金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具的制作方法
【專利摘要】金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具，該擠壓模具由兩半對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有一段橫截面積減小的擠壓模孔；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)良的塊體超細晶材料，該模具結(jié)構(gòu)簡單、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】金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具

【技術領域】
[0001]本發(fā)明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合多通道螺旋擠壓模具。

【背景技術】
[0002]近年來，基于大塑性變形技術制備性能優(yōu)異的塊體超細晶材料已成為材料科學領域的研究熱點。其中，等徑角擠壓法因其具有工藝簡單、成本相對較低等優(yōu)點，被國際材料研究學者公認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滑良好的坯料在沖頭壓力的作用下向下運動，當其經(jīng)過兩通道交截處時，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擠壓使得坯料內(nèi)部產(chǎn)生大的累積剪切應變，并由此導致位錯重排而使晶粒發(fā)生顯著細化，進而大幅提高材料力學性能。
[0003]雖然采用傳統(tǒng)等徑角擠壓工藝是制備超細晶材料的一個有效途徑，然而在實際應用中現(xiàn)有的模具結(jié)構(gòu)仍存在以下缺點:
(1)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)生強烈的剪切變形，容易導致坯料沿剪應力方向出現(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法繼續(xù)進行；
(2)模具工作效率低下:由于等徑角擠壓單道次變形量不大，為獲得組織結(jié)構(gòu)均勻的超細晶材料，通常需要對坯料進行多道次反復擠壓變形。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、勞動強度增大，擠壓效率低下；
(3)多道次擠壓后坯料尺寸短小:等徑角擠壓變形時，坯料在出口通道處常會產(chǎn)生“出模膨脹”效應，即坯料的擠出尺寸實際上會略大于相應的通道尺寸。因此，多道次變形時，道次間坯料的徑向切削加工無法難免，造成了較大程度的材料損耗，并導致多道次擠壓變形后坯料沿長度方向尺寸過短，限制了其大規(guī)模的工業(yè)應用。
[0004]因此，確有必要對傳統(tǒng)等徑角擠壓法模具結(jié)構(gòu)進行改進，以減少擠壓道次，提高擠壓效率，擴大等徑角擠壓技術的應用對象和適用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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，本發(fā)明提供了一種金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具，與傳統(tǒng)等徑角擠壓技術相比，采用這一技術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)良的塊體超細晶材料。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:金屬坯料多向復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；該擠壓模具由兩個前后兩半對稱并帶有錐度的半圓形凹模通過定位銷和螺栓固定連接組成組合凹模，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的工作臺上；在組合凹模內(nèi)部水平和垂直方向上，設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、右沖頭的長度最長可達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有一段橫截面積減小的擠壓?？祝@樣為變形提供了極為強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。
[0007]使用時，使用時，將組合凹模裝配完成后，在其外部依次裝入模套及加熱圈，開始試模并啟動加熱裝置預熱模具；達到預定溫度后，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，啟動上沖頭，當其底端與擠壓通道的中部水平向通道上表面齊平時停止運動，然后同時啟動左沖頭和右沖頭對金屬坯料進行擠壓，當分別擠壓到擠壓通道垂直向通道的左右兩側(cè)邊緣時停止運動；再通過上沖頭將金屬坯料向下部垂直方向擠壓，并經(jīng)模具第一個轉(zhuǎn)角后再進入螺旋通道，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轉(zhuǎn)角，完成第二次等徑角擠壓變形；最后進入組合凹模的擠壓模孔，完成擠壓變形后從下部出口處擠出。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明在坯料的出口通道處設有擠壓?？祝瑪D壓?？椎慕孛娉叽缧∮谏隙顺隹谕ǖ莱叽纾丛谂髁媳粩D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)下進行變形，變形性好，不易開裂，這就使得坯料沿長度方向變形更加均勻，組織性能均勻性也更好。同時，坯料通過擠壓?？缀髢?nèi)部累積的塑性變形量進一步提高，且沿長度方向尺寸大大增加，有效解決了擠出后坯料尺寸短小等問題；
2、本發(fā)明在模具型腔內(nèi)部設置了連續(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取放、金屬損耗量大等缺點，有效提高了變形擠壓的效率和金屬材料的利用率；
3、本發(fā)明設置的上沖頭、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，這對于增加坯料致密度、改善內(nèi)部組織和提高力學性能起到了積極作用。此外，模孔處的反向背壓還可以防止裂紋的萌生和擴展，降低了擠壓溫度，提高了變形坯料的綜合力學性能；
4、在制造成本方面，本發(fā)明模具結(jié)構(gòu)相對簡單，模套限位，裝拆方便，放料、取料容易，大大簡化了擠壓過程，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。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0010]圖1是本發(fā)明金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明模具型腔內(nèi)部螺旋通道結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]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。

【具體實施方式】
[0013]在圖1中，金屬坯料多向復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 ;該擠壓模具由兩個前后兩半對稱并帶有錐度的半圓形凹模通過定位銷和螺栓固定連接組成組合凹模9，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的工作臺上；在組合凹模9內(nèi)部水平和垂直方向上，設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的長度最長可達組合凹模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的出口通道處設有一段橫截面積減小的擠壓?？?，這樣為變形提供了極為強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。
[0014]使用時，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 )，開始試模并啟動加熱裝置預熱模具；達到預定溫度后，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，啟動上沖頭(2)，當其底端與擠壓通道(9-1)的中部水平向通道上表面齊平時停止運動，然后同時啟動左沖頭(11)和右沖頭(5)對金屬坯料進行擠壓，當分別擠壓到擠壓通道(9-1)垂直向通道的左右兩側(cè)邊緣時停止運動；再通過上沖頭(2)將金屬坯料向下部垂直方向擠壓，并經(jīng)模具第一個轉(zhuǎn)角后再進入螺旋通道，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轉(zhuǎn)角，完成第二次等徑角擠壓變形；最后進入組合凹模(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.金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具，包括:上模板(I)、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:該擠壓模具由兩個前后兩半對稱并帶有錐度的半圓形凹模通過定位銷和螺栓固定連接組成組合凹模(9)，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的工作臺上；在組合凹模(9)內(nèi)部水平和垂直方向上，設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)的長度最長可達組合凹模(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)的出口通道處設有一段橫截面積減小的擠壓?？?。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬坯料多向復合多通道螺旋擠壓模具，其特征的擠壓方法是: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)，開始試模并啟動加熱裝置預熱模具；達到預定溫度后，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，啟動上沖頭(2)，當其底端與擠壓通道(9-1)的中部水平向通道上表面齊平時停止運動，然后同時啟動左沖頭(11)和右沖頭(5)對金屬坯料進行擠壓，當分別擠壓到擠壓通道(9-1)垂直向通道的左右兩側(cè)邊緣時停止運動；再通過上沖頭(2)將金屬坯料向下部垂直方向擠壓，并經(jīng)模具第一個轉(zhuǎn)角后再進入螺旋通道，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轉(zhuǎn)角，完成第二次等徑角擠壓變形；最后進入組合凹模(9)的擠壓?？?，完成擠壓變形后從下部出口處擠出。
【文檔編號】B21C25/08GK104438415SQ201410678562
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】王曉溪, 張翔, 劉憶, 朱珍, 夏華明, 董蔚霞 申請人:徐州工程學院