溶時間的影響。