專利名稱:金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具的制作方法
【專利摘要】金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具，該擠壓模具由兩半對(duì)稱錐度的半圓形凹模，嵌入帶有錐度的模套中，模套外部裝有加熱圈；組合凹模和模套連接在其下部的下模板上；在組合凹模內(nèi)部水平和垂直方向上設(shè)有金屬坯料擠壓通道，該十字通道精密配合有呈T字形的上沖頭、左沖頭和右沖頭；擠壓通道的下部通道內(nèi)含有螺旋狀型槽；組合凹模的出口通道處設(shè)有一段橫截面積減小的擠壓?？?；該模具能夠解決多道次擠壓后坯料尺寸短小的問題，提高坯料的塑性變形能力、表面質(zhì)量及組織性能，可在較低的溫度下制備出性能優(yōu)良的塊體超細(xì)晶材料，該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便、放料取料容易，有效提高了材料成形效率，坯料變形連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，變形后組織和性能更好。
【專利說明】金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于金屬材料加工擠壓的模具，尤其是一種高效率金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，基于大塑性變形技術(shù)制備性能優(yōu)異的塊體超細(xì)晶材料已成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研宄熱點(diǎn)。其中，等徑角擠壓法因其具有工藝簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際材料研宄學(xué)者公認(rèn)為是一種最具有代表性和發(fā)展前景的大塑性變形方法，其原理是:等徑角擠壓變形過程中，與模具通道尺寸緊密配合且與模壁潤(rùn)滑良好的坯料在沖頭壓力的作用下向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其經(jīng)過兩通道交截處時(shí)，產(chǎn)生近似理想的剪切變形。由于擠壓過程中坯料橫截面的形狀和尺寸不發(fā)生改變，故可通過多道次反復(fù)擠壓使得坯料內(nèi)部產(chǎn)生大的累積剪切應(yīng)變，并由此導(dǎo)致位錯(cuò)重排而使晶粒發(fā)生顯著細(xì)化，進(jìn)而大幅提高材料力學(xué)性能。
[0003]雖然采用傳統(tǒng)等徑角擠壓工藝是制備超細(xì)晶材料的一個(gè)有效途徑，然而在實(shí)際應(yīng)用中現(xiàn)有的模具結(jié)構(gòu)仍存在以下缺點(diǎn):
[0004](I)坯料塑性變形能力有限:由于等徑角擠壓過程中，材料在模具轉(zhuǎn)角部位發(fā)生強(qiáng)烈的剪切變形，容易導(dǎo)致坯料沿剪應(yīng)力方向出現(xiàn)變形、開裂，甚至破碎，最終使得后續(xù)更多道次的擠壓變形無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行；
[0005](2)模具工作效率低下:由于等徑角擠壓?jiǎn)蔚来巫冃瘟坎淮?，為獲得組織結(jié)構(gòu)均勻的超細(xì)晶材料，通常需要對(duì)坯料進(jìn)行多道次反復(fù)擠壓變形。然而，在多道次擠壓過程中，各道次之間坯料需要人工從模具型腔內(nèi)取出并再次放入，致使變形操作繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度增大，擠壓效率低下；
[0006](3)多道次擠壓后坯料尺寸短小:等徑角擠壓變形時(shí)，坯料在出口通道處常會(huì)產(chǎn)生“出模膨脹”效應(yīng)，即坯料的擠出尺寸實(shí)際上會(huì)略大于相應(yīng)的通道尺寸。因此，多道次變形時(shí)，道次間坯料的徑向切削加工無(wú)法難免，造成了較大程度的材料損耗，并導(dǎo)致多道次擠壓變形后坯料沿長(zhǎng)度方向尺寸過短，限制了其大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。
[0007]因此，確有必要對(duì)傳統(tǒng)等徑角擠壓法模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以減少擠壓道次，提高擠壓效率，擴(kuò)大等徑角擠壓技術(shù)的應(yīng)用對(duì)象和適用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服金屬坯料塑性變形能力有限、模具工作效率低下及多道次擠壓后坯料尺寸短小的問題，本實(shí)用新型提供了一種金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具，與傳統(tǒng)等徑角擠壓技術(shù)相比，采用這一技術(shù)變形坯料具有更加優(yōu)越的塑性變形能力，表面質(zhì)量和組織性能將得到明顯改善，可在較低的溫度下制備出性能優(yōu)良的塊體超細(xì)晶材料。
[0009]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具，包括:上模板、上沖頭、加熱圈、右模板、右沖頭、右液壓缸、右活塞桿、模套、組合凹模、擠壓通道、下模板、左沖頭、左模板、左活塞桿、左液壓缸；該擠壓模具有兩半個(gè)對(duì)稱并形成圓錐形的組合凹模，其組合凹模的兩半，通過定位銷和螺栓固定連接，并嵌入帶有同樣錐度的模套中，模套外部裝有加熱圈；組合凹模和模套固定連接在其下部的下模板上，下模板固定在三向擠壓液壓機(jī)的工作臺(tái)上；在組合凹模內(nèi)部水平和垂直方向上，設(shè)有十字形金屬坯料擠壓通道，該擠壓通道的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上沖頭，上沖頭固定連接在其正上方的液壓機(jī)上模板上；該擠壓通道的水平向左右兩側(cè)，精密配合穿插有T字形的左沖頭和右沖頭，左沖頭固定連接在左模板上，左模板與左液壓缸的左活塞桿相連，右沖頭固定連接在右模板上，右模板與右液壓缸的右活塞桿相連；其中上沖頭、左沖頭、右沖頭的長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)組合凹模的中心位置；擠壓通道的下部水平通道內(nèi)含有一段螺旋狀型槽，且與擠壓通道具有相同橫截面形狀和尺寸；組合凹模的出口通道處設(shè)有一段橫截面積減小的擠壓?？?，這樣為變形提供了極為強(qiáng)大的剪切作用和靜水壓力，從而使得工件變形連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，提高了工作效率和變形質(zhì)量。
[0010]使用時(shí)，將組合凹模裝配完成后，在其外部依次裝入模套及加熱圈，開始試模并啟動(dòng)加熱裝置預(yù)熱模具；達(dá)到預(yù)定溫度后，從擠壓通道的中間水平向任意一側(cè)放入方棒狀金屬坯料，啟動(dòng)上沖頭，當(dāng)其底端與擠壓通道的中部水平向通道上表面齊平時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)啟動(dòng)左沖頭和右沖頭對(duì)金屬坯料進(jìn)行擠壓，當(dāng)分別擠壓到擠壓通道垂直向通道的左右兩側(cè)邊緣時(shí)停止運(yùn)動(dòng)；再通過上沖頭將金屬坯料向下部垂直方向擠壓，并經(jīng)模具第一個(gè)轉(zhuǎn)角后再進(jìn)入螺旋通道，依次發(fā)生等徑角擠壓和擠扭變形；隨后再通過模具第二個(gè)轉(zhuǎn)角，完成第二次等徑角擠壓變形；最后進(jìn)入組合凹模的擠壓?？祝瓿蓴D壓變形后從下部出口處擠出。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]1、本實(shí)用新型在坯料的出口通道處設(shè)有擠壓?？?，擠壓模孔的截面尺寸小于上端出口通道尺寸，即在坯料被擠出的方向施加一反作用力，為坯料的變形過程提供類似于反向背壓的作用。由于坯料是在帶背壓狀態(tài)下進(jìn)行變形，變形性好，不易開裂，這就使得坯料沿長(zhǎng)度方向變形更加均勻，組織性能均勻性也更好。同時(shí)，坯料通過擠壓模孔后內(nèi)部累積的塑性變形量進(jìn)一步提高，且沿長(zhǎng)度方向尺寸大大增加，有效解決了擠出后坯料尺寸短小等冋題；
[0013]2、本實(shí)用新型在模具型腔內(nèi)部設(shè)置了連續(xù)多通道和螺旋通道結(jié)構(gòu)。一次擠壓過程中，坯料在模具型腔內(nèi)變形連續(xù)，依次發(fā)生等徑角擠壓、擠扭和擠壓三種變形，實(shí)現(xiàn)了 “一次放料，連續(xù)擠壓，多次變形”的目的，從而克服了多道次擠壓坯料反復(fù)取放、金屬損耗量大等缺點(diǎn)，有效提高了變形擠壓的效率和金屬材料的利用率；
[0014]3、本實(shí)用新型設(shè)置的上沖頭、左沖頭和右沖頭結(jié)構(gòu)，使得坯料在被擠壓過程中形成了三向受壓的狀態(tài)，有效增大了內(nèi)部的靜水壓力，塑性較好，這對(duì)于增加坯料致密度、改善內(nèi)部組織和提高力學(xué)性能起到了積極作用。此外，?？滋幍姆聪虮硥哼€可以防止裂紋的萌生和擴(kuò)展，降低了擠壓溫度，提高了變形坯料的綜合力學(xué)性能；
[0015]4、在制造成本方面，本實(shí)用新型模具結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，模套限位，裝拆方便，放料、取料容易，大大簡(jiǎn)化了擠壓過程，有效提高了材料成形效率。連續(xù)多通道和螺旋通道結(jié)構(gòu)使得坯料變形連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，變形后組織和性能更好。

【附圖說明】

[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0017]圖1是本實(shí)用新型金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型模具型腔內(nèi)部螺旋通道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，1.上模板，2.上沖頭，3.加熱圈，4.右模板，5.右沖頭，6.右液壓缸，7.右活塞桿，8.模套，9.組合凹模，9-1.擠壓通道，10.下模板，11.左沖頭，12.左模板，13.左活塞桿，14.左液壓缸。

【具體實(shí)施方式】
[0020]在圖1中，金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具，包括:上模板1、上沖頭2、加熱圈3、右模板4、右沖頭5、右液壓缸6、右活塞桿7、模套8、組合凹模9、擠壓通道9_1、下模板10、左沖頭11、左模板12、左活塞桿13、左液壓缸14 ;該擠壓模具有兩半個(gè)對(duì)稱并形成圓錐形的組合凹模9，其組合凹模9的兩半，通過定位銷和螺栓固定連接，并嵌入帶有同樣錐度的模套8中，模套8外部裝有加熱圈3 ;組合凹模9和模套8固定連接在其下部的下模板10上，下模板10固定在三向擠壓液壓機(jī)的工作臺(tái)上；在組合凹模9內(nèi)部水平和垂直方向上，設(shè)有十字形金屬坯料擠壓通道9-1，該擠壓通道9-1的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上沖頭2，上沖頭2固定連接在其正上方的液壓機(jī)上模板I上；該擠壓通道9-1的水平向左右兩側(cè)，精密配合穿插有T字形的左沖頭11和右沖頭5，左沖頭11固定連接在左模板12上，左模板12與左液壓缸14的左活塞桿13相連，右沖頭5固定連接在右模板4上，右模板4與右液壓缸6的右活塞桿7相連；其中上沖頭2、左沖頭11、右沖頭5的長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)組合凹模9的中心位置；擠壓通道9-1的下部水平通道內(nèi)含有一段螺旋狀型槽，且與擠壓通道9-1具有相同橫截面形狀和尺寸；組合凹模9的出口通道處設(shè)有一段橫截面積減小的擠壓?？祝@樣為變形提供了極為強(qiáng)大的剪切作用和靜水壓力，從而使得工件變形連續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，提高了工作效率和變形質(zhì)量。
[0021]使用時(shí)，將組合凹模(9)裝配完成后，在其外部依次裝入模套(8)及加熱圈(3)，開始試模并啟動(dòng)加熱裝置預(yù)熱模具；達(dá)到預(yù)定溫度后，從擠壓通道(9-1)的中間水平向任意一側(cè)放入方棒狀金屬坯料，啟動(dòng)上沖頭(2)，當(dāng)其底端與擠壓通道(9-1)的中部水平向通道上表面齊平時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，然后同時(shí)啟動(dòng)左沖頭(11)和右沖頭(5)對(duì)金屬坯料進(jìn)行擠壓，當(dāng)分別擠壓到擠壓通道(9-1)垂直向通道的左右兩側(cè)邊緣時(shí)停止運(yùn)動(dòng)；再通過上沖頭(2)將金屬坯料向下部垂直方向擠壓，并經(jīng)模具第一個(gè)轉(zhuǎn)角后再進(jìn)入螺旋通道，依次發(fā)生等徑角擠壓和擠扭變形；隨后再通過模具第二個(gè)轉(zhuǎn)角，完成第二次等徑角擠壓變形；最后進(jìn)入組合凹模(9)的擠壓?？?，完成擠壓變形后從下部出口處擠出。
【權(quán)利要求】
1.金屬坯料多向復(fù)合多通道螺旋擠壓模具，包括:上模板(1)、上沖頭(2)、加熱圈(3)、右模板(4)、右沖頭(5)、右液壓缸(6)、右活塞桿(7)、模套(8)、組合凹模(9)、擠壓通道(9-1)、下模板(10)、左沖頭(11)、左模板(12)、左活塞桿(13)、左液壓缸(14);其特征是:該擠壓模具有兩半個(gè)對(duì)稱并形成圓錐形的組合凹模(9)，其組合凹模(9)的兩半，通過定位銷和螺栓固定連接，并嵌入帶有同樣錐度的模套(8)中，模套(8)外部裝有加熱圈(3);組合凹模(9)和模套(8)固定連接在其下部的下模板(10)上，下模板(10)固定在三向擠壓液壓機(jī)的工作臺(tái)上；在組合凹模(9)內(nèi)部水平和垂直方向上，設(shè)有十字形金屬坯料擠壓通道(9-1)，該擠壓通道(9-1)的垂直上通道，精密配合穿插有呈T字形的上沖頭(2)，上沖頭(2)固定連接在其正上方的液壓機(jī)上模板(I)上；該擠壓通道(9-1)的水平向左右兩側(cè)，精密配合穿插有T字形的左沖頭(11)和右沖頭(5 )，左沖頭(11)固定連接在左模板(12 )上，左模板(12)與左液壓缸(14)的左活塞桿(13)相連，右沖頭(5)固定連接在右模板(4)上，右模板(4)與右液壓缸(6)的右活塞桿(7)相連；其中上沖頭(2)、左沖頭(11)、右沖頭(5)的長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)組合凹模(9)的中心位置；擠壓通道(9-1)的下部水平通道內(nèi)含有一段螺旋狀型槽，且與擠壓通道(9-1)具有相同橫截面形狀和尺寸；組合凹模(9)的出口通道處設(shè)有一段橫截面積減小的擠壓模孔。
【文檔編號(hào)】B21C29-04GK204276558SQ201420709730
【發(fā)明者】王曉溪, 張翔, 劉憶, 朱珍, 夏華明, 董蔚霞 [申請(qǐng)人]徐州工程學(xué)院